52.  Базовая эталонная модель взаимодействия открытых систем.

Теоретическую основу современных сетей определяет Базовая эталонная модель взаимодействия открытых систем (OSI – Open Systems Interconnection) Международной организации стандартов (ISO – International Standards Organization). Согласно международной модели взаимодействия OSI выделяется семь уровней, образующих область взаимодействия открытых систем. Она определяет взаимодействие открытых систем, обеспечивающее работу в одной сети систем, выпускаемых различными производителями, и координирует:  взаимодействие прикладных процессов; формы представления данных; единообразное хранение данных; управление сетевыми ресурсами; безопасность данных и защиту информации;  диагностику программ и технических средств.

Модель OSI описывает только системные средства взаимодействия, реализуемые ОС, системными утилитами, системными аппаратными средствами. Модель не включает в себя средства взаимодействия приложений конечных пользователей. Свои собственные протоколы взаимодействия приложения реализуют, обращаясь к системным средствам. Поэтому нужно различать уровень взаимодействия приложений и прикладной уровень.

В модели OSI различаются два основных типа протоколов: с установлением соединения (connection-oriented);  без предварительного установления соединения (connectionless). Основная идея модели заключается в том, что каждому уровню отводится конкретная роль. Благодаря этому общая задача передачи данных расщепляется на отдельные конкретные задачи. Функции уровня, в зависимости от его уровня, могут выполняться программными, аппаратными либо программно-аппаратными средствами. Каждый уровень определяется группой стандартов, которые включают в себя две спецификации: протокол и обеспечиваемый для вышестоящего уровня сервис. Под протоколом подразумевается набор правил и форматов, определяющих взаимодействие объектов одного уровня модели.

Тип данных	Уровень	функции
Данные	7. прикладной	Доступ к сетевым службам
	6. представления данных	Представление и кодирование данных
	5. Сеансовый	Управление сеансом связи
Сегменты	4. Транспортный	Прямая связь между конечными пунктами и надежность
Пакеты	3. Сетевой	Определение маршрута и логическая адресация
Кадры	2. Канальный	Физическая адресация
Биты	1. Физический	Работа со средой передачи, сигналами и двоичными данными

Физический уровень конвертирует биты в сигналы для исходящих сообщений и сигналы в биты - для входящих. Этот уровень упорядочивает передачу бит пакета данных, когда они отправляются по сети. Физический уровень управляет интерфейсом между компьютером и сетевым носителем и «сообщает» программному обеспечению драйвера и сетевому интерфейсу, что именно должно быть послано по сетевому носителю.

Канальный уровень обрабатывает специальные пакеты данных между сетевыми и физическими уровнями. На получающем конце этот уровень распаковывает «сырые» данные из физического уровня в пакеты данных для доставки на сетевой уровень. Пакет данных является базовой единицей для сетевого трафика. Обнаружение ошибок в канале и их коррекция

Сетевой уровень адресует сообщения для доставки и преобразует логические сетевые адреса и имена в их физические эквиваленты. Этот уровень так же решает вопросы маршрутизации между компьютерами. Чтобы решить, как доставить данные из одной точки в другую, сетевой уровень принимает во внимание различные факторы, такие как служебную информацию, альтернативные маршруты и приоритеты доставки. Этот уровень так же осуществляет переключение пакетов, маршрутизацию данных и разрешение проблем с прохождением информации в сети.

Транспортный уровень поддерживает управление потоками данных между участниками по сети. Он делает это путем разделения длинных потоков данных на фрагменты, которые вписываются в максимальный для используемого сетевого носителя размер пакета данных. Этот уровень так же производит проверку на наличие ошибок с целью обеспечения безошибочной доставки данных и соединяет фрагменты снова в исходные данные после получения. Кроме того, транспортный уровень обеспечивает подтверждение успешной передачи и отвечает за повторную передачу, если некоторые пакеты доставляются с ошибками.

