Канонические формы описания объекта управления связаны с понятиями наблюдаемости и управляемости.
Каноническая форма управляемости.
(п. 2.1)
Объект будет полностью управляемым, если под действием управляющего воздействия его можно перевести из начального состояния Х(0) в любое конечное состояние Х(t) за конечное время t.
При дискретном (цифровом) управлении объект
(п. 2.2)
называется управляемым, если существует последовательность управляющих воздействий U[kT], позволяющих перевести объект из произвольного начального состояния Х[0] в конечное состояние X[nT] за время, равное n тактам.
Определим условие управляемости объекта (п. 2.2). Последовательность изменения состояния объекта под действием последовательности управляющего воздействия определяется выражениями
Или при нулевых начальных условиях
, (п. 2.3)
где - матрица управляемости объекта.
После раскрытия матричного уравнения (п. 2.3) получается n уравнений. Для того чтобы эта системы уравнений имела решение (т.е. чтобы под действием последовательности однозначно изменялось состояние объекта, определяемое внутренними координатами х1, х2,…,хn), необходимо, чтобы система состояла из n независимых уравнений, т.е. ранг r системы (п.2.3) был равен n. Из этого следует, что условием управляемости объекта (п. 2.1) является требование, чтобы
или, по другому, чтобы матрица управляемости Qy имела ранг r=n. Если среди уравнений в выражении (п.2.3.) имеются зависимые уравнения, то ранг матрицы Qy будет меньше n (r<n). Величина d=n-r – называется дефектом матрицы.
В соответствии с признаком управляемости используется описание объекта в канонической форме управляемости.
Для объекта, имеющего передаточную функцию,
. (п. 2.4)
Передаточную функцию (п. 2.4) можно определить так же как (см. Приложение 1)
, (п. 2.5)
где тройка матриц относится к канонической форме управляемости
(п. 2.6)
Структурная схема объекта в канонической форме управляемости представлена на рис. п. 2.1.
Рис. п.2.1 Структурная схема в канонической форме управляемости
Все полученные выражения справедливы и для непрерывных моделей описания динамики объекта. Достаточно заменить в (п.2.4) оператор z на оператор р, а также на рис. п.2.1 оператор z-1 заменить на оператор и исключить верхние индексы *.
Каноническая форма управляемости часто используется из-за простоты связи элементов матриц (п. 2.5) и передаточной функции объекта (п. 2.4).
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.. 6
1 СЕТЕВЫЕ КОНЦЕПЦИИ И ТЕРМИНЫ... 7
2 КАБЕЛИ И ИНТЕРФЕЙСЫ... 10
3 ОБМЕН ДАННЫХ В СЕТИ.. 15
4 СЕТЕВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И ТОПОЛОГИИ.. 26
5 ГЛОБАЛЬНАЯ СЕТЬ ИНТЕРНЕТ.. 34
6 СЛУЖБЫ СЕТИ ИНТЕРНЕТ.. 37
7 ПОДКЛЮЧЕНИЕ К СЕТИ ИНТЕРНЕТ.. 48
8 СРЕДСТВА ПРОСМОТРА WEB.. 51
9 РАБОТА С ЭЛЕКТРОННЫМИ СООБЩЕНИЯМИ.. 61
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА.. 66
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.. 6
1 СЕТЕВЫЕ КОНЦЕПЦИИ И ТЕРМИНЫ... 7
1.1 Основные понятия. 7
1.2 Классификация сетей по масштабу. 7
1.3 Классификация сетей по наличию сервера. 7
1.3.1 Одноранговые сети. 7
1.3.2 Сети с выделенным сервером. 8
1.4 Выбор сети. 9
2 КАБЕЛИ И ИНТЕРФЕЙСЫ... 10
2.1 Типы кабелей. 10
2.1.1 Кабель типа «витая пара» – twisted pair 10
2.1.2 Коаксиальный кабель. 11
2.1.3 Оптоволоконный кабель. 12
2.2 Беспроводные технологии. 12
2.2.1 Радиосвязь. 13
2.2.2 Связь в микроволновом диапазоне. 13
2.2.3 Инфракрасная связь. 13
2.3 Параметры кабелей. 13
3 ОБМЕН ДАННЫХ В СЕТИ.. 15
3.1 Общие понятия. Протокол. Стек протоколов. 15
3.2 Модель ISO/OSI 16
3.3 Функции уровней модели ISO/OSI 18
3.4 Протоколы взаимодействия приложений и протоколы транспортной подсистемы. 21
3.5 Функциональное соответствие видов коммуникационного оборудования уровням модели OSI 22
3.6 Спецификация IEEE 802. 24
3.7 По стеку протоколов. 24
4 СЕТЕВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И ТОПОЛОГИИ.. 26
4.1 Сетевые компоненты. 26
4.1.1 Сетевые карты. 26
4.1.2 Повторители и усилители. 27
4.1.3 Концентраторы. 28
4.1.4 Мосты. 28
4.1.5 Маршрутизаторы. 29
4.1.6 Шлюзы. 29
4.2 Типы сетевой топологии. 30
4.2.1 Шина. 30
4.2.2 Кольцо. 31
4.2.3 Звезда. 31
4.2.4 Mesh. 32
4.2.5 Смешанные топологии. 32
5 ГЛОБАЛЬНАЯ СЕТЬ ИНТЕРНЕТ.. 34
5.1 Теоретические основы Интернета. 34
5.2 Работа со службами Интернета. 35
6 СЛУЖБЫ СЕТИ ИНТЕРНЕТ.. 37
6.1 Терминальный режим. 37
6.2 Электронная почта (E-Mail) 37
6.3 Списки рассылки (Mail list) 38
6.4 Служба телеконференций (Usenet) 38
6.5 Служба World Wide Web (WWW) 40
6.6 Служба имен доменов (DNS) 42
6.7 Служба передачи файлов (FTP) 45
6.8 Служба Internet Relay Chat 46
6.9 Служба ICQ.. 46
7 ПОДКЛЮЧЕНИЕ К СЕТИ ИНТЕРНЕТ.. 48
7.1 Основные понятия. 48
7.2 Установка модема. 49
7.3 Подключение к компьютеру поставщика услуг Интернета. 50
8 СРЕДСТВА ПРОСМОТРА WEB.. 51
8.1 Понятие броузеров и их функции. 51
8.2 Работа с программой Internet Explorer 51
8.2.1 Открытие и просмотр Web-страниц. 53
8.2.2 Работа с гиперссылками. 53
8.2.3 Приемы управления броузером. 54
8.2.4 Работа с несколькими окнами. 55
8.2.5 Настройка свойств броузера. 55
8.3 Поиск информации в World Wide Web. 57
8.4 Прием файлов из Интернета. 59
9 РАБОТА С ЭЛЕКТРОННЫМИ СООБЩЕНИЯМИ.. 61
9.1 Отправка и получение сообщений. 61
9.2 Работа с программой Outlook Express. 62
9.2.1 Создание учетной записи. 62
9.2.2 Создание сообщения электронной почты. 63
9.2.3 Подготовка ответов на сообщения. 63
9.2.4 Чтение сообщений телеконференций. 64
9.3 Работа с адресной книгой. 64
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА.. 66
ВВЕДЕНИЕ
Рассматриваемый в данном конспекте лекций материал — не о конкретной операционной системе и даже не о конкретном типе операционных систем. В нем операционные системы (ОС) рассматриваются с самых общих позиций, а описываемые фундаментальные концепции и принципы построения справедливы для большинства ОС.
