|
Реферат: Типовой состав оборудования ЛВС (Компьютеры)
1. Типовой состав оборудования [pic] локальной [pic] [pic] сети [pic]
Фрагмент вычислительной [pic] сети [pic] (рис. 1.7) включает основные
типы коммуникационного оборудования, применяемого сегодня для образования
[pic] локальных [pic] [pic] сетей [pic] и соединения их через
глобальные связи друг с другом. Для построения [pic] локальных [pic]
связей между компьютерами используются различные виды кабельных систем,
сетевые адаптеры, концентраторы-повторители, мосты, коммутаторы и
маршрутизаторы. Для подключения [pic] локальных [pic] [pic] сетей [pic]
к глобальным связям используются специальные выходы (WAN-порты) мостов и
маршрутизаторов, а также аппаратура передачи данных по длинным линиям -
модемы (при работе по аналоговым линиям) или же устройства подключения к
цифровым каналам (TA - терминальные адаптеры [pic] сетей [pic] ISDN,
устройства обслуживания цифровых выделенных каналов типа CSU/DSU и т.п.).
[pic]
Рис. 1.7. Фрагмент сети
2. Роль кабельной системы
Для построения локальных связей в вычислительных сетях в настоящее время
используются различные виды кабелей - коаксиальный кабель, кабель на основе
экранированной и неэкранированной витой пары и оптоволоконный кабель.
Наиболее популярным видом среды передачи данных на небольшие расстояния (до
100 м) становится неэкранированная витая пара, которая включена практически
во все современные стандарты и технологии локальных сетей и обеспечивает
пропускную способность до 100 Мб/с (на кабелях категории 5). Оптоволоконный
кабель широко применяется как для построения локальных связей, так и для
образования магистралей глобальных сетей. Оптоволоконный кабель может
обеспечить очень высокую пропускную способность канала (до нескольких Гб/с)
и передачу на значительные расстояния (до нескольких десятков километров
без промежуточного усиления сигнала).
В качестве среды передачи данных в вычислительных сетях используются также
электромагнитные волны различных частот - КВ, УКВ, СВЧ. Однако, пока в
локальных сетях радиосвязь используется только в тех случаях, когда
оказывается невозможной прокладка кабеля, например, в зданиях, являющихся
памятниками архитектуры. Это объясняется прежде всего недостаточной
надежностью сетевых технологий, построенных на использовании
электромагнитного излучения. Для построения глобальных каналов этот вид
среды передачи данных используется шире - на нем построены спутниковые
каналы связи и наземные радиорелейные каналы, работающие в зонах прямой
видимости в СВЧ-диапазонах.
Согласно зарубежным исследованиям (журнал LAN Technologies), 70% времени
простоев обусловлено проблемами, возникшими вследствие низкого качества
применяемых кабельных систем. Поэтому так важно правильно построить
фундамент сети - кабельную систему. В последнее время в качестве такой
надежной основы все чаще используется структурированная кабельная система.
Структурированная кабельная система (Structured Cabling System, SCS) - это
набор коммутационных элементов (кабелей, разъемов, коннекторов, кроссовых
панелей и шкафов), а также методика их совместного использования, которая
позволяет создавать регулярные, легко расширяемые структуры связей в
вычислительных сетях.
Преимущества структурированной кабельной системы:
. Универсальность. Структурированная кабельная система при продуманной
организации может стать единой средой для передачи компьютерных данных
в локальной вычислительной сети, организации локальной телефонной
сети, передачи видеоинформации и даже передачи сигналов от датчиков
пожарной безопасности или охранных систем. Это позволяет
автоматизировать многие процессы по контролю, мониторингу и управлению
хозяйственными службами и системами жизнеобеспечения.
. Увеличение срока службы. Срок старения хорошо структурированной
кабельной системы может составлять 8-10 лет.
. Уменьшение стоимости добавления новых пользователей и изменения их
мест размещения. Стоимость кабельной системы в основном определяется
не стоимостью кабеля, а стоимостью работ по его прокладке. Поэтому
более выгодно провести однократную работу по прокладке кабеля,
возможно с большим запасом по длине, чем несколько раз выполнять
прокладку, наращивая длину кабеля. Это помогает быстро и дешево
изменять структуру кабельной системы при перемещениях персонала или
смене приложений.
. Возможность легкого расширения сети. Структурированная кабельная
система является модульной, поэтому ее легко наращивать, позволяя
легко и ценой малых затрат переходить на более совершенное
оборудование, удовлетворяющее растущим требованиям к системам
коммуникаций.
. Обеспечение более эффективного обслуживания. Структурированная
кабельная система облегчает обслуживание и поиск неисправностей по
сравнению с шинной кабельной системой.
. Надежность. Структурированная кабельная система имеет повышенную
надежность поскольку обычно производство всех ее компонентов и
техническое сопровождение осуществляется одной фирмой-производителем.
3. Сетевые адаптеры
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 и
распределение функций между сетевым адаптером и драйвером может изменяться
от реализации к реализации.
В первых локальных сетях сетевой адаптер с сегментом коаксиального кабеля
представлял собой весь спектр коммуникационного оборудования, с помощью
которого организовывалось взаимодействие компьютеров. Сетевой адаптер
компьютера-отправи-теля непосредственно по кабелю взаимодействовал с
сетевым адаптером компьютера-получателя. 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, по которой сетевой
адаптер станции назначения делает вывод о корректности доставленной по
сети информации.
