Взаимодействие компьютеров в сети. Общие понятия

Взаимодействие компьютеров в сети. Общие понятия. 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 является сложной, она 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 декомпозиция 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 формально определенный набор функций, выполняемых данным уровнем для выше лежащего уровня, а также форматы сообщений, которыми обмениваются два соседних уровня в ходе своего взаимодействия, называется интерфейсом.

Интерфейс определяет совокупный сервис, предоставляемый данным уровнем выше лежащему уровню. При организации взаимодействия компьютеров в сети каждый уровень ведет "переговоры" с соответствующим уровнем другого компьютера. При передаче сообщений оба участника сетевого обмена должны принять множество соглашений. Например, они должны согласовать уровни и форму электрических сигналов, способ определения длины сообщений, договориться о методах контроля достоверности и т.п. Другими словами, соглашения должны быть приняты для всех уровней, начиная от самого низкого уровня передачи битов, до самого высокого уровня, детализирующего, как информация должна быть интерпретирована. 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. Из приведенных определений можно заметить, что понятия "интерфейс" и "протокол", в сущности, обозначают одно и то же, а именно - формализовано заданные процедуры взаимодействия компонент, решающих задачу связи компьютеров в сети. Однако довольно часто в использовании этих терминов имеется некоторый нюанс: понятие "протокол" чаще применяют при описании правил взаимодействия компонент одного уровня, расположенных на разных узлах сети, а "интерфейс" - при описании правил взаимодействия компонентов соседних уровней, расположенных в пределах одного узла. Согласованный набор протоколов разных уровней, достаточный для организации межсетевого взаимодействия, называется стеком протоколов.

Программные средства, реализующие некоторый протокол, также называют протоколом.

При этом соотношение между протоколом - формально определенной процедурой взаимодействия, и протоколом - средством, реализующим эту процедуру, аналогично соотношению между алгоритмом решения некоторой задачи и программой, решающей эту задачу.

Понятно, что один и тот же алгоритм может быть запрограммирован с разной степенью эффективности. Точно также и протокол может иметь несколько программных реализаций, например, протокол IPX, реализованный компанией Microsoft для Windows NT в виде программного продукта NWLink, имеет характеристики, отличающиеся от реализации этого же протокола компанией Novell.

Протоколы реализуются не только программно-аппаратными средствами компьютеров, но и коммуникационными устройствами. Действительно, в общем случае связь компьютеров в сети осуществляется не напрямую - "компьютер-компьютер", а через различные коммуникационные устройства такие, например, как концентраторы, коммутаторы или маршрутизаторы. В зависимости от типа устройства, в нем должны быть встроены средства, реализующие некоторый набор сетевых 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.

Телефон - это пример взаимодействия, основанного на установлении соединения. 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. Опускание письма в почтовый ящик - это пример связи без установления соединения. 1.4 Специалисты: по серверу, по кабельной системе и по сети В некоторых компаниях за все компоненты сети отвечает один человек, в других ответственность разделена на многих служащих.

Кабели обычно прокладывает целая команда техников. Специалист, обслуживающий сервер, может не иметь отчетливого представления о том, что происходит на другом конце кабеля Сетевую службу (в восприятии специалиста по серверам) создают специалист по кабелям и специалист по сетям. Специалист по кабелям, обычно называемый электриком, тоже может иметь узкий взгляд на мир. Его обязанности заключается в прокладке кабелей от каждого помещения до распределительного шкафа.

С точки зрения электрика, сеть – это кабельная система Наконец, специалист по сетям или сетевой инженер – отвечает за коммутатор, а так же за все остальные программные и аппаратные средства, используемое для создания сетевой службы. Сетевой инженер устанавливает и поддерживает неисправности в аппаратном и программном обеспечение коммутатора 2 Пути развития КС 2.1 Системы пакетной обработки Первые компьютеры 50-х годов – большие, громоздкие и дорогие – предназначались для очень небольшого числа пользователей.

Часто эти монстры занимали целые здания. Такие компьютеры не предназначены для интерактивной работы пользователя, а использовались в режиме пакетной обработки. Система пакетной обработки, как правило, строилось на базе мэйнфрейма - мощного и надежного компьютера универсального назначения. Пользователи, как правило, подготавливали перфокарты, содержащие данные и команды программ, и передавали их вычислительный центр.

Операторы вводили эти карты в компьютер, а распечатанные результаты пользователи получали обычно только на следующий день. Такая система обработки данных тормозило работу пользователей как минимум на сутки, но интересами пользователей на первых этапах развития вычислительных систем в значительной степени пренебрегали. По мере удешевления процессоров в начале 60-х годов появились новые способы организации вычислительного процесса, которые позволили учесть интересы пользователей.

Начали развиваться интерактивные многотерминальные системы разделения времени. В таких системах каждый пользователь получил собственный терминал, с помощью которого он мог вести диалог с компьютером. Количество одновременно работающих с компьютером работающих зависело на прямую от его мощности так, чтобы время реакции вычислительной системы было достаточно мало, и пользователю была не слишком заметная параллельная работа с компьютером других пользователей.

Терминалы, выйдя за пределы вычислительного центра, рассредоточились по всему предприятию. И хотя вычислительная мощность оставалась полностью централизованной, некоторые функции – такие как ввод и вывод данных - стали распределенными. Подобные многотерминальные централизованные системы внешне уже были похожи на локальные сети. Пользователь мог получить доступ к общим файлам и периферийным устройствам, при этом у него поддерживалась полная иллюзия единоличного владения компьютером, так как он мог запустить нужную программу в любой момент и почти сразу получить результат.

Многотерминальные системы, работающие в режиме разделения времени, стали первым шагом на пути создания локальных вычислительных систем. Однако до появления локальных сетей нужно было пройти ещё большой путь, так как многотерминальные системы, хотя и имели внешние черты распределенных систем, все ещё поддерживали централизованную обработку данных. 2.2