6.1. Общее понятие о компьютерных сетях, их назначении

Компьютерной сетью называется группа компьютеров, объединенных линиями передачи данных и способных обмениваться информацией. Компьютеры могут располагаться в пределах одной фирмы или в различных фирмах и в различных географических точках. Компьютерные сети следует отличать от многомашинных комплексов. Многомашинным вычислительным комплексом называется несколько компьютеров, соединенных средствами сопряжения и играющих разную роль в едином вычислительном процессе. Любой компьютер можно считать многомашинным комплексом в миниатюре, так как в его состав входят различные контроллеры и адаптеры, выполняющие специальные функции и снабженные процессорами и памятью. Многомашинным комплексом является мейнфрейм, так как в его состав всегда входят вспомогательные компьютеры, выполняющие служебные функции управления передачей информации и управления внешними устройствами. Отличие многомашинного комплекса от сети в том, что структура комплекса и функции отдельных составляющих комплекса жестко предопределены, в то время как структура сети может быть легко изменена, а роли узлов сети в разных процессах взаимодействия могут быть разными. Работа сети сводится всего лишь к обмену информацией между составляющими сети.

Всемирная тенденция к объ­единению компьютеров в сети обусловлена рядом важных объективных причин, таких как глобализация экономики, повышение уровня управления предпринимательскими и государственными структурами, появление новых видов информационных услуг. Пользователи, подключенные к компьютерной сети, получают возможность получать и передавать сообщения по электронной почте, получать доступ к информации вне зависимости от ее географического расположения, а также пользоваться программным обеспечением различных фирм.

Без использования компьютерных сетей невозможно создать информационную систему, эффективно управляющую предприятием. Преимущества объединения компьютеров предприятия в сеть заключаются в следующем:

управляющие действия на рабочих местах выполняются, как правило, одной программой, по единым правилам и едиными средствами;

использование сетей позволяет разместить все данные предприятия на одном (реже нескольких компьютерах), обеспечивая доступ к ним со всех рабочих мест

экономится дисковое пространство;

пользователи информационной системы получают доступ к информации в режиме реального времени (при доступе в режиме реального времени информация, введенная в систему одним пользователем, сразу же становится доступной всем остальным пользователям);

обеспечивается многопользовательский режим;

сети позволяют пользователям сообща использовать периферийные устройства (чаще всего пользуются общими печатающими устройствами и общими магнитными дисками).

Перечисленные функции называют разделением программ, разделением данных и разделением ресурсов компьютера. Кроме того, сети могут обеспечивать разделение ресурсов процессора, что делает возможным использование вы­числительных мощностей одного компьютера для обработки данных вместо другого, менее мощного компьютера.

Даже если на предприятии или в фирме не функционирует единая интегрированная информационная система, все равно использование сети может дать существенную экономию за счет разделения ресурсов. Существенным также оказывается сокращение бумажных потоков за счет организации обмена информации в электронном виде (здесь есть проблемы как программного, так и организационного характера). Кроме того, централизованное размещение данных позволяет эффективно решать задачи дифференциации доступа к информации.

Компьютерные сети подразделяются на локальные, региональные и глобальные.

Локальные вычислительные сети (ЛВС, англ. Local Area Network - LAN) объединяют компьютеры, расположенные в пределах ограниченной территории. Как правило, линии связи локальной сети принадлежат предприятию или учреждению, для которого предназначена сеть, и имеют протяженность до одного километра.

Региональные вычислительные сети с (РВС, англ. Wide Area Network - WAN) состоят из нескольких ЛВС, объединенных по территориальному или ведомственному признаку. К региональным принято относить сети, обслуживающие крупные корпорации (корпоративные сети), сети, объединяющие университеты или ведомственные сети (например, сеть органов внутренних дел). Линии связи региональной сети принадлежат корпорации или ведомству или арендуются у компаний, специализирующихся на связи.

Глобальные вычислительные сети (ГВС, англ. Global Area Nework - GAN) объединяют компьютеры разных стран и разных континентов, принадлежащих организациям, фирмам, научным учреждениям или частным лицам.