. 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). В последних
стандартах и технологиях локальных сетей наметился переход от
использования разделяемой среды передачи данных к использованию
индивидуальных каналов связей компьютера с коммуникационными
устройствами сети, как это всегда делалось в телефонных сетях, где
телефонный аппарат связан с коммутатором АТС индивидуальной линией
связи. Технологиями, использующими индивидуальные линии связи,
являются 100VG-AnyLAN, ATM и коммутирующие модификации традиционных
технологий - switching Ethernet, switching Token Ring и switching
FDDI. При использовании индивидуальных линий связи в функции сетевого
адаптера часто входит установление соединения с коммутатором сети.
. 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. Так как в локальных
сетях используются широкополосные кабели, то сетевые адаптеры не
используют модуляцию сигнала, необходимую для передачи дискретной
информации по узкополосным линиям связи (например, телефонным каналам
тональной частоты), а передают данные с помощью импульсных сигналов.
Представление же двоичных 1 и 0 может быть различным.
. Преобразование информации из параллельной формы в последовательную и
обратно. Эта операция связана с тем, что для упрощения проблемы
синхронизации сигналов и удешевления линий связи 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. Сетевой адаптер использует для
решения этой задачи специальные методы кодирования, не использующие
дополнительной шины с тактовыми синхросигналами. Эти методы
обеспечивают периодическое изменение состояния передаваемого сигнала,
которое используется тактовым генератором приемника для подстройки
синхронизма. Кроме синхронизации на уровне битов, сетевой адаптер
решает задачу синхронизации и на уровне байтов, и на уровне кадров.
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 данных (тот же
Ethernet поддерживает коаксиальный кабель, неэкранированную витую пару и
оптоволоконный кабель), 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 первом стандарте
Ethernet, работающем на толстом коаксиале, трансивер располагался
непосредственно на кабеле и связывался с остальной частью адаптера,
располагавшейся внутри компьютера, с помощью интерфейса AUI (attachment
unit interface). В других вариантах Ethernet'а оказалось удобным выпускать
сетевые адаптеры (да и другие коммуникационные устройства) 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. Физическая структуризация [pic] локальной [pic] [pic] сети [pic].
Повторители и концентраторы
Для построения простейшей односегментной сети достаточно иметь сетевые
адаптеры и кабель подходящего типа. Но даже в этом простом случае часто
используются дополнительные устройства - повторители сигналов, позволяющие
преодолеть ограничения на максимальную длину кабельного сегмента.
Основная функция повторителя (repeater), как это следует из его названия -
повторение сигналов, поступающих на один из его портов, на всех остальных
портах (Ethernet) или на следующем в логическом кольце порте (Token Ring,
FDDI) синхронно с сигналами-оригиналами. Повторитель улучшает электрические
характеристики сигналов и их синхронность, и за счет этого появляется
возможность увеличивать общую длину кабеля между самыми удаленными в сети
станциями.
Многопортовый повторитель часто называют концентратором (hub,
concentrator), что отражает тот факт, что данное устройство реализует не
только функцию повторения сигналов, но и концентрирует в одном центральном
устройстве функции объединения компьютеров в сеть. Практически во всех
современных сетевых стандартах концентратор является необходимым элементом
сети, соединяющим отдельные компьютеры в сеть.
Отрезки кабеля, соединяющие два компьютера или какие либо два других
сетевых устройства называются физическими сегментам. Таким образом,
концентраторы и повторители, которые используются для добавления новых
физических сегментов, являются средством физической структуризации сети.
Концентраторы образуют из отдельных физических отрезков кабеля общую среду
передачи данных - логический сегмент (рис. 1.8). Логический сегмент также
называют доменом коллизий, поскольку при попытке одновременной передачи
данных любых двух компьютеров этого сегмента, хотя бы и принадлежащих
разным физическим сегментам, возникает блокировка передающей среды. Следует
особо подчеркнуть, что какую бы сложную структуру не образовывали
концентраторы, например, путем иерархического соединения (рис. 1.9), все
компьютеры, подключенные к ним, образуют единый логический сегмент, в
котором любая пара взаимодействующих компьютеров полностью блокирует
возможность обмена данными для других компьютеров.
[pic]
Рис. 1.8. Повторитель Ethernet синхронно повторяет биты кадра на всех своих
портах
[pic]
Рис. 1.9. Логический сегмент, построенный с использованием концентраторов
Появление устройств, централизующих соединения между отдельными сетевыми
устройствами, потенциально позволяет улучшить управляемость сети и ее
эксплуатационные характеристики (модифицируемость, ремонтопригодность и
т.п.). С этой целью разработчики концентраторов часто встраивают в свои
устройства, кроме основной функции повторителя, ряд вспомогательных
функций, весьма полезных для улучшения качества сети.
Различные производители концентраторов реализуют в своих устройствах
различные наборы вспомогательных функций, но наиболее часто встречаются
следующие:
. Объединение сегментов с различными физическими средами (например,
коаксиал, витая пара и оптоволокно) в единый логический сегмент.
