Файл: Конспект лекций Для студентов специальности 080801. 65 - приклад.doc

Каждый компьютер в сети с топологией типа «звезда» взаимо­действует с центральным концентратором, который передает сооб­щения всем компьютерам (в звездоподобной сети с широковещатель­ной рассылкой) или только компьютеру-адресату (в коммутирован­ной звездоподобной сети).

Активный концентратор регенерирует электрический сигнал и посылает его всем подключенным компьютерам. Такой тип концен­тратора часто называют многопортовым повторителем. Для работы активных концентраторов и коммутаторов необходимо питание от сети. Пассивные концентраторы (например, коммутационная кабель­ная панель или коммутационный блок) действуют как точка соедине­ния, не усиливая и не регенерируя сигнал.

В сети с кольцевой топологией каждый компьютер соединяется с тем компьютером, который ретранслирует его информацию, полу­ченную им от первого. Благодаря такой ретрансляции сеть является активной, для нее не характерна потеря сигнала, как в сетях с шинной топологией.

Некоторые сети с кольцевой топологией используют метод эс­тафетной передачи. Специальное короткое сообщение - маркер -циркулирует по кольцу до тех пор, пока компьютер не передаст ин­формацию другому узлу. Он модифицирует маркер, добавляет элек­тронный адрес и данные, а потом отправляет его по кольцу. Каждый компьютер последовательно получает данный маркер с добавленной информацией и передает его соседнему компьютеру до тех пор, пока электронный адрес не станет совпадать с адресом компьютера-получателя или маркер не возвратится к отправителю. Компьютер, который получил сообщение, посылает отправителю ответ, который подтверждает, что сообщение принято. Тогда отправитель создает еще один маркер и отправляет его в сеть, давая возможность другим станциям перехватить маркер и начать передачу. Маркер циркулиру­ет по кольцу до тех пор, пока любая из станций не будет готова к пе­редаче и не захватит его.

Все эти события происходят очень быстро: маркер может прой­ти кольцо с диаметром 200 м приблизительно 10000 раз в секунду. В некоторых еще более быстрых сетях циркулирует сразу несколько маркеров. В других сетевых средах применяются два кольца с цирку­ляцией маркеров в противоположных направлениях. Такая структура обеспечивает восстановление сети в случае возникновения отказов.

Примером быстрой волоконно-оптической сети с кольцевой то­пологией является FDDI (Fiber Distributed Data Interface) - распре­деленный интерфейс передачи данных по волоконно-оптическим ка­налам: стандарт, разработанный ANSI и модифицированный IEEE/ISO.

Как среду передачи данных в электронной сети можно использо­вать: коаксиальный кабель, витую пару проводов, волоконно-оптический кабель, инфракрасное излучение или радиодиапазон эфира.

Сегодня преобладающая часть компьютерных сетей использует для соединения в большинстве случаев провода или кабели.

Модуль данных, передаваемый по сети, различен при различных технологиях организации сети. В датаграммных сетях переданный модуль данных - это полное сообщение, ограниченное заданным максимальным размером. Размер модуля данных изменяется также от одного сообщения к другому. Можно разделять каждое сообщение на пакеты установленного размера и передавать их по сети. Сообщения, которые превышают отдельный пакет, разделяют на пакеты до того, как они посылаются в сеть. Пакеты можно передавать по сети по од­ному так, что они будут достигать адресата не в том порядке, в кото­ром были отправлены.

Пакеты собираются у адресата после того, как сообщение полу­чено пользователем. Такой же протокол предусмотрен и для ретранс­ляции утерянных пакетов.

Для передачи информации в пределах сети предназначена физи­ческая среда. Она может использовать двухточечную связь или ра­диовещательную среду. В двухточечной связи - это специализиро­ванное физическое подключение (например, провод или волоконно-оптический кабель), между каждой парой компонентов, таких как пе­реключатели, компьютеры, устройства ввода-вывода и др.

Если подключение поддерживает связь только в одном направ­лении и не разрешает одновременную передачу данных в обоих на­правлениях, то для организации связи не нужно никакого подтвер­ждения. Если поддерживается связь во времени в обоих направлениях, то необходим протокол для переключения направления, чтобы обеспечить использование двусторонней связи.

Радиовещательная среда позволяет большому множеству ком­понентов использовать ее как среду связи. Но при этом нужен прото­кол, чтобы предотвратить влияние передатчиков друг на друга. В этом случае можно использовать протокол MAC как среду управле­ния доступом. Например, широко используемая технология локаль­ной сети базируется на радиовещательной среде Ethernet. Здесь все компоненты связаны с отдельным проводом, например, коаксиаль­ным кабелем. Протокол MAC использует несколько простых правил: передатчик не передает данные до тех пор, пока провод используется другим передатчиком; если два передатчика одновременно начинают передавать данные, каждый из них знает об этом, контролируя про­вод и наблюдая за данными, переданными по проводу (определяется несоответствие переданных данных); при появлении столкновения передатчик останавливает передачу и ждет некоторое время, а потом ретранслирует (повторяет) сообщение. Подобный протокол часто ис­пользуется для управления доступом к сети радиосвязи.

Другая широко используемая технология локальной сети - это эстафетное кольцо. В конфигурации кольцевой сети точка-точка мар­кер, как и маркер с данными, передаются в одном направлении по кольцу.