1 СЕТЕВЫЕ КОНЦЕПЦИИ И ТЕРМИНЫ
1.1 Основные понятия
Сеть – это соединение между двумя и более компьютерами, позволяющее им разделять ресурсы.
1.2 Классификация сетей по масштабу
Локальная сеть (Local Area Network) представляет собой набор соединенных в сеть компьютеров, расположенных в пределах небольшого физического региона, например, одного здания.
Это набор компьютеров и других подключенных устройств, которые укладываются в зону действия одной физической сети. Локальные сети представляют собой базовые блоки для построения объединенных и глобальных сетей.
Глобальные сети (Wide Area Network) могут соединять сети по всему миру; для межсетевых соединений обычно используются сторонние средства коммуникаций.
Соединения в глобальных сетях могут быть очень дорогими, так как стоимость связи растет с ростом ширины полосы пропускания. Таким образом, лишь небольшое число соединений в глобальных сетях поддерживают ту же полосу пропускания, что и обычные локальные сети.
Региональные сети (Metropolitan Area Network) используют технологии глобальных сетей для объединения локальных сетей в конкретном географическом регионе, например, городе.
1.3 Классификация сетей по наличию сервера
1.3.1 Одноранговые сети[1]
Компьютеры в одноранговых сетях могут выступать как в роли клиентов, так и в роли серверов. Так как все компьютеры в этом типе сетей равноправны, то одноранговые сети не имеют централизованного управления[2] разделением ресурсов. Любой из компьютеров в этой сети может разделять свои ресурсы с любым компьютером из этой же сети. Одноранговын взаимоотношения также означают, что ни один компьютер не имеет ни высшего приоритета на доступ, ни повышенной ответственности за предоставление ресурсов в совместное использование[3].
Преимущества одноранговых сетей:
– они легки в установке и настройке;
– отдельные машины не зависят от выделенного сервера;
– пользователи в состоянии контролировать свои собственные ресурсы;
– недорогой тип сетей в приобретении и эксплуатации;
– не нужно никакого дополнительного оборудования или программного обеспечения, кроме операционной системы;
– нет необходимости нанимать администратора сети;
– хорошо подходит с количеством пользователей, не превышающих 10.
Недостатки одноранговых сетей:
– применение сетевой безопасности одновременно только к одному ресурсу;
– пользователи должны помнить столько паролей[4], сколько имеется разделенных ресурсов;
– необходимо производить резервное копирование отдельно на каждом компьютере, чтобы защитить все совместные данные;
– при получении доступа к ресурса, на компьютере, на котором этот ресурс расположен, ощущается падение производительности;
– не существует централизованной организационной схемы для поиска и управления доступом к данным.
1.3.2 Сети с выделенным сервером[5]
Компания Microsoft предпочитает термин Server-based. Сервер[6] представляет собой машину (компьютер), чьей основной задачей является реакция на клиентские[7] запросы. Серверы редко управляются кем-то непосредственно – только чтобы установить, настроить или обслуживать.
Достоинства сетей с выделенным сервером:
– они обеспечивают централизованное управление учетными записями[8] пользователей, безопасностью и доступом, что упрощает сетевое администрирование;
– более мощное оборудование означает и более эффективный доступ к ресурсам сети;
– пользователям для входа в сеть нужно помнить только один пароль, что позволяет им получать доступ ко всем ресурсам, у которым имеет право;
– такие сети лучше масштабируются (растут) с ростом числа клиентов.
Недостатки сетей с выделенным сервером:
– неисправность сервера может сделать сеть неработоспособной, в лучшем случае – потеря сетевых ресурсов;
– такие сети требуют квалифицированного персонала для сопровождения сложного специализированного программного обеспечения;
– стоимость сети увеличивается, благодаря потребности в специализированном оборудовании и программном обеспечении.
1.4 Выбор сети
Выбор сети зависит от ряда обстоятельств:
– количество компьютеров в сети (до 10 – одноранговые сети);
– финансовые причины;
– наличие централизованного управления, безопасность;
– доступ к специализированным серверам;
– большая нагрузка на сетевые ресурсы;
– доступ к глобальной сети.
2 КАБЕЛИ И ИНТЕРФЕЙСЫ
На самом нижнем уровне сетевых коммуникаций находится носитель, по которому передаются данные. В отношении передачи данных термин media[9] (носитель, среда передачи данных) может включать в себя как кабельные, так и беспроводные технологии.
2.1 Типы кабелей
Существует несколько различных видов кабелей, используемых в современных сетях. Различные сетевые ситуации могут потребовать различных типов кабелей.
2.1.1 Кабель типа «витая пара» – twisted pair
Представляет собой сетевой носитель, используемый во многих сетевых топологиях, включая Ethernet, ARCNet, IBM Token Ring.
Витая пара бывает двух видов.
1. Неэкранированная витая пара.
Имеется пять категорий неэкранированной витой пары. Они нумеруются по порядку возрастания качества от CAT1 до CAT5. Кабели более высокой категории обычно содержат больше пар проводников, и эти проводники имеют больше витков на единицу длины.
CAT1 – телефонный кабель, не поддерживает цифровой передачи данных.
CAT2 – представляет собой редко используемый старый тип неэкранированной витой пары. Он поддерживает скорость передачи данных до 4 Мбит/с.
CAT3 – минимальный уровень неэкранированной витой пары, требуемый для сегодняшних цифровых сетей, имеет пропускную способность 10 Мбит/с.
CAT4 – промежуточная спецификация кабеля, поддерживающая скорость передачи данных до 16 Мбит/с.
CAT5 – наиболее эффективный тип неэкранированной витой пары, поддерживающий скорость передачи данных до 100 Мбит/с.
Кабели неэкранированной витой пары соединяют сетевую карту каждого компьютера с сетевой панелью или с сетевым концентратором с помощью соединителя RJ-45 для каждой точки соединения.
Примером такой конфигурации является стандарт на сеть Ethernet 10Base-T, который характеризуется кабелем неэкранированная витая пара (от CAT3 до CAT5) и использованием соединителя RJ-45.
