1. Понятие сети. Характеристики сетей.

Компьютерная сеть – это совокупность компьютеров, между которыми возможен информационный обмен без промежуточных носителей информации.

Компьютерная сеть – сложная система аппаратных и программных компонентов, взаимосвязанных друг с другом.

Программные компоненты состоят из сетевых ОС и сетевых приложений (почтовые программы, сетевые БД).

Все устройства, подключаемые к сети (т.е. аппаратные компоненты) можно разделить на три функциональные группы:

¾ рабочие станции;

¾ серверы сети;

¾ коммуникационные узлы.

Рабочая станция (workstation) – это ПК, подключенный к сети, на котором пользователь сети выполняет свою работу. Каждая рабочая станция обрабатывает свои локальные файлы и использует свою ОС.

Сервер сети (server) – это компьютер, подключенный к сети и предоставляющий пользователям сети определённые услуги, например, хранение данных общего пользования, обработку запросов к СУБД, печать заданий, удалённую обработку заданий и т.д. Можно выделить следующие группы серверов: файловый сервер, сервер БД, сервер прикладных программ, факс сервер и др.

К коммуникационным узлам относятся следующие устройства:

¾ повторители;

¾ коммутаторы (мосты);

¾ маршрутизаторы;

¾ шлюзы.

Это устройства, необходимые для соединения различных сетей друг с другом.

Вычислительная сеть создается для обеспечения потенциального доступа к любому ресурсу сети для любого пользователя сети. Качество доступа к ресурсу определяют различные показатели, в частности:

¾ производительность,

¾ надежность,

¾ управляемость,

¾ расширяемость,

¾ прозрачность,

¾ интегрируемость.

Производительность сети определяется временем, которое приходится затрачивать с момента формирования запроса до момента получения ответа на него. На этот показатель влияют многие факторы. В частности, насколько загружена вся сеть или отдельные её фрагменты, как организована работа служб сети и другие.

Надежность сети определяется надежностью работы всех её компонентов, а также обеспечением сохранности информации. Для повышения надежности работы аппаратных компонентов обычно используют дублирование, когда при отказе одного элемента функционирование сети обеспечивают другие.

Для оценки надежности исполнения функции сохранности информации используются показатели вероятности потери (или доставки) блоков информации. В современных сетях важное значение имеет другая сторона надежности – безопасность. Это способность сети защищать информацию от несанкционированного доступа. Задачи обеспечения безопасности решаются применением специального программного обеспечения и соответствующих аппаратных средств. В частности, для обеспечения сетевой безопасности между локальной и глобальной сетью, т.е. для того чтобы ограничить вход в ЛВС для посторонних людей извне, а также ограничить выход за пределы ЛВС сотрудников, не имеющих соответствующих прав, устанавливают так называемые брандмауэры. Это может быть специальный компьютер или компьютерная программа, препятствующая несанкционированному перемещению данных между сетями.

Управляемость сети характеризует возможность воздействия на работу отдельных элементов сети и осуществления управления с любого элемента сети. Управлением сетью занимается администратор сети.

Расширяемость сети характеризует возможность непрерывного изменения сети – добавления новых и модернизации существующих элементов.

Прозрачность сети предполагает скрытие особенностей сети от конечного пользователя. Пользователь обращается к ресурсам сети как к обычным локальным ресурсам компьютера, на котором он работает.

Интегрируемость сети означает возможность подключения к сети разнообразного и разнотипного оборудования, ПО от различных производителей. Основным направлением развития интегрируемости сетей является стандартизация сетей, их элементов и компонентов. Все стандарты можно разделить на следующие группы:

¾ стандарты отдельных фирм;

¾ стандарты специальных комитетов и объединений, создаваемых несколькими фирмами;

¾ стандарты национальных организаций по стандартизации;

¾ международные стандарты.

Работы по стандартизации компьютерных сетей ведутся большим количеством организаций. Отметим те из них, которые давно и успешно работают в области стандартизации компьютерных сетей. Это, во-первых, Международная организация по стандартизации – ISO (International Organization for Standardization). Она известна разработкой модели взаимодействия открытых систем, которая в настоящее время является основной, своего рода “эталонной” моделью компьютерной сети. Международный союз электросвязи – ITU (International Telecommunication Union) организация при ООН, в которой существует телекоммуникационный сектор (ITU -T), отвечающий за разработку стандартов в области телекоммуникационного оборудования и услуг телефонной, электронной почты, факсимильной связи, телетекста, аудио и видеосигналов и другие организации.

