Уровень развития и особенности архитектуры

1. Коммуникационные сети (т.е. такие, в которых применяемые средства рассчитаны на обеспечение связи и осуществления обмена информацией между территориальноразделенными пользователями и абонентскими системами).

Замечание: Локальные сети потому и называются локальными, что они объединяют компьютеры, находящиеся в одном месте, т.е. поблизости друг от друга. Но многие предприятия (корпорации, банки и т.д.) имеют подразделения, расположенные в разных концах города или в разных городах и странах. Для эффективной работы им требуется объединить свои подразделения в единую сеть. Такие сети обычно называются распределенными. Как они создаются? Если предприятия расположены не очень далеко друг от друга (примерно в пределах одного города), можно продолжить собственные линии связи между подразделениями (это стоит очень дорого). Но чаще целесообразно арендовать имеющиеся линии связи у поставщиков телекоммуникационных услуг (в нашей стране это – Спринт, Роспак, Совам – телепорт, Голдей Лайн и др.). При этом требуется проложить кабель только от каждого подразделения предприятия до ближайшего узла сети поставщика телекоммуникационных услуг.

Если объем данных, передаваемых и принимаемых подразделением предприятия, незначителен, то с узлом сети поставщика телекоммуникационных услуг может связаться по коммутируемым телефонным линиям с помощью модема.

2. Информационно-вычислительные сети, предоставляющие по запросам отдельных пользователей и систем те или иные информационные, вычислительные ресурсы и услуги.

Уровень развития информационных сетей определяет особенности сетевой архитектуры. К ним относятся:

1) применяемые в сети методы распределения информации и установление связей между взаимодействующими системами (существует 2 метода распределения - коммутация, селекция);

2) виды предоставляемых услуг (передача данных; файлов, телеобработка, доступ к распределенным базам данных и т.д.);

3) способы управления процессами (Развитая архитектура сети связана с наличием в ней сложной системы управления взаимодействующими процессами. Это система обеспечивает необходимую эффективность функционирования сети, управляет информационными потоками, предохраняет сеть от перегрузок, восстанавливает нормальные режимы функционирования в случаях возможных отклонений. В зависимости от вида средств, методов и алгоритмов управления можно выделить сети с централизованным и распределенным управлением. При этом могут осуществляться как жесткие (фиксированные) алгоритмы управления сетью, так и гибкие (адаптивные) алгоритмы, учитывающие многочисленные факторы.);

4) наличие средств защиты и обеспечения целостности данных и сохранности ресурсов (надежность и степень защиты; возможность работы с секретными документами и способность сети восстанавливать ресурсы и устранять возникающие потери);

5) возможность организации связи с другими сетями и осуществление межсетевых переходов. (Это очень важное свойство сетей. Объединение сетей осуществляется либо через общий узел, если таковой имеется, либо путем создания специальных каналов, соединяющих узлы одной сети с узлами другой. Если сеть может быть соединена с другими, то она называется открытой, если не может или не должна соединяться, то закрытой. Иногда некоторые сети полностью или частично делаются специально закрытыми или частично делаются специально закрытыми, чтобы ограничить доступ некоторой категории пользователей и тем самым защитить ее ресурсы.).

Существует еще свойство, которое учитывается при классификации сетей – это свойство однородности. Однородными считаются сети, узлы которых состоят из однотипного оборудования и выполняют одинаковый набор функций, в противном случае сеть является неоднородной.

Целевое назначение

Учитывая этот признак, сети подразделяются на 2 группы:

Ø сети общего пользования;

Ø сети специального назначения.

Сети общего пользования предназначены для разнообразных сфер применения независимо от конкретного содержания данных, которые эти сети получают, передают, хранят и перерабатывают, а также независимо от содержания решаемых задач.

Применяемые средства, структура и функционируемые возможности таких сетей оказываются одинаковыми для многих случаев применения и обеспечивают широкий диапазон услуг. Как правило, сети общего пользования являются большими сетями и используют в качестве базовых коммуникационных подсетей национальные или государственные сети передачи данных. Для доступа и подключения к ним может применяться различные системы и средства, начиная от отдельных терминалов и кончая автономными подсетями вычислительных центров локального и регионального масштабов.

Сети специального назначения – предназначены для определенной области (для автоматизируемых систем управления (АСУ); для систем автономного проектирования (САПР); для автоматизации процессов обучения (АПО) и т.д.).

Топология

Топология сети – это логическая схема соединения каналами связи компьютеров (узлов сети). Все сети могут делиться на сети с централизованной и децентрализованной структурами, т.е. такие, в которой имеются центральные узлы или нет. Важным топологическим признаком является количество связей одних узлов с другими. В зависимости от этого сети бывают либо односвязные, либо многосвязные.

Итак, вся приведенная классификация показывает, насколько разнообразны существующие и возможные варианты сетей.

