Компьютерные сети. Архитектура компьютерных сетей

Архитектура сети

Архитектурой компьютера называется его описание на некотором общем уровне, включающее описание пользовательских возможностей программирования, системы команд, системы адресации, организации памяти и т.д. Архитектура определяет принципы действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера: процессора, оперативного ЗУ, внешних ЗУ и периферийных устройств. Общность архитектуры разных компьютеров обеспечивает их совместимость с точки зрения пользователя.

Структура компьютера - это совокупность его функциональных элементов и связей между ними. Элементами могут быть самые различные устройства - от основных логических узлов компьютера до простейших схем. Структура компьютера графически представляется в виде структурных схем, с помощью которых можно дать описание компьютера на любом уровне детализации.

Наиболее распространены следующие архитектурные решения.

Классическая архитектура (архитектура фон Неймана) - одно арифметико-логическое устройство (АЛУ), через которое проходит поток данных, и одно устройство управления (УУ), через которое проходит поток команд - программа.Это однопроцессорный компьютер.

К этому типу архитектуры относится и архитектура персонального компьютера с общей шиной. Все функциональные блоки здесь связаны между собой общей шиной, называемой также системной магистралью.

Физически магистраль представляет собой многопроводную линию с гнездами для подключения электронных схем. Совокупность проводов магистрали разделяется на отдельные группы: шину адреса, шину данных и шину управления.

Периферийные устройства (принтер и др.) подключаются к аппаратуре компьютера через специальные контроллеры - устройства управления периферийными устройствами.

Контроллер - устройство, которое связывает периферийное оборудование или каналы связи с центральным процессором, освобождая процессор от непосредственного управления функционированием данного оборудования.

Сетевая архитектура сродни архитектуре строений. Архитектура здания отражает стиль конструкций и материалы, используемые для постройки. Архитектура сети описывает не только физическое расположение сетевых устройств, но и тип используемых адаптеров и кабелей. Кроме того, сетевая архитектура определяет методы передачи данных по кабелю.

Архитектура сетей

Архитектура сети определяет основные элементы сети, характеризует ее общую логическую организацию, техническое обеспечение, программное обеспечение, описывает методы кодирования. Архитектура также определяет принципы функционирования и интерфейс пользователя.

В данном курсе будет рассмотрено три вида архитектур:

архитектура терминал – главный компьютер;

одноранговая архитектура;

архитектура клиент – сервер.

Архитектура терминал – главный компьютер

Архитектура терминал – главный компьютер (terminal – host computer architecture) – это концепция информационной сети, в которой вся обработка данных осуществляется одним или группой главных компьютеров.

Рассматриваемая архитектура предполагает два типа оборудования:

Главный компьютер, где осуществляется управление сетью, хранение и обработка данных.

Терминалы, предназначенные для передачи главному компьютеру команд на организацию сеансов и выполнения заданий, ввода данных для выполнения заданий и получения результатов.

Главный компьютер через мультиплексоры передачи данных (МПД) взаимодействуют с терминалами.

Классический пример архитектуры сети с главными компьютерами – системная сетевая архитектура (System Network Architecture – SNA).

Одноранговая архитектура

Одноранговая архитектура (peer-to-peer architecture) – это концепция информационной сети, в которой ее ресурсы рассредоточены по всем системам. Данная архитектура характеризуется тем, что в ней все системы равноправны.

К одноранговым сетям относятся малые сети, где любая рабочая станция может выполнять одновременно функции файлового сервера и рабочей станции. В одноранговых ЛВС дисковое пространство и файлы на любом компьютере могут быть общими. Чтобы ресурс стал общим, его необходимо отдать в общее пользование, используя службы удаленного доступа сетевых одноранговых операционных систем. В зависимости от того, как будет установлена защита данных, другие пользователи смогут пользоваться файлами сразу же после их создания. Одноранговые ЛВС достаточно хороши только для небольших рабочих групп.

Архитектура клиент – сервер

Клиент-сервер (англ. Client-server) - вычислительная или сетевая архитектура, в которой задания или сетевая нагрузка распределены между поставщиками услуг (сервисов), называемыми серверами, и заказчиками услуг, называемыми клиентами. Нередко клиенты и серверы взаимодействуют через компьютерную сеть и могут быть как различными физическими устройствами, так и программным обеспечением.Содержание

Преимущества

Делает возможным, в большинстве случаев, распределить функции вычислительной системы между несколькими независимыми компьютерами в сети. Это позволяет упростить обслуживание вычислительной системы. В частности, замена, ремонт, модернизация или перемещение сервера, не затрагивают клиентов.

Все данные хранятся на сервере, который, как правило, защищён гораздо лучше большинства клиентов. На сервере проще обеспечить контроль полномочий, чтобы разрешать доступ к данным только клиентам с соответствующими правами доступа.

Позволяет объединить различные клиенты. Использовать ресурсы одного сервера часто могут клиенты с разными аппаратными платформами, операционными системами и т.п.

Недостатки

Неработоспособность сервера может сделать неработоспособной всю вычислительную сеть.

Поддержка работы данной системы, требует отдельного специалиста - системного администратора.

