Определение и классификация сетей
Компьютерная сеть – объединение нескольких ЭВМ для совместного решения информационных, вычислительных, учебных и других задач.
Однорангавая сеть – простейший вид сети. Обеспечивает связь небольшого количества равноправных ПК пользователей и позволяет совместно использовать дисководы, принтеры, файлы, передавать информацию от одного компьютер к другому.
Сеть с выделенные сервером – более развитая сеть. Помимо компьютеров конечных пользователей (рабочих станций, РС) включает специальные выделенные компьютеры – серверы. РС могут не иметь винчестеров или даже дисководов. Такие РС называют бездисковыми.
Сервер – это ЭВМ, выполняющая в сети особые функции обслуживания остальных РС. В качестве сервера обычно используется высокопроизводительный компьютер с большим ОЗУ и винчестером (или несколькими винчестерами) большой емкости. Клавиатура и дисплей для сервера не обязательны, т.к. используются редко (для настройки сетевой ОС).
Виды серверов: файловые, телекоммуникационные, серверы для проведения математических расчетов, серверы баз данных.
Весьма популярна сегодня и перспективна технология обработки информации в сети – «клиент–сервер». В основе метода «клиент – сервер» лежит глубокое разделение функций ПК в сети. При этом в функции «клиента» (под которым понимается ЭВМ с соответствующим программным обеспечением) входит:
- предоставление пользовательского интерфейса с определенными производственными обязанностями и полномочиями пользователя;
- формирование запросов к серверу, причем не обязательно информируя об этом пользователя;
- анализ ответов сервера на запросы и предъявление их пользователю.
Основная функция сервера – выполнение специфических действий по запросам клиента (например, решение сложной математической задачи, поиск данных в базе, соединение клиента с другим клиентом и т.д.), при этом сам сервер не инициирует никаких взаимодействий с клиентом. Если сервер, к которому обратился клиент, не в состоянии решить задачу из-за нехватки ресурсов, то в идеале он сам находит другой, более мощный, сервер и передает задачу ему, становясь в свою очередь клиентом, но не информируя об этом начального клиента. Клиентом может быть весьма мощный компьютер, который по возможности решает задачи самостоятельно.
Системы коллективной человеческой деятельности, опирающиеся на телекоммуникационные технологии, разделяются на 2 группы:
- Системы с разделением времени (СРВ), в которых каждый участник пользуется собственной ЭВМ и основной задачей администраторов является защита данных от несанкционированного доступа и взаимная изоляция участников;
- Системы обеспечения групповых решений (СОГР), ориентированные на обеспечение взаимодействия пользователей в процессе принятия решений.
Информационно-вычислительные сети:
Локальные – набор аппаратных средств и алгоритмов, обеспечивающих соединение компьютеров, других периферийных устройств и позволяющих им совместно использовать общую дисковую память, периферийные устройства, обмениваться данными.
Региональные (сети промежуточного масштаба) – сеть в пределах города, области и т.п. ИС, в которых средства передачи данных принадлежат одной компании и используются только для нужд этой компании называют корпоративной сетью.
Глобальные – предназначены для манипулирования ресурсами, по крайней мере, в национальных масштабах.
Локальные сети
Локальные сети (ЛС) потому и называются локальными, т.к. объединяют небольшое количество компьютеров (от 10 до 100), в пределах одного помещения (компьютерный класс), здания или учреждения (институт), т.е. поблизости друг от друга. Название ЛВС – потому что ранее сети использовались, в основном, для решения вычислительных задач; сегодня 99% случаев – это обмен информацией в виде текстов, графических и видео-образов, числовых массивов. Полезность ЛС объясняется тем, что от 60% до 90% необходимой учреждению информации циркулирует внутри него, не нуждаясь в выходе наружу. Многие предприятия (корпорации, банки) имеют подразделения в разных концах города или даже в разных городах, странах. Для эффективной работы они объединяют свои подразделения в единую сеть. Такие сети называются распределенными.
Большое влияние на развитие ЛС оказало создание автоматизированных систем управления предприятиями (АСУ). Другое важнейшее поле деятельности ЛС – создание классов учебной вычислительной техники (КУВТ).
Благодаря небольшим длинам линии связи (не более 300 м), по ЛС можно передавать информацию в цифровом виде с высокой скоростью передачи. На больших расстояниях такой способ неприемлем из-за неизбежного затухания высокочастотных сигналов, в этом случае приходится прибегать к дополнительным техническим (цифро-аналоговым) преобразованиям и программным (протоколам коррекции ошибок и др.) решениям.