. Автосегментация портов - автоматическое отключение порта при его
некорректном поведении (повреждение кабеля, интенсивная генерация
пакетов ошибочной длины и т.п.).
. Поддержка между концентраторами резервных связей, которые используются
при отказе основных.
. Защита передаваемых по сети данных от несанкционированного доступа
(например, путем искажения поля данных в кадрах, повторяемых на
портах, не содержащих компьютера с адресом назначения).
. Поддержка средств управления сетями - протокола SNMP, баз управляющей
информации MIB.
5. Логическая структуризация сети. Мосты и коммутаторы
Несмотря на появление новых дополнительных возможностей основной функцией
концентраторов остается передача пакетов по общей разделяемой среде.
Коллективное использование многими компьютерами общей кабельной системы в
режиме разделения времени приводит к существенному снижению
производительности сети при интенсивном трафике. Общая среда перестает
справляться с потоком передаваемых кадров и в сети возникает очередь
компьютеров, ожидающих доступа. Это явление характерно для всех технологий,
использующих разделяемые среды передачи данных, независимо от используемых
алгоритмов доступа (хотя наиболее страдают от перегрузок трафика сети
Ethernet с методом случайного доступа к среде).
Поэтому сети, построенные на основе концентраторов, не могут расширяться в
требуемых пределах - при определенном количестве компьютеров в сети или при
появлении новых приложений всегда происходит насыщение передающей среды, и
задержки в ее работе становятся недопустимыми. Эта проблема может быть
решена путем логической структуризации сети с помощью мостов, коммутаторов
и маршрутизаторов.
Мост (bridge), а также его быстродействующий функциональный аналог -
коммутатор (switching hub), делит общую среду передачи данных на логические
сегменты. Логический сегмент образуется путем объединения нескольких
физических сегментов (отрезков кабеля) с помощью одного или нескольких
концентраторов. Каждый логический сегмент подключается к отдельному порту
моста/коммутатора (рис. 1.10). При поступлении кадра на какой-либо из
портов мост/коммутатор повторяет этот кадр, но не на всех портах, как это
делает концентратор, а только на том порту, к которому подключен сегмент,
содержащий компьютер-адресат.
Разница между мостом и коммутатором состоит в том, что мост в каждый момент
времени может осуществлять передачу кадров только между одной парой портов,
а коммутатор одновременно поддерживает потоки данных между всеми своими
портами. Другими словами, мост передает кадры последовательно, а коммутатор
параллельно. (Для упрощения изложения далее в этом разделе будет
использоваться термин "коммутатор" для обозначения этих обоих
разновидностей устройств, поскольку все сказанное ниже в равной степени
относится и к мостам, и к коммутаторам.) Следует отметить, что в последнее
время локальные мосты полностью вытеснены коммутаторами. Мосты используются
только для связи локальных сетей с глобальными, то есть как средства
удаленного доступа, поскольку в этом случае необходимость в параллельной
передаче между несколькими парами портов просто не возникает.
[pic]
Рис. 1.10. Разделение сети на логические сегменты
При работе коммутатора среда передачи данных каждого логического сегмента
остается общей только для тех компьютеров, которые подключены к этому
сегменту непосредственно. Коммутатор осуществляет связь сред передачи
данных различных логических сегментов. Он передает кадры между логическими
сегментами только при необходимости, то есть только тогда, когда
взаимодействующие компьютеры находятся в разных сегментах.
Деление сети на логические сегменты улучшает производительность сети, если
в сети имеются группы компьютеров, преимущественно обменивающиеся
информацией между собой. Если же таких групп нет, то введение в сеть
коммутаторов может только ухудшить общую производительность сети, так как
принятие решения о том, нужно ли передавать пакет из одного сегмента в
другой, требует дополнительного времени.
Однако даже в сети средних размеров такие группы, как правило, имеются.
Поэтому разделение ее на логические сегменты дает выигрыш в
производительности - трафик локализуется в пределах групп, и нагрузка на их
разделяемые кабельные системы существенно уменьшается.
Коммутаторы принимают решение о том, на какой порт нужно передать кадр,
анализируя адрес назначения, помещенный в кадре, а также на основании
информации о принадлежности того или иного компьютера определенному
сегменту, подключенному к одному из портов коммутатора, то есть на
основании информации о конфигурации сети. Для того, чтобы собрать и
обработать информацию о конфигурации подключенных к нему сегментов,
коммутатор должен пройти стадию "обучения", то есть самостоятельно
проделать некоторую предварительную работу по изучению проходящего через
него трафика. Определение принадлежности компьютеров сегментам возможно за
счет наличия в кадре не только адреса назначения, но и адреса источника,
сгенерировавшего пакет. Используя информацию об адресе источника,
коммутатор устанавливает соответствие между номерами портов и адресами
компьютеров. В процессе изучения сети мост/коммутатор просто передает
появляющиеся на входах его портов кадры на все остальные порты, работая
некоторое время повторителем. После того, как мост/коммутатор узнает о
принадлежности адресов сегментам, он начинает передавать кадры между
портами только в случае межсегментной передачи. Если, уже после завершения
обучения, на входе коммутатора вдруг появится кадр с неизвестным адресом
назначения, то этот кадр будет повторен на всех портах.
