Локальные, отраслевые и региональные компьютерные сети

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 8Следующая ⇒

Протоколы

В сеть Интернет входят миллионы ПК и сетей ПК, работающих под управлением разных операционных систем, с разными форматами данных, на разных аппаратных платформах. Однако при обмене информацией все ПК должны пользоваться едиными соглашениями (протоколами).
Протоколы - это стандарты, определяющие формы представления и способы пересылки сообщений, процедуры их интерпретации, правила совместной работы различного оборудования в сетях.
Понятие “протокол” непривычно для начинающего пользователя и, по-видимому, требует разъяснения. На самом деле в этом понятии нет ничего страшного, каждый человек использует различные протоколы каждый день. Например, предположим, вам нужно ночью получить информацию с помощью телевизора. Вы открываете дверь (протокол №1), включаете свет (протокол №2), проходите в комнату и включаете телевизор (протокол №3). Вот она - вожделённая информация - вы можете любоваться на экране тюбиком со своей любимой зубной пастой, перебиваемую врезками из новостей, кинофильмов и других передач!
Вы, очевидно, заметили, что протоколы надстраиваются один над другим, то есть перед тем, как выполнить действия по протоколу №3, были выполнены протоколы №1 и №2. При подключении к телекоммуникационной сети используется множество протоколов: для передачи электронных сообщений, для автоматического набора номера, для сжатия данных и другие.

Следует различать два типа протоколов Интернет:
• Базовые, отвечающие за физическую пересылку электронных сообщений между ПК (протоколы IP, TCP). Протокол TCP (протокол управления передачей – Transmission Control Protocol) разбивает исходное сообщение на несколько небольших фрагментов – пакетов. Каждый пакет снабжается заголовком, который содержит служебную информацию (адрес отправителя и получателя, идентификатор сообщения, номер пакета). Каждый пакет – до 1500 символов информации. Ответственность за доставку отдельного пакета по заданному адресу несёт IP протокол (Internet Protocol). Как бы каждый пакет помещается в конверт TCP, а конверт TCP в свою очередь помещается в конверт IP и передаётся в сеть. Пакет попадает на узел провайдера, где специальные программы, пользуясь таблицами маршрутизации, выбирают дальнейший маршрут следования. При этом разные пакеты одного и того же исходного сообщения могут дойти до адресата по разным маршрутам, через разные узлы Интернета. На принимающей стороне программное обеспечение протокола ТСР собирает конверты, извлекает из них информационные пакеты и располагает их в правильном порядке. Если каких-нибудь конвертов нет, программа просит отправителя передать их ещё раз. Все эти процессы идут со скоростью около 300000 км/с и сообщение доходит по времени от нескольких секунд до нескольких минут и даже часов.
• Прикладные протоколы, отвечающие за передачу файлов (FTP), гипертекстовых сообщений (НТТР), новостей (NNTP), протоколы электронной почты (SMTP, POP3, IMAP4), протокол для передачи живого звука (UDP) и другие.
Компьютер не может работать в сети, если на нём не установлена поддержка TCP/ IP, однако часть прикладных протоколов на вашем ПК в принципе может отсутствовать.

Серверы сети

Есть разные виды серверов: файловые, серверы баз данных, телекоммуникационные серверы, серверы для проведения математических расчетов.
Технология обработки информации в сети “клиент–сервер” сегодня весьма популярная и чрезвычайно перспективная. В методологии “клиент – сервер” предполагается глубокое разделение функций компьютеров в сети.
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 передаёт задачу ему, становясь, в свою очередь, клиентом, но не информируя об этом без нужды начального клиента. Клиентом может быть весьма мощный компьютер, который в силу своих возможностей решает задачи самостоятельно.
Работу сервера обеспечивает специальная сетевая программа, которая ведет диалог с пользователями и поддерживает все действующие в сети протоколы связи. Сегодня в мире используются десятки сетевых программ, имеющих различный пользовательский интерфейс. Поэтому в каждой сети надо осваивать принятые здесь технические правила работы, соглашения о способах адресации корреспонденции и т. п.
Сервер сети, отвечая на телефонный звонок компьютера абонента, работает в одном из двух режимов: on-line (оператор на линии) или off-line (без оператора). Абонент, используя специальную коммуникационную программу и связываясь через свой компьютер с сервером, работающим в режиме on-line, получает возможность во время сеанса связи давать серверу определённые команды: просмотр разделов сервера, получение файлов с сервера на компьютер абонента, передачу файлов с компьютера абонента на сервер. Связываясь с сервером, работающим в режиме off-line, абонент не имеет возможности непосредственно работать с сервером: коммуникационная программа автоматически производит обмен информацией с сервером и прекращает сеанс связи.

