10. Вычислительные сети
Общие положения
Рассматривая развитие вычислительных сетей с точки зрения массового применения целесообразно остановиться на изменениях в архитектуре вычислительных систем. Здесь нужно выделить 4 ступеньки, приведшие к появлению современного сетевого персонального компьютера [ 10 ].
1). Mainframe – первое массовое использование компьютеров. В этом случае структура вычислительного комплекса выглядела следующим образом : центром вычислений являлся Центральный Процессор (ЦП), который осуществлял всю основную обработку информации; пользователи же получали доступ к ЦП через периферийные терминалы – интерфейсы между ЦП и компьютером. Здесь более экономично использовалось вычислительное оборудование, так как на одном компьютере одновременно могли работать несколько пользователей. Ограничением таких вычислительных комплексов является возможность использование только того программного обеспечения, которое на них установлено. Типичными примерами таких систем является IBM 360 (США) и ЕС-1046 (СССР). Мэйнфреймы и до настоящего времени широко используются в США.
2). Персональные компьютеры связаны с появлением интегральных схем и построенных на их основе микропроцессоров. ПК содержат все компоненты вычислительной системы и позволяют пользователю иметь собственное программное обеспечение. Однако сими по себе ПК не позволяют пользоваться информацией и вычислительными ресурсами других компьютеров.
3). Локальные вычислительные сети (ЛВС) – снимают ограничения, свойственные автономным и централизованным вычислительным системам. Они состоят из ПК, соединенных друг с другом линиями связи. Они используются как для передачи данных, так и для совместного использования дорогостоящих ресурсов (лазерных принтеров, плоттеров, сканеров и т.п.). Их недостаток – небольшая покрываемая площадь (в пределах одного здания).
4) Глобальные вычислительные сети (ГВС) – позволяют объединить удаленные компьютеры с использованием дальних линий связи (как правило, низкоскоростных аналоговых телефонных линий). Здесь не существуют ограничения по дальности передачи.
Типы вычислительных сетей
Сетью называют группу компьютеров, соединенных между собой при помощи специальной аппаратуры, обеспечивающей обмен данными между любыми компьютерами. Компьютер в сети называется рабочей станцией. Компьютер для управления сетью – сервером.
Локальная сеть LAN (Local Area Network) представляет собой соединение нескольких компьютеров в рамках одного здания.
Сеть CAN (Campus Area Network) представляет собой объединение нескольких сетей нескольких зданий.
Сеть MAN (Metropolitan Area Network) – объединение сетей в пределах города.
Сеть GAN (Global Area Network) объединяет континенты.
Преимущества вычислительных сетей может быть сведено к четырем пунктам.
1). Распределение данных (Data Sharing) . Данные хранятся на центральном ПК и могут быть доступны всем остальным ПК. На рабочем месте нет необходимости иметь накопители информации.
2). Распределение ресурсов (Resource Sharing) Периферийные устройства доступны всем ПК.
3). Распределение программ (Software Sharing). Все пользователи имеют доступ к программам.
4). Электронная почта (Electronic Mail). Все пользователи могут интерактивно соединяться друг с другом.
Сетевые топологии
Рассмотрим основные сетевые топологии.
Одноранговая сеть (рeer-to-peer) не имеет центрального ПК и работает без резервирования файлов. Аппаратные средства (принтеры, сканеры и т.п.), подключаемые к отдельным ПК, используются совместно на всех рабочих местах.
Сети типа клиент-сервер В таких сетях имеется мощный ПК (сервер), соединяемый с отдельными рабочими станциями. Отдельные рабочие станции используют ресурсы сервера и поэтому могут быть менее мощными. Управление сетью, т.е. управление рабочими станциями и периферийными устройствами осуществляется мощным программным обеспечением.
Компьютеры в сети могут соединяться по следующим видам : звезда, общая шина и кольцо.
Звезда
Каждый компьютер через сетевой адаптер соединяется отдельным кабелем с объединяющим устройством – сервером, находящимся в центре (рис.9.1).
Достоинства:
- Повреждение кабеля выводит из строя только одну рабочую станцию.
- Простота подключения. Каждая рабочая станция соединена только с сервером.
- Простота системы защиты от несанкционированного доступа.
- Высокая скорость передачи от сервера к рабочим станциям.
Недостатки:
- Если сервер находится не в центре, то подключение к нему удаленных рабочих станций может быть дорогим.
- Скорость передачи между рабочими станциями мала.
- Мощность сети зависит от сервера.
сервер
Рис. 9.1. Конфигурация вычислительной сети типа «звезда».
Рис. 9.2. Кольцевая конфигурация вычислительной сети.
…………….
Рис. 9.3.. Шинная топология вычислительной сети.
Кольцевая топология
В этом случае данные передаются от одного компьютера к другому как бы по эстафете. Если компьютер получает данные, предназначенные для другого компьютера, он передает их дальше по кольцу.
Достоинства :
Нет ограничения на длину всей сети и ограничений на расстояние между компьютерами.
Высокая эффективность информационного потока, так как информация постоянно циркулирует по кругу.
Недостатки :
Время передачи данных увеличивается пропорционально числу компьютеров.
Каждая рабочая станция участвует в передаче информации. Выход из строя одной станции приводит к нейтрализации всей сети.
Подключение новых компьютеров требует отключения сети.
Шинная топология
Эта топология предполагает использование одного кабеля, к которому подключаются все компьютеры. Кабель здесь используется всеми рабочими станциями по очереди. Сообщения, посылаемые отдельными компьютерами, принимаются всеми остальными компьютерами. Надежность вычислительной сети здесь выше, чем в предыдущих случаях. Эта топология получила наибольшее распространение.
Достоинства:
Небольшие затраты на кабель.
Рабочие станции могут быть установлены в любой момент без перерыва в работе сети.
Недостатки:
При обрыве кабеля выходят из строя участки сети от места разрыва.
Возможность несанкционированного подключения к сети.
Методы доступа к данным
Передача данных в локальных сетях организуется под управлением протоколов, т.е. набора правил обмена данными. Следует выделить следующие методы доступа:
Ethernet;
Token Ring;
FDDI.
Существуют и другие, менее распространенные методы как, например, Arcnet, 100VG-AnyLAN, Demand Priority и т.п.