Высокая стоимость оборудования.

Многоуровневая архитектура клиент-сервер

Многоуровневая архитектура клиент-сервер - разновидность архитектуры клиент-сервер, в которой функция обработки данных вынесена на один или несколько отдельных серверов. Это позволяет разделить функции хранения, обработки и представления данных для более эффективного использования возможностей серверов и клиентов.

Частные случаи многоуровневой архитектуры:

Трёхуровневая архитектура

Сеть с выделенным сервером

Сеть с выделенным сервером (англ. Client/Server network) - это локальная вычислительная сеть (LAN), в которой сетевые устройства централизованы и управляются одним или несколькими серверами. Индивидуальные рабочие станции или клиенты (такие, как ПК) должны обращаться к ресурсам сети через сервер(ы).

Сетевые архитектуры

Сетевые архитектуры разделяются по скорости передачи данных, среде передачи, вариантах реализации, топологии

Ethernet. 10Мбит/с.

10BaseT (Витая пара);
10Base2 (Тонкий коаксиал);
10Base5 (Толстый коаксиал);
10BaseFL (Оптоволокно) .

10Base2 или Тонкий Ethernet

10Base5

IEEE 10Base5 или "толстый" Ethernet - самый старый стандарт среди остальных. В настоящее время затруднительно найти в продаже новое оборудование для построения сети на этом стандарте. Основные его параметры:

10Base-T или Ethernet на витой паре

В 1990 году IEEE опубликовал спецификацию 802.3 для построения сети Ethernet на основе витой пары. l0BaseT (10 - скорость передачи 10 Мбит/с, Base - узкополосная, Т - витая пара) - сеть Ethernet, которая для соединения компьютеров обычно использует неэкранированную витую пару (UTP). Тем не менее и экранированная витая пара (STP) также может применяться в топологии lOBaseT без изменения каких-либо ее параметров. Большинство сетей этого типа строятся в виде звезды, но по системе передачи сигналов представляют собой шину, как и другие конфигурации Ethernet. Обычно концентратор сети lOBaseT выступает как многопортовый (multiport) репитер и часто располагается в распределительной стойке здания. Каждый компьютер подключается к другому концу кабеля, соединенного с концентратором, и использует две пары проводов: одну - для приема, другую - для передачи. Максимальная длина сегмента l0BaseT - 100 м (328 футов). Минимальная длина кабеля - 2,5 м (около 8 футов). Сеть l0BaseT может обслуживать до 1024 компьютеров.

10BaseFL

10BaseFL (10 - скорость передачи 10 Мбит/с, Base - узкополосная передача, FL - оптоволоконный кабель) представляет собой сеть Ethernet, в которой компьютеры и репитеры соединены оптоволоконным кабелем. Основная причина причина популярности 10BaseFL - возможность прокладывать кабель между репитерами на большие расстояния (например между зданиями). Максимальная длина сегмента 10BaseFL - 2000м.

Ethernet. 100Мбит/с.

Новые стандарты Ethernet позволяют преодолеть скорость передачи в 10 Мбит/с.Известны несколько стандартов Ethernet, которые могут удовлетворить возросшие требования, рассмотрим 2 из них:

100BaseVG-AnyLAN Ethernet;
100BaseX Ethernet(Fast Ethernet).

И Fast Ethernet, и 100 Base VG-Any LAN работают примерно в пять-десять раз быстрее, чем стандартный Ethernet. Кроме того, они совместимы с существующей кабельной системой 10BaseT. Это означает, что перейти от l0BaseT к этим стандартам достаточно просто и быстро.

100VG-AnyLAN

100VG (Voice Grade) AnyLAN - новая сетевая технология, которая сочетает в себе элементы Ethernet и Token Ring. Эта технология, разработанная фирмой Hewlett-Packard, в настоящее время совершенствуется стандартом IEEE 802.12. Спецификация 802.12 -стандарт передачи кадров Ethernet 802.3 и пакетов Token Ring 802.5. Эта технология имеет несколько названий:

l00VG-AnyLAN;
100Base VG;
AnyLAN.

Спецификации

Перечислим возможности некоторых из существующих в настоящее время спецификаций l00VG-AnyLAN:

минимальная скорость передачи данных 100 Мбит/с;
поддержка каскадируемой топологии «звезда» на основе витой пары категории 3, 4 или 5 и оптоволоконного кабеля;
метод доступа по приоритету запроса (различаются два уровня приоритета: низкий и высокий);
поддержка средств фильтрации персонально адресованных кадров в концентраторе (для повышения степени конфиденциальности);
поддержка передачи кадров Ethernet и Token Ring.

Топология

Сеть 100VG-AnyLAN строится по топологии «звезда», где все компьютеры соединены с концентратором. Сеть можно расширять, добавляя «дочерние» (child) концентраторы к центральному, «родительскому» (parent), который относится к ним так же, как и к компьютерам, т.е. родительские концентраторы управляют передачей компьютеров, соединенных со своими «детьми».