Серверы сети обмениваются информацией между собой, поэтому абонент, подключённый к какому-либо одному серверу сети, имеет возможность обмениваться информацией с любым другим абонентом, подключённым к сети. Так как большинство сетей имеют между собой шлюзы (средства обмена информацией между серверами различных сетей) и тем самым входят в мировое содружество сетей, абонент получает возможность обмениваться информацией с любым абонентом, подключённым к любой сети.
Проиллюстрируем сказанное на примере упрощённой схемы: <>

Структура сети такова, что каждый сервер имеет по отношению к себе вышестоящий сервер, с которым и обменивается информацией. Так серверы D и Е обмениваются информацией с серверами А и В соответственно. А серверы А, В, С обмениваются информацией с сервером N. Сервер же N имеет шлюз в мировое содружество сетей, включая наиболее распространённые в России сети: Relcom, GlasNet и др.
Компьютерные сети и сетевые технологии обработки информации стали основой для построения современных информационных систем. Компьютер ныне следует рассматривать не как отдельное устройство обработки, а как “окно” в компьютерные сети, средство коммуникаций с сетевыми ресурсами и другими пользователями сетей.
Благодаря компьютерным телекоммуникациям стало реально дистанционное обучение, когда с помощью компьютерной связи можно из любой точки планеты прослушать лекции лучших преподавателей, получить доступ в ведущие научные лаборатории мира и музеи.

Компьютерная сеть – это объединение нескольких ЭВМ для совместного решения информационных, вычислительных, учебных и других задач.
Одна из первых возникших при развитии вычислительной техники задач, потребовавшая создания сети хотя бы из двух ЭВМ – обеспечение многократно большей, чем могла дать в то время одна машина, надёжности при управлении ответственным процессом в режиме реального времени. Так, при запуске космического аппарата необходимые темпы реакции на внешние события превосходят возможности человека, и выход из строя управляющего компьютера грозит непоправимыми последствиями. В простейшей схеме работу этого компьютера дублирует второй такой же, и при сбое активной машины содержимое её процессора и ОЗУ очень быстро сбрасывается на вторую, которая подхватывает управление (в реальных системах всё, конечно, происходит существенно сложнее).
Приведём примеры других, очень разнородных, ситуаций, в которых объединение нескольких ЭВМ необходимо:
- В простейшем, учебном компьютерном классе, допустим, один из ПК – рабочее место преподавателя – имеет доступные для общего пользования обучающие программы и учебно-информационные файлы, а также принтер, с помощью которого можно распечатывать тексты. Для обмена информацией между рабочим местом преподавателя и рабочими местами учеников нужна сеть.
- Для продажи железнодорожных или авиационных билетов, в которой одновременно участвуют сотни кассиров по всей стране, нужна сеть, связывающая сотни ЭВМ и выносных терминалов на пунктах продажи билетов.

