Вычислительные сети

В вычислительных сетях программные и аппаратные связи являются еще более слабыми, чем в вычислительных системах, зато в наибольшей степени проявляется автономность обрабатываемых блоков, т.е. основным элементом сетей являются ПК, не имеющие общих блоков памяти. Связь между РС осуществляется с помощью специальных ПФУ, называемых сетевыми адаптерами. Протяженность каналов достаточно велика. Каждый ПК работает под управлением собственной ОС. Разделение локальных ресурсов каждого ПК между всеми пользователями сети – это и есть основная цель создания ВС.

Для взаимодействия ПК недостаточно только сетевых адаптеров и каналов связи. Необходимы некоторые дополнения с ОС этих ПК. Кроме того, в этих ПК необходимо добавить модули, которые постоянно будут находиться в режиме ожидания вопросов, поступающих по сети от других ПК. Обычно такие модули называются программными серверами, т.к. их главная задача – обслуживать запросы на доступ к ресурсам своего ПК. На компьютерах, пользователи которых хотят получить доступ к ресурсам других ПК, к ОС нужно добавить также модули, которые будут выдавать запросы на доступ к другим ПК (удаленным ресурсам) и передавать их по сети на нужный ПК. Такие модули обычно называются клиентами. Сетевые адаптеры и каналы связи решают в сети достаточно простую задачу. Они передают сообщения с запросами и ответами от одного ПК к другому, а работу по организации совместного использования ресурсов выполняют клиентские и серверные части ВС. Термины «клиент» и «сервер» используются не только для программных модулей, но и для ПК, подключенных к сети. Если компьютер предоставляет свои ресурсы другим ПК сети, то его называют сервером, а если он их потребляет, клиентом. Иногда один и тот же ПК может выступать и в роли клиента и в роли сервера.

Вычислительная сеть – это совокупность ПК, объединенных линиями связи. Линии связи образованы кабелями, сетевыми адаптерами и другими коммуникационными устройствами. Все сетевое оборудование работает под управлением системного и прикладного программного обеспечения.

Вычислительная сеть – одна из разновидностей распределенных систем, достоинством которой является возможность распараллеливания вычислений, за счет чего повышается производительности и отказоустойчивость системы. Основная цель сети – это обеспечить пользователям сети возможности совместного использования ресурсов всем ПК. Использование ВС дает организациям возможности:

1. разделение дорогостоящих ресурсов

2. совершенствование коммуникаций

3. улучшение доступа к информации

4. быстрое и качественное принятие решений

5. свобода в территориальном размещении ПК

Вычислительные сети имеют и ряд проблем, которые связаны, во-первых, с ПО, во-вторых, много проблем связано с транспортировкой сообщений по каналам связи между ПК, в третьих, эти вопросы связаны с обеспечением безопасности. В некоторых случаях, когда безопасность особенно важна, от использования сети лучше вообще отказаться.

Существуют следующие разновидности сетей: локальные и глобальные сети. В локальных сетях все соединенные ПК находятся, как правило, в одном здании. Обозначаются LAN, городские – MAN (в этой сети соединение ПК происходит в пределах города). Соединение между государствами или странами обозначается WAN, соединение между континентами – GAN.

Одной из важнейших характеристик сети является топология. Бывают топологии физических и логических связей. Конфигурация физических связей определяется электрическими соединениями ПК между собой, а логические связи представляют собой маршруты передачи данных между узлами сети. Типовыми топологиями физических связей являются: полносвязанная, ячеистая, общая шина, кольцевая и звезда.

Полносвязанной топологии соответствует сеть, в которой каждый ПК связан со всеми остальными.

Полносвязанная Ячеистая Звезда Кольцо

Несмотря на логическую простоту, полносвязанная топология громоздкая и неэффективная. Такие топологии применяются очень редко. Иногда они используются в многомашинном комплексе или в глобальных сетях при небольшом количестве компьютеров.

Все другие топологии являются неполносвязанными (ячеистая – получается из полносвязанной путем удаления некоторых возможных связей). В такой сети между собой связываются только те ПК, между которыми происходит интенсивный обмен данными, а обмен данными между ПК, не соединенными прямыми связями, происходит через промежуточные узлы (транзитная связь). Ячеистая топология допускает соединение большого числа ПК, и использование в глобальных сетях. Наиболее распространенной для локальных сетей является шинная топология. В этом случае ПК подсоединяются к одному коаксиальному кабелю по схеме монтажного «или». Передаваемая информация может распространяться в обе стороны. Основные преимущества – дешевизна и простота разводки кабеля. Серьезным недостатком общей шины является ее низкая надежность, т.к. любой дефект кабеля или какого-нибудь из ее многочисленных разъемов парализует работу всей сети. Другим недостатком общей шины является ее невысокая производительность, т.к. в каждый момент времени только один ПК может предавать данные в сеть и пропускная способность канала всегда делится между всеми узлами сети.

В случае топологии «звезда» каждый ПК подключается отдельным кабелем к общему устройству, называемому концентратором, который находится в центре сети. В функции концентратора входит направление передаваемой ВК информации одному или всем остальным ПК сети. Главное преимущество этой топологии перед общей шиной – более высокая надежность. Только неисправность концентратора выводит из строя всю сеть. К недостаткам топологии типа «звезда» относятся: более высокая стоимость сетевого оборудования (необходим концентратор) и ограничивается возможность наращивания узлов из-за ограниченного количества портов концентратора. Иногда имеет смысл строить сеть с использованием нескольких концентраторов, которые иерархически соединены между собой связями типа «звезда».

КОНЦЕНТРАТОРЫ

В сетях с кольцевой топологией данные передаются по кольцу от одного ПК к другому, как правило, в одном направлении (против часовой стрелки). Если ПК «распознает» данные как свои, то он копирует их себе во внутренний буфер.

Кольцо – это очень удобная конфигурация для организации обратной связи, т.к. данные, сделав полный оборот, возвращаются к узлу (источнику). И этот узел может контролировать процесс доставки данных адресату.

Для крупных сетей чаще всего применяются смешанные топологии. Для вычислительных сетей характерны как индивидуальные линии связи между ПК, так и разделяемые, когда одна линия связи попеременно используется несколькими ПК. Для адресации узлов сети используются три типа адресов: аппаратные адреса, символьные имена и числовые составные адреса. В современных сетях применяются все три типа адресации. Важной сетевой проблемой является задача установления соответствия между адресами различных типов. Эта задача решается как централизованными, так и распределенными средствами.