Сеансовый уровень  позволяет двум сетевым ресурсам поддерживать продолжительное взаимодействие, называемое сеансом, по сети. Этот уровень управляет установлением сеанса, обменом информацией или сообщениями и прекращает работу по окончании сеанса. Он так же отвечает за идентификацию, позволяя только определенным сторонам принимать участие в сеансе, и поддерживая службы безопасности с целью управления доступом к информации сеанса.
Представительный уровень управляет информацией, связанной с форматом данных для сетевых коммуникаций. Называемый так же сетевым транслятором, он преобразует исходящие сообщения в общий формат, который может быть передан по сети,и входящие сообщения из этого общего формата в формат, понятный получающему приложению. Этот уровень отвечает за преобразование протоколов и кодирование/декодирование данных. На этом уровне может быть осуществлена трансляция графических форматов данных.

Прикладной уровень представляет собой верхний уровень сетевой модели OSI. Этот уровень разрешает доступ к сетевым службам, которые непосредственно поддерживают сеть, например, к сетевой пересылке файлов, обработке сообщение и обработке запросов к базам данных. Этот уровень так же контролирует доступ к сети в целом, передачу служебной информации, передачу данных между приложениями-отправителями и приложениями- получателями и предоставляет приложениям информацию об ошибках и состоянии сети в тех случаях, когда передача данных нарушается вследствие ошибок.

 

 

53. Компоненты  и ресурсы информационных сетей.

Основным составляющим элементом сети является настольный ПК. Его называют «клиентом» или «рабочей станцией» Сервер - это любая сетевая ЭВМ, обслуживающая другие сетевые ЭВМ. Сервером обычно является высокопроизводительный ПК с жестким диском большой емкости. Он играет роль центрального узла, на котором пользователи ПК могут хранить свою информацию, печатать файлы и обращаться к его сетевым средствам. В одноранговых сетях выделенный сервер отсутствует. Существуют серверы различных типов, которые определяются типом предоставляемых услуг.

Файловый сервер предоставляет другим ЭВМ (клиентам) доступ к данным, которые хранятся во внешней памяти сервера. Таким образом, на файловый сервер возложены все задачи по безопасности хранения данных, поиску данных, архивированию и др. Внешняя память сервера становится распределяемым ресурсом, так как её могут использовать несколько клиентов.

Сервер печати организует совместное использование принтера.

Коммуникационные серверы служат для связи локальной сети с внешним миром, например, с глобальной сетью Internet. Для этого используются модемные пулы, прокси-серверы и маршрутизаторы.

Модемный пул представляет собой ЭВМ, снабжённую особой сетевой платой, к которой можно подключить несколько модемов. Таким образом, достигается определённая экономия, когда, например, десять ЭВМ работают, используя три модема.

Прокси-сервер не только использует единственное соединение с Internet, но и предоставляет свою память для хранения временных файлов, что убыстряет работу с Internet.

Маршрутизатор представляет собой либо специализированную ЭВМ, либо обычную ЭВМ со специальным программным обеспечением. Главной задачей маршрутизатора является поиск кратчайшего пути, по которому будет отправлено сообщение, адресованное некоторой ЭВМ в глобальной сети.

Сервер приложений используется для выполнения программ, которые по каким-то причинам нецелесообразно или невозможно выполнить на других сетевых ЭВМ. Очевидной причиной может быть недостаточная производительность клиентских ЭВМ. Другая причина – использование каких-нибудь стандартных библиотек, копирование которых на каждую клиентскую ЭВМ трудоёмко и, кроме того, создаёт возможность несогласованности версии библиотеки. Многопользовательские операционные системы (Linux, Windows NT) позволяют построить так называемую тонкую клиентную сеть, в которой все ресурсы клиентов предоставлены сервером. Сами клиентские ЭВМ не тратят ничего на обработку данных. Тогда ЭВМ пользователей в такой сети называются терминалами, а сам сервер – терминальным сервером. Такой сервер должен иметь большой объём основной и внешней памяти и высокую производительность.

Каждый компьютер сети, включая сервер, оснащен платой сетевого адаптера (сетевым интерфейсом, модулем, картой). Сетевые интерфейсные платы представляют собой дополнительные платы, устанавливаемые на материнскую плату ПК. К сетевой плате подключаются сетевые кабели.

Адаптер вставляется в свободное гнездо (слот) материнской платы. Эти адаптеры связывают компьютер с сетевым кабелем. Сетевая плата определяет тип локальной сети.