Некоторые соображения

Представленная технология требует использования специальных концентраторов и плат. Кроме того, длина кабеля 100BaseVG, по сравнению с 10BaseT и другими реализациями Ethernet, ограничена: общая длина пары кабелей от концентратора 100BaseVG до компьютеров не может превышать 250 м. Чтобы преодолеть это ограничение, надо использовать специальное оборудование. Ограничения длины кабеля приведут к тому, что для 100BaseVG потребуется больше кабельных стоек, чем для 10BaseT.

100BaseX Ethernet

Этот стандарт, иногда называемый Fast Ethernet, является расширением существующего стандарта Ethernet. Он строится на UTP категории 5, использует метод доступа CSMA/CD и топологию «звезда-шина» (подобно 10BaseT), где все кабели подключены к концентратору.

Компьютерные сети. Архитектура комп. сетей. Основные характеристики архитектуры сетей

Уровень 1 - физический - реализует управление каналом связи, что сводится к подключению и отключению канала связи и формированию сигналов, представивших передаваемые данные.

Уровень 2 - канальный - обеспечивает надежную передачу данных через физический канал, организованный на уровне 1.

Уровень 3 - сетевой - обеспечивает выбор маршрута передачи сообщений по линиям, связывающим узлы сети.

Уровни 1-3 организуют базовую сеть передачи данных как систему, обеспечивающую надежную передачу данных между абонентами сети.

Уровень 4 - транспортный - обеспечивает сопряжение абонентов сети с базовой сетью передачи данных.

Уровень 5 - сеансовый - организует сеансы связи на период взаимодействия процессов. На этом уровне по рапросам процессов создаются порты для приема и передачи сообщений и организуются соединения - логические каналы.

Уровень 6 - представительный - осуществляет трансформацию различных языков, форматов данных и кодов для взаимодействия разнотипных компьютеров.

Уровень 7 - прикладной - обеспечивает поддержку прикладных процессов пользователей. Порядок реализации связей в сети регулируется протоколами. Протокол - это набор коммутационных правил и процедур по формированию и передаче данных в сети.

Компьютерные сети. Основные характеристики. Типы сетей.

Компьютерные сети. Основные характеристики. Типы сетей.

Компьютерная сеть (вычислительная сеть, сеть передачи данных) - система связи двух или более компьютеров и/или компьютерного оборудования (серверы, маршрутизаторы и другое оборудование). Для передачи информации могут быть использованы различные физические явления, как правило - различные виды электрических сигналов или электромагнитного излучения.

Типы сетей

По размеру, охваченной территории

· Персональная сеть (PAN, Personal Area Network)

· Локальная сеть (LAN, Local Area Network)

o Объединение нескольких зданий (CAN, Campus Area Network)

· Городская сеть (MAN, Metropolitan Area Network)

· Национальная сеть

· Глобальная вычислительная сеть(WAN, Wide Area Network)

· Сравнительная характеристика сетей (особенности локальных, глобальных и городских сетей)

По типу функционального взаимодействия

· Клиент-сервер

· Смешанная сеть

· Точка-точка

· Одноранговая сеть

· Многоранговые сети

По типу сетевой топологии

· Решётка

· Смешанная топология

· Полносвязная топология

По функциональному назначению

· Сети хранения данных

· Серверные фермы

· Сети управления процессом

· Сети SOHO

По сетевым ОС

· На основе Windows

· На основе UNIX

· На основе NetWare

· Смешанные

По необходимости поддержания постоянного соединения

· Пакетная сеть, например Фидонет и UUCP

· Онлайновая сеть, например Интернет и GSM

Понятие сервера. Типы серверов, используемые в компьютерных сетях

Понятие сервера. Типы серверов, используемые в компьютерных сетях

Сервером называется абонент (узел) сети, который предоставляет свои ресурсы другим абонентам, но сам не использует их ресурсы. Таким образом, он обслуживает сеть. Серверов в сети может быть несколько, и совсем не обязательно, что сервер - самый мощный компьютер. Выделенный (dedicated) сервер - это сервер, занимающийся только сетевыми задачами. Невыделенный сервер может помимо обслуживания сети выполнять и другие задачи. Специфический тип сервера - это сетевой принтер.

Типы серверов: Telnet-серверы позволяют пользователям подключаться к главному компьютеру и работать с ним так, как будто все задачи выполняются на самом удаленном компьютере.Web-серверы позволяют предоставлять информацию через Интернет посредством языка гипертекстовой разметки (HyperText Markup Language, HTML)Шлюз (gateway) - это транслятор, который дает возможность разным сетям взаимодействовать между собой.Новостные серверы функционируют в качестве источников распространения и доставки новостей для более чем 20 ООО новостных конференций общего пользования, доступ к которым в настоящее время можно получить через пользовательскую сеть Usenet (самая крупная в сети Интернет система рассылки новостей и организации дискуссионных форумов, упорядоченная по группам новостей этой сети).Аудио- и видеосерверы создают мультимедийные возможности для Web-сайтов, позволяя пользователям слушать звуки и музыку и смотреть видеоклипы через сменные модули Web-браузеров. Почтовые серверы (такие, например, как Microsoft Exchange Server и Sendmail) управляют потоком электронных сообщений, пересылаемых между пользователями компьютерных сетей.

