1.6 Логическая архитектура сетей
1.6.1. Понятие логической архитектуры сети
Стремительный рост неоднородности и масштабности современных компьютерных сетей приводит к чрезмерному усложнению технологии их функционирования, без понимания которой невозможна организация эффективной работы как самих информационно-вычислительных сетей (ИВС) так и работы пользователей в распределённой среде ИВС.
Технология же функционирования любой системы определяется ее архитектурой, отражающей входящие в систему компоненты, их назначение и взаимосвязи друг с другом.
Полная и детальная архитектура сложной системы тяжела для понимания и представления. Для снижения трудоемкости анализа такую архитектуру следует рассматривать по разным уровням детализации [5, 24, 27]. При рассмотрении каждого такого уровня необходимо абстрагирование от деталей реализации его компонентов, которые раскрываются на других уровнях.
По отношению к компьютерным сетям целесообразно различать в первую очередь физическую и логическую архитектуры.
Физическая архитектура описывает структуру, назначение и взаимосвязи реализаций протоколов нижнего и средних уровней эталонной модели сетевого взаимодействия — протоколов физического, канального, сетевого, транспортного и сеансового уровней (рис. 1.19).
Соответственно физическая архитектура определяется структурой, назначением и взаимосвязями аппаратных средств компьютерной сети, а также программных реализации протоколов нижнего и среднего уровней эталонной модели.
Для полного анализа физической архитектуры необходимо ее рассмотрение по уровням детализации, соответствующим физическому, канальному, сетевому, транспортному и сеансовому уровням эталонной модели сетевого взаимодействия.
Логическая архитектура описывает структуру, назначение и взаимосвязи программных средств компьютерной сети, реализующих протоколы верхних уровней эталонной модели — протоколы уровня представления и прикладного уровня (рис. 1.19).
Логическая архитектура отражает целостную технологию функционирования компьютерной сети.
Рис. 1.19-Соответствие между уровнями эталонной модели и типами архитектуры компьютерной сети
В настоящее время различают следующие разновидности логической архитектуры компьютерных сетей:
- одноранговая архитектура;
- классическая архитектура "клиент-сервер";
- архитектура "клиент-сервер", основанная на Web-технологии.
Появление каждой из перечисленных разновидностей сетевых архитектур связывают с отдельными этапами эволюции вычислительных систем. Правильно выбранная архитектура компьютерной сети позволяет достигнуть выдвинутых требований по общей производительности, надежности защиты сетевых ресурсов, гибкости настройки сети, а также минимизации денежных затрат на ее построение и администрирование.
1.6.2. Первые вычислительные системы и одноранговая архитектура
Первый этап эволюции вычислительных систем, соответствующий пятидесятым, шестидесятым и семидесятым годам двадцатого века (а также восьмидесятым в России), относится к началу использования компьютеров после создания первой электронно-вычислительной машины (ЭВМ).
Каждая вычислительная система того времени была основана, как правило, на использовании одного многопользовательского компьютера, так как персональные компьютеры еще не появились. Архитектура таких вычислительных систем, функционирующих в автономном режиме, была централизованной, когда к одному центральному компьютеру подсоединялись алфавитно-цифровые терминалы (рис. 1.20).
Если компьютеры объединялись линиями связи в сеть, то такая сеть имела одноранговую архитектуру, при которой отсутствовали компьютеры, полностью предоставляющие свои ресурсы в общее пользование для других компьютеров сети.
Таким образом, централизованная архитектура относится к автономной вычислительной системе, основанной на использовании одного многопользо-вательского компьютера, а одноранговая архитектура — к компьютерной сети, состоящей из ЭВМ одного ранга, когда отсутствуют компьютеры, полностью предоставляющие свои ресурсы в общее пользование.
Рис. 1.20-Архитектура первых вычислительных систем
Все ресурсы вычислительной системы при централизованной архитектуре, включая информацию, были сконцентрированы в центральной ЭВМ, называемой еще мэйнфреймом (main frame — центральный блок ЭВМ). В качестве основных средств доступа к информационно-компьютерным ресурсам использовались алфавитно-цифровые терминалы, которые соединялись с центральной ЭВМ кабелем. Поскольку терминал — устройство простое, не требовалось никаких специальных действий со стороны конечного пользователя по настройке и конфигурированию программного обеспечения в виду его отсутствия на терминале. Управление терминалами осуществлялось централизованно с компьютера. Все терминалы были однотипными.
Следовательно, гарантировалось, что программа, запущенная на компьютере будет работать со всеми терминалами одинаково.
Основным достоинством централизованной архитектуры с точки зрения обеспечения безопасности хранения и обработки данных является относительная простота построения и администрирования системы защиты информации. Эта относительная простота определяется концентрацией компьютерных ресурсов в одном месте. Ведь защита любых объектов, находящихся в одной точке, реализуется намного проще, чем в случае их территориального распределения.
Наряду с достоинствами первые вычислительные системы обладали рядом недостатков, связанных с отсутствием гибкости этих систем, неудобством их использования конечными пользователями, а также дороговизной обслуживания.
В то время как вычислительные системы с описанной централизованной архитектурой выходят из употребления, одноранговые сети из-за своей дешевизны используются широко. Однако в настоящее время они, как правило, объединяют не многопользовательские ЭВМ, а персональные компьютеры. При этом главным признаком одноранговой сети по-прежнему является отсутствие компьютеров, полностью предоставляющих свои ресурсы в общее пользование.
К существенным недостаткам одноранговых сетей можно отнести их низкую безопасность, невысокую производительность и сложность администрирования. Кроме того, при увеличении количества узлов сети эти показатели постепенно ухудшаются.
Поэтому одноранговую сетевую архитектуру целесообразно использовать при небольшом количестве объединяемых компьютеров и невысоких требованиях по безопасности и производительности обработки данных.