Локальные вычислительные сети

       Вернемся  к вопросу о способах соединения персональных компьютеров в единый вычислительный комплекс. Самый простой из них — соединить компьютеры через последовательные порты. В этом случае имеется возможность копировать файлы с жесткого диска одного компьютера на другой, если воспользоваться программой из операционной оболочки Norton Commander. Для получения прямого доступа к жесткому диску другого компьютера разработаны специальные сетевые платы (адаптеры) и программное обеспечение. В простых локальных сетях функции выполняются не на серверной основе, а по принципу соединения рабочих станций друг с другом, поэтому пользователю можно не приобретать специальные файловые серверы и дорогостоящее сетевое ПО. Каждая ПЭВМ такой сети может выполнять функции, как рабочей станции, так и сервера.

       В ЛВС с развитой архитектурой функции управления выполняет сетевая операционная система, устанавливаемая на более мощном, чем рабочие станции, компьютере (файловом сервере). Серверные сети делятся на сети среднего класса (до 100 рабочих станций) и мощные (корпоративные), объединяющие до 250 рабочих станций и более. Основным разработчиком сетевых программных продуктов для сервера ЛВС является фирма Novell.

       Здесь следует отметить, что наблюдается  тенденция ускорения передачи данных до гигабитовых скоростей. К тому же требуется передавать данные типа высококачественного звука, речи и изображения. Все это приводит к постепенному вытеснению таких «старых» ЛВС как Token Ring, ArcNet, но позволяющих использовать новые ИТ. Операционная система Windows NT фирмы Microsoft вытесняет с рынка ОС Unix.

       Большой популярностью стали пользоваться «виртуальные» ЛВС VLAN. Их отличие от обычных ЛВС заключаются в том, что они не имеют физических ограничений. Виртуальные ЛВС определяют, какие рабочие станции включаются в физические группы на основе протокольной адресации, что позволяет располагать их в любом месте сети.

       В серверных ЛВС реализованы две  модели взаимодействия пользователей  с рабочими станциями: модель файл-сервер и модель клиент-сервер.

3. ОСОБЕННОСТИ ОРГАНИЗАЦИИ ЛОКАЛЬНЫХ СЕТЕЙ.

       Основное назначение любой компьютерной сети — предоставление информационных и вычислительных ресурсов подключенным к ней пользователям.

       С этой точки зрения локальную вычислительную сеть можно рассматривать как  совокупность серверов и рабочих станций.

       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, потребность в которых может возникнуть у пользователей сети. Сервер — источник ресурсов сети.

       Рабочая станция — персональный компьютер, подключенный к сети, через который пользователь получает доступ к ее ресурсам.

       Рабочая станция сети функционирует как в сетевом, так и в локальном режиме. Она оснащена собственной операционной системой (MS DOS, Windows и т.д.), обеспечивает пользователя всеми необходимыми инструментами для решения прикладных задач.

      Компьютерные  сети реализуют распределенную обработку данных. Обработка данных в этом случае распределена между двумя объектами: клиентом и сервером.

      Клиент  – задача, рабочая станция или  пользователь компьютерной сети. В  процессе обработки данных клиент может  сформировать запрос на сервер для  выполнения сложных процедур, чтения файлов, поиск информации в базе данных и т.д.

      Сервер, определенный ранее, выполняет запрос, поступивший от клиента. Результаты выполнения запроса передаются клиенту. Сервер обеспечивает хранение данных общего пользования, организует доступ к этим данным и передает данные клиенту.

      Клиент  обрабатывает полученные данные и представляет результаты обработки в виде, удобном  для пользователя. Для подобных систем приняты термины – системы или архитектура клиент – сервер.

      Архитектура клиент – сервер может использоваться как в одноранговых сетях, так и в сети с выделенным сервером.

      Одноранговая  сеть, в которой нет единого  центра управления взаимодействием рабочих станций и нет единого центра для хранения данных. Сетевая операционная система распределена по рабочим станциям. Каждая станция сети может выполнять функции как клиента, так и сервера. Она может обслуживать запросы от других рабочих станций и направлять свои запросы на обслуживание в сеть. Пользователю сети доступны все устройства, подключенные к другим станциям.

      Достоинства одноранговых сетей:

• низкая стоимость;
• высокая надежность.

      Недостатки  одноранговых сетей:

• зависимость эффективности работы сети от количества станций;
• сложность управления сетью;
• сложность обеспечения защиты информации;
• трудности обновления и изменения программного обеспечения станций.

      Наибольшей  популярностью пользуются одноранговые сети на базе сетевых операционных систем LANtastic, NetWare Lite.

      В сети с выделенным сервером один из компьютеров выполняет функции хранения данных, предназначенных для использования всеми рабочими станциями, управления взаимодействием между рабочими станциями и ряд сервисных функций.

      Такой компьютер обычно называют сервером сети. На нем устанавливается сетевая операционная система, к нему подключаются все разделяемые внешние устройства – жесткие диски, принтеры и модемы.

Взаимодействие  между рабочими станциями в сети, как правило, осуществляются через сервер.