Топология сети. Определение топологии. Типы топологий, их характеристики

Топология сети. Определение топологии. Типы топологий, их характеристики

Под топологией (компоновкой, конфигурацией, структурой) компьютерной сети обычно понимается физическое расположение компьютеров сети друг относительно друга и способ соединения их линиями связи. Важно отметить, что понятие топологии относится, прежде всего, к локальным сетям, в которых структуру связей можно легко проследить. В глобальных сетях структура связей обычно скрыта от пользователей и не слишком важна, так как каждый сеанс связи может производиться по собственному пути.

Шина (bus) - все компьютеры параллельно подключаются к одной линии связи. Информация от каждого компьютера одновременно передается всем остальным компьютерам.

Звезда (star) - к одному центральному компьютеру присоединяются остальные периферийные компьютеры, причем каждый из них использует отдельную линию связи. Информация от периферийного компьютера передается только центральному компьютеру, от центрального - одному или нескольким периферийным.

Кольцо (ring) - компьютеры последовательно объединены в кольцо. Передача информации в кольце всегда производится только в одном направлении. Каждый из компьютеров передает информацию только одному компьютеру, следующему в цепочке за ним, а получает информацию только от предыдущего в цепочке компьютера.

Способы передачи информации в глобальной вычислительной сети. Протоколы TCP/IP.

Способы передачи информации в глобальной вычислительной сети. Протоколы TCP/IP.

Протокол управления передачей / Межсетевой протокол - набор протоколов, разработанный для Интернета и ставший его основой.

Передача информации по протоколу TCP/IP состоит из четырех этапов:
-1- протокол ТСР: разбиение информации на нумерованные пакеты;
-2- протокол IP: передача пакетов получателю;
-3- протокол TCP на стороне получателя: проверка комплектности полученных пакетов;
-4- протокол TCP: восстановление искомой информации.
В семейство TCP/IP входят:
- протокол Telnet;
- система доменной адресации DNS, позволяющая пользователям адресоваться к узлам сети по символьному доменному имени вместо цифрового IP-адреса;
- протокол передачи файлов FTP, который определяет механизм хранения и передачи файлов;
- протокол передачи гипертекста HTTP.

60. Internet. Основные понятия и определения. История развития.

Службы Internet.

Internet. Основные понятия и определения. История развития. Службы Internet.

ИНТЕРНЕТ (Internet - inter + net - объединение сетей) - всемирная компьютерная сеть, объединяющая миллионы компьютеров в единую информационную систему. Интернет предоставляет широчайшие возможности свободного получения и распространения научной, деловой, познавательной и развлекательной информации. Глобальная сеть связывает практически все крупные научные и правительственные организации мира, университеты и бизнес-центры, информационные агентства и издательства, образуя гигантское хранилище данных по всем отраслям человеческого знания. Виртуальные библиотеки, архивы, ленты новостей содержат огромное количество текстовой, графической, аудио и видео информации.

Международная компьютерная сеть Интернет (Internet) обязана своим рождением военному проекту, выполняемому в середине 60-х годов под руководством американского Агентства перспективных исследований Министерства обороны. Целью этого проекта было объединение внутренних (локальных) сетей ряда исследовательских лабораторий и университетов США, работающих на оборону, в единую специализированную компьютерную сеть.

1969-в сеть объединены первые четыре университетских узла Министерства обороны США.

1972-изобретена электронная почта и отправлено первое послание.

1973-сеть стала международной - подключились Норвегия и Англия.

1989-создана первая версия языка HTML (описание гипертекстовых документов) - (HyperText Markup Language).

1993-выпущен первый Web-браузер Mosaic

1994-создан браузер Netscape Navigator.

1995-браузер фирмы Microsoft - Internet Explorer

1999-называется цифра - около 150 миллионов компьютеров включенных в Сеть.

Сетевая архитектура - это сочетание топологии, метода доступа, стандартов, необходимых для создания работоспособной сети.

Выбор топологии определяется, в частности, планировкой помещения, в котором разворачивается ЛВС. Кроме того, большое значение имеют затраты на приобретение и установку сетевого оборудования, что является важным вопросом для фирмы, разброс цен здесь также достаточно велик.

Топология типа «звезда» представляет собой более производительную структуру (рис. 6). Каждый компьютер, в том числе и сервер, соединяется отдельным сегментом кабеля с центральным коммутатором (рис. 7).

Рисунок 6 - Топология звезда

Рисунок 7 - Сетевой коммутатор

Основным преимуществом такой сети является её устойчивость к сбоям, возникающим вследствие неполадок на отдельных ПК или из-за повреждения сетевого кабеля.

Важнейшей характеристикой обмена информацией в локальных сетях являются так называемые методы доступа (access methods), регламентирующие порядок, в котором рабочая станция получает доступ к сетевым ресурсам и может обмениваться данными.

За аббревиатурой CSMA/CD скрывается английское выражение «Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection » (коллективный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий). С помощью данного метода все компьютеры получают равноправный доступ в сеть. Каждая рабочая станция перед началом передачи данных проверяет, свободен ли канал. По окончании передачи каждая рабочая станция проверяет, достиг ли адресата отправленный пакет данных. Если ответ отрицательный, узел производит повторный цикл передачи/контроля приема данных и так до тех пор, пока не получит сообщение об успешном приеме информации адресатом.

