VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

Внедрение информационных технологий во все сферы жизни человека привело к коренной смене традиционных подходов, используемых в образовании, науке, производстве, а также в повседневной деятельности.

Появление и в дальнейшем развитие локальных вычислительных сетей (ЛВС) - это эволюция компьютерных технологий. Границы между вычислительной и коммуникационной техникой стираются, происходит конвергенция технологий. Их проблемы и опыт в разработках становится общими. Согласно источникам, ЛВС – это объединение компьютеров, сосредоточенных на небольшой территории, которые используют простые методы доступа к общей среде передачи данных.

При использовании ЛВС появляется ряд преимуществ, а так же возможность совместно использовать данные или устройства, что означает сокращение расходов на оборудование. Сотрудники получают доступ к корпоративной информации. Использование ЛВС так же позволяет снизить потребность компаний в других формах передачи информации.

Основные компоненты ЛВС – это:

1. Серверы – аппаратно-программные комплексы, которые исполняют функции управления распределением сетевых ресурсов общего доступа.

2. Рабочие станции – это компьютеры, осуществившие доступ к сете- вым ресурсам, предоставляемым сервером.

3. Физическая среда передачи данных (сетевой кабель) – это коаксиальные и оптоволоконные кабели, витые пары проводов, а также беспроводные каналы связи (инфракрасное излучение, лазеры, радиопередача) (Рис. 1).

Рисунок 1 – Компоненты ЛВС

ЛВС обеспечивает:

1. Высокоскоростную многоуровневую коммутацию;

2. Контроль и разграничение доступа к сетевым ресурсам;

3. Доступ к локальным сетевым устройствам (принтеры, сканеры…);

4. Доступ к сети Интернет.

ЛВС должна быть надежной. Одно из главных преимуществ автономного ПК состоит в том, что влияние его поломки или сбоя ограничено. При объединении ПК в ЛВС система должна сохранить работоспособность при выходе из строя отдельного ПК.

На данный момент развитие сетевых технологий позволяет реализовать информационные сети самых различных конфигураций и вычислительных мощностей. Это связано с различными способами передачи информационных потоков: по витой паре, по оптоволокну, по выделенному радиоканалу. Также это связано с большим разнообразием активного коммутационного оборудования, которое применяется для локальных и глобальных связей.

В то же время практическое использование ЛВС связано с рядом трудностей. Объединение в одну сеть нескольких сетей, расположенных зачастую территориально далеко друг от друга, приводит к возрастанию стоимости создания и сложности обслуживания сети, усложняется разработка сетевых приложений. Возникает необходимость обеспечивать совместимость программного обеспечения и требуемый уровень безопасности данных, передаваемых по сети.

Анализ источников показывает, что под архитектурой ЛВС понимается совокупность четырех составляющих: топология, методы доступа, программное обеспечение и комплекс технических средств. Обзор источников показывает, что сегодня наиболее часто используются три топологии локальных сетей: звезда, кольцо и шина.

В результате приведенного анализа можно установить, что топология определяет требования к оборудованию, тип используемого кабеля, допустимые и наиболее удобные методы управления обменом, надежность работы, возможности расширения сети. И хотя выбирать топологию пользователю сети приходится нечасто, знать об особенностях основных топологий, их достоинствах и недостатках надо.

Существует три базовые топологии сети:

Шина (bus) — все компьютеры параллельно подключаются к одной линии связи. Информация от каждого компьютера одновременно передается всем остальным компьютерам (Рис. 2).

Рисунок 2 – Сетевая топология шина

Звезда (star) — бывает двух основных видов:

Активная звезда (истинная звезда) - к одному центральному компьютеру присоединяются остальные периферийные компьютеры, причем каждый из них использует отдельную линию связи. Информация от периферийного компьютера передается только центральному компьютеру, от центрального — одному или нескольким периферийным (Рис. 3).

Рисунок 3 – Активная звезда

Пассивная звезда, которая только внешне похожа на звезду (рис. 2). В настоящее время она распространена гораздо более широко, чем активная звезда. Достаточно сказать, что она используется в наиболее популярной сегодня сети Ethernet.

В центре сети с данной топологией помещается не компьютер, а специальное устройство — коммутатор или, как его еще называют, свитч (switch), который восстанавливает приходящие сигналы и пересылает их непосредственно получателю (Рис. 4).

Рисунок 4 – Пассивная звезда

Кольцо (ring) — компьютеры последовательно объединены в кольцо.

Передача информации в кольце всегда производится только в одном направлении. Каждый из компьютеров передает информацию только одному компьютеру, следующему в цепочке за ним, а получает информацию только от предыдущего в цепочке компьютера (Рис. 5).

Рисунок 5- Сетевая топология кольцо

На практике нередко используют и другие топологии локальных сетей, однако большинство сетей ориентировано именно на три базовые топологии.

В качестве математической модели для построения топологий ЛВС предлагается использовать графы кодовых пересечений (ГКП). В области ГКП используются следующие понятия [3].

Две кодовые комбинации a и a’ длиной n и основанием k пересекаются по n – r элементам, если n – r последних элементов одной кодовой комбинации совпадают с n – r первыми элементами другой кодовой комбинации (0 < i < n).