В развитии сетей наблюдается две тенденции:

¾ с одной стороны, существует тенденция объединения локальных сетей в городские и глобальные сети с возможностью обеспечения высокоскоростного обмена;

¾ с другой стороны, в связи с быстрым ростом производительности рабочих станций и ПК, а также в связи с тем, что станции становятся мультимедиа-терминалами, существует тенденция резкого повышения скорости работы в самих локальных сетях.

2. Классификация сетевых технологий.

Примерная классификация сетевых технологий дана на рис. 2.1.1.

Признаки классификации

универсальные

специализация

специализированные

одноранговые (одноуровневые)

способ организации двухуровневые

сети многоуровневые

проводные

способ связи беспроводные

спутниковые

однородные

состав ПК

неоднородные

локальные

охват территории территориальные (региональные)

глобальные

рис. 2.1.1 Классификация сетевых технологий.

По признаку специализации сетевые технологии подразделяются на:

¾ универсальные, предназначенные для решения всех задач пользователей (например, Академсеть РФ, предназначенная для решения большого количества разнообразных информационных задач);

¾ специализированные, предназначенные для решения небольшого количества специализированных задач (примером может служить технология резервирования мест на авиационные рейсы).

По способу организации сети выделяют сетевые технологии

¾ одноранговые (одноуровневые);

¾ двухуровневые;

¾ многоуровневые.

Двухуровневые технологии имеют кроме ПК, с которыми непосредственно общаются пользователи и которые называются рабочими станциями, специальные компьютеры, называемые серверами. Задачей сервера является обслуживание рабочих станций с предоставлением им своих ресурсов, которые обычно существенно выше, чем ресурсы рабочей станции. В зависимости от вида работы, для которой предназначен сервер, он называется по-разному, например:

¾ файловый сервер, если он выполняет простые операции чтения-записи данных из файлов;

¾ принт-сервер, если он выполняет операции печати;

¾ SQL-сервер, если он выполняет сложные операции поиска и извлечения данных из баз данных (запросы к такому серверу формируются на специальном языке Structured Query Language – структурированном языке запросов).

В одноранговой технологии (одноуровневой, равноправной) функции рабочей станции и сервера совмещены – пользовательский ПК может быть одновременно и сервером, и рабочей станцией. Каждый ПК в состоянии предоставлять другому ПК свои ресурсы или, наоборот, запрашивать их у другого.

Двухуровневые схемы архитектуры сети могут привести к некоторым проблемам в сложных информационных приложениях с множеством пользователей. Решением этих проблем может стать использование многоуровневой архитектуры.

Многоуровневая архитектура в своей классической форме состоит из трёх уровней. Подобную концепцию обработки данных пропагандируют, в частности, фирмы Oracle, Borland, Sun и др.

На практике в локальной сети могут использоваться смешанные архитектуры (двухуровневая и трёхуровневая) с одним и тем же сервером базы данных. С учётом глобальных связей архитектура может иметь больше трёх звеньев.

По способу организации взаимодействия пользователей принято выделять два типа систем:

¾ одноранговую сеть;

¾ сеть с выделенным сервером.

Одноранговая сеть – это сеть равноправных компьютеров – рабочих станций, каждая из которых имеет уникальное имя – имя компьютера и пароль для входа в компьютер во время загрузки ОС. Имя и пароль входа назначаются владельцем ПК средствами ОС.

В такой сети могут быть организованы “подсети” – т.н. группы, каждая из которых имеет имя, например “бухгалтерия”, “учет кадров”. Равноправность ПК означает, что владельцу каждого компьютера в сети предоставлена программная возможность самому преобразовывать свой локальный ресурс (диски, папки, принтер и т.д.) в разделяемый, предоставив доступ к нему другим пользователям группы. Он же отвечает за сохранность и работоспособность этого ресурса. Программные средства позволяют владельцу ПК отменить доступ к ресурсу, вернуть ему статус локального, т.е. доступ к чужим ресурсам в такой сети организован на уровне ресурсов. Это означает, что доступ к сетевым ресурсам рабочей станции получает любой компьютер, входящий в ту же группу, что и владелец ресурса. Доступ к сетевым ресурсам компьютеров другой группы невозможен.