Мосты/коммутаторы, работающие описанным способом, обычно называются
прозрачными (transparent), поскольку появление таких мостов/коммутаторов в
сети совершенно не заметно для ее конечных узлов. Это позволяет не изменять
их программное обеспечение при переходе от простых конфигураций,
использующих только концентраторы, к более сложным, сегментированным.
Существует и другой класс мостов/коммутаторов, передающих кадры между
сегментами на основе полной информации о межсегментном маршруте. Эту
информацию записывает в кадр станция-источник кадра, поэтому говорят, что
такие устройства реализуют алгоритм маршрутизации от источника (source
routing). При использовании мостов/коммутаторов с маршрутизацией от
источника конечные узлы должны быть в курсе деления сети на сегменты и
сетевые адаптеры, в этом случае должны в своем программном обеспечении
иметь компонент, занимающийся выбором маршрута кадров.
За простоту принципа работы прозрачного моста/коммутатора приходится
расплачиваться ограничениями на топологию сети, построенной с
использованием устройств данного типа - такие сети не могут иметь замкнутых
маршрутов - петель. Мост/коммутатор не может правильно работать в сети с
петлями, при этом сеть засоряется зацикливающимися пакетами и ее
производительность снижается.
Для автоматического распознавания петель в конфигурации сети разработан
алгоритм покрывающего дерева (Spanning Tree Algorithm, STA). Этот алгоритм
позволяет мостам/коммутаторам адаптивно строить дерево связей, когда они
изучают топологию связей сегментов с помощью специальных тестовых кадров.
При обнаружении замкнутых контуров некоторые связи объявляются резервными.
Мост/коммутатор может использовать резервную связь только при отказе какой-
либо основной. В результате сети, построенные на основе
мостов/коммутаторов, поддерживающих алгоритм покрывающего дерева, обладают
некоторым запасом надежности, но повысить производительность за счет
использования нескольких параллельных связей в таких сетях нельзя.
6. Маршрутизаторы
Маршрутизатор (router) позволяет организовывать в сети избыточные связи,
образующие петли. Он справляется с этой задачей за счет того, что принимает
решение о передаче пакетов на основании более полной информации о графе
связей в сети, чем мост или коммутатор. Маршрутизатор имеет в своем
распоряжении базу топологической информации, которая говорит ему, например,
о том, между какими подсетями общей сети имеются связи и в каком состоянии
(работоспособном или нет) они находятся. Имея такую карту сети,
маршрутизатор может выбрать один из нескольких возможных маршрутов доставки
пакета адресату. В данном случае под маршрутом понимают последовательность
прохождения пакетом маршрутизаторов. Например, на рисунке 1.11 для связи
станций L2 сети LAN1 и L1 сети LAN6 имеется два маршрута: М1-М5-М7 и М1-М6-
М7.
В отличии от моста/коммутатора, который не знает, как связаны сегменты друг
с другом за пределами его портов, маршрутизатор видит всю картину связей
подсетей друг с другом, поэтому он может выбрать правильный маршрут и при
наличии нескольких альтернативных маршрутов. Решение о выборе того или
иного маршрута принимается каждым маршрутизатором, через который проходит
сообщение.
Для того, чтобы составить карту связей в сети, маршрутизаторы обмениваются
специальными служебными сообщениями, в которых содержится информация о тех
связях между подсетями, о которых они знают (эти подсети подключены к ним
непосредственно или же они узнали эту информацию от других
маршрутизаторов).
[pic]
|M1, M2, ... , M7 - маршрутизаторы |
|LAN1, LAN2, LAN3, WAN4, WAN5, LAN6 - уникальные номера |
|сетей в едином формате |
|L1, L2, ... - локальные номера узлов (дублируются, разный |
|формат) |
Рис. 1.11. Структура интерсети, построенной на основе маршрутизаторов
Построение графа связей между подсетями и выбор оптимального по какому-либо
критерию маршрута на этом графе представляют собой сложную задачу. При этом
могут использоваться разные критерии выбора маршрута - наименьшее
количество промежуточных узлов, время, стоимость или надежность передачи
данных.
Маршрутизаторы позволяют объединять сети с различными принципами
организации в единую сеть, которая в этом случае часто называется интерсеть
(internet). Название интерсеть подчеркивает ту особенность, что
образованное с помощью маршрутизаторов объединение компьютеров представляет
собой совокупность нескольких сетей, сохраняющих большую степень
автономности, чем несколько логических сегментов одной сети. В каждой из
сетей, образующих интерсеть, сохраняются присущие им принципы адресации
узлов и протоколы обмена информацией. Поэтому маршрутизаторы могут
объединять не только локальные сети с различной технологией, но и локальные
сети с глобальными.
Маршрутизаторы не только объединяют сети, но и надежно защищают их друг от
друга. Причем эта изоляция осуществляется гораздо проще и надежнее, чем с
помощью мостов/коммутаторов. Например, при поступлении кадра с неправильным
адресом мост/коммутатор обязан повторить его на всех своих портах, что
делает сеть незащищенной от некорректно работающего узла. Маршрутизатор же
в таком случае просто отказывается передавать "неправильный" пакет дальше,
изолируя дефектный узел от остальной сети.