Недостатки:
– чувствительность к помехам со стороны внешних электромагнитных источников;
– взаимное наложение сигнала между смежными проводами;
– неэкранированная витая пара уязвима для перехвата сигнала;
– большое затухание сигнала по пути (ограничение до 100 м).
2. Экранированная витая пара.
Имеет схожую конструкцию, что и предыдущая, подчиняется тому же 100-метровому ограничению. Обычно содержит в середине четыре или более пары скрученных медных изолированных проводов, а также электрически заземленную плетеную медную сетку или алюминиевую фольгу, создавая экран от внешнего электромагнитного воздействия.
Недостатки:
– кабель менее гибок;
– требует электрического заземления.
2.1.2 Коаксиальный кабель
Этот тип кабеля состоит из центрального медного проводника, более толстого, чем провода в кабеле типа витая пара. Центральный проводник покрыт слоем пенистого пластикового изолирующего материала, который в свою очередь окружен вторым проводником, обычно плетеной медной сеткой или алюминиевой фольгой. Внешний проводник не используется для передачи данных, а выступает как заземление.
Коаксиальный кабель может передавать данные со скорость до 10 Мбит/с на максимальное расстояние от 185 м до 500 м.
Двумя основными типами коаксиального кабеля, используемого в локальных сетях, является «Толстый Ethernet» (Thicknet) и «Тонкий Ethernet» (Thinnet).
1. Thinnet.
Также известен как кабель RG-58, является наиболее используемым. Он наиболее гибок из всех типов коаксиальных кабелей, имеет толщину примерно 6 мм. Он может использоваться для соединения каждого компьютера с другими компьютерами в локальной сети с помощью T–коннектора, British Naval Connector (BNC)-коннектора и 50-Омных заглушек (terminator терминаторов). Используется в основном для сетей типа 10Base-2 Ethernet.
Эта конфигурация поддерживает передачу данных со скорость до 10 Мбит/с на максимальное расстояние до 185 м между повторителями.
2. Thicnet.
Является более толстым и более дорогим коаксиальным кабелем. По конструкции он схож с предыдущим, но менее гибок. Используется как основа для сетей 10Base-5 Ethernet. Этот кабель имеет маркировку RG-8 или RG-11, приблизительно 12 мм в диаметре. Он используется в виде линейной шины. Для подключения к каждой сетевой плате используется специальный внешний трансивер AUI (Attachment unit interface) и «вампир» (ответвление), пронизывающее оболочку кабеля для получения доступа к проводу.
Имеет толстый центральный проводник, который обеспечивает надежную передачу данных на расстояние до 500 м на сегмент кабеля. Часто используется для создания соединительных магистралей. Скорость передачи данных до 10 Мбит/с.
2.1.3 Оптоволоконный кабель
Обеспечивают превосходную скорость передачи информации на большие расстояния. Они не восприимчивы к электромагнитному шуму и подслушиванию.
Он состоит из центрального стеклянного или пластикового проводника, окруженного другим слоем стеклянного или пластикового покрытия, и внешней защитной оболочки. Данные передаются по кабелю с помощью лазерного или светодиодного передатчика, который посылает однонаправленные световые импульсы через центральное стеклянное волокно. Стеклянное покрытие помогает поддерживать фокусировку света во внутреннем проводнике. На другом конце проводника сигнал принимается фотодиодным приемником, преобразующем световые сигналы в электрический сигнал.
Скорость передачи данных для оптоволоконного кабеля достигает от 100 Мбит/с до 2Гбит/с. Данные могут быть надежно переданы на расстояние до 2 км без повторителя.
Световые импульсы двигаются только в одном направлении, поэтому необходимо иметь два проводника: входящий и исходящий кабели.
Этот кабель сложен в установке, является самым дорогим типом кабеля.
2.2 Беспроводные технологии
Методы беспроводной передачи данных являются более удобной формой. Беспроводные технологии различаются по типам сигналов, частоте, расстоянию передачи.
Тремя главными типами беспроводной передачи данных являются: радиосвязь, связь в микроволновом диапазоне, инфракрасная связь.
2.2.1 Радиосвязь
Технологии радиосвязи пересылают данные на радиочастотах и практически не имеет ограничений на дальность. Используется для соединения локальных сетей на больших географических расстояниях.
Недостатки:
– радиопередача имеет высокую стоимость,
– подлежит государственному регулированию,
– крайне чувствительна к электронному или атмосферному влиянию,
– подвержена перехвату, поэтому требует шифрования.
2.2.2 Связь в микроволновом диапазоне
Поддерживает передачу данных в микроволновом диапазоне, использует высокие частоты и применяется как на коротких расстояниях, так и в глобальной коммуникациях.
Ограничение: передатчик и приемник должны быть в зоне прямой видимости друг друга.
Широко используется в глобальной передаче информации с помощью спутников и наземных спутниковых антенн.
2.2.3 Инфракрасная связь
Функционирует на высоких частотах, приближающихся к частотам видимого света. Могут быть использованы для установления двусторонней или широковещательной передачи данных на близкие расстояния. Обычно используют светодиоды для передачи инфракрасных волн приемнику.
Эти волны могут быть физически заблокированы и испытывают интерференцию с ярким светом, поэтому передача ограничена малыми расстояниями.
2.3 Параметры кабелей
При планировании сети или расширении существующей сети необходимо четко рассмотреть несколько вопросов, касающихся кабелей: стоимость, расстояние, скорость передачи данных, легкость установки, количество поддерживаемых узлов.
Сравнение типов кабелей по скорости передачи данных, стоимости кабелей, сложности установки, максимального расстояния передачи данных представлено в таблице 2.1.
Количество узлов на сегмент и узлов в сети при построении сетей с различным использованием кабелей представлено в таблице 2.2.
Таблица 2.2 – Количество узлов в зависимости от типа сети
Тип сети
Узлов на сегмент
Узлов на сеть
10Base-T
10Base-F
100Base-T
10Base-2 (5 сегментов, только в 3-х могут быть сервера)
900 (1024)
10Base-5 (5 сегментов, только в 3-х могут быть сервера)
3 ОБМЕН ДАННЫХ В СЕТИ
3.1 Общие понятия. Протокол. Стек протоколов.
Главная цель, которая преследуется при соединении компьютеров в сеть – это возможность использования ресурсов каждого компьютера всеми пользователями сети. Для того, чтобы реализовать эту возможность, компьютеры, подсоединенные к сети, должны иметь необходимые для этого средства взаимодействия с другими компьютерами сети.
Задача разделения сетевых ресурсов включает в себя решение множества проблем – выбор способа адресации компьютеров и согласование электрических сигналов при установление электрической связи, обеспечение надежной передачи данных и обработка сообщений об ошибках, формирование отправляемых и интерпретация полученных сообщений, а также много других не менее важных задач.