Так как этот метод хорошо зарекомендовал себя именно в малых и средних сетях, для предприятия данный метод подойдет. К тому же сетевая архитектура Ethernet, которую и будет использовать сеть предприятия, использует именно этот метод доступа.

Спецификацию Ethernet в конце семидесятых годов предложила компания Xerox Corporation. Позднее к этому проекту присоединились компании Digital Equipment Corporation (DEC) и Intel Corporation. В 1982 году была опубликована спецификация на Ethernet версии 2.0. На базе Ethernet институтом IEEE был разработан стандарт IEEE 802.3.

В настоящее время технология, применяющая кабель на основе витой пары (10Base - T), является наиболее популярной. Такой кабель не вызывает трудностей при прокладке.

Сеть на основе витой пары, в отличие от тонкого и толстого коаксиала, строится по топологии звезда. Чтобы построить сеть по звездообразной топологии, требуется большее количество кабеля (но цена витой пары не велика). Подобная схема имеет и неоценимое преимущество - высокую отказоустойчивость. Выход из строя одной или нескольких рабочих станций не приводит к отказу всей системы. Правда если из строя выйдет хаб, его отказ затронет все подключенные через него устройства.

Еще одним преимуществом данного варианта является простота расширения сети, поскольку при использовании дополнительных хабов (до четырех последовательно) появляется возможность подключения большого количества рабочих станций (до 1024). При применении неэкранированной витой пары (UTP) длина сегмента между концентратором и рабочей станцией не должна превышать 100 метров, чего не наблюдается в предприятии.

Следующим важным аспектом планирования сети является совместное использование сетевых ресурсов (принтеров, факсов, модемов).

Перечисленные ресурсы могут использоваться как в одноранговых сетях, так и в сетях с выделенным сервером. Однако в случае одноранговой сети сразу выявляются её недостатки. Чтобы работать с перечисленными компонентами, их нужно установить на рабочую станцию или подключить к ней периферийные устройства. При отключении этой станции все компоненты и соответствующие службы становятся недоступными для коллективного пользования.

В сетях с сервером такой компьютер существует по определению. Сетевой сервер никогда не выключается, если не считать коротких остановок для технического обслуживания. Таким образом, обеспечивается круглосуточный доступ рабочих станций к сетевой периферии.

На предприятии имеется десять принтеров: в каждом обособленном помещении. Администрация пошла на расходы для создания максимально комфортных условий работы коллектива.

Теперь вопрос подключения принтера к ЛВС. Для этого существует несколько способов.

Подключение к рабочей станции.

Принтер подключается к той рабочей станции, которая находиться к нему ближе всего, в результате чего данная рабочая станция становится сервером печати. Недостаток такого подключения в том, что при выполнении заданий на печать производительность рабочей станции на некоторое время снижается, что отрицательно скажется на работе прикладных программ при интенсивном использовании принтера. Кроме того, если машина будет выключена, сервер печати станет недоступным для других узлов.

Прямое подключение к серверу.

Принтер подключается к параллельному порту сервера с помощью специального кабеля. В этом случае он постоянно доступен для всех рабочих станций. Недостаток подобного решения обусловлен ограничением в длине принтерного кабеля, обеспечивающего корректную передачу данных. Хотя кабель можно протянуть на 10 и более метров, его следует прокладывать в коробах или в перекрытиях, что повысит расходы на организацию сети.

Подключение к сети через специальный сетевой интерфейс.

Принтер оборудуется сетевым интерфейсом и подключается к сети как рабочая станция. Интерфейсная карта работает как сетевой адаптер, а принтер регистрируется на сервере как узел ЛВС. Программное обеспечение сервера осуществляет передачу заданий на печать по сети непосредственно на подключенный сетевой принтер.

В сетях с шинной топологией сетевой принтер, как и рабочие станции соединяется с сетевым кабелем при помощи Т-коннектора, а при использовании «звезды» - через концентратор.

Интерфейсную карту можно установить в большинство принтеров, но её стоимость довольно высока.

Подключение к выделенному серверу печати.

Альтернативой третьему варианту является использование специализированных серверов печати. Такой сервер представляет собой сетевой интерфейс, скомпонованный в отдельном корпусе, с одним или несколькими разъемами (портами) для подключения принтеров. Однако в данном случае использование сервера печати является непрактичным.

В нашем случае в связи с нерентабельностью установки специального сетевого принтера, покупкой отдельной интерфейсной карты для принтера самым подходящим способом подключения сетевого принтера является подключение к рабочей станции. На это решение повлиял ещё и тот факт, что принтеры расположены около тех рабочих станций, потребность которых в принтере наибольшая.

Архитектура сети. Наиболее распространенные архитектуры.

Вычислительная сеть (ВС) - это сложный комплекс взаимосвязанных и согласованно функционирующих аппаратных и программных компонентов. Аппаратными компонентами локальной сети являются компьютеры и различное коммуникационное оборудование (кабельные системы, концентраторы и т. д.). Программными компонентами ВС являются операционные системы (ОС) и сетевые приложения.

