2. Основные типы лвс

В зависимости от способа организации различают двухуровневые (централизованные) и одноуровневые (децентрализованные, одноранговые, равноправные). В двухуровневых сетях выделяется один или несколько компьютеров для управления обменом данными, т.е. используются серверы. На серверах работает сетевая операционная система.

Компьютеры в одноранговых сетях организуются в рабочие группы (workgroups). Одноранговые сети, как правило, небольшие – расстояние по кабелю от 2 до 10 компьютеров. В такой сети обычно нет лица, ответственного за настройку и поддержку политики безопасности сети – администратора (network administrator). Политика безопасности (security policy) – это совокупность настроек, определяющая права пользователей сети на доступ к общим ресурсам. В одноранговой сети каждый пользователь ведет свою собственную политику безопасности, определяя, каким образом другие пользователи могут использовать его общие ресурсы. По мере добавления новых компьютеров в рабочую группу, она становится трудно управляемой.

Применение одноранговых сетей эффективно, если ведется интенсивный обмен информацией между рабочими станциями или основная функция сетей совместное использование периферийных устройств. Одноранговые сети дешевле и проще в обслуживании.

Примером операционных систем для одноранговых стей являются все версии WINDOWS 9X.

Серверы могут быть выделенные и невыделенные. Выделенный сервер не используется как рабочая станция и выполняет только задачи управления сетью. Невыделенный сервер кроме управления сетью выполняет обычные пользовательские программы. Использование невыделенного сервера снижает производительность и надежность сети в целом, так как ошибка в пользовательской программе, запущенной на сервере, может привести к остановке работы всей сети. Поэтому рекомендуется применять выделенные серверы.

Двуранговые сети (сети клиент/сервер). Такая сеть имеет хотя бы один выделенный сервер, который управляет пересылкой сообщений между объектами сети и всеми связями между сетевыми устройствами, хранит разделяемые информационные ресурсы. На нём устанавливается серверное ядро сетевой операционной системы. Как правило, сервер – это самый мощный компьютер специального, серверного исполнения, имеющий при необходимости высоконадёжную внешнюю память. Достоинства сети с выделенным сервером:

надёжная система защиты информации;

высокое быстродействие;

простота управления;

отсутствие ограничений на число рабочих станций.

Недостатком таких сетей является их высокая стоимость.

Примером операционных систем для двуранговых сетей являются все версии WINDOWS NT, WINDOWS 2000 и выше фирмы Microsoft, а также операционная система Novell NetWare фирмы Novell

Состав ЛВС. Основными компонентами ЛВС являются:

Серверы, рабочие станции, платы интерфейса сети, кабели.

Серверы - аппаратно-программные системы. Они управляют распределением сетевых ресурсов общего доступа. Аппаратным средством обычно является мощный ПК, мини-ЭВМ, большая ЭВМ или компьютер, спроектированный специально как сервер. ЛВС может иметь несколько серверов для управления своими ресурсами, однако должен быть хотя бы один  Файловый сервер, или сервер баз данных. Он управляет внешними запоминающими устройствами общего пользования и позволяет организовать распределенную обработку данных, т.е. рационально распределить работу между компьютерами, н-р, если имеется большая база данных, она располагается на сервере баз данных.

 Рабочие станции  - как правило, ПК, на которых реализуются прикладные программы. Требования к компьютерам, подключаемым к сети в качестве рабочих станций, определяются исходя из тех задач, которые они решают. На рабочих станций в сети желательно не иметь ни винчестера, ни дисковода для гибких дисков. Преимущества бездисковой рабочей станции: снижение стоимости затрат самой станции, исключение опасности заражения вирусами - нет гибкого диска, нет и возможности занести вирус, кроме того обеспечивается защита информации от несанкционированного копирования. Пользователи не смогут скопировать информацию с сервера, т.к. ее некуда будет записать.

Для загрузки в бездисковую РС операционной системы с сервера, необходимо установить в сетевой адаптер микросхему дистанционной загрузки. Эта микросхема поставляется отдельно стоит намного дешевле дисководов. В ней записана программа, которая на этапе установки системы на компьютер, загружает ОС с сервера.

Платы интерфейса сети, или сетевой адаптер - специальное устройство, которое должно быть установлено в компьютере для обеспечения его подключения в сеть. Платы вставляются в свободное гнездо материнской платы компьютера и работают под управлением специального драйвера, загружаемого в этот ПК. Для сервера необходим сетевой адаптер большей производительности, чем для рабочей станции, поскольку сервер обрабатывает большой поток информации.