Кроме того, маршрутизатор предоставляет администратору удобные средства
фильтрации потока сообщений за счет того, что сам распознает многие поля
служебной информации в пакете и позволяет их именовать понятным
администратору образом. Нужно заметить, что некоторые мосты/коммутаторы
также способны выполнять функции гибкой фильтрации, но задавать условия
фильтрации администратор сети должен сам в двоичном формате, что достаточно
сложно.
Кроме фильтрации, маршрутизатор может обеспечивать приоритетный порядок
обслуживания буферизованных пакетов, когда на основании некоторых признаков
пакетам предоставляются преимущества при выборе из очереди.
В результате, маршрутизатор оказывается сложным интеллектуальным
устройством, построенным на базе одного, а иногда и нескольких мощных
процессоров. Такой специализированный мультипроцессор работает, как
правило, под управлением специализированной операционной системы.
7. Модульные многофункциональные концентраторы
При построении сложной сети могут быть полезны все типы коммуникационных
устройств: и концентраторы, и мосты, и коммутаторы, и маршрутизаторы
(сетевые адаптеры исключены из этого списка потому, что они необходимы
всегда). Чаще всего отдельное коммуникационное устройство выполняет только
одну основную функцию, представляя собой либо повторитель, либо мост, либо
коммутатор, либо маршрутизатор. Но это не всегда удобно, так как в
некоторых случаях более рационально иметь в одном корпусе
многофункциональное устройство, которое может сочетать эти базовые функции
и тем самым позволяет разработчику сети использовать его более гибко.
В идеале можно представить себе универсальное коммуникационное устройство,
имеющее достаточное количество портов для подключения сетевых адаптеров,
которые объединяются в группы с программируемыми функциями взаимоотношений
между собой (по алгоритму повторителя, коммутатора или маршрутизатора).
Однако известно, что всякая универсализация всегда вредит качеству
выполнения узких специальных функций и, возможно поэтому, на современном
уровне развития техники такое полностью универсальное устройство пока не
появилось, хотя отдельное совмещение функций в одном устройстве иногда
выполняется.
Так маршрутизаторы часто могут работать и в качестве мостов, в зависимости
от того, как сконфигурировано администратором их программное обеспечение. А
вот функции повторителя требуют высокого быстродействия, которое может быть
достигнуто только на сугубо аппаратном уровне. Поэтому функции повторителя
не объединяются с функциями моста или маршрутизатора.
Для совмещения функций может быть использован другой подход. В специальных
устройствах - модульных концентраторах - отдельные компоненты, выполняющие
одну из трех описанных основных функций, реализованы в виде модулей,
устанавливаемых в общем корпусе. При этом межмодульные связи организуются
не внешним образом, как это делается, когда модули представляют собой
отдельные устройства, а по внутренним шинам единого устройства.
Модульные многофункциональные устройства часто называют концентраторами,
подчеркивая их централизующую роль в сети. При этом термин "концентратор"
используется не как синоним термина повторитель, а в более широком смысле.
Нужно хорошо понимать в каждом конкретном случае функциональное назначение
отдельных модулей такого концентратора. В зависимости от комплектации
модульный многофункциональный концентратор может сочетать функции и
повторителя (причем различных технологий), и моста, и коммутатора, и
маршрутизатора, а может выполнять и только одну из них.
8. 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 1.12.
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.
[pic]
Рис. 1.12. Соответствие функций коммуникационного оборудования модели OSI
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 1.12 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.
Реферат на тему: Типы и виды данных на языке Pascal 7.0
Ученика 11-А класса
ТИПЫ ДАННЫХ
Любые данные, т.е. константы, переменные, значения функций или
выражения, в Турбо Паскале характеризуются своими типами. Тип определяет
множество допустимых значений, которые может тот или иной объект, а также
множество допустимых операций, которые применимы к нему. Кроме того, тип
определяет формат внутреннего представления данных в памяти ПК.
Турбо Паскаль характеризуется разветвлённой структурой типов данных.
В Турбо Паскале предусмотрен механизм создания новых типов данных,
благодаря чему общее количество типов, используемых в программе, может быть
сколько угодно большим.
ПРОСТЫЕ ТИПЫ
К простым типам относятся порядковые и вещественные типы.
Порядковые типы отличаются тем, что каждый из них имеет конечное число
возможных значений. Эти значения можно определённым образом упорядочить
(отсюда – название типов) и, следовательно, с каждым из них можно
сопоставить некоторое целое число – порядковый номер значения.
Вещественные типы тоже имеют конечное число значений, которое
определяется форматом внутреннего представления вещественного числа. Однако
количество возможных значений вещественных типов настолько велико, что
сопоставить с каждым из них целое число (его номер) не представляется
возможным.
ПОРЯДКОВЫЕ ТИПЫ
К порядковым типам относятся целые, логический, символьный,
перечисляемый и тип-диапазон.
Целые типы. Диапазон возможных значений целых типов зависит от их
внутреннего представления, которое может занимать один, два или четыре
байта
|ЦЕЛЫЕ ТИПЫ |
|НАЗВАНИЕ |Длина, |Диапазон значений |
| |байт | |
|Byte |1 |0…255 |
|ShortInt |1 |-128…+127 |
|Word |2 |0…65535 |
|Integer |2 |-32768…+32767 |
|LongInt |4 |-2 147 483 648…+2 147 483 647 |
При использовании процедур и функций с целочисленными параметрами
следует руководствоваться «вложенностью» типов, т.е. везде, где может
использоваться Word, допускается использование Byte (но не наоборот), в
LongInt “входит” Integer, который, в свою очередь, включает в себя
ShortInt.
