Основные программные и аппаратные компоненты сети

Даже в результате достаточно поверхностного рассмотрения работы в сети становится ясно, что вычислительная сеть - это сложный комплекс взаимосвязанных и согласованно функционирующих программных и аппаратных компонентов. Изучение сети в целом предполагает знание принципов работы ее отдельных элементов:

• компьютеров;

• коммуникационного оборудования;

• операционных систем;

• сетевых приложений.

Весь комплекс программно-аппаратных средств сети может быть описан многослойной моделью. В основе любой сети лежит аппаратный слой стандартизованных компьютерных платформ. В настоящее время в сетях широко и успешно применяются компьютеры различных классов - от персональных компьютеров до мэйнфреймов и суперЭВМ. Набор компьютеров в сети должен соответствовать набору разнообразных задач, решаемых сетью.

Второй слой - это коммуникационное оборудование. Хотя компьютеры и являются центральными элементами обработки данных в сетях, в последнее время не менее важную роль стали играть коммуникационные устройства. Кабельные системы, повторители, мосты, коммутаторы, маршрутизаторы и модульные концентраторы из вспомогательных компонентов сети превратились в основные наряду с компьютерами и системным программным обеспечением как по влиянию на характеристики сети, так и по стоимости. Сегодня коммуникационное устройство может представлять собой сложный специализированный мультипроцессор, который нужно конфигурировать, оптимизировать и администрировать. Изучение принципов работы коммуникационного оборудования требует знакомства с большим количеством протоколов, используемых как в локальных, так и глобальных сетях.

Третьим слоем, образующим программную платформу сети, являются операционные системы (ОС). От того, какие концепции управления локальными и распределенными ресурсами положены в основу сетевой ОС, зависит эффективность работы всей сети. При проектировании сети важно учитывать, насколько просто данная операционная система может взаимодействовать с другими ОС сети, насколько она обеспечивает безопасность и защищенность данных, до какой степени она позволяет наращивать число пользователей, можно ли перенести ее на компьютер другого типа и многие другие соображения.

Самым верхним слоем сетевых средств являются различные сетевые приложения, такие как сетевые базы данных, почтовые системы, средства архивирования данных, системы автоматизации коллективной работы и др. Очень важно представлять диапазон возможностей, предоставляемых приложениями для различных областей применения, а также знать, насколько они совместимы с другими сетевыми приложениями и операционными системами.

39. Классификация вычислительных сетей по различным признакам.

Вычислительные сети классифицируются по ряду признаков. В зависимости от расстояний между связываемыми узлами различают вычислительные сети:

территориальные - охватывающие значительное географическое пространство; среди территориальных сетей можно выделить сети региональные и глобальные, имеющие соответственно региональные или глобальные масштабы; региональные сети иногда называют сетями MAN (Metropolitan Area Network), а общее англоязычное название для территориальных сетей - WAN (Wide Area Network);

локальные (ЛВС) - охватывающие ограниченную территорию (обычно в пределах удаленности станций не более чем на несколько десятков или сотен метров друг от друга, реже на 1...2 км); локальные сети обозначают LAN (Local Area Network); локальные сети, имеющие замкнутую инфраструктуру до выхода на поставщиков услуг. Термин «LAN» может описывать и маленькую офисную сеть, и сеть уровня большого завода, занимающего несколько сотен гектаров. Зарубежные источники дают даже близкую оценку — около шести миль (10 км) в радиусе. Локальные сети являются сетями закрытого типа, доступ к ним разрешен только ограниченному кругу пользователей, для которых работа в такой сети непосредственно связана с их профессиональной деятельностью.

корпоративные (масштаба предприятия) - совокупность связанных между собой ЛВС, охватывающих территорию, на которой размещено одно предприятие или учреждение в одном или нескольких близко расположенных зданиях. Локальные и корпоративные вычислительные сети - основной вид вычислительных сетей, используемых в системах автоматизированного проектирования (САПР).

PAN(Personal Area Network) — персональная сеть, предназначенная для взаимодействия различных устройств, принадлежащих одному владельцу.

CAN (Campus Area Network — кампусная сеть) — объединяет локальные сети близко расположенных зданий.