Подавляющее большинство локальных сетей используется на предприятиях и в организациях. Локальная вычислительная сеть на предприятии или в организации выполняет следующие функции:

создание единого информационного пространства, которое способно включать и предоставлять всем пользователям информацию, полученную в разное время и из разных источников;

распа­раллеливание и контроль выполне­ния работ и связанной с ними обработки данных;

повышение достоверности информации и надежности ее хранения пу­тем создания вычислительной системы, устойчивой к сбоям и потерям информации, а также создание архивов данных, которые можно использовать для аналитической обработки;

обеспечение эффективной системы накопления, хранения и поиска технологической, технико-экономической и финансово-экономической ин­формации по текущей работе и работе, проделанной некоторое время назад (ин­формация архива), с помощью создания глобальной базы данных;

обработка документов и построения на базе этого действующей сис­темы анализа, прогнозирования и оценки;

анализ обстановки с целью принятия оп­тимального решения и выработки глобальных отчетов;

обеспечение прозрачного доступа к информации авторизованному пользователю в соответствии с его правами и привилегиями.

Существует два подхода к организации сетевого программного обеспечения - сети с централизованным управлением и одноранговые сети.

В сети с централизованным управлением выделяются компьютер, управляющий обменом данными по сети (в большой сети их может быть несколько). Этот компьютер называется центральным сервером (термин «сервер», употребляемый в разных смыслах, уже встречался и еще будет неоднократно встречаться). На сервере должен работать специальный сетевой диспетчер, обеспечивающий надежную и безопасную работу сервера и всей сети. Остальные компьютеры являются рабочими станциями. Сервер в централизованной сети выполняет три важные функции:

хранит данные о конфигурации сети и другие системные таблицы, а также часто используемые программы;

принимает информацию, которую нужно переслать от одной рабочей станции к другой рабочей станции;

служит шлюзом (передающим устройством) к другим сетям.

Сервер может быть выделенным или невыделенным. В первом случае сервер не может использоваться как рабочая станция и выполняет только централизованные функции. Во втором случае параллельно с задачами обслуживания сети сервер выполняет обычные пользовательские программы. Однако при этом снижается его производительность и надёжность работы всей сети в целом, так как ошибка в пользовательской программе, запущённой на сервере, может привести к остановке работы всей сети.

Очень часто основные системные средства и данные общего назначения (базы данных и клиентские приложения) хранятся на дисках центрального сервера. Благодаря этому обеспечивается рациональное использование внешней памяти за счёт освобождения локальных дисков рабочих станций. Кроме того, облегчается обеспечение целостности данных, что всегда является проблемой при дублировании одной и той же информации на разных компьютерах.

Одноранговые сети не содержат в своём составе выделенных серверов. Функции управления сетью распределены между рабочими станциями. Системные таблицы дублируются на всех компьютерах. Как правило, рабочие станции имеют доступ к дискам других рабочих станций. Такой подход облегчает совместную работу групп пользователей, но в целом производительность сети может понизиться. Одно из достоинств одноранговых сетей - простота обслуживания. Если для обслуживания централизованной сети, как правило, требуется системный администратор, то для поддержания работоспособности одноранговой сети не требуется специально выделенный для этого сотрудник.

Важной характеристикой сети служат методы разрешения конфликтных ситуаций. Пользователи локальной сети обычно получают и передают информацию разной степени важности, поэтому более важное сообщение должно иметь возможность передаваться по каналу связи вне очереди. В своем большинстве сети используют систему приоритетов.

При большой загрузке сети необходимо как можно более полное использование каналов связи, что обеспечивается правильным управлением сетью и возможностью работы в загруженных сетях. Поскольку для ЛВС характерны небольшие значения времени распространения сигналов и высокие скорости работы каналов, а также небольшое количество ошибок, не требуется, чтобы в локальной сети использовались сложные механизмы соединения, опроса, положительного или отрицательного подтверждения передачи.

В локальной сети (даже одноранговой) различные узлы зачастую выполняют различную роль. С точки зрения тех функций, которые отдельные компьютеры выполняют в локальной сети, принято делить узлы на функциональные серверы и рабочие станции. Функциональным сервером (чаще просто сервером) называется такая единица сети, которая обеспечивает другие узлы либо информацией, либо какими-либо услугами (например, обеспечивает правильную адресацию сообщений). Рабочими станциями (или абонентами сети) называют узел, потребляющий информацию. Например, в информационных системах рабочие станции соответствуют рабочим местам служащих предприятия.