Сегодня существует множество компьютерных баз и банков данных по самым разным аспектам человеческой деятельности. Для доступа к хранимой в них информации нужна компьютерная сеть. Сети ЭВМ врываются в жизнь людей, как в профессиональную деятельность, так и в быт самым неожиданным и массовым образом. Знания о сетях и навыки работы в них становятся необходимыми множеству людей.
Сети бывают локальные, отраслевые, региональные и глобальные. Принципы функционирования различных электронных сетей примерно одинаковы. В большинстве случаев сети строятся на основе нескольких мощных компьютеров - серверов. К серверам глобальной сети обычно подключены серверы и соответственно сети второго порядка (региональные), третьего порядка (отраслевые или корпоративные), четвертого порядка (локальные), а к ним - пользователи отдельных компьютеров - абоненты сети. Заметим, что сети не всех промежуточных уровней (например, отраслевые) обязательны.
Локальные компьютерные (вычислительные) сети (ЛВС) - это коммуникационная система, которая (как видно из названия) охватывает относительно небольшие расстояния. Обычно ЛВС ограничена офисом, кабинетом информатики, одним зданием. Наиболее распространены локальные сети из 3-12 персональных компьютеров, различных запоминающих устройств, печатающих и других специализированных периферийных устройств. Локальные сети (ЛВС) объединяют относительно небольшое число компьютеров в пределах одного помещения (учебный компьютерный класс), здания или учреждения (например, школы). Традиционное название – локальная вычислительная сеть – скорее дань тем временам, когда сети в основном использовались для решения вычислительных задач; сегодня же в 99 % случаев речь идёт исключительно об обмене информацией в виде текстов, графических и видео-образов, числовых массивов. Полезность ЛВС объясняется тем, что от 60% до 90% необходимой учреждению информации циркулирует внутри него, не нуждаясь в выходе наружу.
Архитектура клиент-сервер может использоваться как в одноранговых локальных сетях, так и в сетях с выделенным сервером.
Одноранговая сеть – сеть, в которой нет единого центра управления взаимодействием рабочих станций и нет единого устройства для хранения данных. Сетевая операционная система распределена по всем рабочим станциям. Каждая станция сети может выполнять функции как клиента, так и сервера. Она может обслуживать запросы от других рабочих станций и направлять свои запросы на обслуживание в сеть. Пользователю сети могут быть доступны все устройства, подключённые к другим станциям (диски, принтеры).

Достоинства одноранговых сетей:
• низкая стоимость;
• высокая надёжность.
Недостатки одноранговых сетей:
• зависимость эффективности работы от количества станций;
• сложность обеспечения защиты информации;
• трудности обновления и изменения программного обеспечения станций.
В сетях с выделенным серверомсервером один из компьютеров выполняет функции хранения данных, предназначенных для использования всеми рабочими станциями, управления взаимодействием между рабочими станциями и ряд сервисных функций. Такой компьютер – сервер. Взаимодействие осуществляется через сервер.
Достоинства сетей c выделенным сервером:
• надёжная система защиты информации;
• высокое быстродействие;
• отсутствие ограничений на число рабочих станций;
• простота управления по сравнению с одноранговыми сетями.
Недостатки сетей c выделенным сервером:
• более высокая стоимость, т.к. нужно выделять один компьютер под сервер;
• меньшая гибкость по сравнению с одноранговыми сетями.
ЛВС должны быть легко адаптируемы, т.е. иметь гибкую архитектуру, которая позволяет произвольно располагать рабочие места, добавлять или переставлять персональные компьютеры или периферийные устройства. В хорошо организованной сети сбой, поломка одной из составных частей не влияет на работу остальных.
Большое влияние на развитие ЛВС оказало создание автоматизированных систем управления предприятиями (АСУ). АСУ включают несколько автоматизированных рабочих мест (АРМ), измерительных комплексов, пунктов управления. Другое важнейшее поле деятельности, в котором ЛВС доказали свою эффективность – создание классов учебной вычислительной техники (КУВТ). Благодаря относительно небольшим длинам линий связи по ЛВС можно передавать информацию в цифровом виде с высокой скоростью передачи.