Особенность ЛС – наличие связывающего всех абонентов высокоскоростного канала связи для передачи информации в цифровом виде. Существуют проводные и беспроводные (радио) каналы. Каждый из них характеризуется: скоростью передачи данных; максимальной длиной линии; помехозащищенностью; механической прочностью; удобством и простотой монтажа; стоимостью.
В настоящее время обычно применяют 4 типа сетевых кабелей: коаксиальный кабель; незащищенная витая пара; защищенная витая пара; оптоволоконный кабель. Первые 3 типа передают электрический сигнал по медным проводникам, а оптоволоконный кабель передает данные в виде световых импульсов по стеклянному волокну. Такой способ передачи данных наиболее надежен и быстр. Большинство сетей допускают несколько вариантов кабельных соединений.
Беспроводная связь на радиоволнах СВЧ диапазона может использоваться для организации сетей в больших помещениях (ангарах, павильонах), там где использование обычных линий связи нецелесообразно. Кроме того, беспроводные линии могут связывать удаленный участки ЛС на расстояниях 3 – 5 км (с антенной типа волновой канал) и 25 км (с направленной параболической антенной) при условии прямой видимости. Организация беспроводной связи гораздо дороже, чем обычной.
ЛВС с прямой (немодулированной) передачей информации.
В такой ЛВС всегда может существовать только одна станция, передающая информацию. Для предотвращения столкновения данных в большинстве случаев применяется временный метод разделения, согласно которому для каждой подключенной рабочей станции в определенные моменты времени предоставляется исключительное право на использование канала передачи данных. Поэтому требования к пропускной способности ВС при повышенной нагрузке снижаются.
ЛВС с модулированной широкополосной передачей информации.
Различные рабочие станции получают, по мере надобности, частоту, на которой эти рабочие станции могут отправлять и получать информацию. Пересылаемые данные модулируются на соответствующих несущих частотах, т.е. между средой передачи информации и самими рабочими станциями находятся модемы.
Такая техника позволяет одновременно транспортировать в коммуникационной среде большой объем информации. Причем информация может быть как цифровой, так и аналоговой, т.к. она все равно в дальнейшем будет преобразована.
Процесс передачи данных по сети определяет 6 компонент: компьютер-источник; блок протокола; передатчик; физическая кабельная сеть; приемник; компьютер-адресат.
Компьютер-источник может быть РС, файл-сервером, шлюзом или любым компьютером, подключенным к сети. Блок протокола состоит из набора микросхем и программного драйвера для платы сетевого интерфейса. Отвечает за логику передачи по сети. Передатчик посылает электрический сигнал по топологической схеме. Приемник распознает и принимает сигнал, передающийся по сети, и направляет его для преобразования в блок протокола. Компьютер-адресат принимает информацию.
Правила организации передачи данных в сети называют протоколом. Определенный протокол поддерживается как аппаратно (адаптерами сети), так и программно (сетевой ОС).
В ЛС данные передаются от одного компьютера к другому блоками – пакетами данных . станция, передающая пакет данных, указывает в его заголовке адрес назначения данных и свой собственный адрес.
Сетевой адрес состоит из: номера сети (номер сегмента сети, определяемого администратором при установке сетевой ОС); адреса станции в сети (число, являющееся уникальным для каждой РС); идентификатора программы на РС (сокет – число, которое используется для адресации пакетов в конкретной программе).
Наиболее распространенные ОС для локальных сетей ПК – это Novell NetWareиWindows NT.
Глобальные сети
Самой известной глобальной сетью является Internet, представляющий собой объединение огромного числа сетей – национального, отраслевого и регионального уровня. «Малые» сети имеют выходы (шлюзы) в сети более высокого уровня, в согласованную систему адресов и протоколов передачи данных, и так образуют Internet– сеть сетей.
В глобальных сетях существует два режима информационного обмена: диалоговый и пакетный. Диалоговый режим (или режим реального времени), в котором пользователь, получив порцию информации, может немедленно отреагировать, подать новую команду в сеть для получения новых порций информации, называется on-line. В пакетном режиме, называемом off-line, пользователь передает порцию информации (или получает ее) в коротком сеансе связи и на некоторое время отключается от сети. Это время может быть от нескольких часов до нескольких суток – пока запрос не будет обработан. on-line похож на разговор по телефону, off-line – на обмен письмами по почте.
