Компьютерные сети. Серверы.

Компьютерные сети

Компьютерные сети. Серверы.

Интеллектуальная групповая деятельность в современном учреждении требует объединения отдель­ных автоматизированных рабочих мест (АРМ) для решения следующих проблем:

1. Необходимость программного сопровождения единого описания проектируемого изделия, доступного для всех рабочих мест (в целях синхронизации процесса проектирования).

2. Необходимость централизованного хранения прикладных про­граммных систем общего назначения (компиляторы, ин­струментальные средства и др.) во избежание дублирования их на каждом рабочем месте.

3. Необходимость взаимных обменов информацией между отдельными рабочими местами.

4. Необходимость совместного использования дорогостоящих ресур­сов, таких как высококачественные принтеры и графопостроители, накопители информации больших ёмкостей, системы связи и т.д.

Таким образом, прикладные программы, запущенные на отдельных АРМ, должны быть связаны между собой и иметь доступ к разделяемым техническим, программным и информационным ресурсам, реализуемым на устройствах коллективного пользования - серверах.

Сервер (serve - обслужи­вать) - устройство коллективного использования, обладающее ресурсами, доступными для других рабочих мест. Иногда ресурсы серверов назы­вают ”удалёнными ресурсами”. Серверы строятся на базе обычных ПК, но с повышенным быстродействием и с увеличенными объ­ёмами оперативной и дисковой памяти, или на базе специализированных компьютеров с повышенной безопасностью для данных.

Важным компонентом связи АРМ и серверов является система связи (коммуникаций), которая реально представляет собой программные и технические средства обеспечения обменов информацией между любыми РМ и серверами. Реально система связи является также некоторым ре­сурсом, одновременно используемым несколькими АРМ, что делает её архитектуру достаточно непростой (рис. 1).

Механизм обмена информацией между АРМ и серверами через сис­тему связи выглядит следующим образом. При необходимости передать (принять) информацию некоторый прикладной процесс i (ППi) (инициатор) обращается к собст­венной компоненте системы связи ССi с соответствующим запросом, ука­зывая, какой ресурс общий процесс j (ОПj) ему необходим. Компонента ССi через систему связи запрашивает процесс ССj, и, если последний ответил готовностью, говорят, что между ППi и CCj установлена логическая связь.

РМ Телекоммуникации Серверы

Рис. 1. Логическая связь АРМ и серверов:

ППi - i-й прикладной процесс;

ОПj - j-й общий (разделяемый) процесс, ресурс (Информационные массивы, прикладные процессы общего пользования, система поддержки взаимных обменов, принтеры, плоттеры, системы глобальных коммуникаций);

СCi - i-й системный процесс, обеспечивающий обмен информацией между прикладными процессами РМ и разделяемыми ресурсами серверов

В телефонной связи при соединении двух абонентов происходит соединение связывающих их линий. При появлении компьютерных сетей был принят принцип коммутации пакетов информации: используется одна линия связи, через которую все подключённые компьютеры передают пакеты информации с адресами получателя. Разбиение информации на пакеты происходит потому, что невозможно передать/принять информационный массив за один приём. Поэтому на абоненте-отправителе он разделяется на пронумерованные пакеты, которые затем после­довательно передаются к абоненту-приёмнику и там собираются в одно сообщение. По этой причине системы связи, как программно-технические комплексы, проводящие последовательно (побайтно, побитно, попакетно) передавае­мую информацию от источника к приёмнику, иногда называют ”телекоммуникациями”.

Пакет - часть передаваемой (принимаемой) информации, допол­ненная служебными данными для её прохождения через систему связи. Пакет содержит адрес компьютера-получателя, данные о количестве информации в нём и др.

Локальные сети

Локальная вычислительная сеть (ЛВС) - совокупность программных и технических средств, объединённых системой связи, локализованная внутри отдельного здания (помещения).