При дейстйствии с целыми чмслами тип результата будет соответствовать
типу операндов, ф если операнды относятся к различным целым типам,- типу
того операнда, который имеет максимальную мощность (максимальный диапазон
значений). Возможное переполнение никак не контролируется, что может
привести к недорозумениям.
Логический тип
|ЛОГИЧЕСКИЕ ТИПЫ |
|Название |Длина, Байт |OS |Значение |
|BOOLEAN |1 |Linux, DOS |False, True |
|BYTEBOOL |1 |Совместим с С |False, True |
|WORDBOOL |2 |Win |False, True |
|LONGBOOL |4 |Win |False, True |
. Значениями логического типа может быть одна из предварительно
объявленных констант FALSE (ложь) или TRUE (истина).
Поскольку логический тип относится к порядковым типам, его можно
использовать в операторе счётного типа.
Символьный тип. CHAR – занимает 1 байт. Значением символьного типа
является множество всех символов ПК. Каждому символу присваивается целое
число в диапозоне 0…255. Это число служит кодом внутреннего представления
символа.
Для кодировки испоьзуется код ASCII (American Standart Code for
Information Interchange – американский стандартный код для обмена
информацией). Это 7-битный код, т.е. с его помощью можн озакодировать лишь
128 символов в диапозоне от 0 до 127. В то же время в 8-битном байте,
отведенном для хранения символа в Турбо Паскале, можно закодировать в два
раза больше символов в дапозоне от 0 до 255. Первая половина символов ПК с
кодами 0…127 соответствует стандарту ASCII. Вторая половина символов с
кодами 128ююю255 не ограничена жёсткими рамками стандарта и может менятся
на ПК разных типов.
Символы с кодами 0…31 относятся к слжебным кодам. Если эти коды
использовать в символьном тексте программы, они считаются пробелами.
Перечисляемый тип. Перечисляемый тип задаётся перечислением тех
значений, которые он может получать. Каждое значение именуется некоторым
идентификатором и рапологается в списке, обрамлённом круглыми скобками,
напримерЖ
Type
Colors = (red, white, blue);
Применение перечисляемых типов делает программы нагляднее.
Соответствие между значениями перечисляемого типа и порядковыми
номерами этих значений устанавливается порядком перечисления: первое
значение списке получает порядковый номер 0, второе – 1 и т.д. максимальная
мощность перечисляемого типа составляет 65536 значений, поэтому фактически
перечисляемый тип задаёт некоторое подмножество целого типа WORD и может
рассматриваться как компактное объявление сразу группы целочисленных
констант со значениями 0,1 и т.д.
Использование перечисляемых типов повышает надёжность программы,
благодаря возможности контроля тех значений, которые получают
соответствующие переменные.
Тип-диапазон. Тип-диапазон есть подмножество своего базового типа, в
качестве которого может выступать любой порядковый тип, кроме типа-
диапазона.
Тип-диапазон задаётся границами своих значений внутри базового типа:
<мин.знач.>..<макс.знач.>
Здесь <мин.знач.> - минимальное значение типа-диапазона.
<макс.знач.> - максимальное его значение.
Type
Digit = ‘0’ ..’9’;
Dig2 = 48 .. 57;
При определении типа-диапазона нужно руководствоваться следующими
правилами:
1. два символа «..» рассматриваются как один символ, поэтому между
ними недопустимы пробелы.
2. левая граница диапазона не должна превышать его правую границу.
Тип-диапазон наследует все свойства базового итпа, но с ограничениями,
связанными с его меньшей мощностью.
ВЕЩЕСТВЕННЫЕ ТИПЫ
В отличие от порядковых типов, значения которых всегда сопоставляются
с рядом целых чисел и, следовательно, представляется в ПК абсолютно точно,
значения вещественных типов определяют произвольное число лишь с некоторой
конечной точностью, зависящей от внутреннего формата вещественного числа.
|Длина, |Название |Количество |Диапазон десятичного |
|байт | |значащих цифр |порядка |
|6 |Real |11…12 |-39…+38 |
|4 |Single |7…8 |-45…+38 |
|8 |Double |15…16 |-324…+308 |
|10 |Extended |19…20 |-4951…+4932 |
|8 |comp |19…20 |-2*1063+1…+2*1063-1 |
СТРУКТУРИРОВАННЫЕ ТИПЫ
Любой из структурированных типов характеризуется множественностью
образующих этот тип элементов, т.е. переменная или сонстанта
структурированного типа всегда имеет несколько компонентов. Каждый
компонент, в свою очередь, может принадлежать структурированному типу, что
позволяет говорить о возможной вложености типов. В Турбо Паскале
допускается произвольная глубина вложености типов, однако суммарная длина
любого из них во внутреннем представлении не должна превышать 65520 байт.
МАССИВЫ
Массиывы в Турбо Паскале во многом схожи с аналогичными типами данных
в других языках програмирования. Отличительная особенность массивов
заключается в том, что все их компоненты суть данные одного типа (возможно
структурированного). Эти компоненты можно легко упорядочить и обеспечить
доступ к любому из них простым указанием порядкового номера.
