Компьютерные сети и сетевые ОС. Локальные и глобальные сети. Сетевые службы

Базовые принципы организации компьютерной сети опреде­ляют ее основные характеристики:

· операционные возможности,

· производительность,

· время доставки сообщений

· и стоимость предоставляемых услуг.

Информационные системы, построенные на базе локальных вычислительных сетей, обеспечивают решение следующих задач:

· хранение данных,

· обработка данных,

· организация доступа пользователей к данным,

· передача данных и результатов их обработки пользователям.

Компьютерные сети реализуют распределенную обработку дан­ных. Здесь обработка данных распределяется между двумя объек­тами: клиентом и сервером. Сервер обеспечивает хранение данных общего пользования и организует доступ к этим данным. В процессе обработки данных клиент формирует запрос к серверу на выполнение сложных процедур. Сервер выполняет запрос, и результаты передает кли­енту. Подобная модель вычислительной сети получила название архи­тектуры клиент-сервер.

Другой моделью вычислительной сети является файл-сервер, запускающий операционную систему и управляющий потоком данных, передаваемых по сети. Отдельные рабочие станции и любые, совместно используемые периферийные устройства (принтеры, сканеры, модемы и т.д.) подсоединяются к файл-серверу. Каждая рабочая станция работает под управлением собственной дисковой операционной системы, но в отличие от автономного персонального компьютера, содержит плату сетевого интерфейса и физически соединена кабелями с файл-сервером.

Рабочая станция запускает оболочку сети, которая позволяет использовать файлы и программы, хранящиеся на файл-сервере, так же легко, как и находящиеся на ее собственных дисках. Чтобы включить рабочую станцию в состав сети, оболочка сетевой операционной системы загружается в начало операционной системы компьютера. Оболочка сохраняет большую часть команд и функций операционной системы и добавляет локальной системе больше функций, что придает ей гибкость.

По признаку распределения функций локальные компьютер­ные сети делятся на одноранговые и двухранговые (иерархичес­кие сети или сети с выделенным сервером).

В одноранговой сети компьютер выступает и в роли клиента, и в роли сервера. Одноранговое разделение ресурсов является вполне при­емлемым для малых офисов с 5-10 пользователями, объединяя их в рабочую группу.

Двухранговая сеть организуется на основе сервера, на котором регистрируются пользователи сети.

Для современных компьютерных сетей типичной является смешанная сеть, объединяющая рабочие станции и серверы, при­чем часть рабочих станций образует одноранговые сети, а другая часть принадлежит двухранговым сетям.

Проблемы адресации в сети

В различных сетях существуют различные процедуры, описывающие методы доступа к сетевым каналам (протоколы передачи данных). Наибольшее распространение получили конкретные реализации методов доступа: Ethernet, Arcnet и Token-Ring.

Метод доступа Ethernet, разработанный фирмой Xerox в 1975 году, пользуется наибольшей популярностью, так как обеспечивает высокую скорость передачи данных и не исключает возможности одновременной передачи сообщений двумя или несколькими станциями. Для данного метода доступа используется топология «общая шина».

Метод доступа Arcnet разработанный фирмой DatapointCorp. получил широкое распространение, благодаря тому, что оборудование Arcnet дешевле, чем оборудование Ethernet или Token-Ring. Arcnet используется в локальных сетях с топологией «звезда».

Метод доступа Token-Ring был разработан фирмой IBM и рассчитан на кольцевую топологию сети.

Кроме проблем создания локальных вычислительных сетей имеется также проблема расширения (объединения) компьютер­ных сетей. Вычислительная сеть, созданная на определенном этапе развития информационной системы, со временем может перестать удовлетворять потребности всех пользо­вателей. В то же время физические свойства сигналов, каналов передачи данных и конструктивные особенности сетевых компо­нент накладывают жесткие ограничения на количество узлов и геометрические размеры сети. Для объединения локальных сетей применя­ются следующие устройства: повторитель, мост, маршрутизатор, шлюз.

Крупные локальные сети объединяются в глобальные. Функционирование глобальных сетей поддерживают центры управления (специальные компьютеры), которые служат только для административных целей, ведут учет, предоставляют пользователям информацию относительно ресурсов сети, проверяют работу сети. Пользователи общаются с другими абонентами сети посредством специального коммуникационного программного обеспечения.

