Метод «честной очереди».
Ситуация перегрузки не всегда управляется однозначно. Например, при поступлении на вход пакетов от трех источников возможна ситуация, когда приемник посылает блокирующие пакеты всем отправителям, а откликнется сокращением потока только один. В результате этот узел, который "играет по правилам" (как это часто бывает и в жизни) оказывается в проигрыше. В 1987 году Нагле был предложен алгоритм fair queueing (честная очередь). В этом алгоритме маршрутизатор организует независимые очереди для пакетов, поступающих от разных источников. Когда выходной канал маршрутизатора оказывается свободным, он просматривает очереди циклически и отравляет очередной пакет. В результате при n очередях по завершении такого цикла просмотров-посылок оказываются посланы по одному пакету из каждой очереди. Такой алгоритм используется в некоторых ATM-переключателях. Следует заметить, что этот алгоритм дает некоторые преимущества тем узлам, которые посылают более длинные пакеты. Демерс (Demers) и др. в 1990 году предложил некоторое усовершенствоввание алгоритма. В данном варианте организуется циклический просмотр очередей не по-пакетно, а по-байтно. Система последовательно сканирует очереди и определяет положение концов пакетов. Первыми отправляются более короткие пакеты. Для иллюстрации предлагается рассмотреть рис. 2.
Рис. 2. Маршрутизатор с 4-мя входными каналами, в каждом из которых ждет очереди передачи по одному пакету. В правой части рисунка представлен порядок посылки этих пакетов.
Пакеты на рисунке имеют от трех до девяти октетов. Порядок пересылки октетов показан в левой части рисунка. В отсутствии поступления новых пакетов, кадры, записанные в буфер, будут переданы в порядке, представленном в правой части рисунка. Особенностью этого алгоритма является равенство приоритета всех входных каналов.
При передаче данных на большие расстояния эффективность использования метода блокирующих пакетов снижается. Пока блокирующий пакет дойдет через ряд промежуточных узлов до отправителя, на вход получателя поступит большое число пакетов, которые не только усугубят ситуацию перегрузки, но и могут вызвать потерю какой-то их доли, что, в свою очередь, может потребовать повторной пересылки следовавших за ними кадров. Для повышения эффективности часто применяется схема, при которой блокирующие пакеты воздействуют на все маршрутизаторы по пути своего следования. В этом случае снижения потока можно ожидать уже через время, равное времени распространения сигнала до узла, ближайшего к получателю пакетов. Такая схема требует того, чтобы все промежуточные узлы имели достаточно емкие буферы, в противном случае возможны потери.
Метод «скользящее окно»
В протоколе ТСР используется алгоритм управления трафиком, называемый "скользящее окно". Здесь размер окна, которое определяет число сегментов, посылаемых без получения подтверждения, варьируется в зависимости от наличия потерь пакетов. При большой вероятности потери система переходит в режим, когда очередной пакет не посылается до тех пор, пока не будет подтверждено получение предшествующего. При серьезных перегрузках, когда потери становятся значительными, нарушается механизм вычисления значений таймаутов, что может приводить к трудно предсказуемым последствиям.
Метод отбрасывания пакетов
Если другие способы испробованы, а перегрузка не исчезла, маршрутизатор начинает отбрасывать приходящие пакеты, которые уже не может обработать. Самое простое - это предоставить случаю выбор отбрасываемых пакетов. Но это не лучшая тактика. В случае пересылки мультимедийных данных предпочтение следует делать для последних полученных пакетов, а "старые" пакеты выбрасывать. При передаче файлов наоборот "старый" пакет имеет приоритет, ведь если его отбросить, придется повторно передавать не только его, но и все последующие пакеты. Некоторые методы передачи изображения требуют передачи время от времени всего кадра с последующей пересылкой только фрагментов, где произошли изменения. В таких условиях потеря пакета, составляющего базовый кадр, менее желательна. Сходные обстоятельства могут возникать и в других приложениях. Можно помечать пакеты, присваивая им определенные уровни приоритетов, что позволит осознанно принимать решение об отбрасывании того или иного пакета в условиях перегрузки. В перспективе проблема может быть решена на чисто коммерческой основе - компонента трафика, помеченная как высоко приоритетная, будет оплачиваться по более высокому тарифу. В некоторых сетях определенное количество пакетов объединяется в группы, образующие сообщение. Если одна ячейка такого сообщения выброшена, все сообщение будет повторно переслано.
Если одна ячейка такого сообщения выброшена, все сообщение будет повторно переслано.
ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА ЛВС. СЕТЕВЫЕ ОС.
Многослойная модель сети
Даже поверхностно рассматривая работу сети, можно заключить, что вычислительная сеть — это сложный комплекс взаимосвязанных и согласованно функционирующих программных и аппаратных компонентов. Весь комплекс программно-аппаратных средств сети может быть описан многослойной моделью:
компьютеры (нижний слой);
коммуникационное оборудование;
операционные системы;
сетевые приложения (верхний слой).
