Раздел 9. Компьютерные сети

9.1 Локальная сеть. Основные понятия

Компьютерная сеть ––совокупность компьютеров и периферийного оборудования, объединенных между собой каналами связи.

Назначение компьютерных сетей:

– обеспечение совместного использования аппаратных и программных ресурсов сети;

– обеспечение совместного доступа к ресурсам данных.

Компьютерные вычислительные сети чаще всего подразделяются на два вида: локальные и глобальные. Существуют корпоративные сети, которым присущи одновременно свойства и локальных и глобальных сетей.

При классификации сетей можно считать, что если организация является собственником линии связи (при этом канал связи является высокоскоростным), то это локальная сеть. Если же организация арендует низкоскоростные каналы связи (например, спутниковую связь), то это глобальная сеть.

Основные группы устройств в сети:

Сервер - компьютер, подключенный к сети и обеспечивающий ее пользователей определенными услугами. Серверы могут осуществлять хранение данных, управление базами данных, удаленную обработку заданий, печать заданий и ряд других функций. Сервер - источник ресурсов сети.

Рабочая станция - персональный компьютер, подключенный к сети, через который пользователь получает доступ к ее ресурсам. Рабочая станция функционирует как в сетевом, так и в локальном режимах. Она может быть оснащена собственной операционной системой.

Файл-сервер хранит данные пользователей сети и обеспечивает им доступ к этим данным. Это компьютер с большой емкостью оперативной памяти, жесткими дисками большой емкости и дополнительными накопителями на магнитной ленте (стримерами). Функции файл-сервера: хранение данных, архивирование данных, синхронизацию изменений данных различными пользователями, передачу данных. Он работает под управлением специальной операционной системы, которая обеспечивает одновременный доступ пользователей сети к расположенным на нем данным.

Компьютерные сети реализуют распределенную обработку данных, которая распределяется между сервером и клиентом.

Клиент - задача, рабочая станция или пользователь компьютерной сети.

Для работы в глобальной сети по аналоговым каналам и для связи удаленных компьютеров через телефонную линию используется модем.

Модем –– устройство, которое на стороне передатчика обеспечивает преобразование цифрового сигнала компьютера в модулированный аналоговый сигнал, а на стороне приемника выполняет обратное преобразование сигналов.

Скорость передачи информации измеряется в битах в секунду (килобитах в секунду и т.д.). Наименьшая системная единица измерения скорости передачи информации - 1 бит/с. Иногда используется неузаконенная внесистемная единица –– бод. При скорости 1 бод в канал связи передается один импульс каждую секунду, т.е. один бит.

Передача каждого символа осуществляется с помощью 10 битов (8 битов требуется для передачи символа и 2 бита служебных –– стартовый и стоповый).

9.2 Топология и состав локальной вычислительной сети

Локальная вычислительная сеть (ЛВС) объединяет небольшое количество компьютеров (обычно до 100), имеет небольшую протяженность (до 10 км), существует в рамках одной организации или предприятия, характеризуется высокой скоростью передачи информации и низким уровнем ошибок.

Сети характеризуются структурой (топологией). Структура ЛВС - определенный способ (конфигурация) соединения ЭВМ линиями связи. Известны следующие структуры: шинная, кольцевая, древовидная, звездная, полносвязная, смешанная.

Шинная структура имеет общедоступную линию связи, в качестве которой используется витая пара проводов, коаксиальный или оптоволоконный кабель. Достоинства: низкая стоимость подключения новых ЭВМ, простота управления, высокая гибкость, простота расширения. Недостатки: низкая надежность (при отказе канала передачи данных из строя выходит вся сеть); требует специального программного обеспечения для одновременной передачи информации между несколькими машинами по одному каналу.

Кольцевая структура - сети ЭВМ последовательно соединены друг с другом однонаправленной замкнутой линией связи. Информация, передаваемая по кольцу, регенерируется в каждой ЭВМ. Особенности: требует более сложного управления, включение новой ЭВМ приводит к временному разрыву кольца и прекращению работы в сети.