Многие ПК поставляются уже готовыми к работе в сети и включают в себя сетевой адаптер.

В качестве сетевого кабеля могут применяться и телефонные линии.

Основные типы сетевого кабеля:

Витая пара, Толстый Ethernet - коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом, Тонкий Ethernet, Оптоволоконные линии -скорость передачи по ним информации достигает нескольких гигабит в секунду..

Совместно используемые периферийные устройства — жесткие диски большой емкости, принтеры, цветные и слайд-принтеры, дисководы CD-ROM и накопители на магнитной ленте для резервного копирования. Поскольку сети ПК состоят в основном из «клиентов» и «серверов», их часто называют сетями клиент/сервер.

Сетевое оборудование, такое как концентраторы и коммутаторы, которые соединяют между собой ПК и принтеры.

Концентраторы используются для расширения сети.

Коммутаторы контролируют сетевой трафик и управляют его движением, анализируя адреса назначения каждого пакета, Коммутатор знает, какие устройства соединены с его портами, и направляет пакеты только на необходимые порты. Это дает возможность одновременно работать с несколькими портами, расширяя тем самым полосу пропускания.

 

54. Методы маршрутизации информационных потоков.

Пакеты поступают в  сеть передачи данных (СПД), когда в их заголовке имеется адрес порта назначения. Узел связи СПД, куда поступил пакет, должен по адресу порта назначения определить маршрут передачи пакета - выходную линию связи, в которую нужно передать пакет. При передаче данных по виртуальному каналу маршрутизация выполняется один раз, когда устанавливается вир­туальное соединение. Выбор маршрута в узлах связи СПД производится по алгоритму мар­шрутизации - правилу назначения выходной линии связи на основе дан­ных, содержащихся в заголовке пакета, и данных, представляющих состоя­ние узла связи и, возможно, СПД в целом. Эффективность алгоритма мар­шрутизации характеризуется следующими показателями: временем доставки пакетов;нагрузкой, создаваемой на сеть потоками пакетов, поступающими в сеть и распределяемыми по линиям и узлам связи;затратами ресурсов в узлах связи, в первую очередь - затратами памяти и времени процессора коммуникационной вычислительной машины.

Первые два показателя - основные при оценке эффективности. Алго­ритмы маршрутизации имеют целью обеспечить непрерывное продви­жение пакетов от источников к адресатам. При этом алгоритм стремит­ся выбрать наиболее подходящее направление передачи пакета - с минимальным временем доставки или наиболее полным использованием пропускной способности СПД.

При выборе маршрутов можно использовать различные методы маршрутизации.

Простая при выборе дальнейшего пути для пакета учитывает лишь статическое априорное состояние сети, ее текущее состояние- загрузка и изменение топологии из-за отказов-не учитывается.

Направления:  случайная ; лавинная ; по предыдущему опыту

Случайная. Предполагает, что вероятность выбора маршрута заранее определена. Пакет “блуждает” по сети до тех пор пока не достигнет адресат. .

Лавинная маршрутизация. Предполагает, что из пункта трансляции передача идет по всем направлениям одновременно и параллельно, исключая то направление, из которого получили пакет. Обеспечивает лишнее время доставки пакетов за счет ухудшения пропускных способностей каналов. Эта маршрутизация находит применение в системах специального назначения для передачи особо важной информации.

Маршрутизация по предыдущему опыту. Выбор маршрута выбирается на основе анализа потоков проходящих через узлы. При этом в заголовке сообщений кроме адресов отправителей и получателей включаются адреса промежуточных пунктов. Такая дисциплина обслуживания пакетов оправдана во многих случаях. Однако она плохо работает если отдельные участи повреждены, либо перегружены.

Фиксированная учитывает только изменение топологии сети. Для каждого узла назначение канал передачи выбирается по электронной таблице маршрутов(route table),определяющей кратчайшие пути и время доставки информации до пункта назначение. Эта маршрутизация используется в сетях с установившейся топологией. Направления: однопутевая,многопутевая . Обычно фиксированная маршрутизация дает одну путевую схему. Как правило одна путевая схема должна содержать и дублирующие схемы, что приводит к многопутевой маршрутизации. Фиксированная маршрутизация в основном применяется для сетей с малой загрузкой при сбалансированных потоках данных.