Описание массива задаётся следующим образом:
= array [] of
Здесь - правильный индификатор;
Array, of – зарезирвированые слова (массив, из);
- список из одного или нескольких индексных типов,
разделённых запятыми; квадратные скобки, обрамляющие список, - требование
синтаксиса;
- любой тип Турбо Паскаля.
В качестве индексных типов в Турбо Паскале можно использовать любые
порядковые типы, кроме LongInt и типов-диапазонов с базовым типом LongInt.
Глубина вложенности структурированных типов вообще, а следовательно, и
массивов – произвольная, поэтому количество элементов в списке индексов
типов (размерность массива) не ограничено, однако суммарная длина
внутреннего представления любого массива не может быть больше 65520 байт.
ЗАПИСИ
Запись – это структура данных, состоящая из фиксированного числа
компонентов, называемыхполями записи. В отличие от массива, компоненты
(поля) записи могут быть различного типа. Чтобы можно было ссылаться на тот
или иной компонент записи, поля именуются.
Структура объявления типа записи такова:
= RECORD END
Здесь - правильный индификатор;
RECORD, END – зарезервированые слова (запись, конец);
- список полей; представляет собой последовательность
разделов записи, между которыми ставится точка с запятой.
МНОЖЕСТВА
Множества – это набор однотипных логическх связанных друг с другом
объектов. Характер связей между объектами лишь подразумевается програмистом
и никак не контролируется Турбо Паскалем.количество элементов, входящих в
множество, может менятся в пределах от 0до 256 (множество, не содержащее
элементов, называется пустым).именно непостоянством количества своих
элементов множества отличаются от массивов и записей.
Два множества считаются эквивалентными тогда и только тогда, когда все
их элементы одинаковы, причём порядок следования элементов множества
безразличен. Если все элементы одного множества входят также и в другое,
говорят о включении первого множества во второе.
Описание типа множества имеет вид:
= SET OF
Здесь - правильный индификатор;
SET, OF – зарезирвированные слова (множество, из);
- базовый тип элементов множества, в качестве которого может
использоваться любой порядковый тип, кроме WORD, INTEGER и LONGINT.
Для задания множества используется так называемый конструктор
множества: список спецификаций элементов множества, отделяемых друг от
друга запятыми; список обрамляется квадратными скобками. Спецификациями
элементов могут быть константы или выражения базового типа, а также – тип-
диапазон того же базового типа.
СТРОКИ
Тип STRING (строка) в Турбо Паскале широко используется для обработки
текстов. Он во многом похож на одномерный массив символов ARRAY [0..N] OF
CHAR, однако, в отличие от последнего, количество символов в строке –
переменной может менятся от 0 до N, где N – максималльное количество
символов в строке. Значение N определяется объявлением типа STRING[N] N и
может быть любой константой порядкового типа, но ен больше 255. Турбо
Паскаль разрешает не указывать N, в том случае длина строки принимается
максимально возможной, а именно N=255.
Строка в Турбо Паскале трактуется как цепочка символов. К любому
символу в строке можно обратиться точно так же, как к элементу одномерного
массива ARRAY [0..N] OF CHAR.
ФАЙЛЫ
Под файлом понимается либо именованная область внешней памяти ПК, либо
логическое устройство – потенциальный источник или приёмник информации.
Любой файл имеет три характерные особенности. Во-первых, у него есть
имя, что даёт возможность программе работать одновременно с несколькими
файлами. Во-вторых, он содержит компоненты одного типа. Типом компонентов
может быть любой тип Турбо Паскаля, кроме файлов. Иными словами, недьзя
создать «файл файлов». В-третьих, длина вновь создаваемого файла никак не
оговаривается при его объявлении и ограничивается только ёмкостью устройств
внешней памяти.
Файловый тип или переменную файлового типа можно задать одним из трёх
способов:
= FILE OF ;
=TEXT;
= FILE;
Здесь - имя файлового типа (правильный индификатор);
FILE, OF – зарезервированные слова (файл, из);
TEXT – имя стандартного типа текстовых файлов;
- любой тип Турбо Паскаля, кроме файлов.
В зависимости от способа объявления можно выделить три вида файлов:
. типизированные файлы (задаются предложением FILE OF…);
. текстовые файлы (определяются типом TEXT);
. нетипизированные файлы (определяются типом FILE).
ПРОЦЕДУРНЫЕ ТИПЫ
Процедурные типы — это нововедение фирмы Borland (в стандартном
Паскале таких типов нет). Основное назначение этих типов —дать програмисту
гибкие средства передачи функций и процедур в качестве фактических
параметров обращения к другим процедурам и функциям.
Для объявления процедурного типа используется заголовок процедуры
(функции), в котором опускается её имя, наприме:
type
Proc = procedure;
Proc1 = procedure(var X, Y: Integer);
StrProc = procedure(S: String);
MathFunc = function(X: Real): Real:
DeviceFunc = function(var F: Text): Integer;
MaxFunc = function(A, B: Real; F: MathFunc): Real;
Как видно из приведённых примеров существует два вида процедурных
типов: тип-роцедура и тип-функция.