Обычным подходом при решении сложной проблемы является ее разбиение на несколько частных проблем – подзадач. Для решения каждой подзадачи назначается некоторый модуль. При этом четко определяются функции каждого модуля и правила их взаимодействия.
Частным случаем декомпозиции задачи является многоуровневое представление, при котором все множество модулей, решающих подзадачи, разбивается на иерархически упорядоченные группы – уровни. Для каждого уровня определяется набор функций-запросов, с которыми к модулям данного уровня могут обращаться модули выше лежащего уровня для решения своих задач.
Такой набор функций, выполняемых данным уровнем для выше лежащего уровня, а также форматы сообщений, которыми обмениваются два соседних уровня в ходе своего взаимодействия, называется интерфейсом.
Правила взаимодействия двух машин могут быть описаны в виде набора процедур для каждого из уровней. Такие формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты, лежащие на одном уровне, но в разных узлах, называются протоколами[10].
Согласованный набор протоколов разных уровней, достаточный для организации межсетевого взаимодействия, называется стеком протоколов.
При организации взаимодействия могут быть использованы два основных типа протоколов. В протоколах с установлением соединения (connection-oriented network service, CONS) перед обменом данными отправитель и получатель должны сначала установить логическое соединение, то есть договориться о параметрах процедуры обмена, которые будут действовать только в рамках данного соединения. После завершения диалога они должны разорвать это соединение. Когда устанавливается новое соединение, переговорная процедура выполняется заново.
Вторая группа протоколов - протоколы без предварительного установления соединения (connectionless network service, CLNS). Такие протоколы называются также дейтаграммными протоколами. Отправитель просто передает сообщение, когда оно готово.
3.2 Модель ISO/OSI
Из того, что протокол является соглашением, принятым двумя взаимодействующими объектами, в данном случае двумя работающими в сети компьютерами, совсем не следует, что он обязательно представляет собой стандарт. Но на практике при реализации сетей стремятся использовать стандартные протоколы. Это могут быть фирменные, национальные или международные стандарты.
Международная Организация по Стандартам (International Standards Organization, ISO) разработала модель, которая четко определяет различные уровни взаимодействия систем, дает им стандартные имена и указывает, какую работу должен делать каждый уровень. Эта модель называется моделью взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection, OSI) или моделью ISO/OSI.
В модели OSI взаимодействие делится на семь уровней или слоев (рис.1). Каждый уровень имеет дело с одним определенным аспектом взаимодействия. Таким образом, проблема взаимодействия декомпозирована на 7 частных проблем, каждая из которых может быть решена независимо от других. Каждый уровень поддерживает интерфейсы с выше- и нижележащими уровнями.
Модель OSI описывает только системные средства взаимодействия, не касаясь приложений конечных пользователей. Приложения реализуют свои собственные протоколы взаимодействия, обращаясь к системным средствам. Следует иметь в виду, что приложение может взять на себя функции некоторых верхних уровней модели OSI, в таком случае, при необходимости межсетевого обмена оно обращается напрямую к системным средствам, выполняющим функции оставшихся нижних уровней модели OSI.
Приложение конечного пользователя может использовать системные средства взаимодействия не только для организации диалога с другим приложением, выполняющимся на другой машине, но и просто для получения услуг того или иного сетевого сервиса.
Итак, пусть приложение обращается с запросом к прикладному уровню, например к файловому сервису. На основании этого запроса программное обеспечение прикладного уровня формирует сообщение стандартного формата, в которое помещает служебную информацию (заголовок) и, возможно, передаваемые данные. Затем это сообщение направляется представительному уровню.
Представительный уровень добавляет к сообщению свой заголовок и передает результат вниз сеансовому уровню, который в свою очередь добавляет свой заголовок и т.д.
Наконец, сообщение достигает самого низкого, физического уровня, который действительно передает его по линиям связи.
Когда сообщение по сети поступает на другую машину, оно последовательно перемещается вверх с уровня на уровень. Каждый уровень анализирует, обрабатывает и удаляет заголовок своего уровня, выполняет соответствующие данному уровню функции и передает сообщение вышележащему уровню.
Кроме термина "сообщение" (message) существуют и другие названия, используемые сетевыми специалистами для обозначения единицы обмена данными. В стандартах ISO для протоколов любого уровня используется такой термин как "протокольный блок данных" - Protocol Data Unit (PDU). Кроме этого, часто используются названия кадр (frame), пакет (packet), дейтаграмма (datagram).
3.3 Функции уровней модели ISO/OSI
Физический уровень. Этот уровень имеет дело с передачей битов по физическим каналам, таким, например, как коаксиальный кабель, витая пара или оптоволоконный кабель. К этому уровню имеют отношение характеристики физических сред передачи данных, такие как полоса пропускания, помехозащищенность, волновое сопротивление и другие. На этом же уровне определяются характеристики электрических сигналов, такие как требования к фронтам импульсов, уровням напряжения или тока передаваемого сигнала, тип кодирования, скорость передачи сигналов. Кроме этого, здесь стандартизуются типы разъемов и назначение каждого контакта.
Функции физического уровня реализуются во всех устройствах, подключенных к сети. Со стороны компьютера функции физического уровня выполняются сетевым адаптером или последовательным портом.
Канальный уровень. Одной из задач канального уровня является проверка доступности среды передачи. Другой задачей канального уровня является реализация механизмов обнаружения и коррекции ошибок. Для этого на канальном уровне биты группируются в наборы, называемые кадрами (frames). Канальный уровень обеспечивает корректность передачи каждого кадра, помещая специальную последовательность бит в начало и конец каждого кадра, чтобы отметить его, а также вычисляет контрольную сумму, суммируя все байты кадра определенным способом и добавляя контрольную сумму к кадру. Когда кадр приходит, получатель снова вычисляет контрольную сумму полученных данных и сравнивает результат с контрольной суммой из кадра. Если они совпадают, кадр считается правильным и принимается. Если же контрольные суммы не совпадают, то фиксируется ошибка.
В протоколах канального уровня, используемых в локальных сетях, заложена определенная структура связей между компьютерами и способы их адресации. Хотя канальный уровень и обеспечивает доставку кадра между любыми двумя узлами локальной сети, он это делает только в сети с совершенно определенной топологией связей, именно той топологией, для которой он был разработан. К таким типовым топологиям, поддерживаемым протоколами канального уровня локальных сетей, относятся общая шина, кольцо и звезда. Примерами протоколов канального уровня являются протоколы Ethernet, Token Ring, FDDI, 100VG-AnyLAN.
Сетевой уровень. Этот уровень служит для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей с различными принципами передачи информации между конечными узлами.