Принципы устройства и работы компьютерных сетей

Компьютерные сети представляют собой систему распределенной обработки информации, состоящую как минимум из 2-ух компьютеров, взаимодействующих между собой с помощью специальных средств связи. Локальные вычислительные сети (ЛВС) персональных компьютеров (ПК) получили очень широкое распространение. Подавляющее большинство ПК в мире работает в сетях. Локальные сети связывают компьютеры, размещенные на небольшом расстоянии друг от друга (они объединяют компьютеры одного или несколько близлежащих зданий предприятий, учреждений, офиса). Главная отличительная особенность локальных сетей – единый для всех компьютеров высокоскоростной канал передачи данных и малая вероятность возникновения ошибок в коммуникационном оборудовании.

Основные функции локальной сети:

Ø Коллективная обработка данных пользователей подключенных в сеть компьютеров и обмен данными между этими пользователями;

Ø Совместное использование программ;

Ø Совместное использование принтеров, модемов и других устройств.

Поэтому практически все фирмы, имеющие более одного компьютера, объединяют их в локальные сети. Многие пользователи, приходя в офис, либо соединяясь с компьютером фирмы по телефонным каналам посредством модема.

Для соединения компьютеров в локальные сети необходимо сетевое оборудование и программное обеспечение.

Для подсоединения компьютера к локальной сети требуется:

Ø Вставить в каждый подключаемый к сети компьютер сетевойконтролер (иногда используются термины сетевой адаптер или сетевая плата), который позволяет компьютеру получать информацию из локальной сети и передавать данные в сеть; (Он вставляется в свободное гнездо материнской платы (motherboard)). Сетевые контроллеры отличаются друг от друга: типом кабелей, к которым они могут подключаться; реализуемым сетевым протоколом (протокол – это соглашение по обмену информации в локальной сети); типом шины, к которой они подключаются (ISA, PCI, VESA и др.); быстродействием и другими качествами.

Замечание. Простейшие сетевые контроллеры устанавливаются в разъем шины ISA, а более производительные – в разъем шины PCI. Для портативных компьютеров изготавливаются сетевые контроллеры в виде карточки PC – Card.

Ø Соединить компьютеры кабелями, по которым происходит передача данных между компьютерами, а также другими подключенными к сети устройствами (принтерами, сканерами и т.д.). В некоторых типах сетей кабели соединяют компьютеры непосредственно (как электролампочка в елочной гирлянде), в других соединение кабелей осуществляется через специальные устройства – концентраторы (или хабы), коммутаторы и другие.

Замечание. В некоторых сетях вместо кабелей данные передаются по радиочастотам (как в радиотелефоне или сотовых телефонах). Однако такие сети стоят дороже и они сложнее в эксплуатации.

Ø Установить сетевое программное обеспечение на каждом компьютере сети.

Конечно, компьютерная сеть может состоять и из 2-ух компьютеров, но, как правило, их число в сети существенно больше. При этом компьютерная сеть является не просто объединением компьютеров, а представляет собой достаточно сложную систему. И следует отметить, что любая компьютерная сеть характеризуется топологией, протоколами, интерфейсом, сетевыми техническими и программными средствами.

Топология компьютерной сети отражает структуру связей между ее основными функциональными элементами.

Под сетевыми техническими средствами подразумеваются различные физические устройства, обеспечивающие объединение компьютеров в единую компьютерную сеть.

Протоколы – представляют собой правила взаимодействия функциональных элементов сети.

Интерфейсы – средства сопряжения функциональных элементов сети. В качестве функциональных элементов сети могут выступать как отдельные устройства, так и программные модули. Соответственно этому, существуют аппаратные и программные интерфейсы.

Сетевые программные средства осуществляют управление работой компьютерной сети и обеспечивают соответствующий интерфейс с пользователем. К сетевым программным средствам относятся сетевые операционные системы и вспомогательные (сервер) программы.

Каждая из составляющих локальной сети характеризует ее отдельные свойства, и только их совокупность определяет всю сеть в целом. Таким образом, выбор локальной сети заключается в выборе ее топологии, протоколов, аппаратных средств и сетевого программного обеспечения. Каждый из этих компонентов является относительно независимым. Например, сети с одинаковой топологией могут использовать различные методы доступа, протоколы и сетевое программное обеспечение. В свою очередь, в разных сетях могут использоваться одинаковые протоколы и (или) сетевое программное обеспечение. Это, с одной стороны, расширяет возможность выбора наиболее оптимальной структуры, а с другой – усложняет этот процесс.

Для обеспечения функционирования локальной сети часто выделяется специальный компьютер – сервер, или несколько таких компьютеров.

На дисках серверов располагаются совместно используемые программы, базы данных и т.д. Остальные компьютеры локальной сети часто называются рабочими станциями. На тех рабочих станциях, где требуется обрабатывать только данные на сервере (например, вводить сведения в совместно используемую базу данных о заказах и продажах), часто для экономии (или по соображениям безопасности) не устанавливают жестких дисков. В сетях, состоящих более чем из 20-25 компьютеров, наличие сервера обязательно – иначе производительность сети будет неудовлетворительной. Сервер необходим и при совместной интенсивной работе с какой-либо базой данных.

