Программные и аппаратные компоненты вычислительной сети

Назначение и краткая характеристика основных компонентов вычислительных сетей.

Вычислительной сетью называют совокупность взаимосвязанных и распределенных по некоторой территории ЭВМ.

Вычислительная сеть – вычислительный комплекс, включающий территориально распределенную систему компьютеров и их терминалов, объединенных в единую систему.

По степени географического распространения вычислительные сети подразделяются на локальные, городские, корпоративные, глобальные и др.

Вычислительная сеть состоит из трех компонент:

- сети передачи данных, включающей в себя каналы передачи данных и средства коммутации;

- компьютеров, связанных сетью передачи данных;

- сетевого программного обеспечения.

Вычислительная сеть – это сложный комплекс взаимосвязанных программных и аппаратных компонентов:

компьютеров (хост-компьютеры, сетевые компьютеры, рабочие станции, серверы), размещенных в узлах сети;

сетевой операционной системы и прикладного программного обеспечения, управляющих компьютерами;

коммуникационного оборудования – аппаратуры и каналов передачи данных с сопутствующими им периферийными устройствами; интерфейсных плат и устройств (сетевые платы, модемы); маршрутизаторов и коммутационных устройств.

Программные и аппаратные компоненты вычислительной сети

Вычислительная сеть, network - распределенная в пространстве система программных и аппаратных компонентов, связанных линиями компьютерной связи.

Среди аппаратных средств можно выделить компьютеры и коммуникационное оборудование. Программные компоненты состоят из операционных систем и сетевых приложений.

В настоящее время в сети используются компьютеры различных типов и классов с различными характеристиками. Это основа любой вычислительной сети. Компьютеры, их характеристики определяют возможности вычислительной сети. Но в последнее время и коммуникационное оборудование (кабельные системы, повторители, мосты, маршрутизаторы и др.) стало играть не менее важную роль. Некоторые из этих устройств, учитывая их сложность, стоимость и другие характеристики, можно назвать компьютерами, решающими сугубо специфические задачи по обеспечению работоспособности сетей.

Для эффективной работы сетей используются специальные сетевые операционные системы (сетевые ОС), которые, в отличие от персональных операционных систем, предназначены для решения специальных задач по управлению работой сети компьютеров. Сетевые ОС устанавливаются на специально выделенные компьютеры.

Сетевые приложения - это прикладные программные комплексы, которые расширяют возможности сетевых ОС. Среди них можно выделить почтовые программы, системы коллективной работы, сетевые базы данных и др.

В процессе развития сетевых ОС некоторые функции сетевых приложений становятся обычными функциями ОС.

Все устройства, подключаемые к сети, можно разделить на три функциональные группы:

1)рабочие станции;

2)серверы сети;

3)коммуникационные узлы.

1) 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.

Можно выделить три типа рабочих станций:

• рабочая станция с локальным диском,

• бездисковая рабочая станция,

• удаленная рабочая станция.

На рабочей станции с диском (жестким или гибким) операционная система загружается с этого локального диска. Для бездисковой станции операционная система загружается с диска файлового сервера. Такая возможность обеспечивается специальной микросхемой, устанавливаемой на сетевом адаптере бездисковой станции.

Удаленная рабочая станция - это станция, которая подключается к локальной сети через телекоммуникационные каналы связи (например, с помощью телефонной сети).

2) Сервер сети, network server - это компьютер, подключенный к сети и предоставляющий пользователям сети определенные услуги, например хранение данных общего пользования, печать заданий, обработку запроса к СУБД, удаленную обработку заданий и т. д.

По выполняемым функциям можно выделить следующие группы серверов.

Файловый сервер, file server - компьютер, хранящий данные пользователей сети и обеспечивающий доступ пользователей к этим данным. Как правило, этот компьютер имеет большой объем дискового пространства. Файловый сервер обеспечивает одновременный доступ пользователей к общим данным.

Файловый сервер выполняет следующие функций:

• хранение данных;

• архивирование данных;

• согласование изменений данных, выполняемых разными пользователями;

• передачу данных.

Сервер баз данных, database server - компьютер, выполняющий функции хранения, обработки и управления файлами баз данных (БД).

Сервер баз данных выполняет следующие функции:

• хранение баз данных, поддержку их целостности, полноты, актуальности;

• прием и обработку запросов к базам данных, а также пересылку результатов обработки на рабочую станцию;

• обеспечение авторизированного доступа к базам данных, поддержку системы ведения и учета пользователей, разграничение доступа пользователей;

• согласование изменений данных, выполняемых разными пользователями;

• поддержку распределенных баз данных, взаимодействие с другими серверами баз данных, расположенными в другом месте.

Сервер прикладных программ, application server - компьютер, который используется для выполнения прикладных программ пользователей.

Коммуникационный сервер, communications server - устройство или компьютер, который предоставляет пользователям локальной сети прозрачный доступ к своим последовательным портам ввода/вывода.

С помощью коммуникационного сервера можно создать разделяемый модем, подключив его к одному из портов сервера. Пользователь, подключившись к коммуникационному серверу, может работать с таким модемом так же, как если бы модем был подключен непосредственно к рабочей станции.

Сервер доступа, access server - это выделенный компьютер, позволяющий выполнять удаленную обработку заданий. Программы, инициируемые с удаленной рабочей станции, выполняются на этом сервере.