Сообщения сетевого уровня принято называть пакетами (packets). При организации доставки пакетов на сетевом уровне используется понятие "номер сети". В этом случае адрес получателя состоит из номера сети и номера компьютера в этой сети.
Для того, чтобы передать сообщение от отправителя, находящегося в одной сети, получателю, находящемуся в другой сети, нужно совершить некоторое количество транзитных передач (hops) между сетями, каждый раз выбирая подходящий маршрут. Таким образом, маршрут представляет собой последовательность маршрутизаторов, через которые проходит пакет.
Проблема выбора наилучшего пути называется маршрутизацией и ее решение является главной задачей сетевого уровня. Эта проблема осложняется тем, что самый короткий путь не всегда самый лучший. Часто критерием при выборе маршрута является время передачи данных по этому маршруту, оно зависит от пропускной способности каналов связи и интенсивности трафика, которая может изменяться с течением времени.
На сетевом уровне определяется два вида протоколов. Первый вид относится к определению правил передачи пакетов с данными конечных узлов от узла к маршрутизатору и между маршрутизаторами. Именно эти протоколы обычно имеют в виду, когда говорят о протоколах сетевого уровня. К сетевому уровню относят и другой вид протоколов, называемых протоколами обмена маршрутной информацией. С помощью этих протоколов маршрутизаторы собирают информацию о топологии межсетевых соединений. Протоколы сетевого уровня реализуются программными модулями операционной системы, а также программными и аппаратными средствами маршрутизаторов.
Примерами протоколов сетевого уровня являются протокол межсетевого взаимодействия IP стека TCP/IP и протокол межсетевого обмена пакетами IPX стека Novell.
Транспортный уровень. На пути от отправителя к получателю пакеты могут быть искажены или утеряны. Хотя некоторые приложения имеют собственные средства обработки ошибок, существуют и такие, которые предпочитают сразу иметь дело с надежным соединением. Работа транспортного уровня заключается в том, чтобы обеспечить приложениям или верхним уровням стека - прикладному и сеансовому - передачу данных с той степенью надежности, которая им требуется. Модель OSI определяет пять классов сервиса, предоставляемых транспортным уровнем.
Как правило, все протоколы, начиная с транспортного уровня и выше, реализуются программными средствами конечных узлов сети - компонентами их сетевых операционных систем. В качестве примера транспортных протоколов можно привести протоколы TCP и UDP стека TCP/IP и протокол SPX стека Novell.
Сеансовый уровень. Сеансовый уровень обеспечивает управление диалогом для того, чтобы фиксировать, какая из сторон является активной в настоящий момент, а также предоставляет средства синхронизации. Последние позволяют вставлять контрольные точки в длинные передачи, чтобы в случае отказа можно было вернуться назад к последней контрольной точке, вместо того, чтобы начинать все с начала. На практике немногие приложения используют сеансовый уровень, и он редко реализуется.
Уровень представления. Этот уровень обеспечивает гарантию того, что информация, передаваемая прикладным уровнем, будет понятна прикладному уровню в другой системе. При необходимости уровень представления выполняет преобразование форматов данных в некоторый общий формат представления, а на приеме, соответственно, выполняет обратное преобразование. Таким образом, прикладные уровни могут преодолеть, например, синтаксические различия в представлении данных. На этом уровне может выполняться шифрование и дешифрование данных, благодаря которому секретность обмена данными обеспечивается сразу для всех прикладных сервисов. Примером протокола, работающего на уровне представления, является протокол Secure Socket Layer (SSL), который обеспечивает секретный обмен сообщениями для протоколов прикладного уровня стека TCP/IP.
Прикладной уровень. Прикладной уровень - это в действительности просто набор разнообразных протоколов, с помощью которых пользователи сети получают доступ к разделяемым ресурсам, таким как файлы, принтеры или гипертекстовые Web-страницы, а также организуют свою совместную работу, например, с помощью протокола электронной почты. Единица данных, которой оперирует прикладной уровень, обычно называется сообщением (message).
Существует очень большое разнообразие протоколов прикладного уровня. Приведем в качестве примеров хотя бы несколько наиболее распространенных реализаций файловых сервисов: NCP в операционной системе Novell NetWare, SMB в Microsoft Windows NT, NFS, FTP и TFTP, входящие в стек TCP/IP.
3.4 Протоколы взаимодействия приложений и протоколы транспортной подсистемы
Функции всех уровней модели OSI могут быть отнесены к одной из двух групп: либо к функциям, зависящим от конкретной технической реализации сети, либо к функциям, ориентированным на работу с приложениями.
Три нижних уровня - физический, канальный и сетевой - являются сетезависимыми, то есть протоколы этих уровней тесно связаны с технической реализацией сети, с используемым коммуникационным оборудованием.
Три верхних уровня - сеансовый, уровень представления и прикладной - ориентированы на приложения и мало зависят от технических особенностей построения сети. На протоколы этих уровней не влияют никакие изменения в топологии сети, замена оборудования или переход на другую сетевую технологию.
Транспортный уровень является промежуточным, он скрывает все детали функционирования нижних уровней от верхних уровней. Это позволяет разрабатывать приложения, независящие от технических средств, непосредственно занимающихся транспортировкой сообщений.
Рисунок 2 показывает уровни модели OSI, на которых работают различные элементы сети.
Компьютер, с установленной на нем сетевой ОС, взаимодействует с другим компьютером с помощью протоколов всех семи уровней. Это взаимодействие компьютеры осуществляют через различные коммуникационные устройства: концентраторы, модемы, мосты, коммутаторы, маршрутизаторы, мультиплексоры. В зависимости от типа, коммуникационное устройство может работать либо только на физическом уровне (повторитель), либо на физическом и канальном (мост и коммутатор), либо на физическом, канальном и сетевом, иногда захватывая и транспортный уровень (маршрутизатор).
3.5 Функциональное соответствие видов коммуникационного оборудования уровням модели OSI
Лучшим способом для понимания отличий между сетевыми адаптерами, повторителями, мостами/коммутаторами и маршрутизаторами является рассмотрение их работы в терминах модели OSI. Соотношение между функциями этих устройств и уровнями модели OSI показано на рисунке 3.
Повторитель, который регенерирует сигналы, за счет чего позволяет увеличивать длину сети, работает на физическом уровне.
Сетевой адаптер работает на физическом и канальном уровнях. К физическому уровню относится та часть функций сетевого адаптера, которая связана с приемом и передачей сигналов по линии связи, а получение доступа к разделяемой среде передачи, распознавание МАС-адреса компьютера - это уже функция канального уровня.