Таким образом, в одноранговой сети каждая рабочая станция может одновременно как предоставлять свои ресурсы другим компьютерам (быть сервером), так и использовать ресурсы других ПК (быть клиентом). Поэтому схема соподчинения ПК в одноранговой сети имеет следующий вид (рис. 2.1.2)

Рис.2.1.2 Схема соподчинения ПК в одноранговой сети

Достоинства:

· низкая стоимость:

¾ используются все компьютеры, подключенные к сети;

¾ умеренные цены на программное обеспечение для работы сети;

¾ создание и эксплуатация такой сети не требуют высокого профессионализма и наличия специального лица – системного администратора, ответственного за функционирование сети;

¾ высокая надежность (при выходе из строя одной рабочей станции, доступ прекращается лишь к некоторой части информации).

Недостатки:

· работа сети эффективна только при количестве одновременно работающих станций не более 10;

· трудности организации эффективного управления взаимодействием рабочих станций и обеспечение секретности информации;

· трудности обновления и изменения ПО рабочих станций.

Сеть с выделенным сервером – это сеть, в которой имеется мощный компьютер, выделенный сервер, ресурсы которого предоставляются другим, соединенным с ним компьютерам – рабочим станциям. Ресурсы рабочих станций серверу, как правило, недоступны. Подобные сети организуются при большом количестве рабочих станций.

В сравнении с одноранговыми сетями они обеспечивают более высокое быстродействие и надежность работы сети, повышают конфиденциальность и надежность хранения информации. Однако создание иерархической сети требует высокого профессионализма, а работу всей сети организует системный организатор.

Схема соподчинения ПК в иерархической сети представлена на рис 2.1.3

Рис 2.1.3 Иерархическая сеть

В отличие от одноранговой сети предоставление ресурсов сервера в иерархической сети производится на уровне пользователей. Это означает, что для полноценной работы в сети каждый пользователь должно быть персонально зарегистрирован администратором сети, после чего ему назначаются уникальное в сети имя и пароль, под которым он “будет известен серверу”. При регистрации пользователю на сервере выделяются также определенные ресурсы и права доступа к ним. В дальнейшем при подключении в серверу пользователь указывает в специальном диалоговом окне это имя и пароль, и только после этого пользователю открывается доступ к назначенным ему сетевым ресурсам.

Достоинства:

· выше скорость обработки данных (определяется быстродействием центрального компьютера, и на сервер устанавливается специальная сетевая операционная система, рассчитанная на обработку и выполнение запросов, поступивших одновременно от нескольких пользователей);

· обладает надежной системой защиты информации и обеспечения секретности;

· проще в управлении по сравнению с равноправными.

Недостатки:

· такая сеть дороже из-за отдельного компьютера под сервер;

· менее гибкая по сравнению с равноправной.

Сети с выделенным сервером являются более распространенными.

По способу связи осуществляется классификация коммуникаций (каналов передачи данных), обеспечивающих движение информации между элементами сети. В проводных технологиях в качестве физической среды в каналах используются:

¾ плоский двухжильный кабель (витая пара);

¾ коаксиальный кабель;

¾ оптоволоконный кабель (световод).

Беспроводные сетевые технологии используют частотные каналы передачи данных. Самое большое их преимущество – это возможности, предоставляемые пользователям портативных компьютеров. Однако скорость передачи данных, достигаемая в беспроводных технологиях, не может пока сравниться с пропускной способностью кабеля, хотя она в последнее время и значительно выросла. Важно, что для перехода к беспроводной не нужно менять уже имеющиеся сети. Аппаратное обеспечение беспроводных локальных сетей теперь может работать с NetWare и другими популярными сетевыми ОС, а беспроводные рабочие станции можно добавлять к обычной кабельной сети. Беспроводные ЛС считаются перспективным направлением развития ЛС. Их преимущество - простота и мобильность. Исчезают проблемы, связанные с прокладкой и монтажом кабельных соединений. Достаточно установить интерфейсные платы на рабочие станции, и сеть готова к работе. Сдерживающим фактором широкого развития БЛС является отсутствие стандарта для таких сетей. Существующие БЛС, выполненные различными фирмами, как правило, полностью несовместимы между собой.

В спутниковых технологиях физической средой передачи так же как и в беспроводных технологиях является эфир. Использование спутников оправдано в случае значительного удаления абонентов друг от друга при чрезмерном ослаблении посылаемых электромагнитных сигналов с большими посторонними шумами.

По составу ПК сетевые технологии классифицируются на однородные и неоднородные.

Однородные сетевые технологии предполагают увязку в сети однотипных средств, разрабатываемых одной фирмой. Подключение к такой сети средств других производителей возможно только при условии соблюдения в них стандартов, принятых в однородной архитектуре.

