Понятие о компьютерной сети

Сетевые ИТ

Компьютерная (вычислительная) сеть – группа компьютеров, терминалов и др. устройств, объединенных средствами передачи данных (т.е. кабелем или с помощью беспроводных соединений). Назначение сети: совместное использование ресурсов и периферийного оборудования, осуществление интерактивной связи (т.е. в реальном масштабе времени) и распределенной обработки данных.

Для создания компьютерной сети нужны компьютеры, линии связи, специальные устройства для подключения компьютеров к линиям связи, установленное специальное программное обеспечение для управления совместной работы в сети.

Элементы сети:

1) сетевые ЭВМ – делятся на клиенты (основные ЭВМ) и серверы (вспомогательные ЭВМ).

Сервер – высокопроизводительная персональная или виртуальная ЭВМ, которая предоставляет свои ресурсы другим компьютерам сети (клиентам и серверам более низкого уровня иерархии).

Функции сервера: координация работы компьютеров сети, хранение и выдача данных по требованию, управление электронной почтой, распределение ресурсов системы (преобразуя и передавая информацию от одной ЭВМ к другой по каналам связи и коммутационным машинам (host-ЭВМ)) и другие функции. Сервер может выполнять функции клиента только по отношению к другому серверу более высокого уровня иерархии. Для типичной офисной сети достаточно одного сервера, современные ЛВС имеют несколько серверов.

Сервер имеет быстродействующие процессор (или несколько процессоров), ОЗУ и винчестер большой емкости (или RAID-массив). Сервером управляет системный администратор; он организует размещение данных и ПО, обеспечивает их поддержку, регистрирует уникальные имена пользователей и их пароли, задает права доступа к находящимся на сервере разделяемым ресурсам.

Виды серверов:

Файловый сервер – хранит файлы с программами и данными, обеспечивает доступ к файлам и совместное их использование пользователями сети. Используется для работы с файлами данных (оптимизирован для выполнения файловых операций ввода-вывода) и, как правило, обладает большим объемом дискового пространства. Для рабочей станции - клиента файловый сервер является удаленным жестким диском большой емкости. Например, для работы с текстовым процессором пользователь загружает его на своем ПК. Документ текстового процессора, хранящийся на файл-сервере, по запросу пользователя загружается в память его ПК, и теперь он может работать с этим документом на своем ПК.

Принт-сервер – управляет доступом пользователей к принтерам.

Сервер баз данных – для хранения большого объема структурированных данных, совместной обработки запросов нескольких пользователей к БД (совместную обработку данных).

Сервер приложений содержит прикладные программы и выполняет прикладные части клиент-серверных приложений.

Отличие сервера баз данных (приложений) от файл-сервера и принт-сервера в том, что в последних файл или данные целиком копируются на запрашивающий ПК, а из сервера БД (приложений) на ПК пересылаются только результаты запроса.

Сетевой (коммуникационный) сервер поддерживает функции сетевой ОС: управление потоком данных и сообщений, планирование задач, распределение ресурсов, доступ к сетевой файловой системе, организацию коллективного использования периферийных устройств, защиту информации.

Терминальный сервер поддерживает выполнение функций многопользовательской системы.

Почтовый сервер – выделенная в сети РС для организации электронной почты и работы с электронными почтовыми ящиками (хранения получаемых и отправляемых сообщений).

Сервер безопасности (служб каталогов) обеспечивает поиск, хранение и защиту информации (информационную безопасность) с использованием криптографических средств. Сетевая ОС (например, MS Windows NT Server) объединяет компьютеры в логические группы – домены, система защиты которых наделяет пользователей различными правами доступа.

Клиенты – это абонентские ЭВМ или приложения, обслуживаемые серверами. Абонентские ЭВМ выполняют информационно-вычислительные работы и определяют ресурсы сети. Приложение посылает запросы к серверу, отвечает за обработку и вывод информации. ЭВМ клиента может быть любого типа.

Взаимодействующие через сеть устройства называются рабочими станциями (РС). РС могут быть компьютеры, терминалы, принтеры, другие ресурсы и коммуникационное оборудование. Если в качестве РС выступает компьютер, решающий определенный круг задач в составе сети, то в этом случае термин «рабочая станция» обозначает то же самое, что и термин «клиент».

2) Ресурсы: данные, файлы, приложения, программы, базы данных, внешняя память, устройства ввода-вывода (принтеры, сканеры, копиры, факсы, модемы, кассовые и банковские аппараты, дисплеи, терминалы), др. периферийные устройства (причем они могут быть удалены друг от друга на значительное расстояние).