Сеть может быть построена по одной из трех схем:

· сеть на основе одноранговых узлов - одноранговая сеть;

· сеть на основе клиентов и серверов - сеть с выделенными серверами;

· сеть, включающая узлы всех типов - гибридная сеть.

Архитектура терминал-главный компьютер - это концепция информационной сети, в которой вся обработка данных осуществляется одним или группой главных компьютеров. Рассматриваемая архитектура предполагает два типа оборудования:

Главный компьютер, где осуществляется управление сетью, хранение и обработка данных;

Одноранговая архитектура (peer-to-peer architecture) - это концепция информационной сети, в которой ее ресурсы рассредоточены по всем системам. Данная архитектура характеризуется тем, что в ней все системы равноправны. К одноранговым сетям относятся малые сети, где любая рабочая станция может выполнять одновременно функции файлового сервера и рабочей станции.

Архитектура клиент-сервер (client-server architecture) - это концепция информационной сети, в которой основная часть ее ресурсов сосредоточена в серверах, обслуживающих своих клиентов. Рассматриваемая архитектура определяет два типа компонентов:

· Серверы - это объекты, предоставляющие сервис другим объектам сети по их запросам. Сервис - это процесс обслуживания клиентов.

· Клиенты - это рабочие станции, которые используют ресурсы сервера и предоставляют удобные интерфейсы пользователя. Интерфейсы пользователя это процедуры взаимодействия пользователя с системой или сетью. информатика компьютер процессор сеть

Классификация компьютерных сетей по степени географического распространения. Как соединяются между собой устройства сети.

По степени географического распространения сети делятся на локальные, городские, корпоративные, глобальные и др. Локальная сеть (LAN - Local Area NetWork) - сеть, связывающая ряд компьютеров в зоне, ограниченной пределами одной комнаты, здания или предприятия. Глобальная сеть (WAN - World Area NetWork) - сеть, соединяющая компьютеры, удаленные географически на большие расстояния друг от друга. Отличается от локальной более протяженными коммуникациями (спутниковыми, кабельными и др.). Глобальная сеть объединяет локальные сети. Городская сеть (MAN - Metropolitan Area NetWork) - сеть, которая обслуживает информационные потребности большого города.

Для соединения устройств сети используется специальное оборудование:

Ш Сетевые кабели

o коаксиальные, состоящие из двух изолированных между собой концентрических проводников, из которых внешний имеет вид трубки;

o оптоволоконные;

o кабели на витых парах, образованные двумя переплетенными друг с другом проводами, и др.

Ш Коннекторы (соединители) для подключения кабелей к компьютеру, разъемы для соединения отрезков кабеля.

Ш Сетевые интерфейсные адаптеры для приема и передачи данных. В соответствии с определенным протоколом управляют доступом к среде передачи данных. Размещаются в системных блоках компьютеров, подключенных к сети. К разъемам адаптеров подключается сетевой кабель.

Ш Трансиверы повышают уровень качества передачи данных по кабелю, отвечают за прием сигналов из сети и обнаружение конфликтов.

Ш Хабы (концентраторы) и коммутирующие хабы (коммутаторы) расширяют топологические, функциональные и скоростные возможности компьютерных сетей. Хаб с набором разнотипных портов позволяет объединять сегменты сетей с различными кабельными системами. К порту хаба можно подключать как отдельный узел сети, так и другой хаб или сегмент кабеля.

Ш Повторители (репитеры) усиливают сигналы, передаваемые по кабелю при его большой длине.

Преимущества работы в сети перед работой на ПЭВМ заключаются в том, что пользователь имеет значительные возможности за счет доступа к ее ресурсам, например, получить информацию (доступную для пользователей сети), находящуюся на других ПЭВМ, подключенных к сети. Имеется возможность воспользоваться мощными ЭВМ для запуска каких-либо программ (удаленный запуск программ), обмениваться информацией с другими пользователями сети. При этом можно сэкономить определенные средства за счет того, что сразу несколько пользователей получат возможность работать с одним общим устройством, например принтером.

Так, для офиса, учебного класса, отдела фирмы гораздо лучше и дешевле купить один дорогой, но хороший и быстродействующий принтер и использовать его как сетевой, чем к каждому компьютеру покупать дешевые, но плохие принтеры.

При организации связи между двумя компьютерами часто за одним компьютером закрепляется роль поставщика ресурсов (программ, данных и т. д.), а за другим - роль пользователя данных ресурсов. В этом случае первый компьютер называется сервером, а второй - клиентом или рабочей станцией, работающей под управлением специального программного обеспечения.

Сервер (англ, serve - обслуживать) - это высокопроизводительный компьютер с большим объемом внешней памяти, который обеспечивает обслуживание других компьютеров путем управления распределением дорогостоящих ресурсов совместного пользования (программ, данных и периферийного оборудования).

