Общие сведения о компьютерных сетях

В силу ряда объективных причин становление и развитие компьютерных сетей шло по двум основным направлениям. Первое направление связано с развитием и совершенствованием систем телеобработки. Это направление в основном поддерживалось фирмами - производителями вычислительной техники. Так, наиболее характерным примером является сеть SNA, разработанная фирмой IBM. По сути данная сеть представляет множество систем телеобработки, объединенных между собой каналами передачи данных. В этом случае основная нагрузка по организации коммуникаций возлагается на процессоры телеобработки данных, сама же сеть передачи данных имеет относительно простую структуру.

Второе направление: компьютерная сеть рассматривается как сеть передачи данных, абонентами которой являются компьютеры. В этом случае основное внимание уделяется организации сети передачи данных на основе существующих сетей связи общего пользования. Постепенно эти два направления стали сближаться и в настоящее время компьютерные сети можно рассматривать как результат объединения систем телеобработки на основе развитой сети передачи данных, что позволило получить качественно новые возможности в сфере информатики. Действительно, объединение в компьютерную сеть нескольких компьютеров и (или) систем телеобработки создают новые возможности повышения надежности функционирования вычислительных средств, так как сеть позволяет не только оперативно перераспределять вычислительные ресурсы (загрузку компьютеров), но и обеспечивать резервирование этих ресурсов. Как правило, в сети имеется несколько путей доступа к тем или иным вычислительным средствам, что также повышает надежность и качество обслуживания ее абонентов.

За счет возможности оптимального размещения вычислительных средств в сети и их оптимальной загрузки, а также оперативного (динамичного) перераспределения ее может быть существенно повышена эффективность использования вычислительных средств в компьютерной сети, по сравнению с автономным их использованием. В компьютерных сетях существенно снижается относительная стоимость передачи данных за счет совместного использования коммуникационных каналов многими абонентами. Снижаются также затраты на создание программного и информационного обеспечения за счет исключения их дублирования.

Таким образом, компьютерные сети позволяют решать такие качественно новые проблемные задачи как, например: обработка информации, которую в силу тех или иных причин нельзя выполнить в автономном режиме работы компьютера, то есть без заданного взаимодействия с другими компьютерами, а также источниками и пользователями (потребителями) информации; создание на обширной территории распределенных информационных систем функционально различного назначения с включением в них большого числа пользователей.

Естественно, что различные подходы нашли определенное отражение и в сетевых структурах. Однако, как и все сложные системы, компьютерные сети характеризуются определенными, присущими только им, принципами организации. Все эти вопросы рассматриваются в рамках архитектуры, которая, как известно, определяет общие принципы построения, топологию, функциональные характеристики исследуемой системы. В частности, архитектура компьютерных сетей охватывает вопросы организации логической и физической структуры (топологии) сети, структурную организацию аппаратных и программных средств, правила (протоколы) их взаимодействия. В компьютерных сетях широко используется многоуровневый принцип структурной организации, при котором все множество сетевых функций распределяется по определенным уровням. При этом взаимодействие между уровнями осуществляется стандартным образом, что обеспечивает определенную независимость функций, принадлежащих различным уровням. В первую очередь это необходимо для реализации принципа открытости вычислительных сетей, являющегося неотъемлемой частью современных сложных систем.

Основным назначением компьютерной сети является предоставление большому числу пользователей одновременного доступа к ее вычислительным ресурсам. Исходя из этого, компьютерная сеть может быть определена как система распределенной обработки информации, состоящая из территориально-рассредоточенных компьютеров, взаимодействующих между собой с помощью средств связи. Компьютеры, входящие в состав сети, выполняют достаточно широкий круг функций, основными из которых являются: организация доступа к сети, управление передачей информации, предоставление вычислительных ресурсов и услуг абонентам сети. В соответствии с этим по функциональному признаку все множество систем компьютерной сети можно разделить на абонентские, коммутационные и главные (Host) системы.

Абонентская система представляет собой компьютер, ориентированный на работу в составе компьютерной сети и обеспечивающий пользователям доступ к ее вычислительным ресурсам. Следует отметить, что, по сравнению с абонентским пунктом системы телеобработки, абонентская система компьютерной сети обладает большими функциональными и вычислительными возможностями. Это позволяет оптимально организовать обработку информации в компьютерной сети.

Коммутационные системы являются узлами коммутации сети передачи данных и обеспечивают организацию составных каналов передачи данных между абонентскими системами. В качестве управляющих элементов узлов коммутации используются процессоры телеобработки или специальные коммутационные (сетевые) процессоры.

Большим разнообразием отличаются Host системы или сетевые серверы. Серверомпринято называть специальный компьютер, выполняющий основные сервисные функции: управление сетью, сбор, обработку, хранение и предоставление информации абонентам компьютерной сети. В связи с большим числом сервисных функций целесообразно разделение серверов по их функциональному назначению. Например, файл-серверопределяется как сетевой компьютер, осуществляющий операции по хранению, обработке и предоставлению файлов данных абонентам компьютерной сети. В свою очередь, компьютер, обеспечивающий абонентским системам эффективный доступ к компьютерной сети, получил название сервер доступа.