Кольцо подобно ленте конвейера последовательно перемещает данные от одного компьютера к другому по кругу. Лента конвейера разделена на «слоты», где каждый слот может содержать одиночную часть блока установленного размера, например, пакет данных. Каж­дый компьютер исследует данные, которые проходят по ленте кон­вейера. Если адреса данных соответствуют адресу компьютера, то данные отделяются от ленты и слот становится пустым. Если адреса не соответствуют компьютеру, то данные продолжают движение по ленте конвейера. Чтобы передать данные, компьютер находит пустой слот и заполняет его данными для передачи.

Упражнения для моделирования сети, предложенные в этой книге, содержат анализ простых сетей и непосредственную передачу данных в пределах сети. Используется универсальный язык модели­рования GPSS World для разработки модели, хотя существуют ком­мерческие пакеты моделирования, разработанные для определенных стандартных сетей. Они содержат типичные модели передачи пакетов для разной организации сетевых протоколов и технологий, исполь­зуемых в данное время, однако, могут требовать много времени для разработки имитационной модели сети.

5.3. Проблемы моделирования компьютеров и сетей

При проектировании сети необходимо обеспечить выполнение противоположных требований. Для решения этой проблемы исполь­зуют имитационное моделирование. Первое задание проектировщика - разобраться в работе распределенной вычислительной системы, ко­торая образует сеть из отдельных компонентов, таких как компьюте­ры, принтеры и прочие устройства ввода-вывода. Такую сеть можно моделировать как сеть СМО и делать расчеты с помощью операцион­ного анализа, ориентированного на вычислительные системы [9].

Типичный вопрос, который можно было бы задать при модели­ровании: каким будет среднее время задержки при передаче большо­го файла, если добавить в систему пять новых компьютеров, которые создают дополнительный трафик в сети? Если цель заключается в том, чтобы оптимизировать работу внутренних компонентов в преде­лах сети непосредственно (например, коммутатора), то ее надо моде­лировать как комплекс сетей СМО, который, возможно, содержит сотни или даже тысячи СМО.

Сетевого проектировщика волнуют, прежде всего, такие вопро­сы: как управлять перегрузкой в сети; какую емкость должен иметь буфер для каждого переключения направлений передачи; какие при­оритеты должны назначаться на разные виды связи, которые исполь­зуются в сети и т.п.

Некоторый другой набор вопросов касается лиц, которые кон­фигурируют сеть для определенного узла (например, компании или города), а именно: какая топология сети должна использоваться; ка­кой ширины полосы частот должны быть распределены по индивиду­альным каналам.

Проектировщикам, прежде всего, следует сосредоточиться на том, каким будет среднее время ответа на запрос в сети и как изме­нится время ответа сети на запрос в зависимости от разнообразного распределения пакетов с разными схемами обслуживания. Это требу­ет определения времени ожидания, коэффициентов использования компонентов, времени переключения коммутаторов и времени за­держки ответов на транзакцию, вызванную переключением и т.п.

При использовании передачи пакетов целесообразно рассмот­реть такие показатели работы, как время ответа, производительность, процессорное время для обработки пакета. Время ответа имеет не­сколько разных определений. Упрощенное определение может зву­чать так: время ответа - это время от запроса пользователя до ответа системы. Такое определение игнорирует время ввода запроса и выво­да ответа. В системах с распределением времени для интерактивных пользователей определяется время ответа от окончания ввода данных до окончания вывода, а для пакетных систем - от предоставления за­проса до завершения вывода.

Два важных показателя, которые часто используются для харак­теристики работы сети или работы системы в целом, - это время ожидания и производительность. Время ожидания означает задержку, связанную с выполнением действия, например, время от момента, ко­гда первый бит сообщения передан в сеть, до момента, когда послед­ний бит появился у конечного адресата. Точное определение зависит от целей изучения и моделирования системы.

Время ожидания часто упоминается как время ответа, в особен­ности, когда обсуждается работа системы. Простое определение вре­мени ответа - это время от момента, когда пользователь запрашивает выполнение операции до момента, когда система выдает ответ (на­пример, время от запроса печати файла до получения полного отпе­чатанного файла).

Производительность обычно определяется как скорость прохо­ждения запросов или как промежуток времени, за который запрос об­служивается системой. Интерактивную производительность опреде­ляют в запросах за секунду, тогда как пакетную - в заданиях за се­кунду. Производительность процессора определяют в миллионах ко­манд в секунду (MIPS) и миллионах операций с плавающей запятой в секунду (MFLOPS), производительность системы диалоговой обра­ботки запросов - в транзакциях в секунду (TPS).

Производительность - это количество запросов пользователей, которое может быть удовлетворено за единицу времени. В сетях свя­зи это относится к числу бит информации (всего или для каждого пользователя), которое может быть передано через сеть за секунду.

При исследовании работы системы производительность харак­теризуется количеством заданий (например, заданий для вывода на печать), выполняемых за единицу времени.

Время ожидания и производительность - важные показатели ра­боты. В качестве примера рассмотрим трубу, которая подает воду в дом. Время ожидания пока вода достигнет дома от насосной станции зависит (среди других факторов) от расстояния между станцией и до­мом. Производительность определяется количеством воды, которая вытекает из крана каждую секунду, и размером (поперечным сечени­ем) трубы. Продолжительное время ожидания не обязательно пред­полагает низкую производительность. Например, дом может быть очень далеко от насосной станции, но производительность трубы очень большая. Точно так же сети, которые используют спутники, могут обеспечить продолжительное время ожидания, большую ши­рину полосы частот и высокую производительность.