Древовидная структура. На верхнем уровне сети находится главный компьютер (сервер). Ему подчинены компьютеры следующего уровня и т.д. Достоинства: надежность, т.к. отказ одного компьютера приводит лишь к отказу одной ветви.

Звездная структура предполагает наличие центрального компьютера (сервера), с которым связаны остальные ЭВМ (рабочие станции, клиенты). Сервер управляет сетью, определяет маршрут передачи сообщений. По сравнению с шинной, ее применение требует больших затрат на прокладку линий связи.

Полносвязная структура. Сеть наиболее дорогая, но самая надежная, поскольку при отказе какой-либо линии связи информация может быть направлена в обход.

Каждый компьютер в составе ЛВС должен иметь следующие компоненты: сетевой адаптер (карту) и сетевую операционную систему (сетевые программы). Функция сетевого адаптера - передача и прием сигналов, циркулирующим по кабелям связи.

Способы связи компьютеров в ЛВС:

- Кабель на неэкранированной витой паре (UTP). В настоящее время получил наибольшее распространение. Максимальное расстояние, на котором могут быть расположены компьютеры, соединенные с помощью UTP, - 300 м. Скорость передачи информации - от 10 до 155 Мбит/с.

- Кабель на экранированных витых парах (STP). Передача информации со скоростью 16 Мбит/с на расстояние до 90 м. STP дороже по сравнению с UTP, но обеспечивают лучшую помехозащищенность к электромагнитному излучению.

- Коаксиальный кабель. Хорошо защищен от электромагнитного излучения. Передача информации на расстояния до 2000 м со скоростью 2–44 Мбит/с.

- Волоконно-оптические кабели. Расстояние до 10 км со скоростью до 100 Гбит/с. Средой для передачи информации служит оптоволокно - тонкую нить из стекла (или пластика). Приходится преобразовывать электрический сигнал в световой сигнал и наоборот.

- Беспроводные ЛВС с инфракрасными или радиоволновыми линиями связи.

Типы ЛВС:

1. Одноранговые (децентрализованные). Любая рабочая станция в одноранговой сети может выступать по отношению к другой как клиент или как сервер.

Достоинства: низкая стоимость, высокая надежность; недостатки: зависимость эффективности от количества станций, сложность управления, сложность обеспечения защиты информации, трудности обновления и изменения программного обеспечения станций)

2. С выделенными серверами (централизованные). Все клиенты общаются с центральным сервером.

Пример локальной централизованной компьютерной сети с шинной топологией (сервер обеспечивает пользователям на остальных машинах (рабочих станциях) доступ к информации на дисковых накопителях, принтеру и выход к другим вычислительным системам через линию связи):

Достоинства: надежная система защиты информации, высокое быстродействие, отсутствие ограничений на число рабочих станций, простота управления; недостатки: высокая стоимость из-за выделения одного компьютера под сервер; зависимость быстродействия и надежности от сервера; меньшая гибкость по сравнению с одноранговой.

Сетевое программное обеспечение

На каждом компьютере, входящем в сеть, должна быть установлена сетевая операционная система. Все современные операционные системы (Novell, UNIX, Windows NT/98/2000) обеспечивают работу в локальных сетях.

Чтобы пользоваться ресурсами других компьютеров при включении компьютера в сеть необходимо, чтобы:

1) на компьютерах, ресурсы которых должны быть доступны всем пользователям сети, были установлены программные модули –– серверы. Такие модули обычно входят в состав операционной системы. Задача серверов - обслуживание запросов на доступ к ресурсам своего компьютера;

2) на компьютерах, пользователи которых должны получить доступ к ресурсам других компьютеров, были установлены программные модули –– клиенты. Они вырабатывают запросы и передают их на нужный компьютер. Сетевые адаптеры в системе клиент-сервер передают сообщения с запросами и ответами от одного компьютера к другому.