В настоящее время наиболее крупной глобальной сетью, охватывающей практически все страны мира, считается Internet.

Internet обеспечивает обмен ин­формацией между всеми компьютерами, которые входят в сети, подключенные к ней, и предоставляет в распоряжение своих пользователей мно­жество всевозможных ресурсов. Тип компьютера и используемая им опера­ционная система значения не имеют.

Для того чтобы информация передавалась между компьютера­ми независимо от используемых линий связи, типа компьютера и про­граммного обеспечения, разработаны специальные протоколы пе­редачи данных. Они работают по принципу разбиения данных на блоки определенного размера (пакеты), которые последовательно отсылаются адресату.

В Интернете используются два основных протокола: межсетевой протокол IP и протокол управления передачей TCP. Так как эти протоколы взаи­мосвязаны, обычно говорят о протоколе TCP/IP.

Основными ячейками Internet являются локальные вычислительные сети. Если некоторая локальная сеть подключена к Internet, то каждая рабочая станция этой сети также может подключаться к Internet. Компьютеры, самостоятельно подключаемые к Internet, называются хост-компьютерами.

Каждый подключенный к сети компьютер имеет свой адрес. К адресам станций предъявляются специальные требования. Адрес должен иметь формат, позволяющий вести его обработку автома­тически, и должен нести информацию о своем владельце. С этой целью для каждого компьютера устанавливаются два адреса: циф­ровой IP-адрес и доменный адрес. Первый из них более понятен компьютеру, второй — человеку. Оба эти адреса являются равноправными.

Для упрощения связи абонентов сети все ее адресное пространство разбито на отдельные области – домены, которые в систе­ме адресов Internet представлены геогра­фическими регионами и имеют имя, состоящее из двух букв. Существуют домены, разделенные по тематическим признакам, имеющие трехбуквенное сокращенное название.

Компьютерное имя включает как минимум два уровня доме­нов, которые отделяются друг от друга точкой. Справа указывается домен верхнего уровня, слева - поддомены общего домена.

Для обработки пути поиска в доменах имеются специальные серверы имен.

Использование технологий Интернета необязательно реализуется в рамках всемирной информационной сети. Технологии, применяемые в глобальной сети, пригодны и для создания мощ­ных корпоративных информационных систем и систем обеспече­ния коллективной работы (IntraNet).

Компоненты (протоколы, программы, компьютеры-серверы), собранные вместе для обеспечения одной из услуг Internet, называются сервисами (услугами, службами) сети. Одним из важнейших сервисов является электронная почта. Локальные системы электронной почты характеризуются сек­ретностью, низкой стоимостью и высокой функциональностью. Существуют два основных вида локальных систем: централизо­ванные системы и системы на основе локальных сетей. Существует множество программных пакетов электронной по­чты. К ним относятся Microsoft Outlook Express, Microsoft Mail, Novell Group Wise и другие. Возможности электронной почты могут быть использованы в Internet. При этом используется система адресов, базирующа­яся на доменном адресе компьютера, подключенного к Internet.

