Основные компоненты компьютерных сетей. Типы сетей. Общие принципы построения сетей.
Основными аппаратными компонентами сети являются следующие элементы:
1. Абонентские системы: компьютеры (рабочие станции или клиенты и серверы); принтеры; сканеры и др.
2. Сетевое оборудование: сетевые адаптеры; концентраторы (хабы); мосты; маршрутизаторы и др.
3. Коммуникационные каналы: кабели; разъемы; устройства передачи и приема данных в беспроводных технологиях.
Основными программными компонентами сети являются следующие:
1. Сетевые операционные системы, где наиболее известные из них это: MS Windows; LANtastic; NetWare; Unix; Linux и т.д.
2. Сетевое программное обеспечение (Сетевые службы): клиент сети; сетевая карта; протокол; служба удаленного доступа.
ЛВС (Локальная вычислительная сеть) – это совокупность компьютеров, каналов связи, сетевых адаптеров, работающих под управлением сетевой операционной системы и сетевого программного обеспечения.
В ЛВС каждый ПК называется рабочей станцией, за исключением одного или нескольких компьютеров, которые предназначены для выполнения функций серверов. Каждая рабочая станция и сервер имеют сетевые карты (адаптеры), которые посредством физических каналов соединяются между собой. В дополнение к локальной операционной системе на каждой рабочей станции активизируется сетевое программное обеспечение, позволяющее станции взаимодействовать с файловым сервером.
Компьютеры, входящие в ЛВС клиент – серверной архитектуры, делятся на два типа: рабочие станции, или клиенты, предназначенные для пользователей, и серверы, которые, как правило, недоступны для обычных пользователей и предназначены для управления ресурсами сети.
Рабочие станции
Рабочая станция (workstation) – это абонентская система, специализированная для решения определенных задач и использующая сетевые ресурсы. К сетевому программному обеспечению рабочей станции относятся следующие службы:
- клиент для сетей;
- служба доступа к файлам и принтерам;
- сетевые протоколы для данного типа сетей;
- сетевая плата;
- контроллер удаленного доступа.
Рабочая станция отличается от обычного автономного персонального компьютера следующим:
- наличием сетевой карты (сетевого адаптера) и канала связи;
- на экране во время загрузки ОС появляются дополнительные сообщения, которые информируют о том, что загружается сетевая операционная система;
- перед началом работы необходимо сообщить сетевому программному обеспечению имя пользователя и пароль. Это называется процедурой входа в сеть;
- после подключения к ЛВС появляются дополнительные сетевые дисковые накопители; появляется возможность использования сетевого оборудования, которое может находиться далеко от рабочего места.
Сетевые адаптеры
Для подключения ПК к сети требуется устройство сопряжения, которое называют сетевым адаптером, интерфейсом, модулем, или картой. Оно вставляется в гнездо материнской платы. Карты сетевых адаптеров устанавливаются на каждой рабочей станции и на файловом сервере. Рабочая станция отправляет запрос через сетевой адаптер к файловому серверу и получает ответ через сетевой адаптер, когда файловый сервер готов.
Сетевые адаптеры вместе с сетевым программным обеспечением способны распознавать и обрабатывать ошибки, которые могут возникнуть из-за электрических помех, коллизий или плохой работы оборудования.
Различные типы сетевых адаптеров отличаются не только методами доступа к каналу связи и протоколами, но еще и следующими параметрами:
- скорость передачи;
- объем буфера для пакета;
- тип шины;
- быстродействие шины;
- совместимость с различными микропроцессорами;
- использованием прямого доступа к памяти (DMA);
- адресация портов ввода/вывода и запросов прерывания;
конструкция разъема.
Сетевые операционные системы
Сетевые операционные системы NOS (Network Operating System) – это комплекс программ, обеспечивающих в сети обработку, хранение и передачу данных.
Для организации сети кроме аппаратных средств, необходима также сетевая операционная система. Операционные системы сами по себе не могут поддерживать сеть. Для дополнения какой-нибудь ОС сетевыми средствами необходима процедура инсталляции сети.
NOS необходима для управления потоками сообщений между рабочими станциями и файловым сервером. Она является прикладной платформой, предоставляет разнообразные виды сетевых служб и поддерживает работу прикладных процессов, реализуемых в сетях. NOS используют архитектуру клиент-сервер или одноранговую архитектуру.
NOS определяет группу протоколов, обеспечивающих основные функции сети. К ним относятся:
- адресация объектов сети;
- функционирование сетевых служб;
- обеспечение безопасности данных;
- управление сетью.
Типовой состав оборудования локальной сети
На рис. 1 приведен фрагмент вычислительной сети. Фрагмент вычислительной сети включает основные типы коммуникационного оборудования, применяемого сегодня для образования локальных сетей и соединения их через глобальные связи друг с другом.
Для построения локальных связей между компьютерами используются различные виды кабельных систем, сетевые адаптеры, концентраторы, повторители. Для связей между сегментами локальной вычислительной сети используются концентраторы, мосты, коммутаторы, маршрутизаторы и шлюзы.
