Классификация компьютерных сетей
По территориальной распространенности компьютерные сети делятся на три основных класса:
Локальные компьютерные сети (LAN – Local Area Network) – это сети, которые объединяют между собой компьютеры, находящиеся географически в одном месте. В локальную сеть объединяют компьютеры, расположенные физически близко друг от друга (в одном помещении или одном здании).
Региональные компьютерные сети (MAN – Metropolitan Area Network) – это сети, которые объединяют между собой несколько локальных компьютерных сетей, расположенных в пределах одной территории (города, области или региона, например, Дальнего Востока).
Глобальные вычислительные сети (WAN – Wide Area Network) – это сети, которые объединяют множество локальных, региональных сетей и компьютеров отдельных пользователей, расположенные на любом расстоянии друг от друга (Internet, FIDO).
По скорости передачи информации сети могут быть:
Низкоскоростные – до 10 Мбит/с.
Среднескоростные – до 100 Мбит/с.
Высокоскоростные – свыше 100 Мбит/с.
По типу среды передачи сети могут быть:
Проводные – на коаксиальном кабеле, на витой паре, оптоволоконные
Беспроводные – с передачей информации по радиоканалам или в инфракрасном диапазоне
По способу организации взаимодействия компьютеров:
Одноранговые – в которых все компьютеры равноправны и любой пользователь сети может получить доступ к данным, хранящимся на любом компьютере.
Иерархические (с выделенным сервером) – в которых выделяются один или несколько главных компьютеров (серверов), управляющих обменом данных по сети и распределением ресурсов, остальные компьютеры являются рабочими станциями. Доступ к данным ограничен.
При обмене данными между узлами сети используются три метода передачи данных:
симплексная (однонаправленная) передача (телевидение, радио);
полудуплексная (прием и передача информации осуществляются поочередно);
дуплексная (двунаправленная), каждая станция одновременно передает и принимает данные.
Для соединения устройств в сети используется специальное оборудование.
Сетевые карты (Network Adapters). Сетевой интерфейсный адаптер или сетевая карта для приёма и передачи данных – это устройство, устанавливаемое в компьютер и предоставляющее ему возможность взаимодействия с сетью. Размещаются в системных блоках компьютеров. К разъёмам адаптеров подключается сетевой кабель. В настоящее время выпускается большое количество разнообразных сетевых карт. Наиболее часто встречающиеся карты имеют вид печатной платы, устанавливаемой в разъем расширения материнской платы компьютера. Наибольшую известность в мире получили три вида локальных сетей: Ethernet (Fast Ethernet), Arcnet и Token Ring, которые различаются методами доступа к каналам передачи данных. Наиболее популярной сетевой технологией является технология Ethernet. Многие производители сейчас встраивают сетевые карты прямо в материнские платы.
В настоящее время производителями выпускается огромное количество сетевых карт различных типов, позволяющих использовать любые из существующих сред передачи: витая пара, коаксиальный или оптический кабель, радиоволны или инфракрасное излучение.
Для соединения сетевой карты и среды передачи данных применяются разъемы, зависящие от используемой среды передачи данных.
Коннекторы представляют собой разъемы, состоящие из двух частей - вилки и розетки, предназначенные для соединения отрезков кабеля или подсоединения кабеля к какому-либо устройству.
Терминаторы представляют собой те же разъемы с впаянным сопротивлением. Они подключаются к оконечным устройствам сети с шинной топологией для согласования длинной линии, которую образуют соединительные кабели. Сопротивление терминатора должно быть равно волновому сопротивлению кабеля. Один из двух терминаторов в сети должен быть заземлен.
Трансивер - это специальное устройство, используемое для подключения PC к локальной компьютерной сети Ethernet, создаваемой на толстом кабеле. Повышают уровень качества передачи данных по кабелю, отвечают за приём сигналов из сети и обнаружение конфликтов. Такая сеть обладает гораздо лучшей защитой от электромагнитного излучения, чем сеть на тонком кабеле, и может иметь длину до 2,5 км (при использовании дополнительных устройств). Трансивер подключается непосредственно к толстому сетевому кабелю, "прокусывая" его. От трансивера к PC идет специальный кабель, максимальная длина которого 50 м.