Сетевой кабель  - это проводник, соединяющий компьютеры в сети. Кабель – основной канал связи – физическая среда передачи информации. На обоих концах кабеля имеются разъемы. Основная характеристика канала связи – пропускная способность. В локальных сетях используются следующие виды каналов связи:

Коаксиальный кабель - состоит из центрального проводника (сплошного или многожильного), покрытого слоем полимерного изолятора, поверх которого расположен другой проводник (экран). Экран представляет собой оплетку из медного провода вокруг изолятора или обернутую вокруг изолятора фольгу. Скручивание позволяет повысить помехоустойчивость кабеля и снизить влияние каждой пары на все остальные. Максимальное расстояние, на которое передается сигнал 185-500. Максимальная скорость передачи 10 с Мбит/с.

Витая пара - проводной канал связи, содержащую пару скрученных проводников. В витой паре центральный проводник окружен изолятором, поверх которого находится металлическая оплетка, снаружи оплетка покрыта изолирующим материалом. Скручивание позволяет повысить помехоустойчивость кабеля и снизить влияние каждой пары на все остальные. Максимальное расстояние, на которое передается сигнал 30-100. Максимальная скорость передачи 1 Гбит/с.

Оптоволоконный кабель - состоит из тонкого стеклянного цилиндра, покрытого оболочкой с другим коэффициентом преломления. Максимальное расстояние, на которое передается сигнал 2 км. Максимальная скорость передачи 10 с Мбит/с- 2 Гбит/с.

 В беспроводных локальных сетях информация между ПК передается с помощью инфракрасных лучей. Недостаток: наличие помех, создаваемых другими источниками той же частоты, а также сложность защиты данных от несанкционированного доступа, поскольку передаваемые сообщения в таком случае может воспринимать любой приемник, настроенный на ту же частоту.

Сетевой кабель должен соответствовать сетевому адаптеру.

Все кабели подключаются к коммутатору.  Коммутатор - специальное устройство, предающее сигналы от одних подключенных к нему компьютеров к другим. Каждый коммутатор имеет от 8 до 30 разъемов (портов) для подключения либо компьютера, либо другого коммутатора . К каждому порту подключается только одно устройство. Коммутаторы являются сердцем системы и во многом определяют ее функциональность и возможности.

 При создании глобальных сетей используют средства связи: телефонные линии, радиостанции, волоконно-оптические линии, космическая спутниковая связь.

Необходимым компонентом глобальной сети для работы непосредственно с телефонными линиями – является модем.

Модем – устройство сопряжения компьютера с телефонной линией, воспринимающее сигналы от компьютера и преобразующее их в пригодную для телефонной сети форму и наоборот. В процессе передачи сообщения Компьютер – передатчик выдает сигналы на свой модем, которые после преобразования (модуляции) поступают в телефонную сеть. Аналоговый модем адресата воспринимает эти сигналы и преобразует их в форму, пригодную для восприятия Компьютером – приемником (демодуляция).

Виды модемов:

       - внутренний – имеет вид платы, встроенной внутрь системного блока ПК;

       - внешний – отдельный аппарат, подключаемый, с одной стороны, к одному из разъемов ПК, а с другой стороны – к телефонной сети.

В случаях, когда две или несколько сетей, работающих по разным протоколам, пересекаются, возникает необходи­мость в специальном компьютере (или программе) для перевода данных из формата, принятого в одной сети, в формат, принятый в другой сети. Компьютеры или программы, выполняющие эту функцию, называют шлюзами. Если объединяют две сети, исполь­зующие одинаковые протоколы, то оборудование, стоящее между ними, называют мостами.

Шлюз – программа или компьютер, позволяющие переводить данные из формата принятого в одной сети, в формат, принятый в другой сети.

Мост – программа или компьютер, связывающие несколько сетей, использующих одинаковые протоколы.

Нередко владельцы сетей (например, банковских) подключаются к глобальным сетям, чтобы иметь широкие возможности связи, но не могут допустить подключения внешних пользователей к своей сети. В этом случае шлюзовой компьютер выполняет защит­ную роль и называется брандмауэром. Через него может прохо­дить только та информация, которая разрешена администрацией.

В своем первоначальном значении брандмауэр — это сплошная каменная или кирпичная стена, проходящая насквозь через деревянные постройки. Она служит для защиты от пожара. Если на одной половине дома произойдет возгорание, брандмауэр защитит другую часть здания от огня.

Для надежной работы сети, сохранности данных, в сеть должно включаться  устройство бесперебойного питания.  УБП используется для временного питания сервера в случае отключения электричества. УБП подключается к серверу через специальный адаптер. Когда происходит сбой по питанию, УБП выдает сигнал серверу, по которому сервер завершает свою работу, причем все потери данных полностью исключены.

Основное требование к УБП - обеспечиваемая им мощность, не может быть меньше мощности потребляемой подключенным к нему сервером.

