Понятие вычислительной сети

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СЕТИ

Современные информационные системы используют возникшую в конце 70-х годов тенденцию распределенной обработки данных.

Распределенная обработка данных – обработка данных, выполняемая на независимых, но связанных между собой компьютерах, представляющих распределенную систему.

Начальным этапом развития таких систем явились многомашинные вычислительные комплексы – совокупности вычислительных машин различной производительности, объединенных в систему с помощью каналов связи.

Многомашинные вычислительные комплексы могут быть локальными (при условии установки компьютеров в одном помещении без специального оборудования для взаимосвязи) и дистанционными (при условии установки компьютеров на значительном расстоянии от центральной ЭВМ с использованием телефонных каналов связи).

Высшей стадией систем распределенной обработки данных являются компьютерные (вычислительные) сети различных уровней.

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СЕТЬЮ называется совокупность взаимосвязанных через каналы передачи данных персональных компьютеров, которые обеспечивают пользователям обмен информацией и коллективное использование ресурсов сети.

Вычислительные сети (ВС) создаются в целях объединения информационных ресурсов нескольких компьютеров (от двух до нескольких миллионов). Ресурсы компьютера – это, прежде всего, память и производительность процессора, определяющая скорость обработки данных.

Вычислительная сеть ‑ сложная система программных и аппаратных компонентов, взаимосвязанных друг с другом.

Программные компоненты – это сетевое программное обеспечение.

СЕТЕВОЕ ПО служит для организации коллективного доступа к ресурсам сети, динамического распределения ресурсов сети для ускорения обработки данных. Сетевое ПО включает:

· общее программное обеспечение;

· специальное прикладное обеспечение;

· специальное сетевое программное обеспечение – комплекс программных средств для работы в сети (сетевая ОС, сетевые утилиты и другие программные средства).

Для эффективной работы сетей используются специальные сетевые операционные системы.

Сетевая операционная система обеспечивает:

- доступ программ к ресурсам сети;

- организацию доступа прикладных программ при обращении к одному и тому же вычислительному ресурсу;

- обмен информацией между программами;

- удаленный ввод заданий с любого сетевого терминала для выполнения на любой доступной ЭВМ сети;

- защиту информации от несанкционированного доступа;

- контроль работоспособности аппаратных и программных средств сети и др.

Сетевые приложения ‑ это прикладные программные комплексы, которые расширяют возможности сетевых ОС (почтовые программы, системы коллективной работы, сетевые базы данных и др.).

Среди аппаратных средств можно выделить компьютеры и коммуникационное оборудование.

В настоящее время в сети используются компьютеры различных типов и классов с различными характеристиками. Это – основа любой ВС, определяющая ее возможности. Но в последнее время и коммуникационное оборудование (кабельные системы, повторители, мосты, маршрутизаторы и др.) стало играть не менее важную роль.

Аппаратное обеспечение сети включает.

· Рабочие станции.

РАБОЧАЯ СТАНЦИЯ [workstation] – это персональный компьютер, подключенный к сети, на котором пользователь сети выполняет свою работу.

Каждая рабочая станция обрабатывает свои локальные файлы и использует свою операционную систему, но при этом пользователю доступны ресурсы сети.

· Серверы.

СЕРВЕР СЕТИ [server] – это компьютер, подключенный к сети и предоставляющий пользователям сети определенные услуги общего назначения (например, хранение данных общего пользования).

Среди серверов можно выделить ФАЙЛОВЫЙ СЕРВЕР [file server] – это компьютер, хранящий данные пользователей сети и обеспечивающий доступ пользователей к этим данным.

Как правило, это – компьютер, имеющий большой объем дискового пространства, работающий под управлением специальной операционной ОС, которая обеспечивает одновременный доступ пользователей сети к расположенным на нем данным. Файловый сервер выполняет следующие функции:

- хранение данных;

- архивирование данных;

- синхронизацию изменений данных различными пользователями;

- передачу данных.

· Сетевые платы (адаптеры).

АДАПТЕРАМИ (СЕТЕВЫМИ ПЛАТАМИ) называются технические устройства, выполняющие функции сопряжения ЭВМ с каналами связи.