В программе могут быть объявлены переменные процедурных типов,
например, так:
Var
P1 : Proc1;
F1, f2 : MathFunc;
Ap : array [1..N] of Proc1
Переменным процедурных типов допускается присваивать в качестве
значений имена соответствующих подпрограмм. После такого присваивания имя
переменной становится синонимом имени подпрограммы.
ТИП ОБЪЕКТ
Тип объект — это структура, состоящая из фиксированного числа
компонент. Каждая компонента — это или поле, которое содержит данные
определенного типа, или метод, который производит операции над объектом.
Аналогично объявлению переменных, объявление поля, указывает тип данных
поля и идентификатор имени этого поля; и аналогично объявлению процедуры
или функции объявление метода указывает заголовок процедуры, функции,
констрактора или дестрактора.
Тип объект может наследовать компоненты от другого типа объекта.
Сфера действия типа объекта состоит из него самого и всех его
порожденных типов.
В отличие от других типов, тип объект может быть объявлен в части
объявления типов в самой внешней части программы или модуля.
Так, тип объекта не может быть объявлен в части объявления переменных
или внутри процедуры, функции или метода.
ТИП УКАЗАТЕЛЬ
Тип указатель (ссылочный тип) определяет множество значений, которые
указывают на динамические переменные определенного типа, называемого
базовым типом. Переменная с типом указатель содержит адрес динамической
переменной в памяти.
Если базовый тип является еще не описанным идентификатором, то он
должен быть описан в той же самой части описания типов, что и тип
указатель.
Переменной-указателю можно присвоить значение с помощью процедуры New,
операции @ или функции Ptr. Процедура New отводит новую область памяти в
динамически распределяемой области для динамических переменных и сохраняет
адрес этой области в переменной указателя. Операция @ ориентирует
переменную указателя на область памяти, содержащую существующую переменную,
включая и те переменные, которые имеют идентификаторы. Функция Ptr
ориентирует переменную указателя на определенный адрес в памяти.
Зарезервированное слово nil обозначает константу со значением указателя,
которая ни на что не указывает.
Встроенный указатель типа обозначает нетипизованный указатель, то есть
указатель, который не указывает ни на какой определенный тип. Переменные
типа Pointer могут быть разыменованы; указание символа ^ после такой
переменной вызывает появление ошибки. Как и значение, обозначаемое словом
nil, значения типа Pointer совместимы со всеми другими типами указателей.
В разделе "Указатели и динамические переменные" в Главе4 вы можете
найти синтаксис ссылки на динамические переменые, которые указываются с
помощью указателя-переменной.
ТИПИЗИРОВАННЫЕ КОНСТАНТЫ
В Турбо Паскале допускается использование типизированных констант. Они
задаются в разделе объявления констант следующим образом:
: = <значение>
Здесь - индификатор константы;
- тип константы;
<значение> - значение константы.
Типизированным константам можно присваивать другие значения в ходе
выполнения программы, поэтому фактически они представляют собой переменные
с начальными значениями. Типизированная константа приобретает указанное в
её объявлении значение, т.е. инициируется, лишь один раз: к моменту начала
работы программы. При повторном входе в блок (роцедуру или функцию), в
котором она объявлена, инициация типизированной константы не производится и
она сохраняет то значение, которое имела к моменту выхода из блока.
Типизированные константы могут быть любого типа, кроме файлов. Нельзя
также объявить типизированную константу – запись, если хотя бы одно из её
полей является полем файлового типа.
Поскольку типизированная константа фактически не отличается от
переменной, её нельзя использовать в качестве значения при объявлении
других констант или границ типа-диапазона.
КОНСТАНТЫ ПРОСТЫХ ТИПОВ И ТИПА STRING
Объявление таких констант обычно не вызывает трудностей, так как в
качестве их значения испоьзуется нетипизированные константы или их
индификаторы.
КОНСТАНТЫ-МАССИВЫ
В качестве начального значения типизтрованной константы-массива
используются список констант, отделённых друг от друга запятыми; список
заключается в круглые собки.
При объявлении многомерных констант-массивов множество констант,
соответствующих каждому измерению, заключается в дополнительные круглые
скобки и отделяется от соседнего множества запятами. В результате
образуются вложенные структуры множеств, причём глубина вложения должна
сответствовать количеству измерений (размерности) массива. Самые внутрение
множества констант связываются с измерением самого правого индекса массива.
КОНСТАНТЫ-ЗАПИСИ
Определение константы-записи имеет следующий вид:
: ()
Здесь – индификатор константы;
– тип записи;
– список значений полей.
Список значений полей представляет собой список из последовательностей
вида: имя поля, двоеточие и константа. Элементы списка отделяются друг от
друга двоеточиями.
КОНСТАНТЫ-МНОЖЕСТВА
Значение типизированной константы-множества задаётся в виде
правильного конструктора множеств.
КОНСТАНТЫ-УКАЗАТЕЛИ
Единственным значением типизированной константы-указателя может быть
только NIL.
-----------------------
Порядковые
Объекты
Процедурные
Массивы
Структурированные
Файлы
Записи
Множества
Строки
Указатели
Целые
Тип-диапазон
Логический
Символьный
Перечисляемый
Простые типы
Вещественные
ТИПЫ
| |
