Локальные и глобальные сети ЭВМ

Современное управление требует высоких скоростей обработки информации, удобных форм ее хранения и передачи. Необходимо также иметь динамичные способы обращения к информации, способы поиска данных в заданные временные интервалы. Управление крупномасштабными проектами требует участия в этом процессе достаточно крупных коллективов. Такие коллективы могут располагаться в различных районах города, в различных регионах страны и даже в различных странах.

Для решения задач управления, обеспечивающих реализацию выработанной стратегии, становятся важными и актуальными скорость и удобство обмена информацией, а также возможность тесного взаимодействия всех участвующих в процессе выработки управленческих решений.

Компьютерные сети, назначение и состав

Компьютерная (вычислительная) сеть – совокупность компьютеров и терминалов, соединенных с помощью каналов связи в единую систему, удовлетворяющую требованиям распределенной обработки данных (рис. 3.4).

Рис. 3.4. Компьютерная (вычислительная) сеть

В зависимости от удаленности компьютеров сети условно разделяют на локальные, региональные и глобальные.

В локальных вычислительных сетях (ЛВС) компьютеры расположены на расстоянии до нескольких километров и обычно соединены при помощи скоростных линий связи (не исключается случай соединения компьютеров и с помощью низкоскоростных телефонных линий). ЛВС обычно развертываются в рамках некоторой организации (корпорации, учреждения). Поэтому их иногда называют корпоративными системами или сетями. Компьютеры при этом, как правило, находятся в пределах одного помещения, здания или соседних зданий.

Если сеть охватывает целый город, то она является региональной вычислительной сетью (РВС). РВС имеют много общего с ЛВС, но они по многим параметрам сложнее последних. Например, помимо обмена данными и голосового обмена, РВС могут передавать видео- и аудиоинформацию.

РВС разработаны для поддержки больших расстояний, чем ЛВС. Они могут использоваться для связывания нескольких ЛВС вместе в высокоскоростные интегрированные сетевые системы. РВС сочетают лучшие характеристики ЛВС (низкий уровень ошибок, высокая скорость передачи) с большей географической протяженностью.

Глобальная вычислительная сеть. Если сеть распространяется на широкие области, такие, как страны, она называется глобальной вычислительной сетью (ГВС). Коммуникации по ГВС осуществляются посредством телефонных линий, спутниковой связи или наземных микроволновых систем. ГВС, зачастую, создаются путем объединения ЛВС и РВС. Фактически, объединение изолированных ЛВС и РВС в форму ГВС является современной тенденцией в области сетей. Поскольку ГВС, как правило, включают объединение многих ЛВС и РВС, то они часто представляют собой конгломерат различных технологий.

По сравнению с ЛВС большинство ГВС отличают медленная скорость передачи и более высокий уровень ошибок. Новые технологии в области ГВС призваны разрешить эти проблемы.

Глобальная сеть может включать другие глобальные сети, локальные сети, а также отдельно подключаемые к ней компьютеры (удаленные компьютеры) или отдельно подключаемые устройства ввода-вывода.

Независимо от того, в какой сети работает некоторый компьютер, функции установленного на нем программного обеспечения условно можно разделить на две группы: управление ресурсами самого компьютера (в том числе и в интересах решения задач для других компьютеров) и управление обменом с другими компьютерами (сетевые функции).

Собственными ресурсами компьютера традиционно управляет операционная система (ОС). Функции сетевого управления реализует сетевое программное обеспечение (ПО), которое может быть выполнено как в виде отдельных пакетов сетевых программ, так и в виде сетевой ОС.

Архитектура сети ЭВМ определяет принципы построения и функционирования аппаратного и программного обеспечения элементов сети.

Основными аппаратными компонентами сети ЭВМ являются:

- рабочие станции;

- серверы;

- линии связи.

Рабочие станции (PC) – это, как правило, персональные ЭВМ, которые являются рабочими местами пользователей сети. Требования, предъявляемые к PC, определяются характеристиками решаемых в сети задач, принципами организации вычислительного процесса, используемой ОС и некоторыми другими факторами.

Серверы в сети выполняют функции распределения сетевых ресурсов. Обычно его функции возлагают на достаточно мощный ПК, мини-ЭВМ, большую ЭВМ или специальную ЭВМ-сервер. В одной сети может быть один или несколько серверов. Каждый из серверов может быть отдельным или совмещенным с PC. В последнем случае не все, а только часть ресурсов сервера оказывается общедоступной.

