Назначение, принципы построения, типовые структуры и классификация компьютерных сетей

     1.4.7 С точки зрения организации взаимодействия компьютеров, сети делят на одноранговые и иерархические. Все компьютеры одноранговой сети равноправны. Любой пользователь сети может получить доступ к данным, хранящимся на любом компьютере. Одноранговые сети могут быть организованы с помощью таких операционных систем, как Windows'3.11, Novell Netware Lite. Указанные программы работают как с DOS, так и с Windows. Одноранговые сети могут быть организованы также на базе всех современных 32-разрядных операционных систем и некоторых других. 
     В иерархической сети при установке сети заранее выделяются один или несколько компьютеров, управляющих обменом данных по сети и распределением ресурсов. Такой компьютер называют сервером. Любой компьютер, имеющий доступ к услугам сервера называют клиентом сети или рабочей станцией.

     Сервер в иерархических сетях – это постоянное хранилище разделяемых ресурсов. Сам сервер может быть клиентом только сервера более высокого уровня иерархии. Поэтому иерархические сети иногда называются сетями с выделенным сервером. Сервер - специально выделенный высокопроизводительный компьютер, оснащенный соответствующим программным обеспечением, централизованно управляющий работой сети и/или предоставляющий другим компьютерам сети свои ресурсы (файлы данных, накопители, принтер и т. д.).

     Различают две технологии использования сервера: технологию файл-сервера и архитектуру клиент-сервер. В первой модели используется файловый сервер, на котором хранится большинство программ и данных. По требованию пользователя ему пересылаются необходимая программа и данные. Обработка информации выполняется на рабочей станции. В системах с архитектурой клиент-сервер обмен данными осуществляется между приложением-клиентом и приложением-сервером. Хранение данных и их обработка производится на мощном сервере, который выполняет также контроль над доступом к ресурсам и данным. Рабочая станция получает только результаты запроса.  
     Любая компьютерная сеть характеризуется: топологией, протоколами, интерфейсами, сетевыми техническими и программными средствами. 
     Топология компьютерной сети отражает структуру связей между ее основными функциональными элементами.  
     Сетевые технические средства – это различные устройства, обеспечивающие объединение компьютеров в единую компьютерную сеть. 
     Сетевые программные средства – осуществляют управление работой компьютерной сети и обеспечивают соответствующий интерфейс с пользователями. 
     Протоколы – представляют собой правила взаимодействия функциональных элементов сети. 
     Интерфейсы – средства сопряжения функциональных элементов сети. Следует обратить внимание, что в качестве функциональных элементов могут выступать как отдельные устройства, так и программные модули. Соответственно различают аппаратные и программные интерфейсы.

     1.5 Топология локальных компьютерных сетей. 
     Под топологией понимается структура и принципы объединения компьютеров в данной сети. 
Существует несколько основных видов топологии сетей:

     1)Звездообразная – поток данных между рабочими станциями проходит через центральный узел. 
     2)Кольцевая – рабочие станции связаны друг с другом по кругу. Каждая рабочая станция сети имеет свой адрес. 
     3)Шинная – все узлы сети подключены к единому информационному каналу - шине, по которому передаются данные от всех подключенных рабочих станций.

     4)Древовидная – представляет собой комбинацию сетей, построенных по принципам топологий: «звезда», «кольцо», «шина». Все коммуникационные каналы сходятся в одной точке – «корне».

     1.5.1 Звездообразная топология характеризуется наличием центрального узла коммутации – сетевого сервера, которому или через который посылаются все сообщения.

 

 
Рисунок 3.

Сетевая топология «звезда»

     1.5.2 Кольцевая топология.

     Характеризуется наличием замкнутого канала передачи данных в виде кольца или петли. В этом случае информация передается последовательно между рабочими станциями до тех пор, пока не будет принята получателем и затем удалена из сети. Недостатком подобной топологии является ее чувствительность к повреждению канала.

 

 
Рисунок 4.

