5.4. Компьютерные сети
Компьютерная (вычислительная) сеть – это совокупность компьютеров, объединенных с помощью средств связи в единую систему с целью совместного использования информационных ресурсов, технических и программных средств. Из этого определения ясны преимущества сети по сравнению с применением компьютеров, не связанных друг с другом.
Во-первых, на любом предприятии постоянно обновляются данные, требуемые многим службам. Если, например, плановый или финансовый отдел обновит в своих файлах таблицы, отображающие текущую финансовую ситуацию, а на компьютерах других отделов эти таблицы останутся в прежнем виде, то противоречивость данных может привести к противоречивости принимаемых решений. Чтобы избежать таких коллизий, основные данные предприятия хранят в базах данных, доступных через сетевые коммуникации многим сотрудникам. Таким образом, сотрудники, работая на своих ПК, получают доступ к общим информационным ресурсам предприятия, для хранения которых чаще всего выделяется специальный мощный компьютер, называемый файл-сервером. Если же принять во внимание тот факт, что сетевые коммуникации обычно не замыкаются в пределах предприятия, а через телефонные или волоконно-оптические линии связи соединяются с глобальными сетями, то реальностью наших дней стало коллективное использование обширных информационных ресурсов всем человечеством.
Во-вторых, через сеть многие сотрудники предприятия получают доступ к дорогостоящим техническим устройствам, таким как высокопроизводительный лазерный принтер формата A3 или струйный плоттер формата A0. Такие устройства обычно приобретают в единичных экземплярах и подсоединяют к одному из компьютеров в сети. Если такой компьютер специально предназначается для печати документов, то его называют сервером печати (Print Server). Иногда в сети специально выделяют компьютер, присоединенный к телефонному каналу и укомплектованный модемом или факс-модемом (назначение модема далее поясняется). Такой компьютер называют почтовым сервером или факс-сервером (serve – обслуживать).
В-третьих, на любом серьезном предприятии постоянно ведется обработка больших объемов данных с помощью многочисленных многофункциональных программ – приложений. Эти приложения при системном подходе к делу опираются на общие правила формализованного хранения данных (обычно в многочисленных взаимосвязанных таблицах баз данных) и общие методы поиска данных и манипулирования ими. Эти методы реализуются в виде программных процедур в рамках так называемых систем управления базами данных (СУБД). Относящиеся к СУБД процедуры используются всеми основными приложениями с помощью специально созданного для этих целей языка структурированных запросов SQL (Structured Query Language). Такие СУБД называют SQL-серверами. SQL-сервер – это не обслуживающий компьютер, а обслуживающий программный комплекс, не только предоставляющий другим программам данные, но и выполняющий их типовую обработку по SQL-запросам. СУБД в основном размещаются на файл-сервере. Тем самым общим ресурсом предприятия становятся не только основные данные, но и типовые программы обработки этих данных.
Итак, достоинством компьютерных сетей является коллективное использование информационных ресурсов, технических и программных средств многими пользователями. Рассмотрим теперь основные виды сетей и важнейшие понятия сетевых технологий.
Простейшую сеть можно получить, связав группу компьютеров, на каждом из которых установлена ОС Windows (NT, 2000, XP или 7). В каждый из этих компьютеров надо вставить сетевую карту (плату) и связать кабелем наружные разъемы сетевых карт. Такая сеть называется локальной одноранговой. Она может быть использована в масштабе отдела или малого предприятия. В качестве кабеля применяется витая пара, тонкий или толстый коаксиальный или волоконнооптический кабель. Данные по сети передаются по битам со скоростью 10 Мбит/сек или 100 Мбит/сек. Устройства (в основном это компьютеры), подключенные к передающей среде сети, называют узлами, а усредненную геометрическую схему соединения узлов называют топологией локальной вычислительной сети (ЛВС). Основные топологии ЛВС – кольцевая, шинная и звездообразная – схематически представлены на рис. 5.4. Пользователь компьютера, являющегося узлом ЛВС, при загрузке ОС вводит пароль и получает доступ к файлам, хранимым на других компьютерах, и к периферийным устройствам, подключенным к другим узлам.
Рис. 5.4. Основные топологии ЛВС: а – кольцевая, б – шинная, в – звездообразная
Взаимосвязь узлов сети определяется соглашениями – протоколами. Например, электрические характеристики сигналов, параметры разъемов и т. п. определяются протоколом физического уровня, а правила обмена данными между приложениями – протоколами логического уровня. Стандарты протоколов разрабатываются международными институтами и комитетами и принимаются Международной организацией по стандартизации (ISO – International Standard Organization).
Для организации обмена информацией должен быть разработан комплекс программных и аппаратных средств, распределенных по разным устройствам сети. Поначалу каждый разработчик и поставщик сетевых средств сам разрабатывал весь комплекс задач с помощью собственного набора протоколов, программ и аппаратуры. Это приводило к несовместимости этих наборов у разных поставщиков. Такие системы назывались закрытыми. При соединении нескольких закрытых систем используются частные решения, которые работают, но ограничивают возможности пользователей, привязывая их к приложениям или к аппаратному обеспечению определенных производителей.
Открытые системы предполагают открытые стандарты, направленные на обеспечение совместимости между различными системами, т. е. задача построения сетей разбита на несколько взаимосвязанных подзадач с определением правил взаимодействия между ними. Стандартизация этих правил позволяет расширить количество разработчиков ПО и АО. Наибольшее распространение получила в настоящее время эталонная модель обмена информацией открытой системы OSI (Open System Interconnection).
Модель OSI (рис. 5.5) была предложена в 1984 г. Международной организацией стандартов.
Все сетевые функции в модели разделены на семь уровней. При этом вышестоящие уровни выполняют более сложные, глобальные задачи, для чего используют в своих целях нижестоящие уровни, а также управляют ими. Цель нижестоящего уровня – предоставление услуг вышестоящему уровню. Нижестоящие уровни выполняют более простые, конкретные задачи.
Рис.5.5. Модель OSI
Функции любого узла сети разбиваются на уровни. Для конечных систем их семь. Внутри каждого узла взаимодействие между уровнями идет по вертикали. Взаимодействие между двумя узлами логически происходит по горизонтали между соответствующими уровнями. Реально из-за отсутствия непосредственных горизонтальных связей производится спуск до нижнего уровня в источнике, связь через физическую среду и подъем до соответствующего уровня в приемнике информации. В промежуточных устройствах подъем идет до того уровня, который доступен устройству. Каждый уровень обеспечивает свой набор сервисных функций. Уровень, с которого посылается запрос, и симметричный ему уровень в отвечающей системе формируют свои блоки данных.
Данные снабжаются служебной информацией (заголовком) данного уровня и спускаются на уровень ниже, пользуясь сервисами соответствующего уровня. На этом уровне к полученной информации также присоединяется служебная информация, и так происходит спуск до самого нижнего уровня, сопровождаемый обрастанием заголовками. По нижнему уровню вся эта конструкция достигает получателя, где по мере подъема вверх освобождается от служебной информации соответствующего уровня. В итоге сообщение, посланное источником в чистом виде, достигает соответствующего уровня системы получателя.
Уровни 7, 6, 5, 4 – сквозные. Они присутствуют только на конечных машинах. Уровни 3, 2, 1 – связные. Имеются у всех конечных машин и у промежуточных коммутаторов. Они связывают конечные системы и узлы, формируя соединения или маршрут между конечными системами.