Первоначальный термин рабочая станция использовался для обозначения высокопроизводительных настольных компьютеров, предназначенных для решения сложных графических и технических задач. Производительность таких рабочих станций достигала производительности больших вычислительных систем и значительно превосходила соответствующие показатели обычных персональных компьютеров. С быстрым развитием технологии ПК различие между ними и рабочей станцией стало быстро сокращаться. Современные ПК по своим параметрам значительно превосходят рабочие станции предыдущих поколений.

В связи с широким внедрением локальной сети на базе ПК под рабочей станцией стал подразумеваться ПК, оснащенный сетевым адаптером и используемый для предоставления пользователю доступа к ресурсам компьютерной сети.

В этом случае одной из основных функций рабочей станции является организация взаимодействия с серверами и другими рабочими станциями.

Иногда серверам назначается определенная специализация (хранение данных, программ, обеспечение модемной и факсимильной связи, вывод на печать и т.д.). Серверы, как правило, не используются в качестве рабочих мест пользователей. Серверы, обеспечивающие работу с ценными данными, часто размещаются в изолированном помещении, доступ в которое имеют только специально уполномоченные люди (как в банковское хранилище).

Замечание. Многие серверы стоят значительно дороже (примерно 10-20 раз) обычных компьютеров. Потому, что они являются очень мощными компьютерами с большим количеством оперативной и дисковой памяти; в них обеспечивается исключительная надежность, высокая производительность ввода-вывода, дублирование устройств и хранимых данных, средства контроля над состоянием сервера, средства обеспечения бесперебойной работы при отказе некоторых устройств и т.д.

Существует такое еще понятие как файловый сервер. Это название он получил потому, что основным ресурсом главного компьютера являются файлы. Это могут быть файлы, содержащие программные модули или данные. Файловый сервер – самый общий тип сервера. Очевидно, что емкость дисков файлового сервера должна быть больше, чем на обычном компьютере, т.к. он используется многими компьютерами. В сети может быть несколько файловых серверов. Можно назвать и другие ресурсы файлового сервера, предоставляемые в совместное использование пользователям сети, принтер, модем, устройство для факсимильной связи. Сетевое программное обеспечение, управляющее ресурсами файлового сервера и предоставляющее к ним доступ многим пользователям сети, называется сетевой операционной системой.

Ее основная часть размещается на файловом сервере; на рабочих станциях – только небольшая оболочка, исполняющая роль интерфейса между программами, обращающимися за ресурсами, и файловым сервером.

Программные системы, ориентированные на работу в рамках этой концепции, позволяют пользователю использовать ресурса файлового сервера. Как правило, сами эти программные системы также могут храниться на файловом сервере и использоваться всеми пользователями одновременно, но для выполнения модули этих программ по мере необходимости переносятся на компьютер пользователя – рабочую станцию и там выполняют работу, для которой они предназначены. При этом вся обработка данных, даже если они являются общим ресурсом и хранятся на файловом сервере, производится на компьютере пользователя. Очевидно, что для этого фалы, в которых хранятся данные, должны быть перемещены на компьютер пользователя.

Но существует и вторая концепция (или 2 способ), который называется архитектурой или “клиент-сервер”. Здесь программное обеспечение ориентировано не только на коллективное использование ресурсов, но и на их обработку в месте размещения ресурса по запросам пользователей. Этот вид состоит из двух частей: программного обеспечения сервера и программного обеспечения пользователя-клиента. Работа этих систем организуется следующим образом: программы-клиенты выполняются на компьютере пользователя и посылают запросы к программе-серверу , которая работает на компьютере общего доступа. Основная обработка данных производится мощным сервером, а на компьютер пользователя посылаются только результаты выполнения запроса. Так, например, сервер баз данных используется в мощных СУБД, так как Microsoft SQL Servers, Oracle и другие. Серверы баз данных рассчитаны на работу с большими объемами данных (десятки гигабайт и более) и большое число пользователей и обеспечивают при этом высокую производительность, надежность и защищенность.

Во втором случае объем обеспечения программами может быть меньше, а внешняя память и устройства ввода вывода вообще отсутствовать. В качестве такой рабочей станции может использоваться специализированный компьютер – сетевая станция.

Любой компьютер сети, имеющий разделяемый ресурс, может быть назван сервером. Так, компьютер с модемом, к которому имеют доступ пользователи с других компьютеров, - это модемный или коммуникационный сервер.

В состав сетевой станции входят такие устройства ПК: клавиатура, монитор, процессор, видеоадаптер, системная плата и блок питание. В отличие от ПК в сетевой станции отсутствует накопитель на жестком диске и дисковода гибкого магнитного диска – вся необходимая для работы информация хранится на сетевом сервере. Отсутствие дисководов для гибкого магнитного диска, кроме снижения стоимости сетевой станции служит дополнительной защитой от несанкционированного копирования информации и защиты от вирусов. Для связи с локальной сетью в сетевой станции используется встроенный сетевой адаптер. При отсутствии жесткого диска инициализация сетевой станции осуществляется с помощью специального постоянного заполненного устройства, расположенного на сетевом адаптере.