По данным на 1995г. через Internetсвязано более 5 млн. компьютеров, их число быстро растет. Эта суперсеть, охватившая весь мир, представляет собой совокупность многих (более 2000) сетей, поддерживающих единый протокол TCP/IP.
Основой Internet является система IP-адресов. Каждый компьютер, включенный в Internet получает уникальный в рамках всего Internet адрес (адресами ведают национальные комитеты Internet). IP-адрес – это 4-байтовая последовательность, каждый байт записывается в виде десятичного числа. Например, 195.19.19.19 – адрес одной из машин Воронежского ГПУ. IP-адрес состоит из двух частей: адреса сети и номера хоста. Под хостом следует понимать не только компьютер в сети, но и вообще любое устройство, которое имеет свой сетевой интерфейс.
Классы IP-адресов
| Класс | Диапозон значений первого байта | Возможное число сетей | Возможное число узлов |
| А | 1 – 126 | ||
| В | 128 – 191 | ||
| С | 192 – 223 |
Адреса класса А предназначены для использования в больших сетях общего пользования, класса В – для использования в сетях среднего размера (предприятия, вузы), класса С – для использования в сетях с небольшим количеством компьютеров.
Из российских телекоммуникационных сетей крупнейшей является сеть RELCOM, созданная в 1990г. Уже в 1996г. она имела порядка 300 узлов и насчитывала десятки тысяч абонентов. Шлюз, позволяющий RELCOM выходить в зарубежные сети, находится в Москве, оттуда информация, адресованная за рубеж, поступает в Хельсинки – Амстердам – и далее по всему миру. Для оптимизации работы сети RELCOM, имея форму звезды, включает много перекрестных соединений, что позволяет увеличить надежность сети. Сеть универсальна, предоставляет все виды услуг – от электронной почты в режиме off-line до выхода в Internet в режиме on-line. RELCOM является официально зарегистрированной национальной подсетью европейской сети Eunet. Кроме RELCOMа в России существуют около 3 десятков независимых сетей, большинство из них ведомственные и имеют немного клиентов. Например, любительская сеть – FidoNet. В качестве каналов связи в ней используются только телефонные каналы. Пользователи сети могут обмениваться почтовыми сообщениями, посещать электронные «доски объявлений». Работа в режиме on-line ведется лишь в определенные часы.
Интернет
Интернет представляет собой крупнейшую в мире сеть. Точная цифра объединенных в сеть Интернет компьютеров и пользователей неизвестна, поскольку Интернет является добровольным союзом независимых сетей. Это означает отсутствие какой-либо административной организации, которая контролировала бы Интернет (нет цензуры).
Вначале Интернет была известна как система обмена новыми результатами исследований между университетами и другими научными учреждениями всего мира. В последнее время сеть Интернет получила особую популярность, благодаря сервису Word Wide Web, который позволяет получать доступ к мультимедийным документам, созданным тысячами пользователей и фирм.
Что нужно для доступа в Интернет:
Windows 98 оснащена всеми инструментами, необходимыми для работы в Интернет. Для путешествия по Интернет нужно следующее:
1. Модем – устройство для преобразования цифровых сигналов в аналоговые (и обратно) для передачи их по телефонным линиям. Доступ к Интернет осуществляется через модем.
2. Программа Удаленный доступ к сети – программа, необходимая для установления связи между двумя компьютерами посредством модема.
3. Интернет-провайдер. Получить доступ к Интернет можно лишь благодаря интернет-провайдерам, которые предоставляют услуги за определенную ежемесячную плату, зависящую либо от времени работы в сети, либо от объема передаваемой и получаемой информации.
4. Протокол TCP/IP – язык, на котором компьютеры, подключенные к сети Интернет, общаются между собой. Первоначально этот протокол разрабатывался для Министерства обороны США с целью создания единого сетевого языка для несовместимых в то время вычислительных систем.
Принципы организации ИВС (информационно-вычислительной сети)
ИВС– система обработки информации с распределенными по территории аппаратными, программными и информационными ресурсами.
Основу любой ИВС составляет архитектура, определяемая структурой сети с учетом соединений узлов и их топологии.
Архитектура ИВС представляет собой систему протоколов и логической структуры, необходимые для создания действующей сети.
Логическая структура сети позволяет по единой технологии управлять каналами связи и другими элементами сети с учетом их спецификации.