От удаленной рабочей станции принимаются команды, введенные пользователем с клавиатуры, а возвращаются результаты выполнения задания.

Факс-сервер, fax server - устройство или компьютер, который выполняет рассылку и прием факсимильных сообщений для пользователей локальной сети.

Сервер резервного копирования данных, backup server - устройство или компьютер, который решает задачи создания, хранения и восстановления копий данных, расположенных на файловых серверах и рабочих станциях. В качестве такого сервера может использоваться один из файловых серверов сети.

Следует отметить, что все перечисленные типы серверов могут функционировать на одном выделенном для этих целей компьютере.

3) К коммуникационным узлам сети относятся следующие устройства:

• повторители;

• коммутаторы (мосты);

• маршрутизаторы;

• шлюзы.

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

Повторитель, repeater - устройство, усиливающее или регенерирующее пришедший на него сигнал. Повторитель, приняв пакет из одного сегмента, передает его во все остальные. При этом повторитель не выполняет развязку присоединенных к нему сегментов. В каждый момент времени во всех связанных повторителем сегментах поддерживается обмен данными только между двумя станциями.

Коммутатор, switch, мост, bridge - это устройство, которое, как и повторитель, позволяет объединять несколько сегментов. В отличие от повторителя, мост выполняет развязку присоединенных к нему сегментов, то есть одновременно поддерживает несколько процессов обмена данными для каждой пары станций разных сегментов.

Маршрутизатор, router - устройство, соединяющее сети одного или разных типов по одному протоколу обмена данными. Маршрутизатор анализирует адрес назначения и направляет данные по оптимально выбранному маршруту.

Шлюз, gateway - это устройство, позволяющее организовать обмен данными между разными сетевыми объектами, использующими разные протоколы обмена данными.

Основными аппаратными компонентами сети являются следующие:

1. Абонентские системы: компьютеры (рабочие станции или клиенты и серверы); принтеры; сканеры и др.

2. Сетевое оборудование: сетевые адаптеры; концентраторы (хабы); мосты; маршрутизаторы и др.

3. Коммуникационные каналы: кабели; разъемы; устройства передачи и приема данных в беспроводных технологиях.

Основными программными компонентами сети являются следующие:

1. Сетевые операционные системы, где наиболее известные из них это: MS Windows; LANtastic; NetWare; Unix; Linux и т.д.

2. Сетевое программное обеспечение (Сетевые службы): клиент сети; сетевая карта; протокол; служба удаленного доступа.

ЛВС (Локальная вычислительная сеть) – это совокупность компьютеров, каналов связи, сетевых адаптеров, работающих под управлением сетевой операционной системы и сетевого программного обеспечения.

В ЛВС каждый ПК называется рабочей станцией, за исключением одного или нескольких компьютеров, которые предназначены для выполнения функций серверов. Каждая рабочая станция и сервер имеют сетевые карты (адаптеры), которые посредством физических каналов соединяются между собой. В дополнение к локальной операционной системе на каждой рабочей станции активизируется сетевое программное обеспечение, позволяющее станции взаимодействовать с файловым сервером.

Компьютеры, входящие в ЛВС клиент – серверной архитектуры, делятся на два типа: рабочие станции, или клиенты, предназначенные для пользователей, и серверы, которые, как правило, недоступны для обычных пользователей и предназначены для управления ресурсами сети.

Рабочие станции

Рабочая станция (workstation) – это абонентская система, специализированная для решения определенных задач и использующая сетевые ресурсы. К сетевому программному обеспечению рабочей станции относятся следующие службы:

- клиент для сетей;

- служба доступа к файлам и принтерам;

-сетевые протоколы для данного типа сетей;

-сетевая плата;

-контроллер удаленного доступа.

Рабочая станция отличается от обычного автономного персонального компьютера следующим:

-наличием сетевой карты (сетевого адаптера) и канала связи;

-на экране во время загрузки ОС появляются дополнительные сообщения, которые информируют о том, что загружается сетевая операционная система;

-перед началом работы необходимо сообщить сетевому программному обеспечению имя пользователя и пароль. Это называется процедурой входа в сеть;

-после подключения к ЛВС появляются дополнительные сетевые дисковые накопители;

появляется возможность использования сетевого оборудования, которое может находиться далеко от рабочего места.

Сетевые адаптеры

Для подключения ПК к сети требуется устройство сопряжения, которое называют сетевым адаптером, интерфейсом, модулем, или картой. Оно вставляется в гнездо материнской платы. Карты сетевых адаптеров устанавливаются на каждой рабочей станции и на файловом сервере. Рабочая станция отправляет запрос через сетевой адаптер к файловому серверу и получает ответ через сетевой адаптер, когда файловый сервер готов.

Сетевые адаптеры вместе с сетевым программным обеспечением способны распознавать и обрабатывать ошибки, которые могут возникнуть из-за электрических помех, коллизий или плохой работы оборудования.

Различные типы сетевых адаптеров отличаются не только методами доступа к каналу связи и протоколами, но еще и следующими параметрами:

-скорость передачи;

-объем буфера для пакета;

-тип шины;

-быстродействие шины;

-совместимость с различными микропроцессорами;

-использованием прямого доступа к памяти (DMA);

-адресация портов ввода/вывода и запросов прерывания;

конструкция разъема.