Адаптивная маршрутизация. Предполагает изменение маршрута в зависимости от состояния сети. В идеале должна учитывать: 1. Полную топологию сети 2. Информацию о состоянии сети 3. Длинных очередей пакетов по каждому направлению сети .Поэтому на практике адаптивная маршрутизация проводится не по полной информации, а по частичной. Состояние узлов сети учитывается только для соседей. Опрос соседей позволяет выявить узел с минимальной очередью. Очень часто локальная маршрутизация смыкается с фиксированной. Распределенная адаптивная маршрутизация. Во многом похожа на предыдущую только оценивается не длина очереди, а наименьшее время передачи. Обычно время доставки оценивается по топологии сети, а среднее время задержки по элементу сети определяется как характеристика участка.

Централизованная адаптивная маршрутизация. Предполагает, что один из серверов сети отслеживает состояние всех узлов сети и на основе собранной информации прокладывается оптимальный маршрут исследования, но практически невозможно, поскольку информация о сети быстро стареет и кроме того управление сетью может быть потеряно при отказе центра маршрутизации.

Гибридная (адаптивная) маршрутизация. Компенсирует недостатки локальной и централизованной маршрутизации. Основывается на использовании различных таблиц периодически рассылаемых центром маршрутизации, учитывающих загрузку в зависимости от времени, сроков регламента и т.д.

 

 

 

55. Протокольные реализации и сетевые службы

Протокол - стандарт, определяющий поведение функциональных блоков при передаче данных. Протокол: - задается набором правил взаимодействия функциональных блоков, расположенных на одном уровне; - реализуется одной либо группой программ. - описывает: синтаксис сообщения, имена элементов данных, операции управления и состояния.

Протоколы работают на разных уровнях модели взаимодействия открытых систем OSI/ISO. Функции протоколов определяются  уровнем, на котором он работает. Несколько протоколов могут работать совместно. Это так называемый стек, или набор, протоколов.

Как сетевые функции распределены по всем уровням модели OSI, так и протоколы совместно работают на различных уровнях стека протоколов. Уровни в стеке протоколов соответствуют уровням модели OSI. В совокупности протоколы дают полную характеристику функций и возможностей стека.

Так как стек TCP/IP был разработан до появления модели взаимодействия открытых систем ISO/OSI, то, хотя он также имеет многоуровневую структуру, соответствие уровней стека TCP/IP уровням модели OSI достаточно условно /8/.

Передача данных по сети, с технической точки состоит из последовательных шагов, каждому из которых соответствуют свои процедуры или протокол. Таким образом, сохраняется строгая очередность в выполнении определенных действий. Кроме того, все эти действия должны быть выполнены в одной и той же последовательности на каждом сетевом компьютере. На компьютере-отправителе действия выполняются в направлении сверху вниз, а на компьютере-получателе снизу вверх. Отправитель в соответствии с протоколом, разбивает данные на небольшие блоки (пакеты), с которыми работает протокол, добавляет к пакетам адресную информацию, чтобы получатель мог определить, что эти данные предназначены ему, подготавливает данные к передаче через сетевой адаптер и далее – по сети. Получатель в соответствии с протоколом выполняет те же действия, но только в обратном порядке: принимает пакеты данных из сети; через плату сетевого адаптера передает данные в компьютер; удаляет из пакета всю служебную информацию, добавленную отправителем, копирует данные из пакета в буфер – для их объединения в исходный блок, передает приложению этот блок.

И отправителю, и получателю необходимо выполнить каждое действие одинаковым способом, с тем чтобы пришедшие по сети данные совпадали с отправленными.

Сетевая служба - прикладная программа, которая: - взаимодействует в сети с клиентами, серверами и данными; - управляет процедурами распределенной обработки данных; - информирует пользователей о происходящих в сети изменениях. Сетевая служба: - использует сервис, предоставляемый областью взаимодействия; и- обеспечивает связь прикладных процессов, расположенных в различных абонентских системах сети.