Рис. 1. Фрагмент сети
Для подключения локальных сетей к глобальным связям используются:
- специальные выходы (WAN–порты) мостов и маршрутизаторов;
- аппаратура передачи данных по длинным линиям – модемы (при работе по аналоговым линиям);
- устройства подключения к цифровым каналам (TA – терминальные адаптеры сетей ISDN, устройства обслуживания цифровых выделенных каналов типа CSU/DSU и т.п.).
Типы компьютерных сетей
Компьютерные сети бывают двух типов – одноранговые и сети на основе сервера.
Одноранговая сеть
Создание одноранговой сети – это достаточно простой процесс, и основной характеристикой такой сети является то, что все компьютеры, находящиеся в ней, функционируют самостоятельно.
Одноранговая сеть фактически представляет собой несколько компьютеров, которые соединены между собой посредством одного из распространенных типов связи. Именно по причине отсутствия сервера в данном типе сети, она считается более простой и доступной. Но также следует заметить, что в одноранговой сети компьютеры должны быть максимально мощными, так как им придется самостоятельно справляться не только с основной работой, но и с различными неполадками.
В такой сети нет компьютера, который играет роль сервера, а потому любой из рабочих компьютеров может быть таковым. За ним обычно следит сам пользователь, и в этом кроется главный недостаток одноранговой сети: пользователь должен не только осуществлять работу на компьютере, но и выполнять функции администратора. Также он должен отвечать за устранение неполадок в работе компьютера, обеспечивать максимальную защиту компьютера от вирусных атак.
Одноранговая сеть поддерживает любую операционную систему, поэтому это может быть и Windows 95, к примеру.
Обычно одноранговая сеть строится для объединения небольшого количества компьютеров (до 10) посредством кабеля и в тех случаях, когда нет необходимости в строгой защите данных.
Сеть на основе сервера.
Сеть основе сервера – это самый распространенный тип сети.
В ней может использоваться один или более серверов, которые контролируют рабочие места. Сервер отличает мощность и быстродействие, он очень быстро обрабатывает запросы пользователей и за его работой следит системный администратор.
Что касается количества рабочих мест в такой сети, то оно неограниченно. Лишь для сохранения нормальной работы сети по необходимости устанавливаются дополнительные серверы.
Серверы отличаются в зависимости от вида выполняемой ими работы.
Файл-сервер используется для хранения различной информации в файлах и папках. Такой сервер управляется любой ОС по типу Windows NT 4.0.
Принт-сервер занимается обслуживанием сетевых принтеров и обеспечивает доступ к ним.
Сервер базы данных обеспечивает максимальную скорость поиска и записи необходимых данных в базу данных.
Сервер приложений выполняет запросы, которые требуют высокой производительности.
Существуют также и другие серверы: почтовые, коммуникационные и т.д.
Сеть на основе сервера предоставляет намного больше возможностей и услуг, чем одноранговая, она отличается высокой производительностью и надежностью.
Общие принципы построения сетей.
Под понятием "Сеть" подразумевается физическая связь между компьютерами, осуществляющими пересылку пакетов, с единой системой адресации.
Компьютерные сети можно условно разделить на два вида: On-Line (время доставки пакета маленькое - несколько секунд) и Off-Line (задержки при доставке пакетов могут достигать нескольких часов или суток). Примером On-Line сети является Internet, примером Off-Line сети - FidoNet.
Internet - крупнейшая компьютерная сеть в мире, объединяющая множество компьютеров, соединенных самыми разнообразными способами от телефонных линий до систем спутниковой связи.
Для того чтобы понять все ниже описанное приведем немного теории: Протокол – стандарт передачи данных по сети. Сетевые протоколы приняты официально. Благодаря четкости и строгости следования протоколам, мы можем использовать сервис, предоставляемый сервером, вне зависимости от того, какое клиентское ПО установлено у нас и какое серверное ПО установлено на сервере. То есть каким бы браузером мы не пользовались, web-сервер (каким бы он ни был), всегда знает какого вида запрос он получит (согласно HTTP)и какого вида ответ надо отсылать.
Для разных нужд используются разные протоколы. В Internet используется стек протоколов TCP/IP. Это ряд протоколов, объединенных вместе в "семейство" протоколов под общим названием TCP/IP (по названиям двух основных протоколов: TCP и IP).
На семействе протоколов TCP/IP построен Интернет. В TCP/IP входят следующие протоколы:
IP - Internet Protocol. Межсетевой протокол, который обеспечивает транспортировку без дополнительной обработки данных с одной машины надругую.
TCP - Transmission Control Protocol. Протокол управления передачей, обеспечивающий транспортировку с помощью IP с проверкой установления соединения.
UDP - User Datagram Protocol. Протокол пользовательских датаграмм, обеспечивающий транспортировку отдельных сообщений с помощью IP без проверки ошибок
HTTP - HyperText Transfer Protocol. Протокол передачи гипертекста. По этому протоколу происходит пересылка пакетов в web. По умолчанию web-сервер находится на 80-ом порту. Используется web-сервером и браузером.