MAN (Metropolitan Area Network) — городские сети между учреждениями в пределах одного или нескольких городов, связывающие много локальных вычислительных сетей.

WAN (Wide Area Network) — глобальная сеть, покрывающая большие географические регионы, включающие в себя как локальные сети, так и прочие телекоммуникационные сети и устройства. Пример WAN — сети с коммутацией пакетов (Frame relay), через которую могут «разговаривать» между собой различные компьютерные сети. Глобальные сети являются открытыми и ориентированы на обслуживание любых пользователей.

По типу функционального взаимодействия

• Клиент-сервер

• Смешанная сеть

• Одноранговая сеть

• Многоранговые сети

По типу сетевой топологии

• шина

• кольцо

• звезда

• ячеистая

• решётка

• дерево

По типу среды передачи

• Проводные

• беспроводные

По функциональному назначению

• сети хранения данных

• серверные фермы

• сети управления процессором

• сети SOHO, домовые сети

По скорости передач

• низкоскоростные (до 10 Мбит/с),

• среднескоростные (до 100 Мбит/с),

• высокоскоростные (свыше 100 Мбит/с);

По сетевым операционным системам

• На основе Windows

• На основе UNIX

• На основе NetWare

• На основе Cisco

По необходимости поддержания постоянного соединения

• Пакетная сеть

• Онлайновая сеть

Различают интегрированные сети, неинтегрированные сети и подсети. Интегрированная вычислительная сеть (интерсеть) представляет собой взаимосвязанную совокупность многих вычислительных сетей, которые в интерсети называются подсетями.

39. Топологии и принципы работы одноранговых вычислительных сетей.

Одноранговая сеть (рис. 1) является наиболее простой и дешевой в создании. Тем не менее она способна обеспечить своих пользователей всем необходимым для получения доступа к нужной информации, в том числе и к Интернету. Главной особенностью такой сети является то, что каждый участник сети - рабочая станция - имеет одинаковые права и выступает в роли администратора своего компьютера. Это означает, что только он может контролировать доступ к своему компьютеру и только он может создавать общие ресурсы и определять правила доступа к ним. С одной стороны, это делает сеть очень простой в создании, но с другой - администрирование такой сети вызывает достаточно много проблем, особенно если количество участников сети превышает 25-30. Одноранговые сети находят свое применение в небольших офисах, ресторанах и кафе, залах ожидания, то есть в тех местах, которые позволяют поддерживать работу сети с небольшим количеством подключений. Однако, хотя это и противоречит всем принципам, одноранговые сети также используются в так называемых домашних сетях, количество подключений к которым может быть очень большим, например 1000 и более компьютеров. Главное объяснение этому факту - хаотичный способ создания сети, который к тому же, как правило, не требует больших финансовых вложений. Одноранговая сеть является крайне неуправляемой с точки зрения системного администратора, и чем больше участников сети, тем более этот факт заметен. Например, чтобы ограничить работу пользователя с теми или иными устройствами, потребуется выполнить определенные настройки операционной системы. Сделать это централизованно невозможно, поэтому требуется личное присутствие администратора возле каждого компьютера либо применение программ удаленного управления компьютером. Это же касается обновления антивирусных баз, установки обновлений операционной системы и офисных программ и т. д. Учитывая изложенные факты, а также практику работы одноранговых сетей, ее использование можно считать оправданным только в случае, если количество узлов сети достаточно мало и все они расположены на небольшой территории, например в пределах одного или нескольких офисов. Поддержка одноранговых сетей имеется в любой современной операционной системе семейства Microsoft Windows. По этой причине для организации такой сети никакого дополнительного программного обеспечения не требуется.

39. Сети с топологией ШИНА. Механизм обмена сообщениями между компьютерами и способ устранения конфликтов (коллизий).