Как правило, радиус территории, охватываемой ЛВС, составляет около 1 км. На рис. 2 представлена структурная схема ЛВС, включающая:

· АРМ, объединённые в подсети;

· систему связи, включающую физическую среду передачи дан­ных и устройства коммутации пакетов информации (маршрутизатор, концентраторы, коммутаторы);

· серверы.

Рис.2. ЛВС

В малых ЛВС иногда серверы как отдельные устройства не выделяются. Вместо этого в АРМ помимо собственного прикладного процесса по­мещают системный процесс, позволяющий другим АРМ получить доступ к его ресурсам. Такие ЛВС называют одноранговыми.

АРМ и серверы физически соединяются между собой оптоволо­конными или коаксиальными кабелями, либо скрученными проводами (витыми парами). Скорость передачи информации в таких средах колеб­лется от 10 до 100 Мбит/с. Кроме того, для подключения к ЛВС (вхождения в ЛВС) каждое АРМ и сервер должны иметь сетевой адаптер под­ключения к физической среде - устройство, обеспечивающее соединение средств АРМ и серверов с физической средой.

В пределах ЛВС можно выделить группы АРМ, территориально расположенные в пределах небольшого пространства. Как правило, это группы РМ, выполняющие одинаковые функции: группа АРМ разработ­чиков программного обеспечения, группа комплексного проектирования изделия и другие. Такие группы объединяются в подсети, разделяемые специфическими устройствами - маршрутизаторами. Маршрутизатор (router) - устройство, осуществляющее избира­тельную рассылку пакетов между подсетями.

При больших расстояниях на линиях, соединяющих подсети могут использоваться повторители. Повторитель (repeater) – устройство, осуществляющее ретрансляцию полученного в сети сигнала. Предназначен для увеличения расстояния сетевого соединения путём повторения электрического сигнала ”один в один”. Одной из первых задач, которая стоит перед любой технологией транспортировки данных, является возможность их передачи на максимально большое расстояние. Физическая среда накладывает на этот процесс своё ограничение — рано или поздно мощность сигнала падает, и приём становится невозможным. В пределах одной подсети АРМ могут соединяться коммутаторами и концентраторами. Коммутатор – многопортовое устройство, выполняющее избирательную рассылку пакетов согласно имеющейся в его памяти таблице адресов подключённых к нему ПК. Концентратор – многопортовый повторитель.

Любое устройство, подключённое к ЛВС (АРМ, сервер, маршрути­затор), иногда называют абонентом ЛВС.

Для физического и логического подключения АРМ или другого абонента к ЛВС необходимо выполнить ряд требований, предъявляемых со стороны системы связи ко всем абонентам. Данные требования состоят в том, что каждый подключаемый абонент должен отрабатывать ряд функций, связанных с приёмом и передачей информации в ЛВС. Данные функции отрабатываются системными процессами ССi.

Модель открытых систем

Совокупность функций, отрабатываемых каждым або­нентом ЛВС, была классифицирована международной организацией по стандартизации (ISO - International Standard Organization) в семь групп (уровней). Данные уровни получили название “модели открытых систем” для ЛВС. Каждый из уровней осуществляет свои определённые, соответствующие ему функции протоколов.

Под протоколом подразумевается набор правил и форматов, определяющих взаимодействие объектов одного уровня модели.

Таким образом, задача сетевого взаимодействия разбивается на несколько более мелких задач. Решение каждой из них в отдельности и использование на каждом уровне одного из уже существующих решений значительно упрощает разработку новых сетевых приложений. Новое сетевое взаимодействие легче составить из отдельных частей, заменив в ней некоторые части на новые. Это легче, чем разрабатывать его целиком. Кроме того, легче обеспечить совместимость программного обеспечения от разных разработчиков.

1. Физический уровень. На нём осуществляется передача битов информации между открытыми системами. Протоколы физического уровня учитывают физические характеристики сигналов и среды, по которой осуществляется передача информации (тип провода, кабеля, разъёмов и тому подобное). Исходя из этого, они задают способ и параметры передачи. Сам процесс пересылки информации заключается в передаче сигнала, изменение которого отражает пересылаемые данные. Сигнал может быть самым разным: кабельные линии представляют нули и единицы (значения бита) в виде различных значений напряжения, а при звуковой передаче данных для этого используется звуковая модуляция (различные значения частот). Все остальные уровни, располагающиеся над физическим, являются абсолютно независимыми от среды передачи сигнала.