Сетевая топология «кольцо»

     1.5.3 Шинная топология. 
Рабочие станции с помощью сетевых адаптеров подключаются к общей магистрали - шине (кабелю). Аналогичным образом к общей магистрали подключаются и другие сетевые устройства. В процессе работы сети информация от передающей станции поступает на адаптеры всех рабочих станций, однако, воспринимается только адаптером той рабочей станции, которой она адресована.

 
 

 
 

Рисунок 5.

Сетевая топология «шина»

 
     1.6 Локально  вычислительные сети и их классификация.

     Локальная вычислительная сеть - небольшая группа компьютеров, связанных друг с другом и расположенных обычно в пределах одного здания или организации. 
     ЛВС обычно предназначена для сбора, хранения, передачи, обработки и предоставления пользователям распределенной информации в пределах подразделения или фирмы. Кроме того, ЛВС, как правило, имеет выход в Интернет.  
     Локальные сети можно классифицировать по:

     1) уровню управления;

     2) назначению;

     3) расстоянию между узлами

     4) однородности;

     5) административным отношениям между компьютерами;

     6) используемой физической среде;

     7) методу доступа;

     8) топологии;

     9) архитектуре.

     Рассмотрим более подробно классификацию ЛВС

     1.6.1 По уровню управления выделяют следующие ЛВС:

    - ЛВС рабочих групп, которые состоят из нескольких ПК, работающих под одной операционной системой. В такой ЛВС, как правило, имеется несколько выделенных серверов: файл-сервер, сервер печати;

     - ЛВС-структурных подразделений (отделов). Данные ЛВС содержат несколько десятков ПК и серверы типа: файл-сервер, сервер печати, сервер баз данных;

     - ЛВС предприятий (фирм). Эти ЛВС могут содержать свыше 100 компьютеров и серверы типа: файл-сервер, сервер печати, сервер баз данных, почтовый сервер и другие серверы.  
     1.6.2 По назначению сети подразделяются на:

     - вычислительные сети, предназначенные для расчетных работ;

     - информационно-вычислительные сети, которые предназначены, как для ведения расчетных работ, так и для предоставления информационных ресурсов;

     - информационно-советующие, которые на основе обработки данных вырабатывают информацию для поддержки принятия решений;

     - информационно-управляющие сети, которые предназначены для управления объектов на основе обработки информации.

     1.6.3 По расстоянию между узлами (охвату географической территории) различают местные (ограниченные зданием или группой зданий), территориальные или региональные (действующие в пределах ограниченной территории но охватывающие значительное географическое пространство - город, область, страну) и глобальные (связывающие узлы, находящиеся в различных регионах и точках мира). 
1.6.4 По типам используемых компьютеров можно выделить:

- однородные сети, которые содержат однотипные компьютеры и системное программное обеспечение;

- неоднородные сети, которые содержат разнотипные компьютеры и системное программное обеспечение.  
     1.6.5 По административным отношениям между компьютерами можно выделить локальные сети с централизованным управлением или с выделенными серверами (серверные сети) и сети без централизованного управления или без выделенного сервера (децентрализованные), так называемые, одноранговые (одноуровневые) сети. 
     Локальные сети с централизованным управлением называются иерархическими, а децентрализованные локальные сети равноправными. В локальных сетях с централизованным управлением один из компьютеров является сервером, а остальные ПК - рабочими станциями.  
     Серверы - это высокопроизводительные компьютеры с винчестерами большой емкости и с высокоскоростной сетевой картой, которые отвечают за хранение данных, организацию доступа к этим данным и передачу данных рабочим станциям или клиентам.  
     Рабочие станции. Компьютеры, с которых осуществляется доступ к информации на сервере, называются рабочими станциями или клиентами

     1.6.6 По используемой физической среде. В настоящее время в этом способе классификации выделяют проводные кабельные сети, оптоволоконные кабельные сети и беспроводные сети. 
     1.6.7 По методу доступа различают случайные и детерминированные методы доступа рабочих станций к среде передачи данных. Наиболее известными из них являются метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением конфликтов (Carrier Sense Multiple Access /Collision Detection CSMA/CD), который регламентируется стандартом IEEE 802.3 (Ethernet) и метод передачи маркера – стандарт IEEE 802.5 (Token Ring).