Другой подход состоит в разработке единой универсальной сетевой технологии независимо от типов применяемых в ней средств. Такие технологии называют неоднородными.

По охвату территории различают следующие виды сетей.

ЛВС – все ее компоненты (ПК, каналы коммуникаций, средства связи) физически размещаются на небольшой территории (одной организации или ее отдельных подразделений). Это так называемая LAN-сеть (Local Area Network). Существующие стандарты для ЛВС обеспечивают связь между компьютерами на расстоянии от 2,5км до 6км.

Территориальной (региональной) называют сеть, компьютеры которой находятся на большом удалении друг от друга, как правило, от десятков до сотен километров, т.е. это сеть в пределах города, области и т.п. Это так называемая MAN-сеть (Metropolitan Area Network). Количество абонентов сети не ограничено. Их абонентами являются отдельные ПК, ЛВС, телексные установки, факсимильные и телефонные установки. Территориальные сети строятся по идеологии открытых систем. Абонентам сети гарантируется надежный обмен данными в режиме «реального времени», передача факсов и телефонных (телексных) сообщений в заданное время, телефонная связь по спутниковым каналам. Территориальную сеть называют корпоративной или ведомственной, если средства передачи данных принадлежат одной компании и используются только для нужд этой компании.

Основная задача глобальной сети – обеспечение абонентам не только доступа к компьютерным ресурсам, но и возможности взаимодействия между собой различных профессиональных групп, рассредоточенных на большой территории. Глобальная сеть позволяет решить проблему объединения информационных ресурсов всего человечества и организации доступа к этим ресурсам. Это так называемая WAN-сеть (Wide Area Network) - глобальная сеть, соединяющая абонентов страны, континента, всего мира. Наиболее известным представителем таких сетей является Интернет, хотя имеются и другие глобальные сети (MSN – Microsoft on Line, Amarica of Line и другие).

На сегодняшний день в мире эксплуатируются более 130 млн. компьютеров и более 80% из них объединены в различные сети.

3. Способы передачи и маршрутизации информации в сетях.

По способу передачи информации вычислительные сети делятся на:

¾ сети коммутации каналов;

¾ сети коммутации сообщений;

¾ сети коммутации пакетов;

¾ интегральные сети.

Первыми появились сети коммутации каналов (это общепринятая телефонная сеть).

Например, чтобы передать сообщение между клиентами В и Е (рис. 2.1.4), образуется прямое соединение, включающее каналы одной из групп: 3, 5, 7; 1, 2, 4, 6; 1, 2, 5, 7; 3, 4, 6. Это соединение должно оставаться неизменным в течение всего сеанса. Достоинством сетей коммутации каналов является простота реализации (прямое соединение), а недостатком - низкий коэффициент использования каналов, высокая стоимость передачи данных, повышенное время ожидания других пользователей.

КМ 1 КМ

2 3

КМ КМ

КМ

i. 7

А, B, C, D, F, E – абонентские пункты; КМ – коммуникационные машины; 1-7 – магистральные каналы.

Рис. 2.1.4 Пример сети ЭВМ

При коммутации сообщений информация передается порциями, называемыми сообщениями. Разброс в длине сообщений может быть достаточно велик. Важно, что сообщение, независимо от его длины, целиком сохраняет свою целостность как единичный объект в процессе его прохождения от одного узла к другому вплоть до пункта назначения. Более того, транзитный узел не может начинать дальнейшую передачу части сообщения, если оно еще принимается. Прямое соединение обычно не устанавливается, а передача начинается после освобождения первого канала и т.д., пока сообщение не дойдет до адресата. Каждым сервером осуществляется прием информации, ее сборка, проверка, маршрутизация и передача сообщения. Недостатками коммутации сообщений являются низкая скорость передачи данных и невозможность проведения диалога между клиентами. К достоинствам можно отнести - уменьшение стоимости передачи, ускорение передачи. Коммутация сообщений была преобладающим методом передачи данных в 1960-1970гг. и до сих пор широко используется в некоторых областях (в электронной почте, электронных новостях, телеконференциях, телесеминарах).

