Компьютерные сети

Компьютерная  сеть (вычислительная сеть, сеть передачи данных) — система связи компьютеров и/или компьютерного оборудования (серверы, маршрутизаторы и другое оборудование). Для передачи информации могут быть использованы различные физические явления, как правило — различные виды электрических сигналов или электромагнитного излучения.

По  назначению компьютерные сети распределяются

1. вычислительные 
2. информационные 
3. смешанные (информационно-вычислительные)

Вычислительные  сети предназначены главным образом для решения заданий пользователей с обменом данными между их абонентами. Информационные сети ориентированы в основном на предоставление информационных услуг пользователям. Смешанные сети совмещают функции первых двух.

Классификация

Для классификации  компьютерных сетей используются разные признаки, выбор которых заключается в том, чтобы выделить из существующего многообразия такие, которые позволили бы обеспечить данной классификационной схеме такие обязательные качества:

• возможность классификации всех, как существующих, так и перспективных, компьютерных сетей;
• дифференциацию существенно разных сетей;
• однозначность классификации любой компьютерной сети;
• наглядность, простоту и практическую целесообразность классификационной схемы.

Определенное  несоответствие этих требований делает задание выбору рациональной схемы  классификации компьютерной сети достаточно сложной, такой, которая не нашла до этого времени однозначного решения. В основном компьютерные сети классифицируют за признаками структурной и функциональной организации.

По  размеру охваченной территории

• Персональная сеть (PAN, Personal Area Network)
• Локальная сеть (LAN, Local Area Network)
• HomePNA
• Объединение нескольких зданий (CAN, Campus Area Network)
• Городская сеть (MAN, Metropolitan Area Network)
• Кампусные сети {Campu Area Network — CAN)
• Широкомасштабные сети (WideAreaNetwork — WAN)
• Глобальная вычислительная сеть (WAN, Wide Area Network)

По  типу функционального  взаимодействия

• Клиент-сервер
• Смешанная сеть
• Одноранговая сеть
• Многоранговые сети

По  типу сетевой топологии

• Шина
• Звезда
• Кольцо
• Решётка
• Смешанная топология
• Полносвязная топология

По  функциональному  назначению

• Сети хранения данных
• Серверные фермы
• Сети управления процессом
• Сети SOHO

По  сетевым ОС

• На основе Windows
• На основе UNIX
• На основе NetWare
• Смешанные

 
 

Виды  сетей: одноранговые и на основе сервера. Преимущества и недостатки.

В одноранговой сети все компьютеры равноправны: нет иерархии среди компьютеров и нет выделенного (dedicated) сервера. Как правило, каждый компьютер функционирует и как клиент, и как сервер; иначе говоря, нет отдельного компьютера, ответственного за администрирование всей сети. Все пользователи самостоятельно решают, какие данные на своем компьютере сделать общедоступными по сети.

Одноранговые сети называют также рабочими группами. Рабочая группа — это небольшой коллектив, поэтому в одноранговых сетях чаще всего не более 30 компьютеров. Одноранговые сети относительно просты. Поскольку каждый компьютер является одновременно и клиентом, и сервером, нет необходимости в мощном центральном сервере или в других компонентах, обязательных для более сложных сетей. Одноранговые сети обычно дешевле сетей на основе сервера, но требуют более мощных (и более дорогих) компьютеров.В одноранговой сети требования к производительности и к уровню защиты для сетевого программного обеспечения, как правило, ниже, чем в сетях с выделенным сервером. Выделенные серверы функционируют исключительно в качестве серверов, но не клиентов или рабочих станций (workstation). Об этом мы поговорим чуть ниже. В такие операционные системы, как Microsoft Windows NT Workstation, Microsoft Windows 9Х, Microsoft Windows 2000/XP, встроена поддержка одноранговых сетей. Поэтому, чтобы установить одноранговую сеть, дополнительного программного обеспечения не требуется.

Реализация 

Одноранговая есть характеризуется рядом стандартных решений:

• компьютеры расположены на рабочих столах пользователей;
• пользователи сами выступают в роли админисфаторов и обеспечивают защиту информации;
• для объединения компьютеров в сеть применяется простая кабельная система.

Целесообразность  применения

Одноранговая сеть вполне подходит там, где:

• количество пользователей не превышает 30 человек;
• пользователи расположены компактно;
• вопросы зашиты данных не критичны;
• в обозримом будущем не ожидается значительного расширения фирмы и следовательно, сети.

Если эти условия  выполняются, то скорее всего, выбор  одноранговой сети будет правильным. Поскольку в одноранговой сети каждый компьютер функционирует и как клиент, и как сервер, пользователи должны обладать достаточным уровнем знаний, чтобы работать и как пользователи, и как администраторы своего компьютера.

Сети  на основе сервера 

Если к сети подключено более 30 пользователей, то одноранговая сеть, где компьютеры выступают в роли и клиентов, и серверов, может оказаться недостаточно производительной. Поэтому большинство сетей использует выделенные серверы. Выделенным называется такой сервер, который функционирует только как сервер (исключая функции клиента или рабочей станции). Они специально оптимизированы для быстрой обработки запросов от сетевых клиентов и для управления защитой файлов и каталогов. Сети на основе сервера стали промышленным стандартом, и именно они будут приводиться обычно в качестве примеров.

