ТЕМА 3. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЯХ Если два и более компьютера информационно соединены между собой с помощью взаимосвязанных каналов передачи данных, то такое соединение называется компьютерной сетью. Компьютер в сети называют узлом, или рабочей станцией. Узел, работающий в режиме приема информации, называют клиентом, а узел, работающий в качестве источника информации, называют сервером. В сетях реализуется архитектура «Клиент-Сервер», где Клиент – потребитель информации, а Сервер – источник информации. 3.1. Классификация компьютерных сетей Компьютерные сети весьма разнообразны по назначению, составу оборудования, программному обеспечению и функциональным возможностям. 1. По степени охвата территории сети делятся на локальные ( т.е. рассредоточенные на сравнительно небольшой территории в радиусе нескольких километров), региональные (в радиусе региона) и глобальные (рассредоточенные на огромной территории – например, Европейская сеть, Мировая сеть) В основном локальная сеть формируется в пределах одной организации, предприятия или их подразделений и предназначается для сбора, передачи и обработки информации в рамках данной организации (предприятия). Структурно локальную сеть можно представить в виде множества абонентских систем (рабочих мест или станций), объединенных высокоскоростными каналами передачи данных (передающей средой). Подключение станций к передающей среде осуществляется с помощью сетевых адаптеров, основным назначением которых является обеспечение взаимодействия абонентских систем в рамках локальной сети. С этой целью адаптеры выполняют ряд функций, одна часть которых не зависит от типа и характера сети, а другая определяется конкретным типом сети. К первым относятся функции по согласованию станций с передающей средой, а именно: преобразование последовательных кодов в параллельные, согласование уровней сигналов и скоростей обмена и т. п. Ко вторым можно отнести кодирование информации и организацию доступа к передающей среде. Конструктивно адаптер может быть реализован в виде платы, встраиваемой в системный блок компьютера, или представлять собой автономное устройство. Собственно, наличие высокоскоростных каналов передачи до недавнего времени и являлось основной отличительной особенностью локальных сетей. 2. 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 на предоставление информационного обслуживания по запросам пользователей. Информационно-вычислительные (смешанные) сети объединяют функции вычислительных и информационных сетей. 3. По целевому назначению различают компьютерные сети общего пользования (универсальные), обслуживающие круг разнообразных пользователей, и специализированные сети. К последним относятся сети управления производством и учрежденческие сети. В настоящее время утвердилось понятие частных компьютерных сетей, которые представляют собой компьютерные сети отдельных компаний или фирм. 4. По типу используемых компьютеров различают однородные (гомогенные) компьютерные сети, содержащие программно-совместимые компьютеры, и неоднородные (гетерогенные), включающие в свой состав программно-несовместимые компьютеры. Однородными являются локальные вычислительные сети. В свою очередь, сложно найти однородную глобальную компьютерную сеть. 5. По области использования в качестве автоматизированных систем обработки информации компьютерные сети могут применяться: - в промышленности для планирования и управления в рамках предприятий, объединений, отраслей; - на транспорте для планирования и управления производственным процессом, например воздушным движением, - для резервирования продажи билетов на транспортные средства; - в банковско-финансовой деятельности для различных финансовых расчетов; - научно-исследовательской и проектно-конструкторской деятельности и т.д. 6. В зависимости от способа 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. 7. По иерархичности сети делятся на одноранговые и сети с выделенным сервером. В одноранговых сетях все компьютеры (узлы) равноправны, в них нет иерархии среди компьютеров и нет выделенного сервера. Как правило, каждый узел функционирует и как клиент, и как сервер; иначе говоря, нет отдельного компьютера, ответственного за администрирование всей сети (нет иерархии). Все пользователи самостоятельно решают, какие данные на своем компьютере сделать общедоступными по сети. К недостаткам одноранговых сетей можно отнести низкий уровень защиты информации, зависимость эффективности работы сети от количества узлов: если к сети подключено более 10 пользователей, то одноранговая сеть, где все узлы выступают в роли и клиентов, и серверов, может оказаться недостаточно производительной. Поэтому большинство современных сетей использует выделенные серверы. В сетях с выделенным сервером все узлы функционируют в режиме клиента, а источником информации становится отдельно выделенный узел (Сервер), т.е. такие сети строятся по иерархическому принципу. Выделенным называется такой узел, который функционирует только как сервер (исключая функции клиента или рабочей станции). К преимуществам сетей с выделенным сервером можно отнести высокую степень защиты информации. Однако в таких сетях существует зависимость работы всей системы от состояния сервера. Кроме того, сервер достаточно дорогой по стоимости и обслуживанию. Сети на основе сервера стали промышленным стандартом, и именно они будут приводиться обычно в качестве примеров. Круг задач, которые должны выполнять серверы, многообразен и сложен. Чтобы приспособиться к возрастающим потребностям пользователей, серверы в больших сетях специализируются. Например: Файл-серверы и принт-серверы. Файл-серверы и принт-серверы управляют доступом пользователей соответственно к файлам и принтерам. Файл-сервер предназначен для хранения файлов и данных, а также предоставления доступа пользователям к ним. Серверы приложений. На серверах приложений