Граф кодовых пересечений, построенный в соответствии с прямым или обратным отображением, является ориентированным, а ГКП, при построении которого использованы оба типа отображений – неориентированным (Рис. 6).

Главной особенностью ГКП является зависимость их структур от параметров n, k и r. Это позволяет на базе формализованного представления упростить решение многих задач, связанных с разработкой и эксплуатацией ЛВС. В частности, кратчайший с точки зрения числа переприемов путь в ГКП определяется с помощью простых арифметических операций над кодовыми номерами его вершин [1].

Рисунок 6 – а)Ориентированный граф; б) неориентированный граф.

Вопросам исследования возможности построения ЛВС на базе ГКП и применения в них бестабличных (кодовых) методов маршрутизации посвящен ряд работ. К основным достоинствам структур на базе ГКП относятся гибкость, легкая масштабируемость, возможность простого подключения сетевых компонентов.

Использование топологий типа ГКП для построения ЛВС позволит повысить их надежность и живучесть.

На различных стадиях жизненного цикла ЛВС могут использоваться различные методы оценки ее эффективности и оптимизации.

В процессе проектирования ЛВС с использованием современной методологии проектирования и технологических комплексов (САПР) могут применяться экспериментальные методы исследования, аналитическое и имитационное моделирование.

На стадиях опытной и рабочей эксплуатации ЛВС основным методом оценки их качества следует считать экспериментальное исследование. Оно позволяет собрать статистическую информацию о действительном ходе вычислительного, процесса, использовании оборудования, степени удовлетворения требований пользователей системы и т.п. и затем по результатам ее обработки сделать заключение о качестве проектных решений, заложенных при создании системы, а также принять решение по модернизации системы (устранению "узких" мест) . Однако не исключено и использование методов моделирования, с помощью которых 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. Другими словами, модель физическая или абстрактная система, представляющая объект исследования.

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

При использовании этого математического аппарата часто удается быстро получить аналитические модели для решения достаточно широкого круга задач исследования ЛВС. В то же время аналитические модели имеют ряд существенных недостатков, к числу которых следует отнести: - значительные упрощения, свойственные большинству аналитических моделей. Подобные упрощения, а зачастую искусственное приспособление аналитических моделей с целью использования хорошо разработанного математического аппарата для исследования реальных ЛВС ставят иногда под сомнение результаты аналитического моделирования:

- громоздкость вычислений для сложных моделей, например, использование для представления в модели процесса функционирования современной ЛВС по методу дифференциальных уравнений Колмогорова требует (для установившегося режима) решения сложной системы алгебраических уравнений;

- сложность аналитического описания вычислительных процессов ЛВС. Большинство известных аналитических моделей можно рассматривать лишь как попытку подхода к описанию процессов функционирования ЛВС;

- недостаточная развитость аналитического аппарата в ряде случаев не позволяет в аналитических моделях выбирать для исследования наиболее важные характеристики (показатели эффективности) ЛВС.

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

Практическое использование моделей ЛВС во многих случаях предполагает наличие информации о реальных характеристиках вычислительного процесса. Такая информация может быть получена эмпирическими методами, на основе которых в настоящее время создаются средства для исследования аппаратно-программных компонентов ЛВС.

Экспериментальные методы позволяют создать основу количественной оценки эффективности ВС 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.

В настоящее время нерешенными остаются следующие вопросы:

1. Программная реализация протоколов управления сетью на базе ГКП.

2. Проверка корректности разработанных протоколов и процедур управления потоками.

3. Исследование эффективности функционирования сети, использующей разработаны протоколы управления.

Необходимы не только точные данные, но и определенная подготовка экспериментатора, понимание того, что означает программа моделирования и какие сценарии более жизнеспособны. Хотя инструментальные средства являются графическими и с ними легко работать, эти средства не дают конкретных рекомендаций, например, как "выделить этот сегмент сети" или "уменьшить здесь длину кабеля".

Средства моделирования способны показать, каким образом изменения могут повлиять на производительность, но интерпретировать данные, разрабатывать план устранения "узких" мест и готовить сценарии для проверки этих планов должен администратор сети.

Список используемых источников

1. Амосов, А.А., Шарипова М.М. Метод определения путей в сетях связи / А.А. Амосов, М.М. Шарипова // Техника средств связи, сер. Техника проводной связи. – М: Министерство промышленности средств связи, 1977. – выпуск 8 (18). – С. 15-22.

2. Бондарев Е. С. Проблемы локальных вычислительных сетей. [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://sibac.info/20893

3. Локально-вычислительные сети (лвс). [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.inetcomp.ru/local_area_network_lan.html

4. Локальные сети (лвс). [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://centerstart.ru/node/17

5. Новиков Ю.В., Кондратенко С.В. Основы локальных сетей. Курс лекций. – М.: Интернет-университет информационных технологий, 2005. – 267 с.

6. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: учебник для вузов. – 4-е изд. – Спб.: Питер, 2010 – 994 с.

7. Олифер Н.А., Олифер В.Г. Сети ЭВМ: учебное пособие. – М.: Центр информационных технологий. 2000. – 456 с.

8. Таненбаум Э., Уэзеролл Д. Компьютерные сети. – 5-е изд. – Спб.: Питер, 2012 – 959 с.

Код для цитирования: Скопировать