С увеличением  размеров сети и объема сетевого трафика  необходимо увеличивать количество серверов. Распределение задач среди  нескольких серверов гарантирует, что  каждая задача будет выполняться  самым эффективным способом из всех возможных.

В одноранговых сетях каждый компьютер функционирует как клиент и как сервер. Для небольшой группы пользователей подобные сети легко обеспечивают разделение данных и периферийных устройств. Вместе с тем, поскольку администрирование в одноранговых сетях нецентрализированное, обеспечить развитую защиту данных трудно.

Сети на основе сервера наиболее эффективны в том  случае, когда совместно используется большое количество ресурсов и данных. Администратор может управлять  защитой данных, наблюдая за функционированием  сети. В таких сетях может быть один или нескольно серверов, в зависимости от объема сетевого трафика, количества периферийных устройств и т.п. Существуют также и комбинированные сети, объединяющие свойства обоих типов сетей. Такие сети довольно популярны, хотя для эффективной работы они требуют более тщательного планирования, в связи с этим и подготовка пользователей должна быть выше.

Главным требованием, предъявляемым  к сетям, является выполнение сетью ее основной функции - обеспечение пользователям потенциальной возможности доступа к разделяемым ресурсам всех компьютеров, объединенных в сеть. Все остальные требования - производительность, надежность, совместимость, управляемость, защищенность, расширяемость и масштабируемость - связаны с качеством выполнения этой основной задачи.

Хотя все эти  требования весьма важны, часто понятие  «качество обслуживания» (Quality of Service, QpS) компьютерной сети трактуется более узко - в него включаются только две самые важные характеристики сети - производительность и надежность.

Независимо от выбранного показателя качества обслуживания сети существуют два подхода к  его обеспечению. Первый подход, очевидно, покажется наиболее естественным с  точки зрения пользователя сети. Он состоит в том, что сеть (точнее, обслуживающий ее персонал) гарантирует  пользователю соблюдение некоторой  числовой величины показателя качества обслуживания. Например, сеть может  гарантировать пользователю А, что  любой из его пакетов, посланных  пользователю В, будет задержан сетью  не более, чем на 150 мс. Или, что средняя  пропускная способность канала между  пользователями А и В не будет  ниже 5 Мбит/с, при этом канал будет  разрешать пульсации трафика  в 10 Мбит на интервалах времени не более 2 секунд. Технологии frame relay и АТМ позволяют строить сети, гарантирующие качество обслуживания по производительности.

Второй подход состоит в том, что сеть обслуживает  пользователей в соответствии с  их приоритетами. То есть качество обслуживания зависит от степени привилегированности  пользователя или группы пользователей, к которой он принадлежит. Качество обслуживания в этом случае не гарантируется, а гарантируется только уровень  привилегий пользователя. Такое обслуживание называется обслуживанием best effort- с наибольшим старанием. Сеть старается по возможности более качественно обслужить пользователя, но ничего при этом не гарантирует. По такому принципу работают, например, локальные сети, построенные на коммутаторах с приоритезацией кадров.

Производительность         

 Потенциально  высокая производительность - это  одно из основных свойств  распределенных систем, к которым относятся компьютерные сети. Это свойство  обеспечивается возможностью распараллеливания работ между несколькими  компьютерами сети. К сожалению, эту возможность не всегда удается  реализовать.         

 Существует  несколько основных характеристик  производительности сети:

·          время реакции;

·          пропускная способность;

·          задержка передачи и вариация задержки передачи.  

Время реакции сети является интегральной характеристикой  производительности сети с точки зрения пользователя. Именно эту  характеристику имеет в виду пользователь, когда говорит: "Сегодня сеть  работает медленно".         

 В  общем случае время реакции  определяется как интервал времени  между  возникновением запроса пользователя к какой-либо сетевой службе и  получением ответа на этот запрос.         

 Очевидно, что значение этого показателя  зависит от типа службы, к которой  обращается пользователь, от того, какой пользователь и к какому серверу  обращартся, а также от текущего состояния элементов сети - загруженности  сегментов, коммутаторов и маршрутизаторов, через которые проходит запрос,  загруженности сервера и т.п.         

 Поэтому  имеет смысл использовать также  и средневзвешенную оценку времени  реакции сети, усредняя этот показатель по пользователям, серверам и  времени дня (oт которого в значительной степени зависит загрузка сети).         

 Пропускная  способность отражает объем данных, переданных сетью или ее  частью в единицу времени. Пропускная способность уже не является  пользовательской характеристикой, так как она говорит о скорости  выполнения внутренних операций сети - передачи пакетов данных между узлами  сети через различные коммуникационные устройства. Зато она непосредственно  характеризует качество выполнения основной функции сети - транспортировки  сообщений - и поэтому чаще используется при анализе производительности  сети, чем время реакции.         

 Пропускная  способность измеряется либо  в битах в секунду, либо в  пакетах в  секунду. Пропускная способность может быть мгновенной, максимальной и  средней.         

 Средняя  пропускная способность вычисляется  путем деления общего объема  переданных данных на время их передачи, причем выбирается достаточно  длительный промежуток времени - час, день или неделя.         

 Мгновенная  пропускная способность отличается  от средней тем, что для  усреднения выбирается очень маленький промежуток времени - например, 10 мс  или 1с.