Сетевая служба решает задачи обмена данными, задачи, порождаемые распределенной обработкой данных. К таким задачам относится обеспечение непротиворечивости нескольких копий данных, размещенных на разных машинах (служба репликации) или организация выполнения одной задачи параллельно на нескольких машина сети (служба вызова удаленных процедур). Среди сетевых служб можно выделить административные, которые ориентированы на администратора и служат для организации правильной работы сети. Служба администрирования учетных записей о пользователях, которая позволяет администратору вести общую базу данных о пользователях сети, система мониторинга сети, позволяющая захватывать и анализировать сетевой трафик, служба безопасности, в функции которой может входить среди прочего выполнение процедуры логического входа с последующей проверкой пароля, — все это примеры административных служб.
Реализация сетевых служб осуществляется программными средствами. Основные службы — файловая служба и служба печати — обычно предоставляются сетевыми операционной системой, а вспомогательные, например служба баз данных, факс или передачи голоса, — системными сетевыми приложениями или утилитами, работающими в тесном контакте с сетевой ОС. Вообще говоря, распределение служб между ОС и утилитами достаточно условно и меняется в конкретных реализациях ОС

 

 

56.Модель распределенной обработки информации.

Распределенная обработка данных - методика выполнения прикладных программ группой систем. При этом пользователь получает возможность работать с сетевыми службами и прикладными процессами, расположенными в нескольких взаимосвязанных абонентских системах.

В современном бизнесе очень часто возникает необходимость предоставить доступ к одним и тем же данным группам пользователей, территориально удаленным друг от друга. В качестве примера можно привести банк, имеющий несколько отделений. Эти отделения могут находиться в разных городах, странах или даже на разных континентах, тем не менее необходимо организовать обработку финансовых транзакций (перемещение денег по счетам) между отделениями. Результаты финансовых операций должны быть видны одновременно во всех отделениях.

Существуют два подхода к организации обработки распределенных данных.

1.                  технология распределенной базы данных. Такая база включает фрагменты данных, расположенные на различных узлах сети. С точки зрения пользователей она выглядит так, как будто все данные хранятся в одном месте. Естественно, такая схема предъявляет жесткие требования к производительности и надежности каналов связи.

2.                  технология тиражирования. В этом случае в каждом узле сети дублируются данные всех компьютеров. При этом:

передаются только операции изменения данных, а не сами данные

передача может быть асинхронной (неодновременной для разных узлов)

данные располагаются там, где обрабатываются

Это позволяет снизить требования к пропускной способности каналов связи, более того при выходе из строя линии связи какого-либо компьютера, пользователи других узлов могут продолжать работу. Однако при этом допускается неодинаковое состояние базы данных для различных пользователей в один и тот же момент времени. Следовательно, невозможно исключить конфликты между двумя копиями одной и той же записи.

Достоинствами распределенной обработки информации является:

ü                              большое число взаимодействующих между собой пользователей;

ü                              устранение пиковых нагрузок с централизованной базы данных за счет распределения обработки и хранения локальных баз данных на разных ЭВМ;

ü                              возможность доступа пользователя к вычислительным ресурсам сети ЭВМ;

ü                              обеспечение обмена данными между удаленными пользователями.

При распределенной обработке производится работа с базой, т.е. представление данных, их обработка, работа с базой на логическом уровне осуществляется на компьютере клиента, а поддержание базы в актуальном состоянии - на сервере. При наличии распределенной базы данных база размещается на нескольких серверах. В настоящее время созданы базы данных по всем направлениям человеческой деятельности: экономической, финансовой, кредитной, статистической, научно-технической, маркетинга, патентной информации, электронной документации и т.д.

 

 

57. Методы оценки эффективности информационных сетей

При опытной и рабочей эксплуатации ЛВС основным методом оценки следует считать экспериментальное исследование.

