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 ихраспределением 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.