Клиент (рабочая станция) - любой компьютер, имеющий доступ к услугам сервера. Например, сервером может быть мощный компьютер, на котором размещается центральная база данных, а клиентом - обычный компьютер, программы которого по мере необходимости запрашивают данные с сервера. В некоторых случаях компьютер может быть одновременно и клиентом, и сервером, т. е. предоставлять свои ресурсы и хранимые данные другим компьютерам и в то же время использовать их ресурсы и данные.

Протокол коммуникации - это согласованный набор конкретных правил обмена информацией между разными устройствами передачи данных. Имеются протоколы для скорости передачи, форматов данных, контроля ошибок и др.

Для работы с сетью необходимо наличие специального сетевого программного обеспечения, которое обеспечивает передачу данных в соответствии с заданным протоколом. Протоколы коммуникации предписывают разбить весь объем передаваемых данных на пакеты - блоки фиксированного размера. Пакеты нумеруются, чтобы затем их можно было собрать в правильной последовательности. К данным, содержащимся в пакете, добавляется дополнительная информация следующего формата (рис. 4.1).

получателя

отправителя

контрольной суммы

Рис. 4.1. Формат пакета данных

Контрольная сумма данных пакета содержит информацию, необходимую для контроля ошибок. Первый раз она вычисляется передающим компьютером, второй раз - принимающим компьютером, после того как пакет будет передан. Если значения не совпадают, значит, данные пакета были повреждены при передаче. Такой пакет отбрасывается, и автоматически направляется запрос повторно передать пакет.

При установлении связи устройства обмениваются сигналами для согласования коммуникационных каналов и протоколов. Этот процесс называется подтверждением установления связи.

Архитектура сети - реализованная структура сети передачи данных, определяющая ее топологию, состав устройств и правила их взаимодействия в сети. В рамках архитектуры сети рассматриваются вопросы кодирования информации, ее адресации и передачи, управления потоком сообщений, контроля ошибок и анализа работы сети в аварийных ситуациях и при ухудшении характеристик.

Наиболее распространенные архитектуры:

Ethernet (англ, ether - эфир) - широковещательная сеть, в которой станции сети могут принимать все сообщения. Топология сети линейная или звездообразная, скорость передачи данных 10 или 100 Мбит/с;
Arcnet (Attached Resource Computer Network - компьютерная сеть соединенных ресурсов) - широковещательная сеть. Физическая топология - дерево, скорость передачи данных 2,5 Мбит/с;
Token Ring (эстафетная кольцевая сеть, сеть с передачей маркера) - кольцевая сеть, в которой принцип передачи данных основан на том, что каждый узел кольца ожидает прибытия некоторой короткой уникальной последовательности битов (маркера) из смежного предыдущего узла. Поступление маркера указывает на то, что можно передавать сообщение из данного узла дальше по ходу потока. Скорость передачи данных 4 или 16 Мбит/с;
FDDI (Fiber Distributed Data Interface) - сетевая архитектура высокоскоростной передачи данных по оптоволоконным линиям. Топология - двойное кольцо или смешанная (с включением звездообразных или древовидных подсетей), скорость передачи 100 Мбит/с. Максимальное количество станций в сети - 1000;
ATM (Asynchronous Transfer Mode) - перспективная, дорогая архитектура, обеспечивает передачу цифровых данных, видеоинформации и голоса по одним и тем же линиям, скорость передачи до 2,5 Гбит/с. Линии связи оптические.

Для соединения используется специальное оборудование:

сетевые кабели (коаксиальные, состоящие из двух изолированных между собой концентрических проводников, из которых внешний имеет вид трубки; оптоволоконные; кабели на витых парах, образованные двумя переплетенными друг с другом проводами, и др.);
коннекторы (соединители) для подключения кабелей к компьютеру, разъемы для соединения отрезков кабеля;
сетевые интерфейсные адаптеры для приема и передачи данных. В соответствии с определенным протоколом управляют доступом к среде передачи данных. Размещаются в системных блоках компьютеров, подключенных к сети. К разъемам адаптеров подключается сетевой кабель;
трансиверы повышают уровень качества передачи данных по кабелю, отвечают за прием сигналов из сети и обнаружение конфликтов;
хабы (концентраторы) и коммутирующие хабы (коммутаторы) расширяют топологические, функциональные и скоростные возможности компьютерных сетей. Хаб с набором разнотипных портов позволяет объединять сегменты сетей с различными кабельными системами. К порту хаба можно подключать как отдельный узел сети, так и другой хаб или сегмент кабеля;
повторители (репитеры) усиливают сигналы, передаваемые по кабелю при его большой длине.

Технология «клиент-сервер». Характер взаимодействия компьютеров в локальной сети принято связывать с их функциональным назначением. Как и в случае прямого соединения, в рамках локальных сетей используются понятия «клиент» и «сервер». Технология «клиент-сервер» - это особый способ взаимодействия компьютеров в локальной сети, при котором один из компьютеров (сервер) предоставляет свои ресурсы другому компьютеру (клиенту). В соответствии с этим различают одноранговые и серверные сети.