Мосты выполняют большую часть своей работы на канальном уровне. Для них сеть представляется набором МАС-адресов устройств. Они извлекают эти адреса из заголовков, добавленных к пакетам на канальном уровне, и используют их во время обработки пакетов для принятия решения о том, на какой порт отправить тот или иной пакет. Мосты не имеют доступа к информации об адресах сетей, относящейся к более высокому уровню. Поэтому они ограничены в принятии решений о возможных путях или маршрутах перемещения пакетов по сети.
Маршрутизаторы работают на сетевом уровне модели OSI. Для маршрутизаторов сеть - это набор сетевых адресов устройств и множество сетевых путей. Маршрутизаторы анализируют все возможные пути между любыми двумя узлами сети и выбирают самый короткий из них. При выборе могут приниматься во внимание и другие факторы, например, состояние промежуточных узлов и линий связи, пропускная способность линий или стоимость передачи данных.
Для того, чтобы маршрутизатор мог выполнять возложенные на него функции ему должна быть доступна более развернутая информация о сети, нежели та, которая доступна мосту. В заголовке пакета сетевого уровня кроме сетевого адреса имеются данные, например, о критерии, который должен быть использован при выборе маршрута, о времени жизни пакета в сети, о том, какому протоколу верхнего уровня принадлежит пакет.
Благодаря использованию дополнительной информации, маршрутизатор может осуществлять больше операций с пакетами, чем мост/коммутатор. Поэтому программное обеспечение, необходимое для работы маршрутизатора, является более сложным.
На рисунке 3 показан еще один тип коммуникационных устройств - шлюз, который может работать на любом уровне модели OSI. Шлюз (gateway) - это устройство, выполняющее трансляцию протоколов. Шлюз размещается между взаимодействующими сетями и служит посредником, переводящим сообщения, поступающие из одной сети, в формат другой сети. Шлюз может быть реализован как чисто программными средствами, установленными на обычном компьютере, так и на базе специализированного компьютера. Трансляция одного стека протоколов в другой представляет собой сложную интеллектуальную задачу, требующую максимально полной информации о сети, поэтому шлюз использует заголовки всех транслируемых протоколов.
3.6 Спецификация IEEE 802
Примерно в то же время, когда появилась модель OSI, была опубликована спецификация IEEE 802, которая фактически расширяет сетевую модель OSI. Это расширение происходит на канальном и физическом уровнях, которые определяют как более чем один компьютер может получить доступ к сети, избежав конфликтов с другими компьютерами сети.
Этот стандарт детализирует эти уровни посредством разбиения канального уровня на 2 подуровня:
– Logical Link Control (LLC) – подуровень управления логической связью. Управляет связями между каналами данных и определяет использование точек логического интерфейса, называемых Services Access Point (Точки доступа у службам), которые другими компьютерами могут использоваться для передачи информации на верхние уровни модели OSI;
– Media Access Control (MAC) – подуровень управления доступом к устройствам. Предоставляет параллельный доступ для нескольких сетевых адаптеров на физическом уровне, имеет прямое взаимодействие с сетевой картой компьютера и отвечает за обеспечение безошибочной передачи данных между компьютерами в сети.
3.7 По стеку протоколов
Набор протоколов (или стек протоколов) представляет собой сочетание протоколов, которые совместно работают для обеспечения сетевого взаимодействия. Эти наборы протоколов обычно разбивают на три группы, соответствующие сетевой модели OSI:
– сетевые;
– транспортные;
– прикладные.
Сетевые протоколы предоставляют следующие услуги:
– адресацию и маршрутизацию информации;
– проверку на наличие ошибок;
– запрос повторной передачи;
– установление правил взаимодействия в конкретной сетевой среде.
Популярные сетевые протоколы:
– DDP (Delivery Datagram Protocol – Протокол доставки дейтаграмм). Протокол передачи данных Apple, используемый в AppleTalk.
– IP (Internet Protocol – Протокол Интернет). Часть набора протоколов TCP/IP, обеспечивающая адресную информацию и информацию о маршрутизации.
– IPX (Internetwork Packet eXchange – Межсетевой обмен пакетами) и NWLink. Протокол сетей Novell NetWare (и реализация этого протокола фирмой Microsoft), используемый для маршрутизации и направления пакетов.
– NetBEUI. Разработанный совместно IBM и Microsoft, этот протокол обеспечивает транспортные услуги для NetBIOS.
Транспортные протоколы отвечают за обеспечение надежной транспортировки данных между компьютерами.
Популярные транспортные протоколы:
– ATP (AppleTalk Transaction Protocol – Транзакционный протокол AppleTalk) и NBP (Name Binding Protocol – Протокол связывания имен). Сеансовый и транспортный протоколы AppleTalk.
– NetBIOS/NetBEUI. Первый – устанавливает соединение между компьютерами, а второй – предоставляет услуги передачи данных для этого соединения.
– SPX (Sequenced Packet exchange – Последовательный обмен пакетами) и NWLink. Ориентированный на соединения протокол Novell, используемый для обеспечения доставки данных (и реализация этого протокола фирмой Microsoft).
– TCP (Transmission Control Protocol – Протокол управления передачей). Часть набора протоколов TCP/IP, отвечающая за надежную доставку данных.
Прикладные протоколы, ответственные за взаимодействие приложений.
– FTP (File Transfer Protocol – Протокол передачи данных). Еще один член набора протоколов TCP/IP, используемый для обеспечения услуг по передаче файлов.
– SMTP (Simple Mail Transport Protocol – Простой протокол передачи почты). Член набора протоколов TCP/IP, отвечающий за передачу электронной почты.
– SNMP (Simple Network Management Protocol – Простой протокол управления сетью). Протокол TCP/IP, используемый для управления и наблюдения за сетевыми устройствами.
4 СЕТЕВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И ТОПОЛОГИИ
4.1 Сетевые компоненты
Существует множество сетевых устройств, которые можно использовать для создания, сегментирования и усовершенствования сети.
4.1.1 Сетевые карты[11]
Сетевой адаптер (Network Interface Card, NIC) - это периферийное устройство компьютера, непосредственно взаимодействующее со средой передачи данных, которая прямо или через другое коммуникационное оборудование связывает его с другими компьютерами. Это устройство решает задачи надежного обмена двоичными данными, представленными соответствующими электромагнитными сигналами, по внешним линиям связи. Как и любой контроллер компьютера, сетевой адаптер работает под управлением драйвера операционной системы.
В большинстве современных стандартов для локальных сетей предполагается, что между сетевыми адаптерами взаимодействующих компьютеров устанавливается специальное коммуникационное устройство (концентратор, мост, коммутатор или маршрутизатор), которое берет на себя некоторые функции по управлению потоком данных.
Сетевой адаптер обычно выполняет следующие функции:
– Оформление передаваемой информации в виде кадра определенного формата. Кадр включает несколько служебных полей, среди которых имеется адрес компьютера назначения и контрольная сумма кадра.