3) Коммуникационная сеть (сеть связи, коммутационная система, телекоммуникационная система) – совокупность средств передачи данных: коммуникационных узлов, каналов связи и специализированного коммуникационного оборудования (коммутирующая аппаратура, ретрансляторы, преобразователи сигналов и др. элементы и устройства).

При отсутствии прямого канала между станцией-передатчиком и станцией-приемником данные передаются через промежуточные коммуникационные узлы (host-ЭВМ – коммутационные машины, связные компьютеры). Основная функция – передача транзитной информации от узла к узлу. Host-ЭВМ устанавливаются в узлах сети и решают вопросы коммутации, доступа к сетевым ресурсам, модемам, факс-модемам, серверам и др. Связаны между собой линиями связи, к которым подключаются и РС.

Каналы связи: телефонные, коаксиальные кабели, медная витая пара, волоконно-оптические (оптоволоконные) кабели, инфракрасный канал, спутниковая связь, радиорелейные каналы связи (радиосвязь) и другие.

Таким образом, компьютерную сеть можно представить в виде двух составляющих: коммутационной системы и совокупности абонентов (PC, серверы и др., включая их оборудование).

Важной характеристикой сети является трафик – скорость передачи данных по каналу связи (объем передаваемых данных в единицу времени, бит/с). Имеется в виду максимальная скорость, с которой физические устройства могут передавать информацию, реальная же скорость будет зависеть от многих других причин.

На быстродействие сети влияют такие факторы, как:

- характеристики аппаратного обеспечения РС в сети;

- частота передачи данных компьютерами;

- тип работающих сетевых приложений;

- тип сетевого кабеля;

- расстояние между РС.

Другие характеристики сети: пропускная способность канала связи (количество передаваемых символов за секунду); достоверность передачи данных (количество ошибок на один переданный символ); надежность (среднее время безотказной работы в часах).

 

 

 

Классификация сетей

Сети классифицируют по различным признакам: по удаленности компьютеров, топологии, назначению, перечню предоставляемых услуг, принципам управления (централизованные и децентрализованные), методам коммутации (без коммутации, телефонная коммутация, коммутация цепей, сообщений, пакетов и дейтаграмм и т. д.), видам среды передачи и т. д.

По совместимости программного обеспечения: если ЭВМ сети используют совместимое программное обеспечение, то ВС является гомогенной. Если ЭВМ сети – программно-несовместимые, то ВС называется неоднородной (гетерогенной). В связи с этим в гетерогенных сетях устанавливается оборудование с протоколами согласования.

По типу организации передачи данных различают сети: с коммутацией каналов, с коммутацией сообщений, с коммутацией пакетов, смешанные системы передачи данных. Коммутация – метод выбора направления передачи данных.

По способу управления ВС различают:

- сети с децентрализованным управлением (одноранговые сети);

- сети с централизованным управлением (на основе сервера);

- сети со смешанным управлением (комбинированные).

В одноранговых сетях все РС равноправны, нет иерархии и нет выделенного сервера. Каждая PC имеет полный набор программ для работы с данными в сети, может выполнять функции как клиента, так и файл-сервера, т.е. обслуживать запросы от других PC и, в свою очередь, направлять им свои запросы. Ресурсы разделяемые – все пользователи могут «поделиться» своими ресурсами с другими. ОС отдельных ЭВМ (MS NT Workstation, MS for Workgroups, MS Windows XP) ориентированы на коллективный доступ к общему полю памяти сети и имеют встроенную поддержку одноранговых сетей. Поэтому дополнительного ПО не требуется. Станции можно объединить и совместно использовать на файл-сервере базы данных. Число пользователей невелико; одноранговые сети используются в небольшой организации (иногда называются рабочими группами).

Одноранговые сети относительно просты; требуют более мощных (и более дорогих) ПК; ниже требования к производительности и к уровню защиты для сетевого ПО; выше требования к уровню компьютерных знаний пользователей.

Защита сети невысокая, т.к. ресурсы «общие» и могут находиться на всех ПК, а не только на сервере. Централизованно управлять защитой сложно, т.к. каждый пользователь устанавливает ее самостоятельно, задавая пароль на разделяемый ресурс, например, на каталог.

Сети с централизованным управлением имеют выделенные серверы и единую ОС (для координации работы сетевых ЭВМ). При этом в каждый конкретный момент времени доступ к общему полю памяти предоставляется только для одной РС.

Выделенный сервер функционирует только как сервер, исключая функции клиента или рабочей станции; он должен обрабатывать запросы всех клиентов сети. РС не контактируют друг с другом. Администрирование, управление доступом к данным и защита осуществляются централизованно. Ресурсы, как правило, располагаются централизованно, что облегчает их поиск и поддержку.