шинная (bus) - локальная сеть, в которой связь между любыми двумя станциями устанавливается через один общий путь и данные, передаваемые любой станцией, одновременно становятся доступными для всех других станций, подключенных к этой же среде передачи данных (последнее свойство называют широковещательностью);При таком соединении компьютеры могут передавать только по очереди, потому что линия связи единственная. В противном случае переданная информация будет искажаться в результате наложения (конфликту, коллизии). Таким образом, в шине реализуется режим полудуплексного (half duplex) обмена (в обоих направлениях, но по очереди, а не одновременно). Шине не страшные отказы отдельных компьютеров, потому что все другие компьютеры сети могут нормально продолжать обмен. Каждая машина проверяет кому адресовано сообщение, — если сообщение адресовано ей, то обрабатывает его. Принимаются специальные меры для того, чтобы при работе с общим кабелем компьютеры не мешали друг другу передавать и принимать данные. Для того, чтобы исключить одновременную посылку данных, применяется либо «несущий» сигнал, либо один из компьютеров является главным и «даёт слово» «МАРКЕР» остальным компьютерам такой сети.

39. Сети с топологией КОЛЬЦО. Механизм обмена сообщениями между компьютерами.

кольцевая (ring) - узлы связаны кольцевой линией передачи данных (к каждому узлу подходят только две линии); данные, проходя по кольцу, поочередно становятся доступными всем узлам сети; Работа в сети кольца заключается в том, что каждый компьютер ретранслирует (возобновляет) сигнал, то есть выступает в роли повторителя, потому затухание сигнала во всем кольце не имеет никакого значения, важно только затухание между соседними компьютерами кольца. Четко выделенного центра в этом случае нет, все компьютеры могут быть одинаковыми. Однако достаточно часто в кольце выделяется специальный абонент, который управляет обменом или контролирует обмен. Понятно, что наличие такого управляющего абонента снижает надежность сети, потому что выход его из строя сразу же парализует весь обмен. Компьютеры в кольце не являются полностью равноправными. Одни из них обязательно получают информацию от компьютера, который ведет передачу в этот момент, раньше, а другие — позже. Именно на этой особенности топологии и строятся методы управления обменом по сети, специально рассчитанные на «кольцо». В этих методах право на следующую передачу (или, как еще говорят, на захват сети) переходит последовательно к следующему по кругу компьютеру

39. Сети с топологией ЗВЕЗДА. Возможные механизмы обмена сообщениями между компьютерами в зависимости от объединяющих их в сеть аппаратуры.

звездная (star) - имеется центральный узел, от которого расходятся линии передачи данных к каждому из остальных узлов. Весь обмен информацией идет исключительно через центральный компьютер, на который таким способом возлагается очень большая нагрузка, поэтому ничем другим, кроме сети, он заниматься не может. Как правило, именно центральный компьютер является самым мощным, и именно на него возлагаются все функции по управлению обменом. Никакие конфликты в сети с топологией звезда в принципе невозможны, потому что управление полностью централизовано. Работа в сети: Рабочая станция, с которой необходимо передать данные, отсылает их на концентратор. В определённый момент времени только одна машина в сети может пересылать данные, если на концентратор одновременно приходят два пакета, обе посылки оказываются не принятыми и отправителям нужно будет подождать случайный промежуток времени, чтобы возобновить передачу данных. Этот недостаток отсутствует на сетевом устройстве более высокого уровня — коммутаторе, который, в отличие от концентратора, подающего пакет на все порты, подает лишь на определенный порт — получателю. Одновременно может быть передано несколько пакетов. Сколько — зависит от коммутатора. (активная звезда – в центре сети компьютер(сервер), пассивная звезда – в центре сети концентратор или коммутатор

39. Сети на основе серверов. Виды серверов. Требования к серверам.

Сеть на основе сервера (рис. 1), или, как ее еще часто называют, сеть типа "клиент - сервер", - наиболее востребованный тип сети, основными показателями которой являются высокие скорость передачи данных и уровень безопасности. Под словом "сервер" следует понимать выделенный компьютер, на котором установлена система управления пользователями и ресурсами сети. Данный компьютер в идеале должен отвечать только за обслуживание сети, и никакие другие задачи выполнять на нем не следует. Этот сервер называется контроллер домена. Он является наиболее важным объектом сети, поскольку от него зависит работоспособность всей сети. Именно поэтому данный сервер обязательно подключают к системе бесперебойного питания. Кроме того, в сети, как правило, присутствует дублирующей сервер, который называется вторичный контроллер домена.