Хаб (концентратор) является центральным устройством сети на витой паре, от него зависит ее работоспособность. Его необходимо подключать к сети электропитания и располагать в легкодоступном месте, чтобы можно было без проблем подключать кабели и следить за индикацией. Концентраторы выпускаются на разное количество портов, чаще всего на 8, 12, 16, 24.
Хаб с набором разнотипных портов позволяет объединять сегменты сетей с различными кабельными системами. К порту хаба можно подключать как отдельный узел сети, так и другой хаб или сегмент кабеля.
Коммутатор (фактически переключающий концентратор) - по схеме включения устройство, аналогичное концентратору, но имеет некоторые существенные отличия:
между любыми двумя станциями в сети нет ограничения четырьмя устройствами;
управляемый коммутатор может использоваться в закольцованной сети;
в управляемом коммутаторе можно управлять каждым портом в отдельности (ограничение пропускной способности, запрещение коммутации отдельных портов и пользователей);
в отличие от концентратора коммутатор передает пакеты (информацию) конкретно той станции сети, для которой они (пакеты) предназначены.
Репитеры - это устройства, используемые для усиления сигналов, передаваемых по кабелю при его большой длине.
Маршрутизаторы (Router) - стандартные устройства сети, работающие на сетевом уровне и позволяющие переадресовывать и маршрутизировать пакеты из одной сети в другую, а также фильтровать широковещательные сообщения.
Сетевые кабели (наиболее часто используются витая пара, коаксиальный кабель и оптоволоконные линии).
Витая пара – это кабель, выполненный в виде скрученной пары проводов.
Он может быть экранированным и неэкранированным. Экранированный кабель более устойчив к электромагнитным помехам. Витая пара наилучшим образом подходит для малых учреждений. Недостатками данного кабеля является высокий коэффициент затухания сигнала и высокая чувствительность к электромагнитным помехам, поэтому максимальное расстояние между активными устройствами в ЛВС при использовании витой пары должно быть не более 100 метров.
Позволяет передавать информацию со скоростью до 10 Мбит/с, легко наращивается, однако является помехонезащищенной. Преимуществами являются низкая цена и беспроблемная установка. Для повышения помехозащищенности информации часто используют экранированную витую пару, т.е. витую пару, помещенную в экранирующую оболочку, подобно экрану коаксиального кабеля. Это увеличивает стоимость витой пары и приближает ее цену к цене коаксиального кабеля.
Коаксиальный кабель представляет собой медный проводник, по которому передается полезный сигнал. Проводник окружен изоляцией, поверх которой укладывается медная фольга или сетка, представляющая собой экран, защищающий центральный сигнальный провод от внешних электромагнитных помех. Благодаря использованию такой конструкции экран обеспечивает высокую степень защиты полезного сигнала от внешних помех, что позволяет без существенных потерь осуществлять передачу сигнала на достаточно большие расстояния.
Коаксиальный кабель имеет среднюю цену, хорошо помехозащищен и применяется для связи на большие расстояния (несколько километров). Скорость передачи информации от 1 до 10 Мбит/с, а в некоторых случаях может достигать 50 Мбит/с. Коаксиальный кабель используется для основной и широкополосной передачи информации.
Оптоволоконный кабель является более новой технологией, используемой в сетях. Носителем информации является световой луч, который модулируется сетью и принимает форму сигнала. Такая система устойчива к внешним электрическим помехам и таким образом возможна очень быстрая, секретная и безошибочная передача данных со скоростью до 2 Гбит/с. Оптическое волокно является относительно дорогой средой передачи (по сравнению с витой парой и коаксиальным кабелем), но в настоящее время активно используется для построения высокоскоростных и протяженных линий связи.
О
рганизация
работы пользователей в локальных
компьютерных сетях
Два компьютера, работающие в операционной системе Windows, можно соединить отрезком кабеля, подключенного к их параллельным или COM портам. В этом случае никакого дополнительного аппаратного и программного обеспечения такой «сети» не требуется. Роль аппаратного соединения выполняет стандартный порт, а все программное обеспечение, необходимое для управления соединением, уже есть в операционной системе.