– Получение доступа к среде передачи данных. В локальных сетях в основном применяются разделяемые между группой компьютеров каналы связи (общая шина, кольцо), доступ к которым предоставляется по специальному алгоритму (наиболее часто применяются метод случайного доступа или метод с передачей маркера доступа по кольцу).
– Кодирование последовательности бит кадра последовательностью электрических сигналов при передаче данных и декодирование при их приеме. Кодирование должно обеспечить передачу исходной информацию по линиям связи с определенной полосой пропускания и определенным уровнем помех таким образом, чтобы принимающая сторона смогла распознать с высокой степенью вероятности посланную информацию.
– Преобразование информации из параллельной формы в последовательную и обратно. Эта операция связана с тем, что в вычислительных сетях информация передается в последовательной форме, бит за битом, а не побайтно, как внутри компьютера.
– Синхронизация битов, байтов и кадров. Для устойчивого приема передаваемой информации необходимо поддержание постоянного синхронизма приемника и передатчика информации.
Сетевые адаптеры различаются по типу и разрядности используемой в компьютере внутренней шины данных - ISA, EISA, PCI, MCA.
Сетевые адаптеры различаются также по типу принятой в сети сетевой технологии - Ethernet, Token Ring, FDDI и т.п. Как правило, конкретная модель сетевого адаптера работает по определенной сетевой технологии (например, Ethernet).
В связи с тем, что для каждой технологии сейчас имеется возможность использования различных сред передачи, сетевой адаптер может поддерживать как одну, так и одновременно несколько сред. В случае, когда сетевой адаптер поддерживает только одну среду передачи данных, а необходимо использовать другую, применяются трансиверы и конверторы.
Трансивер (приемопередатчик, transmitter+receiver) - это часть сетевого адаптера, его оконечное устройство, выходящее на кабель. В вариантах Ethernet'а оказалось удобным выпускать сетевые адаптеры с портом AUI, к которому можно присоединить трансивер для требуемой среды.
Вместо подбора подходящего трансивера можно использовать конвертор, который может согласовать выход приемопередатчика, предназначенного для одной среды, с другой средой передачи данных (например, выход на витую пару преобразуется в выход на коаксиальный кабель).
4.1.2 Повторители и усилители
Как говорилось ранее, сигнал при перемещении по сети, ослабевает. Чтобы предотвратить это ослабление, можно использовать повторители и (или) усилители, которые усиливают сигнал, проходящий через них.
Повторители (repeater) используются в сетях с цифровым сигналом для борьбы с затуханием (ослаблением) сигнала. Когда репитер получает ослабленный сигнал, он очищает этот сигнал, усиливает и посылает следующему сегменту.
Усилители (amplifier), хоть и имеют схожее назначение, используются для увеличения дальности передачи в сетях, использующих аналоговый сигнал. Это называется широкополосной передачей. Носитель делится на несколько каналов, так что разные частоты могут передаваться параллельно.
Обычно сетевая архитектура определяет максимальное количество повторителей, которые могут быть установлены в отдельной сети. Причиной этого является феномен, известный как «задержка распространения». Период, требуемый каждому повторителю для очистки и усиления сигнала, умноженный на число повторителей, может приводить к заметным задержкам передачи данных по сети.
4.1.3 Концентраторы
Концентратор (HUB) представляет собой сетевое устройство, действующее на физическом уровне сетевой модели OSI, служащее в качестве центральной точки соединения и связующей линии в сетевой конфигурации «звезда».
Существует три основных типа концентраторов:
– пассивные (passive);
– активные (active);
– интеллектуальные (intelligent).
Пассивные концентраторы не требуют электроэнергии и действуют как физическая точка соединения, ничего не добавляя к проходящему сигналу).
Активные требуют энергию, которую используют для восстановления и усиления сигнала.
Интеллектуальные концентраторы могут предоставлять такие сервисы, как переключение пакетов (packet switching) и перенаправление трафика (traffic riuting).
4.1.4 Мосты
Мост (bridge) представляет собой устройство, используемое для соединения сетевых сегментов. Мосты можно рассматривать как усовершенствование повторителей, так как они уменьшают загрузку сети: мосты считывают адрес сетевой карты (MAC address) компьютера-получателя из каждого входящего пакета данных и просматривают специальные таблицы, чтобы определить, что делать с пакетом.
Мост функционирует на канальном уровне сетевой модели OSI.
Мост функционирует как повторитель, он получает данные из любого сегмента, но он более разборчив, чем повторитель. Если получатель находится в том же физическом сегменте, что и мост, то мост знает, что пакет больше не нужен. Если получатель находится в другом сегменте, мост знает, что пакет надо переслать.
Эта обработка позволяет уменьшить загрузку сети, поскольку сегмент не будет получать сообщений, которые к нему не относятся.
Мосты могут соединять сегменты, которые используют разные типы носителей (10BaseT, 10Base2), а также с разными схемами доступа к носителю (Ethernet, Token Ring).
4.1.5 Маршрутизаторы
Маршрутизатор (router) представляет собой сетевое коммуникационное устройство, работающее на сетевом уровне сетевой модели, и может связывать два и более сетевых сегментов (или подсетей).
Он функционирует подобно мосту, но для фильтрации трафика он использует не адрес сетевой карты компьютера, а информацию о сетевом адресе, передаваемую в относящейся к сетевому уровню части пакета.
После получения этой информации маршрутизатор использует таблицу маршрутизации, чтобы определить, куда направить пакет.
Существует два типа маршрутизирующих устройств: статические и динамические. Первые используют статическую таблицу маршрутизации, которую должен создавать и обновлять сетевой администратор. Вторые – создают и обновляют свои таблицы сами.
Маршрутизаторы могут уменьшить загрузку сети, увеличить пропускную способность, а также повысить надежность доставки данных.
Маршрутизатором может быть как специальное электронное устройство, так и специализированный компьютер, подключенный к нескольким сетевым сегментам с помощью нескольких сетевых карт.
Он может связывать несколько небольших подсетей, использующих различные протоколы, если используемые протоколы поддерживают маршрутизацию. Маршрутизируемые протоколы обладают способностью перенаправлять пакеты данных в другие сетевые сегменты (TCP/IP, IPX/SPX). Не маршрутизируемый протокол – NetBEUI. Он не может работать за пределами своей собственной подсети.
4.1.6 Шлюзы
Шлюз (gateway) представляет собой метод осуществления связи между двумя и более сетевыми сегментами. Позволяет взаимодействовать несходным системам в сети (Intel и Macintosh).
Другой функцией шлюзов является преобразование протоколов. Шлюз может получить протокол IPX/SPX, направленный клиенту, использующему протокол TCP/IP, на удаленном сегменте. Шлюз преобразует исходный протокол в требуемый протокол получателя.
