Задачи сетевых операционных систем
Елена Игоревна
Операционная система должна обеспечить работу компьютеров в составе сети и для решения этой задачи в состав сетевой операционной системы включается ряд базовых служб:
1. Координация работы различных устройств в сети, гарантирующая своевременность и правильность обмена данными между ними.
2. Служба предоставления доступа клиента к сетевым ресурсам.
3. Служба для обеспечения безопасности данных и устройств сети.
Сетевая операционная система должна предоставить механизмы позволяющие приложениям общаться друг с другом. Сетевая операционная система должна поддерживать также работу нескольких процессоров, дисковых массивов и средств безопасности данных. Сетевая система должна поддерживать интеграцию с другими операционными системами.
Основные компоненты подключения:
Сетевая плата. Она получает данные и преобразует их в электрические сигналы. Данные сетевая плата получает в виде параллельного кода и преобразует их последовательный. Сетевая плата выполняет конвертирование уровня сигнала. Внутри компьютера сигнал варьируется от 0-5 вольт, а при передаче уровень сигнала зависит от скорости передачи. Устройство, которое конвертирует сигнал внутри сетевой платы называется Трансивер. Главная характеристика любой сетевой платы это MAC-адрес (Media Access Control) или сетевой адрес. 1C-2A-3D-12-1E-2C (Длинна MAC-адреса 4*2*6=48Бит). Для передачи данных между двумя устройствами формируется. Пакет это логическая совокупность информации, содержащая данные которые нужно передать и заголовки. MAC-адрес полученного пакета на сетевом устройстве сравнивается с собственным MAC-адресом, и если они совпадают, то пакет остается на этом устройстве. Если MAC-адреса не совпали, то с помощью IP-адреса отыскивается следующее устройство, на которое нужно передать пакет. Сетевой адаптер управляет потоком данных, проходящим между компьютером и кабельной сетью.
Сетевые кабели.
1. Коаксиальные кабели
2. Витая пара
3. Оптоволокно
Две технологии передачи сигнала по кабелю:
1. Модулированная передача (broad band) – это передача в виде аналогового сигнала занимающая некоторые полосы частот. Сигнал кодируется электрической или световой волной, если полосы пропускания достаточно, то один кабель может использоваться несколькими системами. При модулированной передаче для восстановления уровня сигнала используются усилители.
2. Немодулированная передача (base band) – это передача виде цифровых сигналов, которые кодируются дискретными, электрическими или световыми импульсами. В этом случае сигнал использует всю полосу пропускания кабели, под которой понимают разницу между максимальной и минимальной частотой (band width), проходя по кабелю сигнал, начинает затухать, и для его восстановления используются повторители (repeater).
Скорость передачи зависит от метода, который используется:
1. Симплексный метод (Simplex). В этом случае данные передаются только в одном направлении. Широко используется в радио и телевещании. В этом методе невозможно определить и исправить ошибки и данные могут передаваться некорректно.
2. Полудуплексный метод (Half-duplex). Позволяет передавать информацию в двух направлениях попеременно. За счет этого появляется возможность контроля ошибок передачи, устранять их за счет повторной передачи. Используется в коротковолновых приемниках, большинстве модемов и этим методом передаются веб-страницы.
3. Дуплексный метод (Duplex). Это одновременная передача данных в двух направлениях. Используется в кабельных сетях, телефонной связи и используется в интернет.
Устройства беспроводной связи. Используют для подключения к сетям в случае, когда невозможно использовать стандартные сетевые платы и кабели по техническим или экономическим соображениям. В этом случае на каждом компьютере соответствующая сетевая плата с приемным передатчиком. В локальных сетях наиболее распространены передачи в инфракрасном диапазоне и узкополосная радиопередача.
1. Передача в инфракрасном диапазоне.
а) Сети прямой видимости. Работают на скорости порядка 10 Мбит\с, работают по принципу точка-точка.
б) Рассеянное инфракрасное излучение. Излучение, отраженное от потолка и стен помещения. В этом случае максимальная дальность передачи порядка 30 метров.
в) Отраженное инфракрасное излучение, с помощью специальных оптических трансиверов, которые располагаются рядом с ПК. Помехами являются сильные источники света, такие как окна, поэтому такие системы должны генерировать очень сильные сигналы. Лазерные устройства работают аналогично.
1013бит\ошибка – точность передачи данных, которая должна быть обеспечена при передача на ПК.
2. Радиопередача
а) узкополосная
б) широкополосная
Сигнал проходит через преграды (за исключением железобетонных и металлических преград). Радиус действия порядка 3 километров. Во время передачи используются радиоволны. При радиопередаче в рассеянном спектре доступные частоты делятся на каналы, между которыми выполняется синхронное переключение с канала на канал и для защиты информации используется кодирование.
3. Мобильные сети
а) Пакетное радио-соединение (соединение через спутник)
б) Сотовые сети
в) Спутниковые станции и микроволновые технологии передачи (передача данных на большие расстояния, но в условиях прямой видимости)
Для связи между зданиями устанавливаются 2 радио-трансивера, которые генерируют сигнал и 2 направленные друг на друга антенны, которые его передают.
WiFi – пакетное соединение обеспечивающее скорость до 54Мбит\с
GPRS - Технология пакетной передачи данных по радиоканалу в сетях GSM (до 384 кбит\с)
CDMA - технология беспроводной передачи, в которой используются уникальный пользовательский код для шифрования сигнала. Стандарт, которой явился основной при переходе к сетям 3G.