Составные части ЛВС:

1.Рабочие станции - персональные компьютеры-абоненты (ПК)
2.Кабель
3.Сетевая интерфейсная плата (в ПК)
4.Сервер сети
5.Центральное запоминающее устройство

Рабочие станции и каждое устройство в сети подключены к кабелю передачи данных, именно поэтому возможен обмен информацией между ними. ЛВС могут работать с разными типами кабелей - от двужильных телефонных до оптоволоконных, позволяющих повысить качество и скорость передачи данных. Волоконно-оптические кабели передают данные в виде световых импульсов по стеклянным «проводам». Большинство систем локальных сетей в настоящее время поддерживает волоконно-оптическое кабельное соединение. Волоконно-оптический кабель обладает существенными преимуществами по сравнению с любыми вариантами медного кабеля. Волоконно-оптические кабели обеспечивают наивысшую скорость передачи; они более надёжны, так как не подвержены потерям информационных пакетов из-за электромагнитных помех. Оптический кабель очень тонок и гибок, что делает его транспортировку более удобной по сравнению с более тяжёлым медным кабелем.
Существует беспроводная связь на радиоволнах СВЧ. Она может использоваться для организации сетей в пределах больших помещений типа ангаров или павильонов, там, где использование обычных линий связи затруднено или нецелесообразно. Кроме того, беспроводные линии могут связывать удалённые сегменты локальных сетей на расстояниях 3-5 км (с антенной типа волновой канал) и 25 км (с направленной параболической антенной) при условии прямой видимости. Организация беспроводной сети существенно дороже обычной.
Для связи компьютеров с помощью линий связи ЛВС требуются адаптеры сети (или, как их иногда называют, сетевые интерфейсные платы). Самыми известными являются адаптеры следующих трёх типов:
• ArcNet;
• Token Ring;
• Ethernet.

Из них последние получили в России подавляющее распространение.
Адаптер сети вставляется непосредственно в свободный слот материнской платы персонального компьютера и к нему на задней панели системного блока подстыковывается линия связи ЛВС. Адаптер, в зависимости от своего типа, реализует ту или иную стратегию доступа от одного компьютера к другому.
Центральное запоминающее устройство ЛВС - жесткий магнитный диск, содержит программы и данные, к которым допустим совместный доступ пользователей сети. Одна сеть может иметь несколько таких дисков, что позволяет, например, хранить базу данных большого объема, распределенную на нескольких дисках.
Таким образом, ЛВС представима как система общего доступа к различным устройствам с возможностью коммуникации (связи) внутри нее, допускающая через подключение ЛВС к сетям другого уровня общение с другими ЛВС и персональными компьютерами.
ЛВС в зависимости от назначения и технических решений могут иметь различные конфигурации: кольцевую, звездообразную (радиальную) и шинную.

<>

В сети кольцевой топологии абоненты связываются через повторители сигналов, соединённые в кольцо. Каждое сообщение имеет адрес получателя, который распознаётся с помощью повторителей. Данный тип сети имеет существенный недостаток: при выходе из строя повторителя выходит из строя связь с абонентом или вообще вся сеть.
В сети звездообразной топологии каждый абонент, посылающий или принимающий информацию, соединён с центральным узлом, который разрешает установление контактов с абонентами. По окончании обмена один из абонентов запрашивает у центрального узла разъединения. Недостатком такой сети является случай с отказом центрального узла. Это вызовет отказ всей сети. Совокупность звездообразных сетей порождает древовидную топологию сети.
Кольцевые и звездообразные локальные сети (ЛС) используются чаще всего в учебных заведениях. В крупных ЛС предприятий и учреждений чаще всего используется шинная топология.
Отраслевая (корпоративная) сеть может объединять тысячи и десятки тысяч компьютеров, размещённых в различных странах и городах (например, сеть корпорации Microsoft, MSN).
В каждой корпоративной и региональной сети должен быть, по крайней мере, один сервер с постоянным подключением к Интернет с помощью линии связи с высокой пропускной способностью. В качестве таких «магистральных» линий связи обычно используются оптоволоконные или спутниковые линии с пропускной способностью от 1 до 100 Мбит/с.
Можно утверждать, что компьютерные сети служат объединению людей всего земного шара.

Познавательные статьи:



Техника прыжка в длину с разбега

Организация работы процедурного кабинета

Области применения синхронных машин

Оптимизация по Винеру и Калману