На сервере для выполнения его функций должно работать специализированное системное обеспечение. В небольших сетях все функции серверов, включая управление сетью, выполняет один центральный компьютер. Как правило, сервер управляется сетевой операционной системой. Рабочая станция в локальной сети может иметь собственную операционную систему, а сетевые функции выполняет сетевой модуль, работающий на рабочей станции (так устроена система Novell NetWare). В больших сетях разные функции выполняют разные компьютеры.

В зависимости от выполняемой функции сервер может иметь разное название. Например, сервер телекоммуникаций обеспечивает связь данной локальной сети с другими сетями. Он должен обеспечить маршрутизацию сообщений, а также буферизацию принимаемой и отправляемой информации. Вычислительный сервер дает возможность производить вычисления, которые невозможно выполнить на рабочих станциях из-за их небольшой мощности. Дисковый сервер обладает расширенными ресурсами внешней памяти и предоставляет их в пользование рабочим станциям и, возможно, другим серверам. Файловый сервер предназначен для хранения файлов для всех рабочих станций. Если в сети функционирует информационная система, содержащая базу данных, и эта база содержится на сервере, то такой сервер называется сервером баз данных. Сервер, служащий для хранения передаваемых и получаемых сообщений электронной почты, называется почтовым сервером.

Следует отметить, что понятия сервера и рабочей станции в том контексте, о котором речь шла выше – это функциональное деление. Реально можно организовать на одном компьютере сервер коммуникаций, сервер баз данных, почтовый сервер и еще рабочую станцию. Возможно также для сервера баз данных использовать не один, а несколько компьютеров. Но с точки зрения функциональной все они будут считаться одной структурной единицей – сервером (или рабочей станцией).

Другой подход к работе сети заключается в том, что она служит для взаимодействия выполняемых в ней процессов – работающих программ и подпрограмм. Можно представить локальную сеть как единый распределенный в пространстве вычислительный комплекс. С этой точки зрения неважно, на каком компьютере сети хранятся данные и где происходит обработка данных. Однако на практике это очень важно, так как от этого зависит время обработки. Если одна программа посылает запрос к другой программе с требованием выполнить некоторое действие, то желательно минимизировать потоки передаваемой по сети информации, а для этого важно, где локализовать обработку информации. В информационных системах, где потоки информации особенно велики, эти проблемы становятся критическими.

Технология клиент-сервер подразумевает, что функции информационного обслуживания распределены между клиентом (пользователем информации) и сервером (владельцем информации).

Для того, чтобы передавать по сети меньшие объемы данных, выборка информации производится на сервере, а клиенту посылается только результат. Клиент передает серверу формальный корректно сформулированный запрос, в котором указан не только характер и объем требуемой информации, но и форма ее организации. На основе этого запроса сервер производит отбор в базе данных и преобразование данных к требуемой форме. В результате по сети передаются только запрос и результат обработки, что позволяет во много раз снизить объем циркулирующей в сети информации. Подобная технология работы (запрос клиента – отбор информации сервером – передача результатов отбора – использование результата клиентом) предполагает, что прикладной процесс функционирует как на компьютере клиента (клиентская часть приложения), так и на компьютере сервера (серверная часть). Клиентскими называются программы, которые работают на компьютере пользователя. Они обеспечивают интерфейс с пользователем. На сервере работают системные программы, активизируемые запросами клиентов.

Стратегия клиент-сервер в организации информационного обслуживания предприятия позволяет:

уменьшить потоки информации, передаваемой по сети, за счет выборки информации на сервере;

упорядочить работу с данными на сервере за счет создания централизованных средств управления доступом;

организовать корректное хранение информации, распределенной по разным компьютерам.

Всеобщее распространение сетей способствовало появлению новых видов информационных услуг. Сервер коммуникаций, связанный с глобальной сетью, может обеспечить доступ пользователя с любого компьютера локальной сети к ресурсам глобальных сетей. Прежде всего это касается глобальных сетей и услуг, связанных с сетью Интернет. Наиболее популярна среди сетевых услуг электронная почта. Однако не менее важны и такие сетевые услуги, как передача данных по сети, доступ к удаленным базам данных и программам, проведение телеконференций, служба телефонных звонков через Интернет. Наконец, Интернет как социальное явление оказывает громадное влияние на весь уклад жизни в современном обществе (не меньшее, чем телевидение).