Сетевые службы Для конечного пользователя сеть - это не компьютеры, кабели и концентраторы и даже не информационные потоки, для него сеть - это, прежде всего, набор сетевых служб, с помощью которых он получает возможность просмотреть список имеющихся в сети компьютеров, прочитать удаленный файл, распечатать документ на "чужом" принтере или послать почтовое сообщение. Именно совокупность предоставляемых возможностей - насколько широк их выбор, насколько они удобны, надежны и безопасны - определяет для пользователя облик той или иной сети. Кроме собственно обмена данными, сетевые службы должны решать и другие, более специфические, задачи, например, задачи, связанные с распределенной обработкой данных. К таким задачам относится: · обеспечение непротиворечивости нескольких копий данных, размещенных на разных машинах (служба репликации), · или организация выполнения одной задачи параллельно на нескольких машинах сети (служба вызова удаленных процедур). Среди сетевых служб можно выделить административные, то есть такие, которые в основном ориентированы не на простого пользователя, а на администратора, и служат для обеспечения правильной работы сети в целом. Служба администрирования пользовательских учетных записей, которая позволяет администратору вести общую базу данных о пользователях сети, система мониторинга сети, позволяющая захватывать и анализировать сетевой трафик, служба безопасности, в функции которой может входить, помимо прочего, выполнение процедуры логического входа с последующей проверкой пароля, - все это примеры административных служб. Реализация сетевых служб осуществляется программными средствами. Все сетевые службы построены в архитектуре "клиент-сервер". Основные службы - файловая служба и служба печати - обычно предоставляются сетевой операционной системой, а вспомогательные, например служба баз данных, факсимильной связи или передачи голоса, - системными сетевыми приложениями или утилитами, работающими в тесном контакте с сетевой ОС. Вообще говоря, распределение служб между ОС и утилитами достаточно условно и меняется в зависимости от реализации ОС. При разработке сетевых служб приходится решать задачи, свойственные любым распределенным приложениям: · определение протокола взаимодействия между клиентской и серверной частями, · распределение функций между ними, · выбор схемы адресации приложений и т.д. Одним из главных показателей качества сетевой службы является ее удобство. Для одного и того же ресурса может быть разработано несколько служб, по-разному решающих в общем-то одну и ту же задачу. Отличия могут заключаться в производительности или в уровне удобства предоставляемых услуг. Например, файловая служба может быть основана на использовании команды передачи файла из одного компьютера в другой по имени файла, а это требует от пользователя знания имени нужного файла. Та же файловая служба может быть реализована и так, что пользователь монтирует удаленную файловую систему к локальному каталогу, а далее обращается к удаленным файлам как к своим собственным, что гораздо удобнее. Качество сетевой службы зависит и от качества пользовательского интерфейса - интуитивной понятности, наглядности, рациональности. При определении степени удобства разделяемого ресурса часто употребляют термин "прозрачность". Прозрачный доступ - это такой доступ, при котором пользователь не замечает, где расположен нужный ему ресурс - на его компьютере или на удаленном. После того как он смонтировал удаленную файловую систему в свое дерево каталогов, доступ к удаленным файлам становится для него совершенно прозрачным. Сама операция монтирования также может иметь разную степень прозрачности - в сетях с меньшей прозрачностью пользователь должен знать и задавать в команде имя компьютера, на котором хранится удаленная файловая система, в сетях с большей степенью прозрачности соответствующий программный компонент сети производит поиск разделяемых томов файлов независимо от мест их хранения, а затем предоставляет их пользователю в удобном для него виде, например в виде списка или набора пиктограмм. Для обеспечения прозрачности важен способ адресации (именования) разделяемых сетевых ресурсов. Имена разделяемых сетевых ресурсов не должны зависеть от их физического расположения на том или ином компьютере. В идеале пользователь не должен ничего менять в своей работе, если администратор сети переместил том или каталог с одного компьютера на другой. Сам администратор и сетевая операционная система имеют информацию о расположении файловых систем, но от пользователя она скрыта. Такая степень прозрачности пока редко встречается в сетях, - обычно для получения доступа к ресурсам определенного компьютера сначала приходится устанавливать с ним логическое соединение. Такой подход применяется, например, в сетях Windows NT.

Литература

Основная:

1. Макарова Н. В., Матвеев Л. А., Бройдо В. Л. и др. Информатика / Подред. Макаровой Н. В. М., 2003.

2. Информатика / Под ред. С. В. Симоновича. – СПб., 2004.

3. Моисеев А.В. Информатика. – М.: Академия, 1998.

4. Аветисян Р.Д., Аветисян Д.Д., Теоретические основы информатики. –М.: Наука, 1997.

5. Аладьев В.З. и др. Основы информатики. – М.: Филин, 1999.

6. Балапанов Е.К. Новые информационные технологии: 30 уроков по информатике. Алматы, 2001.

7. Воройский Ф.С. Информатика. Новый систематизированный толковый словарь-справочник. – М., 2001.

21.Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. СПб.: Питер, 2002.

22.Таненбаум Э. Компьютерные сети. СПб.: Питер, 2002.