При наличии в сети нескольких серверов каждый из них управляет работой подключенных к нему PC. Совокупность компьютеров сервера и относящихся к нему PC часто называют доменом. Иногда в одном домене находится несколько серверов. Обычно один из них является главным, а другие – выполняют роль резерва (на случай отказа главного сервера) или логического расширения основного сервера.

Важнейшими параметрами, которые должны учитываться при выборе компьютера-сервера, являются тип процессора, объем оперативной памяти, тип и объем жесткого диска и тип дискового контроллера. Значения указанных характеристик, так же как и в случае PC, существенно зависят от решаемых задач, организации вычислений в сети, загрузки сети, используемой ОС и других факторов.

Оперативная память в сервере используется не только для собственно выполнения программ, а и для размещения в ней буферов дискового ввода-вывода. Определив оптимально количество и размер буферов, можно существенно ускорить выполнение операций ввода-вывода.

PC и серверы в районе размещения сети соединяются друг с другом посредством линий передачи данных, в роли которых чаще всего выступают кабели. Подключение компьютеров к кабелю осуществляется с помощью интерфейсных плат – сетевых адаптеров. В последнее время стали появляться беспроводные сети, средой передачи данных в которых является радиоканал. В подобных сетях компьютеры устанавливаются на небольших расстояниях друг от друга: в пределах одного или нескольких соседних помещений.

Виды компьютерных сетей

Конфигурация соединения элементов в сеть (топология) во многом определяет такие важнейшие характеристики сети, как ее надежность, производительность, стоимость, защищенность и т. д.

Одним из подходов к классификации топологий ЛВС является выделение двух основных классов топологий: широковещательных и последовательных.

В широковещательных конфигурациях каждый персональный компьютер передает сигналы, которые могут быть восприняты остальными компьютерами. К таким конфигурациям относятся топологии «общая шина», «звезда».

В последовательных конфигурациях каждый физический подуровень передает информацию только одному персональному компьютеру. Примерами последовательных конфигураций являются: иерархическая, «кольцо».

При выборе сетевой топологии (конфигурации) преследуются следующие цели:

- обеспечение максимальной надежности;

- выбор маршрута по тракту наименьшей стоимости;

- предоставление конечному пользователю наиболее удобных времени ответа и пропускной способности.

Наиболее распространенные сетевые топологии:

Иерархическая топология сети (рис. 3.5). Каждое из устройств обеспечивает непосредственное управление устройствами, низшими по иерархии. Данная конструкция отличается удобством управления сетью, хорошими возможностями для расширения сети.

Рис. 3.5. Иерархическая топология сети

В случае топологии «звезда» каждый компьютер через специальный сетевой адаптер подключается отдельным кабелем к центральному узлу (рис. 3.6). Центральным узлом служит пассивный соединитель или активный повторитель.

Рис. 3.6. Топология сети «звезда»

Недостатком такой топологии является низкая надежность, так как выход из строя центрального узла приводит к остановке всей сети, а также, обычно, большая протяженность кабелей (это зависит от реального размещения компьютеров). Иногда для повышения надежности в центральном узле ставят специальное реле, позволяющее отключать вышедшие из строя кабельные лучи.

Горизонтальная топология сети. Топология «общая шина» (рис. 3.7) предполагает использование одного кабеля, к которому подключаются все компьютеры. Информация по нему передается компьютерами поочередно.

Рис. 3.7. Топология сети «общая шина»

Достоинством такой топологии является, как правило, меньшая протяженность кабеля, а также более высокая надежность, чем у «звезды», так как выход из строя отдельной станции не нарушает работоспособности сети в целом. Недостатки состоят в том, что обрыв основного кабеля приводит к неработоспособности всей сети, а также – слабая защищенность информации в системе на физическом уровне, так как сообщения, посылаемые одним компьютером другому, в принципе, могут быть приняты и на любом другом компьютере.

При кольцевой топологии (рис. 3.8) данные передаются от одного компьютера другому по эстафете. Если некоторый компьютер получает данные, предназначенные не ему, он передает их дальше по кольцу.