При коммутации пакетов обмен производится короткими пакетами фиксированной структуры. Пакет – часть сообщения, удовлетворяющая некоторому стандарту. Каждый пакет снабжается протокольной информацией: коды начала и окончания пакета, адреса отправителя и получателя, номер пакета в сообщении, информация для контроля достоверности передаваемых данных в промежуточных узлах связи и в пункте назначения. Будучи не зависимыми единицами информации, пакеты, принадлежащие одному и тому же сообщению, могут передаваться одновременно по различным маршрутам. Управление передачей и обработкой пакетов в узлах связи осуществляется центрами коммутации пакетов (ЦКП) с помощью компьютеров. Длительное хранение пакетов в ЦКП не предполагается, поэтому пакеты доставляются в пункт назначения с минимальной задержкой, где из них формируется первоначальное сообщение. Малая длина пакетов предотвращает блокировку линий связи, не дает расти очереди в узлах коммутации. Это обеспечивает быстрое соединение, низкий уровень ошибок, надежность и эффективность использования сети. Но при передаче пакета возникает проблема маршрутизации.

Наиболее распространенными способами маршрутизации являются фиксированная маршрутизация и маршрутизация способом кратчайшей очереди. Фиксированная маршрутизация предполагает наличие таблицы маршрутов, в которой закрепляется маршрут от одного клиента к другому, что обеспечивает простоту реализации, но одновременно и неравномерную загрузку сети. В методе кратчайшей очереди используется несколько таблиц, в которых каналы расставлены по приоритетам. Приоритет – функция, обратная расстоянию до адресата. Передача начинается по первому свободному каналу с высшим приоритетом. При использовании этого метода задержка передачи пакета минимальная.

В настоящее время разработаны следующие программно-аппаратные средства маршрутизации.

Повторитель – самый простой тип устройства для соединения однотипных ЛВС, он ретранслирует все принимаемые пакеты из одной ЛВС в другую.

Мост – устройство связи, позволяющее соединять ЛВС с одинаковыми и разными системами сигналов.

Маршрутизатор – устройство связи, аналогичное мосту, выполняющее функции передачи пакетов в соответствии с определенными протоколами, обеспечивающее соединение ЛВС на сетевом уровне.

Шлюз – устройство соединения ЛВС с глобальной сетью.

Сети, обеспечивающие коммутацию каналов, сообщений и пакетов, называются интегральными. Они объединяют несколько коммутационных сетей. Часть интегральных каналов используется монопольно, т.е. для прямого соединения. Прямые каналы создаются на время проведения сеанса связи между различными коммутационными сетями. По окончании сеанса прямой канал распадается на независимые магистральные каналы. Интегральная сеть эффективна, если объем информации, передаваемой по прямым каналам, не превышает 10-15%.

К таким сетям относится разработанная в настоящее время новая сетевая технология АТМ.

АТМ - это коммуникационная технология, объединяющая принципы коммутации пакетов и каналов для передачи информации различного типа. Данная технология предусматривает интегрированную передачу речи, данных и видеоинформации в едином цифровом виде по одному и тому же каналу связи. Это позволяет отказаться от жестких ограничений по предоставляемой пользователю полосе пропускания канала связи, отказаться от разделения каналов по типам передаваемой информации и значительно расширить круг предоставляемых услуг. Основными достоинствами новой технологии является отсутствие ориентации на какой-либо тип передаваемой информации. Главным отличием АТМ от существующих технологий передачи информации является высокая скорость передачи - до 10 Гбит/ на канал связи. (На сегодняшний день - 2,5 Гбит/с). АТМ объективно совмещает функции, выполняемые локальными и глобальными сетями. Удаленным пользователям предоставляется "прозрачный" доступ к любым общим информационным ресурсам, а также обеспечивается всё многообразие услуг глобальных телекоммуникаций. Данная особенность технологии АТМ делает ее незаменимой при создании интегрированных распределенных корпоративных информационных сетей на базе волоконно-оптических каналов связи.

Вопросы к теме.

1. Понятие вычислительной сети.

2. Назовите программные и аппаратные компоненты выч. сети.

3. Основные характеристики сетей.

4. Назовите признаки классификации компьютерных сетей.

5. Классификация компьютерных сетей по способу организации взаимодействия пользователей.

6. Классификация компьютерных сетей по охвату территории.

7. Классификация компьютерных сетей по способу связи.

8. Характеристика сети коммутации каналов.

9. Характеристика сети коммутации сообщений.

10. Характеристика сети коммутации пакетов.

11. Способы маршрутизации информации. Средства маршрутизации.

12. Интегральные сети.

Тема 4. Сетевые информационные технологии.

1. Понятие сети. Характеристики сетей.

2. Классификация сетевых технологий.

3. Способы передачи и маршрутизации информации в сетях.

Вопросы к теме.