При одноранговой архитектуре в сети отсутствуют выделенные серверы, каждая рабочая станция может выполнять функции клиента и сервера. В этом случае рабочая станция выделяет часть своих ресурсов в общее пользование всем рабочим станциям сети. Как правило, одноранговые сети создаются на базе одинаковых по мощности компьютеров. Одноранговые сети - достаточно простые в наладке и эксплуатации. В том случае, когда сеть состоит из небольшого числа компьютеров и ее основная функция - обмен информацией между рабочими станциями, одноранговая архитектура является наиболее приемлемым решением (табл. 4.1).

Таблица 4.1. Одноранговые ЛВС и ЛВС с выделенным файловым сервером

В одноранговых ЛВС все рабочие места (компьютеры) обладают одинаковыми возможностями по отношению друг к другу

В ЛВС с выделенным сервером один из компьютеров (сервер) наделяется диспетчерскими функциями. Этот компьютер, как правило, обладает наибольшей производительностью и управляет накопителями на жестких дисках (файловый сервер), поддерживает коллективные периферийные устройства, такие как устройства печати (сервер печати), графопостроители, стримеры, сканеры, модемы и т. п.)

Для ЛВС используются различные типы кабелей, а также ра-диоволновые, инфракрасные и оптические каналы.

Топология вычислительной сети. От конфигурации ЛВС зависит, как размещаются абоненты сети и как они соединяются между собой. Существует несколько конфигураций локальных вычислительных сетей (табл. 4.2).

Таблица 4.2. Топологии локальных вычислительных сетей

Окончание табл. 4.2

Звездообразные ЛВС возникли на основе учрежденческих телефонных сетей с АТС.

В центре звездообразной ЛВС находится центральный коммутатор, который последовательно опрашивает абонентов и предоставляет им право на обмен данными

В кольцевых ЛВС информация передается по замкнутому каналу (кольцу), в большинстве случаев только в одном направлении. Каждый абонент непосредственно связан с двумя соседними абонентами, но «прослушивает» передачу любого абонента сети

Управление сетями. Вычислительные сети имеют те же недостатки, что и ПК в виде автономной системы. Ошибочные включения и выключения какого-либо оборудования, выход за границы области, злоупотребления информацией и (или) манипулирование сетью могут разрушить рабочую систему. Обеспечение надежности функционирования сети входит в обязанности администратора сети, который должен быть всегда информирован о физическом состоянии и производительности сети и вовремя принимать соответствующие решения.

Администратор сети управляет счетами и контролирует права доступа к данным. Для этого в сетях применяется система имен и адресация. Каждый пользователь имеет собственный идентификатор - имя, в соответствии с которым получает ограниченный доступ к сетевым ресурсам и к времени работы в сети. Пользователи, кроме того, могут быть объединены в группы со своими правами и ограничениями. Для предотвращения несанкционированного доступа применяется система паролей.

Один из недостатков одноранговых сетей - наличие распределенных данных и возможность изменения серверных ресурсов каждой рабочей станции - усложняет защиту информации от несанкционированного доступа. Понимая это, разработчики начинают уделять особое внимание вопросам защиты информации в одноранговых сетях. Другой недостаток одноранговых сетей - их низкая производительность. Это объясняется тем, что сетевые ресурсы сосредоточены на рабочих станциях, которым приходится одновременно выполнять функции клиентов и серверов.

В серверных сетях осуществляется четкое разделение функций между компьютерами: одни из них постоянно являются клиентами, а другие - серверами. Учитывая многообразие услуг, предоставляемых компьютерными сетями, существует несколько типов серверов, а именно: сетевой сервер, файловый сервер, сервер печати, почтовый сервер и др.

Сетевой сервер представляет собой специализированный компьютер, ориентированный на выполнение основного объема вычислительных работ и функций по управлению компьютерной сетью. Этот сервер содержит ядро сетевой операционной системы, под управлением которой осуществляется работа всей локальной сети. Сетевой сервер обладает достаточно высоким быстродействием и большим объемом памяти. При подобной сетевой организации функции рабочих станций сводятся к вводу-выводу информации и обмену ею с сетевым сервером.

Термин файловый сервер относится к компьютеру, основная функция которого - хранение, управление и передача файлов данных. Он не обрабатывает и не изменяет сохраняемые и передаваемые им файлы. Сервер может «не знать», является ли файл текстовым документом, графическим изображением или электронной таблицей. В общем случае на файловом сервере могут даже отсутствовать клавиатура и монитор. Все изменения в файлах данных осуществляются с клиентских рабочих станций. Для этого клиенты считывают файлы данных с файлового сервера, проводят необходимые изменения данных и возвращают их на файловый сервер. Подобная организация наиболее эффективна при работе большого количества пользователей с общей базой данных. В рамках больших сетей могут одновременно использоваться несколько файловых серверов.

Сервер печати (принт-сервер) представляет собой печатающее устройство, которое с помощью сетевого адаптера подключается к передающей среде. Сервер печати работает независимо от других сетевых устройств, обслуживает заявки на печать от всех серверов и рабочих станций. В качестве серверов печати используются специальные высокопроизводительные принтеры.

При высокой интенсивности обмена данными с глобальными сетями в рамках локальных сетей выделяются почтовые серверы , с помощью которых обрабатываются сообщения электронной почты.