3G – обеспечивает скорость до 3,7Мбит\с
4G (Wi-Max) – скорость до 57Мбит\с (на практике до 40Мбит\с)
Сетевые топологии
Под сетевой топологией понимают расположение компьютеров и других устройств, соединенных кабелем. От правильного выбора топологии зависит вид и возможности сетевого оборудования, принципы управления сетью и перспективы ее дальнейшего развития. Топология включает в себя физические и логические аспекты. Физическая топология описывает соединение физических компонентов сети, а логическая топология описывает путь прохождения данных через физические компоненты.
Топологии:
1) Шинная. Шина – сетевой сегмент, построенный на отрезке кабеля, на концах которого закреплены терминаторы.
Если 2 компьютера одновременно инициируют связь, используя генератор случайных чисел, генерируется задержка. Если вдруг задержка совпадает на двух компьютерах, то этот процесс повторяется. Главная проблема шинной топологии это шум. Шум - это трафик, который генерируется в сети в случае одновременной передачи информации на нескольких компьютерах.
2) Звездообразная.
Также подвержена шуму, так как принцип передачи тот же самый.
3) Кольцеобразная. MSAU – модуль множественного доступа, который выполняет передачу сигнала по кольцу и оно же усиливает сигнал. Маркер – специальная битовая последовательность, которая генерируется в начале работы кольца с огромной скоростью, и чтобы начать передачу компьютер должен поймать маркер и дальше подсоединив к нему данные и запустить маркер назад в сеть. Такая топология более эффективно обслуживает сети с большим объемом трафика по сравнению с топологией шинной. В каждый момент времени только один компьютер может отправлять информацию в сеть и кольцевая топология дороже шинной топологии.
4) Ячеистая. Это топология, в которой все участники подключены друг к другу. Это топология оптимальная с точки зрения надежности, но очень дорогая.
5) Гибриды
а) Звезда-шина. Достоинство такой сети – независимость работы сети, от работы компьютера.
б) Звезда-кольцо. Сбой на одном компьютере не как не отражается на работе сети в целом. Но благодаря методике передачи маркера все компьютеры имеют равные шансы на передачу. Все компьютеры имеют равные шансы на передачу данных, это приводит на увеличение трафика между сегментами. Каждый компьютер в физическом кольце получает маркер, проверяет маркер и отправляет его дальше. Если в течение какого-то времени маркер не приходит на компьютер, то он генерирует новый и отправляет его назад в сеть.
Расширения сети
Это увеличения размера сети по двум параметрам: увеличению количества подключенных компьютеров и увлечения длины кабельного сегмента (или расстояния максимального действия). Чтобы сохранить быстродействие невозможно расширять сеть за счет простого добавления кабеля или наращивания числа компьютеров. Потребуются специальные сетевые компоненты, позволяющие увеличить размер сети в рамках имеющейся среды передачи:
1. Репитеры и концентраторы (Repeaters and Hubs).
Репитер позволяет соединять различные сегменты, построенные на разных типах кабеля. Репитер ретранслирует сигнал, при этом сигналы не фильтруются и в случае возникновения проблем не ограничивают трафик. Работают репитеры в двух направлениях. Главное его преимущество, это его стоимость.
Концентраторы является основой для создания звездообразной технологии, но только в том случае если концентратор активный, а если концентратор пассивный, то он просто передает сигнал без изменения его уровня. Кроме того он обеспечивает централизованное наблюдение за работой сети и состоянием трафика.
2. Коммутаторы (switch & bridge)
Мост это устройство, я которое передает пакеты между различными сегментами сети, в которых используется один и тот же протокол связи. Мост работает MAC-адресами и по мере передачи трафика в памяти моста создается таблица привязки. При получении нового пакета в память моста заносится информация о MAC-адресах компьютеров отправителей. Если в этой таблице обнаруживается нужный адрес, информация будет передана в конкретный сегмент, минуя все остальные подключения. Если адрес не найден, пакет будет передаваться во все подключенные сегменты. За счет использования моста можно: увеличить протяженность сегмента, устранить проблем вызванные чрезмерным числом подключенных компьютеров, разбить перегруженную сеть на отдельные сегменты и тем самым повысить эффективность работы в каждой подсети, к мосту могут подключаться сегменты, построенные на разных видах кабеля.
Switch является аналогом моста, но в отличие от моста он обеспечивает наиболее непосредственное соединение между компьютером отправителем и компьютером получателем. Внутри этого устройство создается специальное внутреннее сетевое соединение под названием сегмент. Это соединение создается между двумя портами. Порт выбирается исходя из сведений указанных в заголовке пакета. Это соединение изолированно от всех остальных портов и позволяет обмениваться данными на максимальной пропускной способности, достигаемой в сети. Switch это наиболее распространенное устройство для построение звездообразной топологии сети. Его главное преимущество – достижение максимальной скорости передачи.
3. Маршрутизатор (Router)
Определяет оптимальный маршрут для передачи пакетов. Работает не с MAC-адресами, а с IP-адресами. Задачи маршрутизатора заключаются в отправке пакета непосредственно на конечный компьютер и при любом сбое в канале передачи определить альтернативный маршрут, для пакета базируясь на основе информации записанной в таблице маршрутов, а также снижение нагрузки в сети. Маршрутизаторы передают пакеты только с известными адресами, а нераспознанные или испорченные пакеты они фильтруют или удаляют из сети. За счет фильтрации маршрутизатор работает эффективней, чем мост. Эффективность заключается за счет снижения трафика.
4. Шлюз (Gateway)
Позволяет соединять сети с разной архитектурой, получая данные в одном формате, он их переформатирует в формат другой сети. Только с помощью шлюза можно соединить TokenRing с Ethernet. Если отличаются наборы правил из стандартов для передачи данных или отличаются структуры формирования данных.