В основе любой сети лежит аппаратный слой стандартизированных компьютерных платформ. В настоящее время в сетях успешно применяются компьютеры различных классов — от персональных компьютеров до мэйнфреймов и супер-ЭВМ. Набор компьютеров в сети должен соответствовать набору решаемых сетью задач.
Второй слой — это коммуникационное оборудование. Хотя компьютеры и являются центральными элементами обработки данных в сетях, в последнее время не менее важную роль стали играть коммуникационные устройства. Кабельные системы, повторители, мосты, коммутаторы, маршрутизаторы и концентраторы из вспомогательных компонентов сети превратились в основные как по влиянию на характеристики сети, так и по стоимости. Сегодня коммуникационное устройство может представлять собой сложный специализированный мультипроцессор, который нужно конфигурировать, оптимизировать и администрировать.
Третьим слоем, образующим программную платформу сети, являются операционные системы (ОС). От того, какие концепции управления локальными и распределенными ресурсами положены в основу сетевой ОС, зависит эффективность работы всей сети. При проектировании сети важно учитывать, насколько легко данная операционная система может взаимодействовать с другими ОС сети, какой она обеспечивает уровень безопасности и защищенности данных, до какой степени позволяет наращивать число пользователей, можно ли перенести ее на компьютер другого типа и многие другие соображения.
Самый верхний слой сетевых средств образуют различные сетевые приложения, такие как сетевые базы данных, почтовые системы, средства архивирования данных, системы автоматизации коллективной работы и т.д. Очень важно представлять диапазон возможностей, предоставляемых приложениями для различных областей применения, а также знать, насколько они совместимы с другими сетевыми приложениями и операционными системами.
Вычислительная сеть — это многослойный комплекс взаимосвязанных и согласованно функционирующих программных и аппаратных компонентов: компьютеров, коммуникационного оборудования, операционных систем, сетевых приложений.
Структура сетевой операционной системы
Работа вычислительной сети заключается в передаче данных от одного компьютера к другому. В этом процессе можно выделить несколько отдельных задач:
распознать данные;
разбить данные на управляемые блоки;
добавить служебную информацию к каждому блоку, чтобы указать местонахождение данных и указать получателя;
добавить служебную информацию о синхронизации и информацию для проверки ошибок;
поместить данные в сеть;
отправить их по заданному адресу.
В выполнении всех этих задач участвует сетевая операционная система. Сетевая операционная система составляет основу любой вычислительной сети. Каждый компьютер в сети в значительной степени автономен, поэтому под сетевой операционной системой в широком смысле понимается совокупность операционных систем отдельных компьютеров, взаимодействующих с целью обмена сообщениями и разделения ресурсов по единым правилам - протоколам. В узком смысле сетевая ОС - это операционная система отдельного компьютера, обеспечивающая ему возможность работать в сети.
К сетевому программному обеспечению относятся также драйверы сетевых плат, различные для разных типов ЛВС (Ethernet, TR, AppleTalk и др.). Но и внутри одного типа ЛВС имеется много плат с разными характеристиками интеллектуальности, скорости, объема буферной памяти. Так, например, ЛВС Ethernet работает с большинством популярных сетевых операционных систем.
Драйверы - это программное обеспечение, позволяющее компьютеру работать с различными устройствами. Драйвер - программа, которая "говорит" компьютеру, как надо управлять или работать с устройством, чтобы оно правильно выполняло свои функции.
Сетевые драйверы обеспечивают связь между платами сетевого адаптера и работающими на компьютере редиректорами. Редиректор - это часть сетевого программного обеспечения, которая принимает запросы ввода/вывода, относящиеся к удаленным файлам, и переадресовывает их по сети на другой компьютер. Драйверы платы сетевого адаптера располагаются на подуровне МАС, который отвечает за совместный доступ плат сетевого адаптера к физическому уровню. Таким образом, драйвер платы сетевого адаптера обеспечивает прямую связь между компьютерами и самой платой. Это, в свою очередь, связывает компьютер с сетью.
В сетевой операционной системе отдельной машины можно выделить несколько частей:
Сетевое программное обеспечение ДрайверПлата сетевого адаптера.
Структура сетевой ОС.
Средства управления локальными ресурсами компьютера выполняют функции:
распределение оперативной памяти между процессами;
планирование и диспетчеризация процессов;
управление процессорами в мультипроцессорных машинах;
управление периферийными устройствами и др.
Средства предоставления собственных ресурсов и услуг в общее пользование - серверная часть ОС. Эти средства обеспечивают:
блокировку файлов и записей, что необходимо для их совместного использования;
ведение справочников имен сетевых ресурсов;
обработку запросов удаленного доступа к собственной файловой системе и базе данных;
управление очередями запросов удаленных пользователей к своим периферийным устройствам.