     1.6.8 По топологии. Этот признак определяет способы соединения узлов сети и обмена информацией между ними. Различают широковещательные, последовательностные и смешанные топологии. К широковещательным топологиям относят архитектуру «шина» или «магистраль» (все узлы присоединяются к магистральному кабельному сегменту, данные передаваемые одной станцией доступны для всех); «звезда» - каждая рабочая станция связана с центральным узлом отдельным каналом, центральный узел осуществляет трансляцию данных одного узла к остальным. 
К последовательным топологиям относят архитектуру «кольцо» - каждый узел «слышит» только данные от двух соседних узлов. При необходимости осуществляет их дальнейшую трансляцию. 
     1.6.9 По архитектуре (основным типам архитектур) ЛВС делятся на: Ethernet, Arcnet, Token-ring, FDDI.

 

     1.7 Программное обеспечение вычислительных сетей (программные компоненты ЛВС)

     Программное обеспечение вычислительных сетей состоит из трех составляющих: 
     1) автономных операционных систем (ОС), установленных на рабочих станциях; 
     2) сетевых операционных систем, установленных на выделенных серверах, которые являются основой любой вычислительной сети; 
     3) сетевых приложений или сетевых служб.

     1.7.1 Автономные ОС (программное обеспечение вычислительных сетей)

В качестве автономных ОС для рабочих станций, как правило, используются современные 32-разрядные операционные системы – Windows 95/98, Windows 2000, Windows XP, Windows VISTA.

     1.7.2 Сетевые ОС (программное обеспечение вычислительных сетей)

В качестве сетевых ОС в вычислительных сетях применяются:

     - ОС Unix;

     - ОС NetWare фирмы Novell;

     - Сетевые ОС фирмы Microsoft (ОС Windows NT, Microsoft Windows 2000 Server, Windows Server 2003, Windows Server 2008)

     К программным компонентам сетей относятся: операционные системы и сетевые приложения или сетевые службы. Сетевая операционная система – это основа любой вычислительной сети. Сетевая операционная система необходима для управления потоками сообщений между рабочими станциями и серверами. Она может позволить любой рабочей станции работать с разделяемым сетевым диском или принтером, которые физически не подключены к этой станции. 
     В сетевой операционной системе отдельного компьютера можно выделить несколько частей.

     - Средства управления локальными ресурсами компьютера, к которым относятся: функции распределения оперативной памяти между процессами, планирования и диспетчеризации процессов, управления процессорами в мультипроцессорных машинах, управления периферийными устройствами и другие функции управления ресурсами локальных ОС.

     - Средства предоставления собственных ресурсов и услуг в общее пользование - серверная часть ОС (сервер). Эти средства обеспечивают, например, блокировку файлов и записей, что необходимо для их совместного использования; ведение справочников имен сетевых ресурсов; обработку запросов удаленного доступа к собственной файловой системе и базе данных; управление очередями запросов удаленных пользователей к своим периферийным устройствам.

     - Средства запроса доступа к удаленным ресурсам и услугам и их использования - клиентская часть ОС. Эта часть выполняет распознавание и перенаправление в сеть запросов к удаленным ресурсам от приложений и пользователей, при этом запрос поступает от приложения в локальной форме, а передается в сеть в другой форме, соответствующей требованиям сервера. Клиентская часть также осуществляет прием ответов от серверов и преобразование их в локальный формат, так что для приложения выполнение локальных и удаленных запросов неразличимо.

     - Коммуникационные средства ОС, с помощью которых происходит обмен сообщениями в сети. Эта часть обеспечивает адресацию и буферизацию сообщений, выбор маршрута передачи сообщения по сети, надежность передачи и т.п., то есть является средством транспортировки сообщений.