Шлюз функционирует на транспортном уровне сетевой модели.
4.2 Типы сетевой топологии
Под топологией сети понимается описание ее физического расположения, то есть то, как компьютеры соединены в сети друг с другом и с помощью каких устройств входят в физическую топологию.
Существует четыре основных топологии:
– Bus (шина);
– Ring (кольцо);
– Star (звезда);
– Mesh (ячейка).
4.2.1 Шина
Физическая топология шина, именуемая также линейной шиной, состоит из единственного кабеля, к которому присоединены все компьютеры сегмента (рис. 4.1).
Сообщения посылаются по линии всем подключенным станциям вне зависимости от того, кто является получателем. Каждый компьютер проверяет каждый пакет в проводе, чтобы определить получателя пакета. Если пакет предназначен для другой станции, то компьютер отвергает его. Если пакет предназначен данному компьютеру, то он получит и обработает его.
Рисунок 4.1 – Топология «шина»
Главный кабель шины, известный как магистраль, имеет на обоих концах заглушки (терминаторы) для предотвращения отражения сигнала. Обычно в сетях с шинной топологией используется два типа носителя: толстый и тонкий Ethernet.
Недостатки:
– трудно изолировать неполадки станции или другого сетевого компонента;
– неполадки в магистральном кабеле могут привести к выходу из строя всей сети.
4.2.2 Кольцо
Топология Ring (кольцо) используется в основном в сетях Token Ring и FDDI (волоконно-оптических).
В физической топологии «кольцо» линии передачи данных фактически образуют логическое кольцо, к которому подключены все компьютеры сети (рис. 4.2).
Рисунок 4.2 – Топология «кольцо»
Доступ к носителю в кольце осуществляется посредством маркеров (token), которые пускаются по кругу от станции к станции, давая им возможность переслать пакет, если это нужно. Компьютер может посылать данные только тогда, когда владеет маркером.
Так как каждый компьютер при этой топологии является частью кольца, он имеет возможность пересылать любые полученные им пакеты данных, адресованные другой станции.
Недостатки:
– неполадки на одной станции могут привести к отказу всей сети;
– при переконфигурации любой части сети необходимо временно отключать всю сеть.
4.2.3 Звезда
В топологии Star (звезда) все компьютеры в сети соединены друг с другом с помощью центрального концентратора (рис. 4.3).
Все данные, которые посылает станция, направляются прямо на концентратор, который пересылает пакет в направлении получателя.
В этой топологии только один компьютер может посылать данные в конкретный момент времени. При одновременной попытке двух и более компьютеров переслать данные, все они получат отказ и будут вынуждены ждать случайный интервал времени, чтобы повторить попытку.
Эти сети лучше масштабируются, чем другие сети. Неполадки на одной станции не выводят из строя всю сеть. Наличие центрального концентратора облегчает добавление нового компьютера.
Недостатки:
– требует больше кабеля, чем остальные топологии;
– выход из строя концентратора выведет из строя весь сегмент сети.
Рисунок 4.3 – Топология «звезда»
4.2.4 Mesh
Топология Mesh (ячейка) соединяет все компьютеры попарно (рис. 4.4).
Рисунок 4.4 – Топология «ячейка»
Сети Mesh используют значительно большее количество кабеля, чем другие топологии. Эти сети значительно труднее устанавливать. Но эти сети устойчивы к сбоям (способны работать при наличии повреждений).
4.2.5 Смешанные топологии
На практике существует множество комбинаций главных сетевых топологий. Рассмотрим основные из них.
Star Bus
Смешанная топология Star Bus (звезда на шине) объединяет топологии Шина и Звезда (рис. 4.5).
Star Ring
Топология Star Ring (звезда на кольце) известна также под названием Star-wired Ring, поскольку сам концентратор выполнен как кольцо.
Эта сеть идентична топологии «звезда», но на самом деле концентратор соединен проводами как логическое кольцо.
Также как и в физическом кольце, в этой сети посылаются маркеры для определения порядка передачи данных компьютерами.
Рисунок 4.5 – Топология «звезда на шине»
Hybrid Mesh
Поскольку реализация настоящей топологии Mesh в крупных сетях может быть дорогой, сеть топологии Hybrid Mesh может предоставить некоторые из существенных преимуществ настоящей сети Mesh.
В основном применяется для соединения серверов, хранящих критически важные данные (рис. 4.6).
Рисунок 4.6 – Топология «гибридная ячейка»
5 ГЛОБАЛЬНАЯ СЕТЬ ИНТЕРНЕТ
5.1 Теоретические основы Интернета
Ранние эксперименты по передаче и приему информации с помощью компьютеров начались еще в 50-х годах и имели лабораторный характер. Лишь в конце 60-х годов на средства Агентства Перспективных Разработок министерства обороны США была создана сеть национального масштаба. Она получила название ARPANET. Эта сеть связывала несколько крупных научных, исследовательских и образовательных центров. Ее основной задачей была координация групп коллективов, работающих над едиными научно-техническими проектами, а основным назначением стал обмен электронной почтой файлами с научной и проектно-конструкторской документацией.
Сеть ARPANET заработала в 1969 году. Немногочисленные узлы, входившие в нее в то время, были связаны выделенными линиями. Прием и передача информации обеспечивались программами, работающими на узловых компьютерах. Сеть постепенно расширялась за счет подключения новых узлов, а к началу 80-х годов на базе наиболее крупных узлов были созданы свои региональные сети, воссоздающие общую архитектуру ARPANET на более низком уровне (в региональном или локальном масштабе).
По-настоящему рождением Интернета принято считать 1983 год. В этом году произошли революционные изменения в программном обеспечении компьютерной связи. Днем рождения Интернета в современном понимании этого слова стала дата стандартизации протокола связи TCP/IP, лежащего в основе Всемирной сети по нынешний день.
TCP/IP — это не один сетевой протокол, а несколько протоколов, лежащих на разных уровнях сетевой модели OSI (это так называемый стек протоколов). Из них протокол TCP — протокол транспортного уровня. Он управляет тем, как происходит передача информации. Протокол IP— адресный. Он принадлежит сетевому уровню и определяет, куда происходит передача.
(п. 2.1)
(п. 2.2)
, (п. 2.3)
- матрица управляемости объекта.
однозначно изменялось состояние объекта, определяемое внутренними координатами х1, х2,…,хn), необходимо, чтобы система состояла из n независимых уравнений, т.е. ранг r системы (п.2.3) был равен n. Из этого следует, что условием управляемости объекта (п. 2.1) является требование, чтобы
. (п. 2.4)
, (п. 2.5)
относится к канонической форме управляемости
(п. 2.6)
и исключить верхние индексы *.