С помощью методов моделирования можно оценить эффект от модернизации ЛВС, не изменяя рабочей конфигурации и организации работы системы. Моделирование - один из наиболее распространенных методов исследования. Модель ЛВС - это такое ее представление, которое состоит из определенного количества организованной информации о ней и построено с целью ее изучения. При исследовании ЛВС, используются абстрактные модели, представляющие собой описания ЛВС на некотором языке. Абстрактная модель, представленная на языке математических отношений, называется математической моделью. Математическая модель М имеет форму функциональной зависимости W=W 4м 0(Х, F) , где W={W 41 0, W 42 0,..., W 4n 0} - показатели эффективностисистемы; Х={x 41 0, x 42 0,..., х 4n 0} и F= {f 41 0, f 42 0,..., f 4Q 0} соответственно параметры и функции, выполняемые системой. Поскольку при исследовании ЛВС возникает много различных вопросов, для решения тех или иных задач может быть разработан ряд моделей M={M 41 0, М 42 0,..., М 4o 0}. Эти модели представляют одну и ту же систему, но разрабатываются в различных целях, представляют ВС с различных точек зрения, а потому имеют различную степень детализации. Это означает, что в некоторой модели M 4i 0 C M могут отсутствовать определенные математические зависимости, а следовательно, модель М может быть неадекватной реальной ВС. Поэтому в совокупность моделей М должны входить такие частные модели, которые адекватно отражают отдельные стороны функционирования ЛВС в соответствии с целью исследования и имеют такую степень детализации, которая достаточна для решения конкретной задачи с требуемой точностью.

АНАЛИТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

Использование аналитических методов связано с необходимостью построения математических моделей ЛВС в строгих математических терминах. Аналитические модели ЛВС носят вероятностный характер и строятся на основе понятий аппарата теорий массового обслуживания, вероятностей и марковских процессов. Могут также применяться дифференциальные и алгебраические уравнения.

+удается быстро получить аналитические модели для решения достаточно широкого круга задач исследования ЛВС.  недостатки: - значительные упрощения,

- громоздкость вычислений для сложных моделей,

- сложность аналитического описания вычислительных процессов

 - недостаточная развитость аналитического аппарата.

Указанные особенности позволяют заключить, что аналитические методы имеют самостоятельное значение лишь при исследовании процессов функционирования ЛВС в первом приближении.

ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

Оно снимает большинство ограничений, связанных с возможностью отражения в моделях реального процесса функционирования исследуемой ЛВС, динамической взаимной обусловленности текущих и последующих событий, комплексной взаимосвязи между параметрами и показателями эффективности системы и т.п.

Имитационные модели представляют собой описание объекта исследования на некотором языке, которое имитирует элементарные явления, составляющие функционирование исследуемой системы, с сохранением их логической структуры, последовательности протекания во времени, особенностей и состава информации о состоянии процесса.

Описания компонентов реальной ЛВС в имитационной модели носят определенный логико-математический характер и представляют собой совокупность алгоритмов, имитирующих функционирование исследуемой ЛВС. Моделирующая программа, построенная на основе этих алгоритмов, позволяет свести имитационное моделирование к проведению экспериментов на ЭВМ путем их "прогона" на некотором множестве входных данных, имитирующих первичные события, которые происходят в системе. Информация, фиксируемая в процессе исследования имитационной модели, позволяет определить требуемые показатели, характеризующие качество исследуемой ВС.

недостаток сложность, высокая трудоемкость и стоимость разработки моделей.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ

Использование моделей ЛВС предполагает наличие информации о реальных характеристиках вычислительного процесса. Такая информация может быть получена эмпирическими методами.

Информация собирается с помощью специальных средств, которые обеспечивают измерение параметров, характеризующих динамику функционирования ЛВС в режимах опытной и нормальной эксплуатации.

Экспериментальные методы позволяют создать основу количественной оценки эффективности ЛВС для достижения следующих практических целей: анализа имеющихся ЛВС, выбора наилучшей и синтеза новой ЛВС. Оценка характеристик аппаратно-программных средств связана с проведением экспериментов и измерений, которые с практической точки зрения могут рассматриваться как процесс получения полезной информации.

На завершающем этапе экспериментальных исследований проводится анализ результатов измерений, который состоит в получении содержательных выводов об исследуемой ЛВС. Важным условием для формирования таких выводов является удачное представление результатов измерений.

Эффективность экспериментальных методов в значительной степени зависит от качества планирования экспериментов и правильности выбора типа нагрузки. Эксперимент состоит из набора тестов, выполняемых в процессе исследований, а тест, в свою очередь, состоит из ряда сеансов или "прогонов".