При прямом соединении один из компьютеров назначается ведущим, а другой - ведомым. С ведущего компьютера можно получить доступ ко всем дискам и папкам ведомого компьютера, для которых разрешен совместный доступ. Оператор ведущего компьютера может управлять передачей данных с одного компьютера на другой.
Достоинством прямого соединения является его простота (не нужно никакого дополнительного аппаратного и программного обеспечения). Недостатком является сравнительно низкая скорость передачи данных. Поэтому прямое соединение редко применяют в организациях и учреждениях, но широко используют в быту. Практически все компьютерные игры, рассчитанные на несколько участников, могут работать в режиме прямого соединения.
Часто при организации связи между двумя компьютерами за одним компьютером закрепляется роль поставщика ресурсов (программ, данных и т.д.), а за другим — роль пользователя этих ресурсов. В этом случае первый компьютер называется сервером, а второй — клиентом или рабочей станцией. Работать можно только на компьютере-клиенте под управлением специального программного обеспечения.
С
ЕРВЕР
К
ЛИЕНТ
Все программное обеспечение сети также можно поделить на клиентское и серверное. При этом программное обеспечение сервера занимается предоставлением сетевых услуг, а клиентское программное обеспечение обеспечивает передачу запросов серверу и получение ответов от него.
В производственной практике ЛВС играют очень большую роль. Посредством ЛВС в систему объединяются персональные компьютеры, расположенные на многих удаленных рабочих местах, которые используют совместно оборудование, программные средства и информацию. Рабочие места сотрудников перестают быть изолированными и объединяются в единую систему.
Уже сейчас есть сферы человеческой деятельности, которые принципиально не могут существовать без сетей (например, работа банков, крупных библиотек и т. д.). Сети также используются при управлении крупными автоматизированными производствами, газопроводами, электростанциями и т.п.
Назначение всех видов компьютерных сетей определяется двумя функциями:
обеспечение совместного использования аппаратных и программных ресурсов сети;
обеспечение совместного доступа к ресурсам данных.
Например, все участники локальной сети могут совместно использовать одно общее устройство печати - сетевой принтер или, например, ресурсы жестких дисков одного выделенного компьютера - файлового сервера. Аналогично можно совместно использовать и программное обеспечение.
Рассмотрим преимущества, получаемые при сетевом объединении персональных компьютеров в виде внутрипроизводственной вычислительной сети.
Разделение ресурсов.
Разделение ресурсов позволяет экономно использовать ресурсы, например, управлять периферийными устройствами, такими как печатающие устройства, внешние устройства хранения информации, модемы и т.д. со всех подключенных рабочих станций.
Разделение данных.
Разделение данных предоставляет возможность доступа и управления базами данных с периферийных рабочих мест, нуждающихся в информации.
Разделение программных средств.
Разделение программных средств предоставляет возможность одновременного использования централизованных, ранее установленных программных средств.
Разделение ресурсов процессора.
При разделении ресурсов процессора возможно использование вычислительных мощностей для обработки данных другими системами, входящими в сеть. Предоставляемая возможность заключается в том, что на имеющиеся ресурсы не “набрасываются” моментально, а только лишь через специальный процессор, доступный каждой рабочей станции.
Многопользовательский режим.
Многопользовательские свойства системы содействуют одновременному использованию централизованных прикладных программных средств, обычно заранее установленных на сервере приложения (англ. Application Server).
Все ЛВС работают в одном стандарте, принятом для компьютерных сетей – в стандарте Open Systems Interconnection (OSI).
При передаче файлов требуется, чтобы оба компьютера, связывающиеся друг с другом, договорились об общем протоколе. Протоколом называется набор правил и описаний, которые регулируют передачу информации.
Для борьбы с ошибками, возникающими при передаче файлов, в большинстве современных протоколов имеются средства исправления ошибок. Конкретные методы в каждом протоколе свои, но принципиальная схема исправления ошибок одна и та же. Она заключается в том, что передаваемый файл разбивается на небольшие блоки - пакеты, а затем каждый принятый пакет сравнивается с посланным, чтобы удостовериться в их адекватности. Каждый пакет содержит дополнительный контрольный байт. Если принимающий компьютер после некоторых логических действий получит иное значение этого байта, он сделает вывод, что при пересылке пакета произошла ошибка, и запросит повторение передачи этого пакета. Несмотря на то, что такая процедура уменьшает объем полезной информации, передаваемой в единицу времени, проверка на наличие ошибок и их исправление обеспечивают надежность передачи файла.