2. Канальный уровень отвечает за обеспечение передачи данных по физической среде, то есть за связь узлов в рамках одной локальной сети. Под узлом понимается любое устройство, подключённое к локальной сети. Канальный уровень выполняет адресацию информации по физическим адресам, вшитым в сетевые адаптеры заводом-изготовителем. Кроме этого, канальный уровень выполняет перевод в биты сообщения, поступившие с верхних уровней. При этом он формирует кадры данных, на которые разбивается пересылаемая информация. На канальном уровне взаимодействие между узлами сети осуществляется при помощи передаваемых кадров. Процесс пересылки: канальный уровень отправляющего компьютера через физический уровень отправляет информационный кадр в локальную сеть. Каждый узел этой сети обнаруживает кадр и проверяет, соответствует ли адрес пункта назначения кадра адресу самого узла (то есть адресу адаптера). Если они совпадают, то канальный уровень данного компьютера получает кадр, переводит его и отправляет на верхние уровни.

3. Сетевой уровень работает с логическими адресами. Логический адрес индивидуален для каждого компьютера, подключённого к сети. Использование логических адресов необходимо для того, чтобы можно было передать данные конкретному компьютеру, не перегружая сеть. Обычно сети имеют сложную структуру, состоящую из локальных сетей. Передача в локальной сети, выполняемая канальным уровнем, имеет широковещательный характер, то есть информация передаётся всем компьютерам сразу. Помимо снижения безопасности, это ещё и замедляет работу сети. Сетевой уровень с помощью маршрутизаторов выполняет целенаправленную передачу данных только по логическим адресам. При этом взаимодействующие устройства вообще могут не иметь физического адреса.

4. Транспортный уровень имеет функции, аналогичные некоторым функциям сетевого уровня. Протоколы сетевого уровня пересылают и передают информацию по логическим адресам, но они не гарантируют надёжности этой передачи. Транспортный уровень повышает надёжность передачи. Он разбивает сообщения, которые нужно переслать, на отдельные фрагменты. На принимающей стороне транспортный уровень собирает из полученных фрагментов сообщение. У каждого фрагмента есть свой номер, поэтому, даже если они пришли не в том порядке, в котором были посланы, полное сообщение будет собрано. Если фрагмент был искажён при передаче, то он будет передан повторно.

5. Сеансовый уровень устанавливает и разрывает логическое соединение между компьютерами, а также управляет диалогами между ними. Логическое соединение называется сеансом и имеет 3 фазы: установление соединения (компьютеры устанавливают контакт между собой: договариваются об использовании одних протоколов и параметров связи), передача информации (на этом этапе компьютеры осуществляют обмен данными), разрыв соединения.

6. Представительный уровень служит для корректного представления данных прикладному уровню. С его помощью две взаимодействующие системы договариваются о формате передаваемой друг другу информации. Например, если связываются два компьютера с различной кодировкой символов, то представительный уровень может отвечать за преобразование присланной информации из чужой кодировки в свою. К представительному уровню относятся операции шифрования/дешифрования и архивации/распаковки. В INTERNET этот уровень используется редко. В протоколе TCP/IP этот уровень вообще не предусмотрен. При этом все его функции выполняются другими или не выполняются вовсе в зависимости от поставленной задачи.

7. На прикладном уровне выполняется работа служб, необходимых пользовательским приложениям для работы в сети: обмен электронной почтой, удалённый доступ к файлам, пересылка файлов, выполнение различных задач на удалённом компьютере и т.д.

Все уровни и их функции в той или иной мере реализуются в любой ЛВС в виде “сетевого программного обеспечения” или программ под­держки сетевых функций.