     В зависимости от функций, возлагаемых на конкретный компьютер, в его операционной системе может отсутствовать либо клиентская, либо серверная части.

     Сетевые операционные системы

     ОС Unix представляет собой очень мощную, гибкую и динамичную операционную систему, которая в состоянии обрабатывать практически любую предложенную пользователем задачу. Обладает широким набором предлагаемых средств, с помощью которых можно решить большинство проблем, возникающих при работе с информационными технологиями. К преимуществам UNIX относятся мощность работы, стабильность и надежность, полная автоматизация, а также поддержка множества языков программирования. Эта операционная система предлагает оптимальные решения для работы с Internet, включая доступ к ресурсам Web, Telnet, FTP, базам данным и т.п. Поскольку система UNIX создавалась специально для обработки больших массивов данных и полной интеграции с сетевой средой, она почти всегда превосходит по быстродействию любую другую комбинацию аппаратного и программного обеспечения. Linux представляет собой версию UNIX, адаптированную для процессоров Intel. 
     ОС NetWare фирмы Novell была одной из первых компаний, которые начали создавать ЛВС. В качестве файлового сервера в NetWare может использоваться обычный ПК, сетевая ОС которого осуществляет управление работой ЛВС. Функции управления включают координацию рабочих станций и регулирование процесса разделения файлов и принтера в ЛВС. Сетевые файлы всех рабочих станций хранятся на жестком диске файлового сервера, а не на дисках рабочих станций. 
     Сетевая ОС Windows NT. Первоначально Windows NT существовала в двух версиях: Windows NT Advanced Server устанавливалась на серверах сети NT, a Windows NT Workstation представляла собой мощную настольную операционную систему с функциональными возможностями.  
     Следующая версия Windows NT, предназначенная для использования на серверах, была переименована в Windows NT Server. Высокая производительность и улучшенная поддержка приложений сделали ее одной из самых популярных операционных систем. Windows NT 4.0 объединяла в себе улучшенную интеграцию с Internet и корпоративными сетями, повышенную производительность, отличную совместимость с другими операционными системами компании Microsoft. 
     1.7.3 Семейство программных продуктов Windows 2000 Server является следующим поколением серии операционных систем Windows NT Server, в котором надежные, удобные для работы в интернете службы каталога, сетевые службы и службы приложений, объединены с мощным комплексным управлением.  
     - Windows 2000 Server - для серверов рабочих групп и отделов.  
     - Windows 2000 Advanced Server - для приложений и более надежных серверов отделов.  
     - Windows 2000 Datacenter Server - для наиболее ответственных систем обработки данных.  
     Семейство программных продуктов Windows Server 2003 является следующим поколением серверных операционных систем Windows. Windows Server 2003 основана на Windows 2000 Server. Она является платформой высокой производительности для поддержки связанных приложений, сетей, и веб-служб XML для рабочих групп, отделов и предприятий любого размера.  
     Состав Windows Server 2003: 
     Windows Server 2003 Standard Edition - это сетевая операционная система для предприятий малого бизнеса и отдельных подразделений организации.  
     Windows Server 2003 Enterprise Edition предназначена для удовлетворения общих ИТ-потребностей.  
     Windows Server 2003 Datacenter Edition предназначена для решения ответственных задач, требующих очень высокого уровня масштабированности, доступности и надежности. 
     Windows Server 2003 Web Edition – это операционная система для Web-серверов. 
     Windows Server 2008 — это операционная система нового поколения. В основу Windows Server 2008 положена операционная система Windows Server 2003. Она предназначена для обеспечения пользователей наиболее производительной платформой, позволяющей расширить функциональность приложений, сетей и веб-служб, от рабочих групп до центров данных. При совместном использовании клиентских компьютеров Windows Vista и серверов под Windows Server 2008 значительно повышается производительность, надежность сети.