Наиболее совершенным и распространенным протоколом из всех доступных на сегодняшний день является TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol). Он обеспечивает сетевое взаимодействие компьютеров, работающих под управлением сетевой операционной системы, и возможность подключения к ним различных сетевых устройств. Все современные операционные системы поддерживают протокол TCP/IP, и почти все крупные сети используют его для обеспечения большей части своего трафика. Также протокол TCP/IP является стандартным для Интернета.
Группы сотрудников, работающих над одним проектом в рамках локальной сети, называются рабочими группами. В рамках одной локальной сети могут работать несколько рабочих групп. У участников рабочих групп могут быть разные права для доступа к общим ресурсам сети. Совокупность приемов разделения и ограничения прав участников компьютерной сети называется политикой сети. Управление сетевыми политиками называется администрированием сети. Лицо, управляющее организацией работы участников локальной компьютерной сети, называется системным администратором.
Для обеспечения функционирования локальной сети необходимо соответствующее программное обеспечение.
В локальных сетях с выделенным сервером на сервере используются специальные операционные системы, обеспечивающие надежную и эффективную обработку многих запросов от рабочих мест пользователей. На рабочих станциях такой локальной сети может использоваться любая операционная система, например DOS, Windows и т.д., и должен быть запущен драйвер, обеспечивающий доступ к локальной сети.
На серверах уровня подразделения (скажем, до 100 компьютеров) используется операционная система Novell NetWare или Windows NT Server. Иногда применяются и другие ОС -- OS/2 Server Advanced, различные варианты UNIX и др. В сетях с большим количеством серверов (скажем, десятком или несколькими десятками) часто используется операционная система Novell NetWare, так как она обеспечивает удобные средства по централизованному управлению ресурсами таких сетей (Novell Directory Service, NDS). Ведь, как известно, именно управление ресурсами сети обычно составляет более половины эксплуатационных расходов. В Windows NT Server аналогичные средства удобны лишь для небольших сетей, включающих один сервер или малое количество серверов.
В тех случаях, когда к некоторым данным требуется обеспечить доступ сотен и тысяч компьютеров, применяются так называемые серверы уровня предприятия. Они часто уже делаются не на основе микропроцессоров Intel, а скажем, на технике фирмы Sun, на мэйнфреймах (больших компьютерах) фирмы IBM и др. Там требуется особо высокая надежность, многопроцессорная обработка, высочайшая пропускная способность и т.д. Такими серверами управляют различные варианты UNIX, MVS фирмы IBM и др.
Кроме сетевой ОС, для эффективной работы пользователей в локальной сети требуется и иное программное обеспечение, которое иногда поставляется вместе с сетевой ОС, а иногда его надо покупать отдельно:
электронная почта обеспечивает доставку писем (а часто и произвольных файлов, а также голосовых и факсимильных сообщений) от одних пользователей локальной сети другим, а иногда позволяет общаться и с удаленными пользователями по модему или через InterNet;
средства удаленного доступа позволяют подключаться к локальной сети с помощью модема и работать на компьютере, как будто он непосредственно подключен в сеть (разумеется, при этом многие операции будут выполняться дольше, так как модем работает значительно медленнее сетевого контроллера);
средства групповой работы (наиболее популярно из них Lotus Notes) позволяют совместно работать над документами, обеспечивают согласованность версий документов у разных пользователей, предоставляют средства для организации документооборота предприятия, позволяют организовывать телеконференции - письменный обмен мнениями по различным темам и т.д.;
программы резервирования позволяют создавать резервные копии данных, хранящихся на серверах локальной сети и на компьютерах пользователей, а при необходимости - восстанавливать данные по их резервной копии;
средства управления локальной сетью позволяют управлять ресурсами локальной сети с одного рабочего места, получать информацию о состоянии и загрузке сети, настраивать производительность сети, управлять системами пользователей сети (например, устанавливать на них программное обеспечение) и т.д.
ВОПРОСЫ
И ЗАДАНИЯ