Один адаптер обеспечивает сопряжение ЭВМ с одним каналом связи.

Устройство сопряжения ЭВМ с несколькими каналами связи называется мультиплексором.

В сетях со сложной структурой и большим количеством абонентских систем для сопряжения применяются связные процессоры.

· Модемы.

Для передачи цифровой информации по каналу связи необходимо поток битов преобразовать в аналоговые сигналы, а при приеме информации из канала связи в ЭВМ выполнить обратное действие – преобразовать аналоговые сигналы в поток битов, которые может обрабатывать ЭВМ. Такие преобразования выполняет модем.

МОДЕМ – устройство, выполняющее модуляцию и демодуляцию информационных сигналов при передаче их из ЭВМ в канал связи и при приеме информации в ЭВМ из канала связи.

· Кабели или другие передающие среды.

Протяженность сети, расстояние между станциями в первую очередь определяются физическими характеристиками передающей среды (коаксиального кабеля, витой пары и т. д.).

ФИЗИЧЕСКАЯ ПЕРЕДАЮЩАЯ СРЕДА – линии связи или пространство, в котором распространяются электрические сигналы, и аппаратура передачи данных.

Физическая среда обеспечивает перенос информации между абонентами вычислительной сети.

Витая пара состоит из двух изолированных проводов (рисунок 1), свитых между собой (например, телефонный кабель). Скручивание проводов уменьшает влияние внешних электромагнитных полей на передаваемые сигналы.

Основной недостаток витой пары – плохая помехозащищенность и низкая скорость передачи информации (0,25-1 Мбит/сек.). Иногда ее экранируют для устранения недостатков, но это удорожает стоимость этого типа передающей среды.

Коаксиальный кабель (рисунок 2) по сравнению с витой парой обладает более высокой механической прочностью, помехозащищенностью и обеспечивает скорость передачи информации до 10-50 Мбит/сек.

Оптоволоконный кабель (рисунок 3) – идеальная передающая среда.

Он не подвержен воздействию электромагнитных полей и сам практически не имеет излучения. Последнее позволяет использовать его в сетях, требующих повышенной секретности при передаче информации. скорость передачи – более 50 Мбит/сек.

Оптоволоконный кабель, однако, более дорог, менее технологичен в эксплуатации.

· Коммуникационные узлы.

При передаче данных в любой среде происходит затухание сигнала, что и приводит к ограничению расстояния. Чтобы преодолеть это ограничение и расширить сеть, устанавливают специальные устройства – повторители, мосты и коммутаторы.

Часть сети, в которую не входит устройство расширения, принято называть сегментом сети.

К коммуникационным узлам сети относятся:

- повторители;

- коммутаторы (мосты);

- маршрутизаторы;

- шлюзы.

ПОВТОРИТЕЛЬ – устройство, усиливающее или регенерирующее пришедший на него сигнал.

Повторитель обеспечивает сохранение формы и амплитуды сигнала при передаче его на большее, чем предусмотрено данным типом физической передающей среды, расстояние.

Наиболее дорогим компонентом вычислительной сети является канал связи. Поэтому при построении вычислительных сетей стараются сэкономить на каналах связи, коммутируя несколько внутренних каналов связи на один внешний с помощью коммутаторов.

КОММУТАТОР [switch] или МОСТ [bridge] – это устройство, соединяющее две сети, использующие одинаковые методы передачи данных.

Коммутатор коммутирует несколько каналов связи на один путем частотного разделения, позволяя объединить несколько сегментов.

МАРШРУТИЗАТОР [router] ‑ это устройство, соединяющее сети разных типов по одному протоколу обмена данными.

Маршрутизатор анализирует адрес назначения и направляет данные по оптимально выбранному маршруту, фильтрует информацию, проходящую через него, направляя в одну из сетей только ту информацию, которая ей адресована. Кроме того, маршрутизатор обеспечивает баланс нагрузки в сети, перенаправляя потоки сообщений по свободным каналам связи.

ШЛЮЗ [gate] – это устройство, позволяющее организовать обмен данными между двумя сетями, использующими различные протоколы взаимодействия.

С помощью шлюзов можно подключить ЛВС к главному компьютеру, а также ЛВС подключить к глобальной сети.