выполняются прикладные части клиентсерверных приложений, а также находятся данные, доступные клиентам. Например, чтобы упростить извлечение данных, серверы хранят большие объемы информации в структурированном виде. Эти серверы отличаются от файл- и принт-серверов. В последних файл или данные целиком копируются на запрашивающий компьютер. А в сервере приложений на запрашивающий компьютер пересылаются только результаты запроса. Приложение-клиент на удаленном компьютере получает доступ к данным, хранимым на сервере приложений. Однако вместо всей базы данных на Ваш компьютер с сервера загружаются только результаты запроса. Почтовые серверы. Почтовые серверы управляют передачей электронных сообщений между пользователями сети. Коммуникационные серверы (серверы удаленного доступа). Коммуникационные серверы управляют потоком данных и почтовых сообщений между этой сетью и другими сетями, мэйнфреймами или удаленными пользователями через сетевые соединения. В современной корпоративной сети использование серверов разных типов приобретает особую актуальность. Необходимо поэтому учитывать все возможные нюансы, которые могут проявиться при разрастании сети с тем, чтобы изменение роли определенного сервера в дальнейшем не отразилось на работе всей сети. 3.2. Топология сетей Топология сетей – это способы соединения отдельных узлов в пределах локальных сетей. По общей конфигурации различают звездообразные, шинные, кольцевые и древовидные топологии Звездообразная локальная сеть (рис. 3.1) характеризуется наличием центрального узла коммутации, к которому (или через который) посылаются все сообщения. Центральным узлом коммутации может служить специальный компьютер — сетевой сервер с функциями коммутации и управления работой всей локальной На сетевой сервер, кроме основных, возлагают дополнительные функции по согласованию скоростей работы станций и преобразованию протоколов обмена, что позволяет в рамках одной сети объединять разнотипные абонентские системы. Сетевой сервер Абонентская система Абонентская система Абонентская система Рис № 3.1. Наряду с определенными преимуществами подобные локальные сети обладают и рядом недостатков. Например, при подключении большого числа абонентских систем поддержание высокой скорости коммутации требует значительных аппаратных затрат. Кроме того, значительная функциональная нагрузка центрального узла определяет его сложность, что естественно сказывается на его надежности. В связи с этим в большинстве современных звездообразных сетей функции коммутации абонентских систем и управления сетью разделены между коммутатором и сетевым сервером (рис. 3.2). Последний подключается к коммутатору как абонентская система, но с максимальным приоритетом. Сетевой сервер Коммутатор Абонентская система Абонентская система Абонентская система Рис. № 3.2. В локальных сетях с шинной топологией (рис. 3.3) все абонентские системы через сетевые адаптеры подключаются к общей магистрали (шине). В качестве передающей среды чаще всего выступает коаксиальный кабель (т.е. двухпроводная линия связи, в которой один проводник находится внутри другого). В процессе работы сети информация от передающей абонентской системы поступает на адаптеры всех абонентских систем, однако воспринимается только адаптером той системы, которой она адресована. Абонентская система Абонентская система Абонентская система Т Т Абонентская система Абонентская система Абонентская система Рис. № 3.3. Кольцевая локальная сеть (рис. 3.4) характеризуется наличием замкнутого однонаправленного канала передачи данных в кольца или петли. В этом случае информация передается последовательно между адаптерами абонентских систем до тех пор, пока не будет принята получателем и затем удалена из сети. За удаление информации из сети отвечает ее отправитель. Управление работой кольцевой сети осуществляется либо централизованно с помощью специальной мониторной станции, либо децентрализованно за счет распределения функций управления между всеми абонентскими системами. Один из существенных недостатков кольцевых сетей — выход их из строя при разрыве кольца. Он, как правило, устраняется за счет использования «двойного» кольца. Для этого в состав сети включают дополнительные линии связи и устройства реконфигурации, которые представляют собой специальные переключательные устройства, простые и надежные. Абонентская система Абонентская система Абонентская система Абонентская система Абонентская система Абонентская система Рис. № 3.4. Следует обратить внимание на то, что звездообразные, шинные и кольцевые сетевые топологии были характерны для первых локальных сетей. Современные же локальные высокоскоростные компьютерные сети широко используют древовидную топологию (рис. 3.5). По сравнению с шинными и кольцевыми сетями локальные древовидные сети обладают более высокой живучестью. Отключение или выход из строя одной из линий или коммутатора, как правило, не оказывает существенного влияния на работоспособность оставшейся части локальной сети. Кроме того, одна из причин широкого использования сетей с древовидной топологией состоит в том, что эта структура более всего соответствует структуре информационных потоков между абонентами сети. Сетевой сервер Концентратор Концентратор Концентратор Абонентская система Концентратор Абонентская система Абонентская система Абонентская система Абонентская система Рис. № 3.5. Контрольные вопросы 1. Что такое компьютерная сеть? 2. Как различаются сети по функциональному назначению? 3. Как различаются сети по степени охвата территории? 4. Какие сети называются гомогенными и гетерогенными? 5. Что такое топология сетей? 6. Опишите круговую и шинную топологию. 7. Чем характеризуется звездообразная сеть? 8. Какие особенности имеет древовидная топология? 9. Охарактеризуйте одноранговые сети. 10. Охарактеризуйте сети с выделенным сервером. 11. Перечислите виды серверов. 12. Что такое мэйнфреймы?