Рис. 3.8. Топология сети «кольцо»

Достоинством кольцевой топологии является более высокая надежность системы при разрывах кабелей, чем в случае топологии с общей шиной, так как к каждому компьютеру есть два пути доступа. К недостаткам топологии следует отнести большую протяженность кабеля, невысокое быстродействие по сравнению со «звездой» (но соизмеримое с «общей шиной»), а также слабая защищенность информации, как и при топологии с общей шиной.

Топология реальной ЛВС может в точности повторять одну из приведенных выше или включать их комбинацию.

Глобальная сеть Интернет

Internet появился более тридцати лет назад в результате попыток объединить сеть Министерства обороны США ARPAnet с радио и спутниковыми сетями. ARPAnet (сеть Управления перспективными исследованиями) была сетью, предназначенной для обеспечения военных исследований, в частности, научно-исследовательских работ по созданию сетей, устойчивых к частичным отказам (например, сетей, которые смогли бы продолжать работу при нанесении бомбовых ударов).

Internet представляет собой глобальную компьютерную сеть. Само ее название означает «между сетей». Это сеть, соединяющая отдельные сети.

Internet обеспечивает обмен информацией между всеми компьютерами, которые входят в сети, подключенные к ней. Тип компьютера и используемая им операционная система значения не имеют.

Соединение сетей обладает громадными возможностями. С собственного компьютера любой абонент Internet может передавать сообщения в другой город, просматривать каталог библиотеки Конгресса в Вашингтоне, знакомиться с картинами на последней выставке в музее Метрополитен в Нью-Йорке, участвовать в конференции IEEE и даже в играх с абонентами сети из разных стран. Internet предоставляет в распоряжение своих пользователей множество всевозможных ресурсов.

Основные ячейки Internet – локальные вычислительные сети. Это значит, что Internet не просто устанавливает связь между отдельными компьютерами, а создает пути соединения для более крупных единиц – групп компьютеров. Если некоторая локальная сеть непосредственно подключена к Internet, то каждая рабочая станция этой сети также может подключаться к Internet. Существуют также компьютеры, самостоятельно подключенные к Internet. Они называются хост-компьютерами (host – хозяин). Каждый подключенный к сети компьютер имеет свой адрес, по которому его может найти абонент из любой точки света.

Важной особенностью Internet является то, что она, объединяя различные сети, не создает при этом никакой иерархии – все компьютеры, подключенные к сети, равноправны. Рассмотрим упрощенную схему построения Internet, показанную на рис. 3.9.

Рис. 3.9. Архитектура Internet

В качестве высокоскоростной магистрали передачи данных используются выделенные телефонные линии, оптоволоконные и спутниковые каналы связи. Любая организация для подключения к Internet использует специальный компьютер, который называется шлюзом (gateway). На нем устанавливается программное обеспечение, осуществляющее обработку всех сообщений, проходящих через шлюз. Каждый шлюз имеет свой IP-адрес.

Если поступает сообщение, адресованное локальной сети, к которой подключен шлюз, то оно передается в эту локальную сеть. Если сообщение предназначено для другой сети, то оно передается следующему шлюзу. Каждый шлюз имеет информацию обо всех остальных шлюзах и сетях. Когда сообщение посылается из локальной сети через шлюз в Internet, тогда выбирается самый «быстрый» путь. Шлюзы обмениваются друг с другом информацией о маршрутизации и состоянии сети, используя специальный шлюзовой протокол.

Некоторые компании могут выступать в качестве провайдера. Провайдер имеет свой шлюз в Internet и позволяет другим компаниям и отдельным пользователям подключаться к Сети через этот шлюз. Кроме информации о маршрутизации сообщений, шлюзу необходимы данные о параметрах подсетей, подключенных к более крупной сети, для корректировки маршрутов передачи сообщений в случае сбоев в отдельных частях сети.

Шлюзы бывают двух типов: внутренние и внешние. Внутренними называют шлюзы, расположенные в небольшой подсети и обеспечивающие связь с более крупной корпоративной сетью. Такие шлюзы поддерживают связь между собой с помощью внутреннего шлюзового протокола IGP (Internal Gateway Protocol). Внешние шлюзы применяются в больших сетях, подобных Internet, настройки их постоянно меняются из-за изменений в мелких подсетях. Связь между внешними шлюзами осуществляется через внешний шлюзовый протокол EGP (Exterior Gateway Protocol).