Файл-сервер. Данный сервер представляет собой хранилище файлов разного типа. На нем, как правило, хранятся файлы пользователей, общие файловые ресурсы, аудио и видео-файлы и многое другое. Главное требование к файловому серверу - надежная дисковая подсистема, которая может обеспечивать безопасное хранение файлов и доступ к ним в любое время суток. Часто на данном сервере устанавливается архивирующая система, например стример, с помощью которого осуществляется плановое создание архивных данных. Это обеспечивает гарантированное восстановление данных пользователей в случае непредвиденных сбоев оборудования.

Сервер базы данных. Серверы подобного типа наиболее востребованы, поскольку позволяют обеспечить доступ к единой базе данных. В качестве таковой могут выступать базы данных бухгалтерского и другого типа учета, юридическо-правовые базы данных и т. д. В качестве сервера базы данных используются мощные компьютеры с большим объемом оперативной памяти и RAID-массивом из быстрых жестких дисков. Очень важным является факт организации архивирования данных, поскольку от целостности базы данных и доступа к ней зависит работа всего предприятия.

Сервер приложений. Сервер приложений используется в качестве промежуточного звена между сервером базы данных и клиентским компьютером. Это позволяет организовать так называемую трехзвенную (или трехуровневую) архитектуру, с помощью которой выполнение программ, требующих обмен с базой данных, происходит максимально быстро и эффективно. Кроме того, за счет такой организации повышается безопасность доступа к данным и увеличивается управляемость процессом, поскольку легче контролировать работу одного компьютера, нежели сотни.

Принт-сервер. Специальный сервер, позволяющий сделать процесс печати более контролируемым и быстрым. Используется в сетях, которым необходим доступ к общему принтеру. Сервер подобного рода обеспечивает управление очередью печати и доступ к принтеру для клиентов любого типа: при проводном или беспроводном соединении, для переносного устройства или мобильного телефона.

Интернет-шлюз. Данный сервер позволяет предоставить пользователям локальной сети доступ в Интернет, а также организовать доступ к ресурсам по протоколам FTP и HTTP. Поскольку данный сервер является "окном" во внешнюю сеть, к нему предъявляются определенные требования, среди которых основными являются требования к безопасности локальных данных и защита от доступа к ним извне. Именно поэтому на таком сервере устанавливают различные сетевые фильтры и брандмауэры, позволяющие эффективно фильтровать входящий и исходящий трафик, что делает использование Интернета более безопасным.

Почтовый сервер. Практически каждое серьезное предприятие, применяющее для организации обмена данными сеть на основе сервера, для общения с внешним миром пользуется корпоративными электронными ящиками. Этот подход вполне оправдан, поскольку позволяет контролировать входящий и исходящий трафик, тем самым блокируя возможность утечки информации. Подобную систему обмена информацией позволяет реализовать почтовый сервер соответствующим программным обеспечением. На этот сервер дополнительно устанавливаются разнообразные антиспамовые фильтры, позволяющие бороться (насколько это возможно) со все возрастающим объемом рекламных писем, которые и называются спамом.

Кроме упомянутых выше, могут использоваться и другие типы серверов, что зависит только от потребностей сети. Подключение новых серверов не вызывает никаких трудностей, поскольку гибкость и возможности сети на основе сервера позволяют сделать это в любой момент.

С точки зрения системного администратора, сеть на основе сервера хотя и наиболее сложная в создании и обслуживании, но в то же время наиболее управляемая и контролируемая. Благодаря наличию главного компьютера управление учетными записями пользователей происходит очень легко и, самое главное, - эффективно. Благодаря политикам безопасности также упрощается контроль над самими компьютерами, что делает сеть более управляемой, а данные в ней более защищенными.

От выбора типа сети зависит ее будущее: расширяемость, возможность использования того или иного программного обеспечения и оборудования, надежность сети и многое другое. В этом плане сеть на основе сервера является наиболее предпочтительной и выгодной.

39. Стек протоколов OSI. Краткая характеристика протоколов по уровням.

стек OSI - это набор вполне конкретных спецификаций протоколов, образующих согласованный стек протоколов.??