      Достоинства сети с выделенным сервером:

• надежна система защиты информации;
• высокое быстродействие;
• отсутствие ограничений на число рабочих станций;
• простота управления по сравнению с одноранговыми сетями.

      Недостатки  сети:

• высокая стоимость из-за выделения одного компьютера на сервер;
• зависимость быстродействия и надежности от сервера;
• меньшая гибкость по сравнению с одноранговыми сетями.

      Сети  выделенным сервером являются наиболее распространенными у пользователей  компьютерных сетей. Сетевые операционные системы для таких сетей – LANServer (IBM), Windows NT Server версий 3.51 и 4.0 и NetWare (Novell).

       Особое  внимание следует уделить одному из типов серверов — файловому  серверу (File Server). В распространенной терминологии для него принято сокращенное название — файл-сервер.

       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 (стриммерами).

       Он  работает под управлением специальной операционной системы, которая обеспечивает одновременный доступ пользователей сети к расположенным на нем данным.

       Файл-сервер выполняет следующие функции: хранение данных, архивирование данных, синхронизацию изменений данных различными пользователями, передачу данных.

       Для многих задач использование одного файл-сервера оказывается недостаточным. Тогда в сеть могут включаться несколько серверов. Возможно также  применение в качестве файл-серверов мини-ЭВМ.

4. МЕТОДЫ ДОСТУПА К ПЕРЕДАЮЩЕЙ СРЕДЕ.

       Передающая  среда является общим ресурсом для  всех узлов сети. Чтобы получить возможность доступа к этому ресурсу из узла сети, необходимы специальные механизмы — методы доступа.

       Метод доступа к передающей среде — метод, обеспечивающий выполнение совокупности правил, по которым узлы сети получают доступ к ресурсу.

       Существуют  два основных класса методов доступа: детерминированные, недетерминированные.

       При детерминированных методах доступа передающая среда распределяется между узлами с помощью специального механизма управления, гарантирующего передачу данных узла в течение некоторого, достаточно малого интервала времени.

       Наиболее  распространенными детерминированными методами доступа являются метод  опроса и метод передачи права. Метод  опроса рассматривался ранее. Он используется преимущественно в сетях звездообразной топологии.

       Метод передачи права применяется в  сетях с кольцевой топологией. Он основан на передаче по сети специального сообщения — маркера.

       Маркер  — служебное сообщение определенного формата, в которое абоненты сети могут помещать свои информационные пакеты.

       Маркер  циркулирует по кольцу, и любой  узел, имеющий данные для передачи, помещает их в свободный маркер, устанавливает признак занятости маркера и передает его по кольцу. Узел, которому было адресовано сообщение, принимает его, устанавливает признак подтверждения приема информации и отправляет маркер в кольцо.

       Передающий  узел, получив подтверждение, освобождает  маркер и отправляет его в сеть. Существуют методы доступа, использующие несколько маркеров.

       Недетерминupованные — случайные методы доступа предусматривают конкуренцию всех узлов сети за право передачи. Возможны одновременные попытки передачи со стороны нескольких узлов, в результате чего возникают коллизии.

       Наиболее  распространенным недетерминированным методом доступа является множественный метод доступа с контролем несущей частоты и обнаружением коллизий (CSMA/CD). В сущности, это описанный ранее режим соперничества. Контроль несущей частоты заключается в том, что узел, желающий передать сообщение, "прослушивает" передающую среду, ожидая ее освобождения. Если среда свободна, узел начинает передачу.

       Следует отметить, что топология сети, метод  доступа к передающей среде и  метод передачи тесным образом связаны  друг с другом. Определяющим компонентом является топология сети.

5. ОСНОВНЫЕ  ПРОТОКОЛЫ ОБМЕНА В КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЯХ.

      Для обеспечения согласованной работы в сетях передачи данных используются различные коммуникационные протоколы передачи данных – наборы правил, которых должны придерживаться передающая и принимающая стороны для согласованного обмена данными. Протоколы – это наборы правил и процедур, регулирующих порядок осуществления некоторой связи.

      Существует  множество протоколов. И хотя все  они участвуют в реализации связи, каждый протокол имеет различные цели, выполняет различные задачи, обладает своими преимуществами и ограничениями.

      Протоколы работают на разных уровнях модели взаимодействия открытых систем OSI/ISO. Функции протоколов определяются  уровнем, на котором он работает. Несколько протоколов могут работать совместно. Это так называемый стек, или набор, протоколов.

      Как сетевые функции распределены по всем уровням модели OSI, так и протоколы совместно работают на различных уровнях стека протоколов. Уровни в стеке протоколов соответствуют уровням модели OSI. В совокупности протоколы дают полную характеристику функций и возможностей стека.

      Передача  данных по сети, с технической точки  зрения, должна состоять из последовательных шагов, каждому из которых соответствуют свои процедуры или протокол. Таким образом, сохраняется строгая очередность в выполнении определенных действий.

      Кроме того, все эти действия должны быть выполнены в одной и той  же последовательности на каждом сетевом  компьютере. На компьютере-отправителе действия выполняются в направлении сверху вниз, а на компьютере-получателе снизу вверх.