Подключение пользователя к Internet может осуществляться разными способами, отличающимися по стоимости, удобству и объему предоставляемых услуг:

- электронная почта (E-mail);

- телеконференции (UseNet);

- поиск и передача двоичных файлов (FTP);

- поиск и передача текстовых файлов с помощью системы меню (Gopher);

- поиск и передача документов с помощью гипертекстовых ссылок (WWW, или Всемирная паутина).

Создание и развитие этих способов сложилось исторически. Каждый из них характеризуется своими возможностями и различием в организации протоколов обмена информацией. В общем случае под протоколом понимается набор инструкций, регламентирующих работу взаимосвязанных систем или объектов в сети.

Электронная почта (E-mail) – наиболее простой и доступный способ доступа в сети Internet. Она позволяет выполнять пересылку любых типов файлов (включая тексты, изображения, звуковые вставки) по адресам электронной почты в любую точку планеты за короткий промежуток времени в любое время суток. Для передачи сообщения необходимо знать только электронный адрес получателя. Работа электронной почты основана на последовательной передаче информации по сети от одного почтового сервера к другому, пока сообщение не достигнет адресата. К достоинствам электронной почты относятся высокая оперативность и низкая стоимость Недостаток электронной почты состоит в ограниченности объема пересылаемых файлов.

UseNet разработана как система обмена текстовой информацией. Она позволяет всем пользователям Internet участвовать в групповых дискуссиях, называемых телеконференциями, в которых обсуждаются всевозможные проблемы. Информация, посылаемая в телеконференции, становится доступной любому клиенту Сети, обратившемуся в данную телеконференцию. В настоящее время телеконференции позволяют передавать файлы любых типов, включая текстовые, графические и аудио файлы. Для работы с телеконференциями наиболее часто используются средства программ просмотра и редактирования Web-документов.

FTP – это протокол Сети для работы с любыми типами файлов: текстовыми и бинарными, являющийся примером системы с архитектурой «клиент-сервер». FTP-сервер устанавливается на удаленном компьютере для того, чтобы предоставлять пользователям возможность просматривать файловую систему и копировать требуемые файлы. Для реализации связи по протоколу FTP на удаленной компьютерной системе должна функционировать программа – FTP-сервер. Достоинством данного протокола является возможность передачи файлов любого типа – текстов, изображений, исполняемых программ. К недостатку протокола FTP следует отнести необходимость знания местоположения отыскиваемой информации.

Протокол Gopher и реализующее его программное обеспечение предоставляют пользователям возможность работы с информационными ресурсами, не зная заранее их местонахождение. Для начала работы по этому протоколу достаточно знать адрес одного Gopher-сервера. В дальнейшем работа заключается в выборе команд, представленных в виде простых и понятных меню. При этом пункты меню одного сервера могут содержать ссылки на меню других серверов, что облегчает поиск требуемой информации в сети Internet. Во время работы с системой Gopher программа-клиент не поддерживает постоянного соединения с Gopher-сервером, поэтому сетевые ресурсы расходуются более экономно.

WWW (World Wide Web – Всемирная паутина) представляет собой самое современное средство организации сетевых ресурсов. Она строится на основе гипертекстового представления информации. Гипертекст – это текст, содержащий ссылки на другие части данного документа, на другие документы, на объекты нетекстовой природы (звук, изображение, видео), а также система, позволяющая читать такой текст, отслеживать ссылки, отображать картинки и проигрывать звуковые и видеовставки. Гипертекст с нетекстовыми компонентами (звук, видео) называется гипермедиа. Конечной целью WWW является объединение всех ресурсов сети (файлов, текстов, баз данных, программ-серверов) в единый всемирный гипертекст.

В заключение отметим, что сеть представляет собой совокупность, состоящую из одной или нескольких ЭВМ, программного обеспечения, периферийного оборудования, терминалов, средств передачи данных, физических процессов и операторов, способную осуществлять обработку информации и выполнять функции взаимодействия с другими системами.

Средства передачи данных в общем случае могут состоять из следующих элементов: связных компьютеров, каналов связи (спутниковых, телефонных, цифровых, волоконно-оптических, радио- и других), коммутирующей аппаратуры, ретрансляторов, различного рода преобразователей сигналов и других элементов и устройств.