Элементы логической структуры: узлы (компьютеры, терминальные устройства, устройства коммутации и т.п.), соединительные элементы (каналы связи) и процессы (программное функционирование отдельных узлов сети).
Существенную роль в архитектуре ИВС играет ее топология.
Типы топологии:
Базовые:
1. Звездообразная (звезда) – характеризуется наличием многих узлов, соединенных с центральным (хостом), обеспечивающим управление потоками информации и сообщений. Головная машина (хост) получает и обрабатывает все данные с периферийных устройств, являясь единственным активным узлом обработки данных. Информация между двумя пользователями проходит через центральный узел сети. Центральный узел управления должен поддерживать механизм защиты от несанкционированного доступа к информации.
Å Концентрация управляющей информации в одном узле позволяет обрабатывать большие потоки информации и упрощает управление. Столкновений данных не возникает. Кабельное соединение устанавливается просто, т.к. каждая рабочая станция связана с центральным узлом. Наиболее быстродействующая из всех топологий, т.к. данные проходят через центральный узел по отдельным линиям.
Q Сильная зависимость надежности и производительности всей ИВС от центрального узла. Затраты на прокладку кабелей высоки, особенно если центральный узел географически расположен не в центре. К новому рабочему месту нужно прокладывать кабель из центра сети.
2. Кольцевая (кольцо) – характеризуется совокупностью узлов, соединенных в замкнутую систему с управлением, распределенным по всем ее узлам. Данные передаются от одного компьютера к другому как бы по эстафете. Если один компьютер получит данные, предназначенные другому компьютеру, он передает их следующему по кольцу, пока не дойдет до адресата. Последняя рабочая станция связана с первой. В некоторых кольцевых ИВС организуются 2 кольца соединений для передачи информации в двух направлениях.
Å В отличие от звездообразной топологии потоки информации пересылаются в одном направлении, что снимает вопрос их маршрутизации. Пересылка сообщений очень эффективна, т.к. сообщения можно отправлять по кабельной системе одно за другим.
Q При больших потоках информации такая топология неэффективна, т.к. каналы связи используются всеми узлами сети совместно. Прокладка кабелей от одной рабочей станции до другой может быть довольно сложной и дорогостоящей, особенно если географически рабочие станции расположены далеко от кольца. Продолжительность передачи информации увеличивается пропорционально количеству рабочих станций, входящих в вычислительную сеть. Основная проблема – каждая рабочая станция должна участвовать в пересылке информации и, если одна выйдет из строя, работа сети прекратится.
3. Магистральная (шинная) – характеризуется наличием для всех узлов сети единой линии соединения – магистрали или шины. В этом случае каждый узел сети совместно использует шину для связи с другим узлом.
Å Надежность данной топологии выше, т.к. выход из строя отдельных компьютеров не нарушает работоспособность сети в целом.
Q Принимаются специальные меры для того, чтобы при работе с общим кабелем компьютеры не мешали друг другу передавать и принимать данные. Поиск неисправностей в кабеле затруднен. В случае повреждения кабеля (шины) – вся система не работает.
Комбинированные топологии –объединяют все указанные выше типы ИВС, реализуя смешанное управление:
4. Древовидная (дерево) – представляет собой развитие звездообразной и характеризуется иерархической организацией соединения узлов сети. Основание дерева вычислительной сети располагается в точке (корне), в которой собираются коммуникационные линии (ветви дерева). Применяются такие структуры там, где невозможно применение базовых сетевых структур. Для подключения большого числа рабочих станций применяют сетевые усилители.
Å Децентрализация обработки информации в центральных узлах позволяет в определенной мере устранить тесную зависимость всей сети от центрального узла (как в звезде).
Q Возникает необходимость в определении числа уровней иерархии, числа узлов и маршрутизации потоков.
5. Многосвязная – результат развития предыдущих, при этом несколько кольцевых структур образуют подсеть, в которой обеспечивается управление каждым узлом. В таких сетях можно управлять большим объемом информации, однако нужны специальные узлы ретрансляции.
6. Логическая кольцевая сеть (логическое кольцо) – соединение звездных топологий. Отдельные «звезды» включаются с помощью специальных коммутаторов («хабов»). Каждой рабочей станции присваивается адрес, по которому передается управление. Нарушается работа всей сети очень редко.
На рисунке: А – активный центр, П – пассивный центр.
Дата добавления: 2016-02-13; просмотров: 1966;