Прикладной уровень: верхний уровень модели, обеспечивающий взаимодействие пользовательских приложений с сетью, позволяет приложениям использовать сетевые службы (удалённый доступ к файлам и базам данных,пересылка электронной почты) отвечает за передачу служебной информации, предоставляет приложениям информацию об ошибках, формирует запросы к уровню представления.

Представительский уровень: обеспечивает преобразование протоколов и шифрование/дешифрование данных.

Сеансовый уровень: обеспечивает поддержание сеанса связи, позволяя приложениям взаимодействовать между собой длительное время. Уровень управляет созданием/завершением сеанса, обменом информацией, синхронизацией задач, определением права на передачу данных и поддержанием сеанса в периоды неактивности приложений.

Транспортный уровень: предназначен для обеспечения надёжной передачи данных от отправителя к получателю. При этом уровень надёжности может варьироваться в широких пределах.

Сетевой уровень: предназначен для определения пути передачи данных. Отвечает за трансляцию логических адресов и имён в физические, определение кратчайших маршрутов, коммутацию и маршрутизацию, отслеживание неполадок и «заторов» в сети.

Канальный уровень: предназначен для обеспечения взаимодействия сетей на физическом уровне и контроля за ошибками, которые могут возникнуть. Полученные с физического уровня данные он упаковывает в кадры, проверяет на целостность, если нужно, исправляет ошибки (формирует повторный запрос поврежденного кадра) и отправляет на сетевой уровень. Канальный уровень может взаимодействовать с одним или несколькими физическими уровнями, контролируя и управляя этим взаимодействием.

Физический уровень:  предназначенный непосредственно для передачи потока данных. Осуществляет передачу электрических или оптических сигналов в кабель или в радиоэфир и, соответственно, их приём и преобразование в биты данных.

39. Стек протоколов TCP/IP. Схема подготовки информации к передаче на компьютере-отправителе и восстановления информации на компьютере-получателе.

Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP) - это промышленный стандарт стека протоколов, разработанный для глобальных сетей.

Стек протоколов TCP/IP  набор сетевых протоколов разных уровней модели сетевого взаимодействия DOD, используемых в сетях. Протоколы работают друг с другом в стеке — это означает, что протокол, располагающийся на уровне выше, работает «поверх» нижнего, используя механизмы инкапсуляции. Например, протокол TCP работает поверх протокола IP.

Транспортировка данных производится путем разбиения сообщений на IP-пакеты на компьютере-отправителе, индивидуальной маршрутизации каждого пакета и сборке сообщений из пакетов в первоначальном порядке на компьютере-получателе

39. СУБД. Назначение и основные функции.

Система управления базами данных (СУБД) - приложение, обеспечивающее создание, хранение, обновление и поиск информации в базах данных. СУБД осуществляют взаимодействие между базой данных и пользователями системы, а также между базой данных и прикладными программами, реализующими определенные функции обработки данных.

К основным функциям СУБД относятся:

• Непосредственное управление данными во внешней и оперативной памяти и обеспечение эффективного доступа к данным в процессе решения задач.

• Поддержание целостности данных и управление транзакциями.

• Ведение системного журнала изменений в базе данных, что обеспечивает восстановление базы данных после технического или программного сбоя.

• Реализация поддержки языка описания данных и языка запросов к данным.

• Обеспечение безопасности данных.

• Обеспечение параллельного доступа к данным нескольких пользователей.

39. Структура реляционных баз данных. Что называют записью и полем? Какого типа могут быть поля таблиц? Какими дополнительными свойствами (характеристиками) могут обладать поля?

Реляционная база данных представляет собой множество взаимосвязанных таблиц, каждая из которых содержит информацию об объектах определенного вида

Поле – это минимальный элемент данных.

Запись – это полный набор данных об определенном объекте.

Типы полей таблиц:

• Текстовый

• Поле MEMO

• Числовой. Денежный

• Дата/время.

• Счетчик.

• Логический.

• Поле объекта OLE.

• Гиперссылка. .

• Мастер подстановок. .