В зависимости от степени территориальной рассредоточенности различают глобальные, региональные и локальные компьютерные сети. Глобальная компьютерная сеть является крупномасштабной сетью и охватывает, как правило, достаточно большую территорию, например, территорию одной или нескольких стран и даже континентов. Региональная сеть охватывает определенные области страны, объединяя абонентские системы, находящиеся на меньшем расстоянии, чем глобальная сеть, например, в пределах города, района или какого-либо другого региона. В отличие от рассмотренных выше сетей, локальная сеть охватывает относительно небольшую территорию, до нескольких квадратных километров, например, территорию предприятия или организации, и характеризуется наличием относительно простой, но достаточно высокоскоростной системы передачи данных.

Имеется много общего в структурах глобальных и региональных сетей, что позволяет представить некоторую обобщенную структуру сетей данного типа. Наиболее характерным признаком подобных сетей является достаточно разветвленная система передачи данных, называемая сетью передачи данных. Основными элементами сети передачи данных являются каналы передачи данных и узлы коммутации. По своей структуре каналы передачи данных компьютерных сетей аналогичны каналам передачи данных систем телеобработки и состоят из каналов связи и аппаратуры передачи данных. Территориально аппаратура передачи данных располагается, как правило, в узлах коммутации, абонентских системах или в серверах. Одними из важнейших элементов компьютерной сети являются узлы коммутации, которые во многом определяют ее архитектуру и характер функционирования. С помощью узлов коммутации организуется составной канал передачи данных. Абонентские системы могут подключаться либо непосредственно к узлам коммутации или входить в состав подсистемы телеобработки. Функции сопряжения подсистемы телеобработки с сетью могут возлагаться как на компьютер подсистемы, так и на процессор телеобработки. Последний вариант предпочтительней, так как позволяет разгрузить компьютер подсистемы телеобработки от несвойственных ему операций обмена. В случае непосредственного подключения абонентской системы к компьютерной сети функции сопряжения реализуются самими абонентскими системами. Для коллективного подключения абонентских пунктов целесообразно использовать серверы доступа в сеть.

Управление компьютерной сетью может быть как децентрализованным, при котором управляющие функции распределяются между несколькими серверами, так и централизованным, в этом случае работой сети управляет специально выделенный для этой цели сервер.

Несмотря на различие в топологии, для всех компьютерных сетей можно выделить следующие характерные признаки:

· объединение многих, обычно территориально удаленных друг от друга, в том числе и разнотипных, компьютеров в единую взаимодействующую систему;

· развитая сеть передачи данных с унифицированными правилами, способами и средствами взаимодействия функциональных составляющих (структурных элементов) сети;

· большое число пользователей, взаимодействующих с сетью посредством абонентских систем.

Компьютерные сети весьма разнообразны по назначению, составу оборудования, программному обеспечению и функциональным возможностям, поэтому целесообразно классифицировать их по ряду признаков.

По функциональному назначению различают вычислительные, информационные и смешанные (информационно-вычислительные) сети. Вычислительные сети предназначены главным образом для решения задач пользователей с обменом данными между ее абонентами.

Информационные сети ориентированы в основном на информационное обслуживание по запросам пользователей. Информационно-вычислительные сети объединяют функции вычислительных и информационных сетей. В настоящее время преобладают информационно-вычислительные сети. Различают также компьютерные сети общего пользования (универсальные), обслуживающие круг разнообразных пользователей, и специализированные сети (управления технологическими процессами, ведомственные и т.д.).

По типу используемых компьютеров различают однородные (гомогенные) компьютерные сети, содержащие программно-совместимые компьютеры, и неоднородные (гетерогенные), включающие в свой состав программно-несовместимые компьютеры. К однородным, как правило, относятся локальные вычислительные сети, к неоднородным – глобальные сети.

В зависимости от управления сетевыми ресурсами компьютерные сети делят на централизованные и децентрализованные. В централизованных компьютерных сетях управление всеми сетевыми ресурсами осуществляет один из ее серверов. Для децентрализованных сетей характерно автономное распределение ресурсов, при котором каждый сервер, используя информацию о состоянии сети, самостоятельно определяет возможность доступа к ее ресурсам.

Исходя из общего назначения компьютерных сетей и решаемых ими задач, можно уточнить основные функции управления и организации компьютерной сети - это:

· управление взаимодействующими пользовательскими программами;

· управление программами из состава математического обеспечения сети, реализующими различные виды информационных услуг;

· решение вопросов, связанных с адресацией и маршрутизацией передаваемой информации;

· установление необходимых физических соединений между взаимодействующими компьютерами и абонентами;

· обнаружение и исправление ошибок при передаче данных по физическим каналам связи;

· обеспечение возможности изменения конфигурации сети и состава ее технических и частично программных средств без нарушения функционирования компьютерной сети в целом.

Первые две из перечисленных выше функций определяютсетевые методы доступа, являющиеся дальнейшим развитием телекоммуникационных методов доступа. При этом абоненту нет необходимости использовать информацию о структуре сети, способах передачи информации и т.д. Он должен знать только функциональные возможности сети и придерживаться определенных правил взаимодействия с ней.

Остальные функции связаны с управлением работой компьютерной сети, они, как правило, скрыты от пользователей и в основном представляют интерес для разработчиков и лиц, обслуживающих компьютерную сеть.