Средства запроса доступа к удаленным ресурсам и услугам - клиентская часть ОС (редиректор). Эта часть выполняет распознавание и перенаправление в сеть запросов к удаленным ресурсам от приложений и пользователей, при этом запрос поступает от приложения в локальной форме, а передается в сеть в другой форме, соответствующей требованиям сервера. Клиентская часть также осуществляет прием ответов от серверов и преобразование их в локальный формат, так что для приложения выполнение локальных и удаленных запросов неразличимо.
Коммуникационные средства ОС, с помощью которых происходит обмен сообщениями в сети. Эта часть обеспечивает:
адресацию и буферизацию сообщений,
выбор маршрута передачи сообщения по сети,
надежность передачи и т.п.
На рис. 3 показано взаимодействие сетевых компонентов. Здесь компьютер 1 выполняет роль клиента, а компьютер 2 - роль сервера, соответственно на первой машине отсутствует серверная часть, а на второй - клиентская. На рисунке отдельно показан компонент клиентской части - редиректор. Именно редиректор перехватывает все запросы, поступающие от приложений, и анализирует их. Если выдан запрос к ресурсу данного компьютера, то он переадресовывается соответствующей подсистеме локальной ОС, если же это запрос к удаленному ресурсу, то он перенаправляется в сеть. При этом клиентская часть преобразует запрос из локальной формы в сетевой формат и передает его транспортной подсистеме, которая отвечает за доставку сообщений указанному серверу. Серверная часть операционной системы компьютера 2 принимает запрос, преобразует его и передает для выполнения своей локальной ОС. После того, как результат получен, сервер обращается к транспортной подсистеме и направляет ответ клиенту, выдавшему запрос. Клиентская часть преобразует результат в соответствующий формат и адресует его тому приложению, которое выдало запрос.
Взаимодействие компонентов операционной системы при взаимодействии компьютеров
Функциональные роли компьютеров в сети
В зависимости от того, как распределены функции между компьютерами сети, они могут выступать в трех разных ролях:
Компьютер, занимающийся исключительно обслуживанием запросов других компьютеров, играет роль выделенного сервера сети.
Компьютер, обращающийся с запросами к ресурсам другой машины, играет роль узла-клиента.
Компьютер, совмещающий функции клиента и сервера, является одноранговым узлом.
Рис.3
Одноранговые сетевые ОС и ОС с выделенными серверами
Очевидно, что сеть не может состоять только из клиентских или только из серверных узлов.
Сеть может быть построена по одной из трех схем:
сеть на основе одноранговых узлов — одноранговая сеть;
сеть на основе клиентов и серверов — сеть с выделенными серверами;
сеть, включающая узлы всех типов — гибридная сеть.
Каждая из этих схем имеет свои достоинства и недостатки, определяющие их области применения.
(а) Одноранговая сеть
(б) Сеть с выделенными серверами
Рис.4
Одноранговые сети.
В одноранговых сетях все компьютеры равны в правах доступа к ресурсам друг друга. Каждый пользователь может по своему желанию объявить какой-либо ресурс своего компьютера разделяемым, после чего другие пользователи могут его эксплуатировать. В таких сетях на всех компьютерах устанавливается одна и та же ОС, которая предоставляет всем компьютерам в сети потенциально равные возможности. Одноранговые сети могут быть построены, например, на базе ОС LANtastic, Personal Ware, Windows for Workgroup, Windows NT Workstation.
В одноранговых сетях также может возникнуть функциональная несимметричность.
Одни пользователи не желают разделять свои ресурсы с другими, и в таком случае их компьютеры выполняют роль клиента.
За другими компьютерами администратор закрепил только функции по организации совместного использования ресурсов, а, значит, они являются серверами.
В третьем случае, когда локальный пользователь не возражает против использования его ресурсов и сам не исключает возможности обращения к другим компьютерам, ОС, устанавливаемая на его компьютере, должна включать и серверную, и клиентскую части.
В отличие от сетей с выделенными серверами, в одноранговых сетях отсутствует специализация ОС в зависимости от преобладающей функциональной направленности - клиента или сервера. Все вариации реализуются средствами конфигурирования одного и того же варианта ОС.
Одноранговые сети проще в организации и эксплуатации, однако, они применяются в основном для объединения небольших групп пользователей, не предъявляющих больших требований к объемам хранимой информации, ее защищенности от несанкционированного доступа и к скорости доступа. При повышенных требованиях к этим характеристикам более подходящими являются сети с выделенными серверами, где сервер лучше решает задачу обслуживания пользователей своими ресурсами, так как его аппаратура и сетевая операционная система специально спроектированы для этой цели.
|