Свойства полей:

• размер

• формат

• число десятичных знаков (для числовых)

• подпись

• значение по умолчанию

• условие на значение

• сообщение об ошибке

39. Первичный и внешний ключи. Их назначение, возможные типы и варианты реализации. Какие отношения возможны между таблицами базы данных и в чём их смысл?

Первичный (главный) ключ – это одно или несколько полей, совокупность значений которых однозначно определяет любую запись.

Внешний ключ — это столбец одной таблицы, значения которого совпадают со значениями столбца, являющегося первичным ключом другой таблицы.

Назначение:

Уникальность ключевого поля обеспечивает уникальность записей таблицы, что в свою очередь обеспечивает корректное удаление, добавление и изменение записей в таблице. Минимальность ключевого поля обеспечивает эффективное использование памяти БД

Типы: простые и составные

Отношения между таблицами

Отношения между таблицами устанавливают связь между данными находящимися в разных таблицах базы данных.

Типы отношений

Один к одному - каждая запись в одной таблице соответствует только одной записи в другой таблице.

Один к многим — одному полю первой таблицы соответствует несколько полей другой (таб. 1 — квартиры, таб 2 - жильцы)

Много к одному — аналогично о-к-м

Много ко многим - каждая запись в одной таблице связана с несколькими записями в другой таблице и наоборот

39. В чём смысл терминов «ссылочная целостность данных», «каскадное обновление связей», «каскадное удаление записей», «объединение таблиц»?

Ссылочная целостность – это ограничение базы данных, гарантирующее, что ссылки между данными являются действительно правомерными и неповрежденными. Ссылочная целостность является фундаментальным принципом теории баз данных и проистекает из той идеи, что база данных должна не только сохранять данные, но и активно содействовать обеспечению их качества. Вот несколько дополнительных определений, найденных в Web:

• «Ссылочная целостность в реляционной базе данных – это согласованность между связанными таблицами. Ссылочная целостность обычно поддерживается путем комбинирования первичного ключа и внешнего ключа. Для соблюдения ссылочной целостности требуется, чтобы любое поле в таблице, объявленное внешним ключом, могло содержать только значения из поля первичного ключа родительской таблицы …» 

• «[Ссылочная целостность – это] свойство, обеспечиваемое реляционными системами управления базами данных (РСУБД), которое предотвращает ввод несогласованных данных пользователями или приложениями. В большинстве РСУБД имеются различные правила ссылочной целостности, которые можно применить при создании связи между двумя таблицами.» «[Ссылочная целостность – это] предохранительное устройство системы управления базами данных, гарантирующее, что каждый внешний ключ соответствует первичному ключу. Например, номера заказчиков являются первичными ключами в файле заказчиков и внешними ключами в файле заказов. При удалении записи заказчика должны быть удалены соответствующие записи заказов; в противном случае они останутся без исходной связи. Если СУБД не проверяет этого, соответствующий механизм должен программироваться в приложении

• Каскадное обновление связей — режим работы СУБД, при котором, в случае изменения записи в главной таблице, меняются соответсвтующие записи в подчиненных

• Если включен режим каскадного удаления записей, то при удалении записей в главной таблице все связанные записи в подчиненных таблицах удаляются

• Объединение таблиц означает создание нового набора, представляющего собой

• декартово произведение строк из этих таблиц.

39. Что называют запросом на выборку и что представляет результат его выполнения? Что входит в формирование запроса (отбора данных)? Какую роль играют связи между таблицами при выполнении многотабличных запросов?

Запрос на выборку — это объект базы данных, который служит для отображения данных в режиме таблицы.

Запрос на выборку формирует результирующую таблицу, содержащую только необходимые по условию запроса данные из указанных базовых таблиц

39. Поясните смысл относящихся к полям таблиц терминов «индексированное поле», «условие на значение», «обязательное поле», «значение по умолчанию».

Индексированное поле - это поле, отсортированное по возрастанию или убыванию

Условие на значение - свойство, определяющее допустимые значения для ввода в поле или запись в таблице, а также в для элемента управления в форме.

Обязательное поле - свойство , которое указывает на то, что данное поле обязательно надо заполнить.

Значение по умолчанию —значение, автоматически добавляемое в поле для каждой новой записи, если это значение не введено пользователем.