FTP - File Transfer Protocol. Протокол передачи файлов. По умолчанию ftp-сервер находится на 21-ом порту
SMTP - Simple Mail Transfer Protocol. Протокол отправки почты. По этому протоколу почтовый клиент соединяется с почтовым сервером и отсылает ему почтовые сообщения.
POP3 - Post Office Protocol. Протокол чтения почты. По этому протоколу почтовый клиент проверяет наличие новых писем на сервере, и забирает их оттуда, если они есть. По умолчанию POP3-сервер находится на 110-ом порту. Этот протокол требует авторизации (введение логина и пароля), так как в противном случае любой мог бы забирать чужую почту.
NNTP - Network News Transfer Protocol. Протокол передачи новостей.
telnet - протокол эмуляции терминала. По этому протоколу соединяются с удаленным сервером и работают там, как на своем компьютере. По умолчанию telnet открывают на 23-м порту.
Адресация
Каждый компьютер подключаемый к Internet получает свой уникальный IP-адрес.
Ip-адрес состоит из четырех чисел и имеет вид ххх.ххх.ххх.ххх (например, 62.118.137.150) Internet-адрес имеет в длину четыре байта и состоит из двух частей: сетевой и машинной. Первая часть означает логическую сеть, к которой относится адрес.
На основании этой информации принимаются решения о маршрутизации ( routing ). Вторая часть идентифицирует конкретную машину в сети. По соглашению, IP-адреса записываются как десятичные числа (по одному на каждый байт), разделенные точками, например 62.118.137.150
Каждый IP-адрес принадлежит сети определенного класса. Класс сети определяется значением байта адреса:
Маршрутизаторы
Каждый пакет, проходящий по сети содержит адрес получателя, и идет согласно определенным правилам маршрутизации.
Маршрутизация - это процесс направления пакета по лабиринту сетей, находящихся между источником и адресатом.
Роутер и маршрутизатор - это одно и то же. Научным языком маршрутизатор - это совокупность аппаратных и программных средств для управления потоками данных в сети. То есть это подключенный к сети компьютер со своим специфическим софтом, в задачу которого входит регулировать трафик в сети, направлять сетевые пакеты. Через маршрутизатор к Интернету подключают локальные сети.
Так же существуем межсетевой маршрутизатор (gateway/шлюз), соединяющий друг с другом две разнородные сети. Он должен быть подключен и к первой сети и ко второй. Его работа заключается в перенаправлении пакетов из одной сети в другую и обратно, а также преобразовывать их к понятному для этих сетей виду.
DNS (Domain Name System/Доменная Система Имен) - это распределительная база данных, которая содержит информацию о компьютерах, включенных в сеть Internet. Характер данных зависит от конкретной машины, но чаще всего информация включает имя машины, IP-адрес и данные для маршрутизации почты. Для удобства, большинство компьютеров имеют имена. Доменная система имен выполняет несколько задач, но основная ее работа - преобразование имён компьютеров а IP-адреса и наоборот.
Пространство имен DNS (иерархия доменов) имеет вид дерева доменов, с полномочиями, возрастающими по мере приближения к корню дерева.
Первый домен в иерархии доменов - корневой домен, не имеющий имени. Под ним находятся домены верхнего уровня (корневые домены): .com, .net, .org, .edu, .gov, .mil, .int и двухбуквенные национальные домены (.ru, .uk, .us, .fr, .jp и т.д.).
По историческим причинам существует два вида доменов верхнего уровня. В США домены верхнего уровня отражают организационную структуру, и как правило имеют трехбуквенные имена:
.gov - государственные учреждения
.mil - военные учреждения
.com - коммерческие организации
.net - поставщики сетевых услуг
.org - бесприбыльные организации
.edu - учебные заведения
Для доменов вне США, в соответствии с территориальным расположением используются двухбуквенные коды стран (национальные домены).
Например:
www.tut.by
www.ciberpolice.ru - в России
www.berlin.de - а Германии
www.hotex.nl - в Нидерландах
и т.д.
Далее идут домены второго уровня/
Среди доменов второго уровня есть домены общего пользования (generic) и домены открытого пользования (public).
Домен общего пользования зарегистрировать не удастся.
Домены всех остальных уровней, или сабдомены (subdomain), или виртуальные - всего лишь директории на сервере. Например, articles.petrov.ru, articles - директория на сервере petrov.ru.
Система эта работает следующим образом: вводится доменное имя, браузер соединяется с ближайшим DNS-сервером и просит его выдать IP, к которому привязано это доменное имя. DNS-сервер ищет его в своей базе данных и, если нашел, выдает IP. Если же искомое доменное имя не находится, DNS-сервер запрашивает у DNS-сервера более высокого уровня (корневого).
Если же это доменное имя не будет найдено (не зарегистрировано), будет возвращен ответ об ошибке.
Общение с DNS-сервером происходит по специально для этого написанному одноименному (DNS) протоколу.