С увеличением размеров сети и объема трафика необходимо увеличивать количество серверов. Эффективное выполнение задач обеспечивается их распределением среди нескольких серверов.

Комбинированные сети совмещают преимущества одноранговых и централизованных сетей. Например, сетевая ОС на основе сервера MS Windows NT Server отвечает за совместное использование приложений и данных. На ПК-клиентах могут использоваться ОС MS NT Workstation или MS Windows XP, которые управляют доступом к ресурсам выделенного сервера и в то же время могут предоставлять в совместное пользование жесткие диски ПК, а по мере необходимости – разрешать доступ и к своим данным. Для реализации и защиты сети требуются определенные знания и навыки планирования. Используются в больших организациях; при этом РС высшего управленческого звена, как правило, децентрализованы, а РС рядовых сотрудников находятся под централизованным управлением.

По структуре построения сети подразделяются на:

- одноузловые;

- многоузловые;

- одноканальные;

- многоканальные.

Чем больше каналов передачи данных, тем выше скорость передачи данных и выше надежность сети.

По методу передачи сети разделяют на последовательные и широковещательные. В последовательных ВС информация передается от одной РС к другой в соответствии с заданным путем следования. В широковещательных ВС информация рассылается сразу на все РС, но воспринимается лишь получателем в соответствии с адресом, прикрепленным к передаваемой информации.

По организационному признаку и предоставляемым возможностям для использования информационных ресурсов:

- локальные ВС;

- сеть Internet (Интернет);

- корпоративные сети Intranet (Интранет);

- сети электронных досок объявлений (сети BBS)

Электронная доска объявлений – это сайт, где каждый желающий может вывесить своё объявление, а все посетители сайта — прочитать его. В Интернете существует десятки тысяч досок объявлений. Обычно каждая из них посвящается какому-либо отдельному виду объявлений. Электронная доска объявлений, как правило, имеет несколько тематических разделов согласно содержанию объявлений. Большинство электронных досок — бесплатные. На страницах досок объявлений представлены тысячи бесплатных объявлений о недвижимости, авто, услугах, поиске работы, знакомствах, покупке и продаже оборудования, компьютеров, средств связи и прочему. Существуют также национальные доски объявлений, предназначенных для жителей конкретной местности. Для размещения объявления пользователю нужно ввести в специальной форме тему, своё имя/псевдоним либо название организации, координаты: адрес электронной почты, почтовый адрес, телефон, URL своего сайта и т. п. (набор данных зависит от конкретного ресурса). В некоторых досках объявления могут подавать только зарегистрированные пользователи, в других – все пользователи.

- компьютерные сети на основе FTN-технологий.

По рекомендациям ISO (международной организации по стандартизации) для физического уровня определены следующие классы сетей:

- до 1000 км — средней длины;

- до 10 000 км — длинные;

- до 25 000 км — самые длинные наземные;

- до 80 000 км — магистральные через спутник;

- до 160 000 км — магистральные международные через два спутника.

По удаленности компьютеров ВС условно разделяют на глобальные, региональные и локальные.

Глобальная (международная) ВС(ГВС, GAN - Global Area Network) — это соединение нескольких региональных ВС каналами связи для передачи информации между регионами и странами с целью совместной обработки.

Произвольная ГВС объединяет абонентов, расположенных в различных странах, на различных континентах, тем самым решает проблему объединения мировых ИР и организации доступа к ним. ГВС может включать другие глобальные сети, локальные сети, отдельно подключаемые к ней компьютеры (удаленные компьютеры) или устройства ввода-вывода.

Основные каналы связи в ГВС: телефонные линии, радиосвязь, системы спутниковой связи, оптоволоконные (проложенные по дну Атлантического океана оптоволоконные кабели соединяют американские и европейские ВС).

Виды ГВС: городские, региональные, национальные и транснациональные.

Региональная (территориальная) ВС (ТВС, MAN - Metropolitan Area Network) связывает абонентов, расположенных на значительном расстоянии друг от друга в десятки, сотни километров. ТВС создаются для информационного обслуживания определенных территорий (внутри большого города, экономического региона, отдельной страны). Например, ТВС статистики субъекта федерации.

Локальные вычислительные сети (ЛВС, LAN - Local Area Network), объединяют абонентов, расположенных в пределах небольшой территории (расстояние между сетевыми ЭВМ – от единиц метров до нескольких километров). На территориальный разброс абонентов ЛВС нет четких ограничений. Компьютеры в ЛВС могут быть расположены на расстоянии до нескольких километров и обычно соединены при помощи скоростных линий связи.

Объединение глобальных, региональных и локальных ВС позволяет создавать многосетевые иерархические ИС, обеспечивая доступ к мировым ИР.