Топология ЛВС. (df) Под топологией локальных сетей понимается физическое расположение отдельные компьютеров сети относительно друг друга и способ их соединения линиями связи.

Топология определяет требования к оборудованию, тип используемого кабеля. Топология влияет на производительность сети и ее надежность в эксплуатации.   Существует три основных топологии сети: "Звезда", «кольцо», «шина»

Топология типа "звезда" на рис.1.

Рис.1. Топология типа "звезда"

Каждая рабочая станция подключается к к серверу отдельным кабелем. Пропускная способность такой сети определяется мощностью сервера. Одна из наиболее скоростных топологий на данный момент.

 Кольцевая топология  - рабочие станции связаны друг с другом последовательно: 1-ая станция со 2-ой, 2-ая с 3-ей и т.д. Последняя РС связана с первой. Рис.2.

Рис.2. Кольцевая топология

Сообщения проходят по кругу. Рабочая станция высылает сообщение по определенному адресу, каждая последующая рабочая станция анализирует адрес, когда адреса совпадают, сообщение принимается, если нет то передается дальше. В большинстве случаев данные передаются только в одном направлении, причем только одна соседняя станция принимает данные и передает их дальше.   Недостаток  - поскольку каждая станция должна участвовать в пересылке информации, в случае выхода из строя хотя бы одной РС парализуется работа все сети.

 Шинная (горизонтальная) топология.  Рис.3. Эту топологию также называют магистральной, так как РС подключаются к одному каналу связи. Это наиболее скоростная топология. Каждое сообщение может приниматься всеми станциями, любая станция может передать сообщение любой другой. Функционирование сети не зависит от состояния отдельной РС. Данная топология наиболее распространена.

┌───────────┐ ┌───────────┐ ┌────────────┐

│ РС │ │ ФС │ │ РС │

└─────┬─────┘ └─┬─────────┘ └──────┬─────┘ Рис. 3.

──────┴──────┬──────┴────────────┬───────┴─────────

┌─────┴────┐ ┌─────┴──────┐

│ РС │ │ РС │

└──────────┘ └────────────┘

 Древовидная топология (Рис. 4.) ДТ - представляет собой комбинацию из выше названных топологий и называется вертикальной или иерархической. Основание дерева располагается в главной точке сети, где установлен файл-сервер, к нему ведут все коммутационные линии (ветви дерева). Для подключения большого числа РС применяются коммутаторы. Коммутаторы, используемые только для разветвления называются пассивными, коммутаторы кроме этого усиливающие сигнал называются активными.  Недостатки  надежность работы сети зависит полностью от сервера. При большом количестве РС снижается пропускная способность сети.

┌────────┐

│ ФС │

└───┬────┘

┌───┴────┐

┌─────────────────────┤ АК │

│ ┌───────┤ │

┌─────┴───┐ │ └───┬────┘

│ РС │ │ │

└─────────┘ ┌──────┴──────┐ │

│ РС │ │ Рис. 4.

└─────────────┘ │

┌───────┴─────┐

│ ПК │

└┬──────┬───┬─┘

┌──────┘ │ └─────────────┐

┌─────┴─────┐┌──────┴──────┐ ┌────────┴─────┐

│ РС ││ РС │ │ РС │

└───────────┘└─────────────┘ └──────────────┘

5. Понятие сетевого протокола.

На начальной стадии создания сетей столкнулись с проблемой совместимости различных компонентов сетей и различных подходов к пониманию логики обмена данными и определении методов подключения данных. При необходимости использования в одном узле сети изделий различных фирм возникали не стыковки. Для каждого пользователя разрабатывалась своя модель сети.

Для единого представления данных в линиях связи по которым передается информация была разработана базовая модель взаимодействия открытых систем - OSI (Open Systems Interconnection). Основная идея этой модели заключается в том, весь процесс передачи данных разбивается на 7 уровней, благодаря чему общая задача передачи данных расчленяется на отдельные более легко обозримые и формализуемые задачи.

Для каждого уровня разработаны соответствующие стандарты. Каждый уровень использует ниже расположенные уровни, также обслуживает вышестоящие уровни. Данные как бы передаются от уровня к уровню. Необходимые соглашения для связи одного уровня с выше и ниже стоящими уровнями называются  протоколами. Уровни модели OSI:

уровень 1 - физический определяет электрические, механические и процедурные параметры для физической связи в системах. Это характеристики к кабелям разъемам, характеристики сигналов;

уровень 2 - канальный управляет передачей данных между двумя узлами сети, формируется информация, поступающая с первого уровня, обрабатываются ошибки;

уровень 3 - сетевой, устанавливает связь между абонентами, занимается маршрутизацией ;

уровень 4 - транспортный, осуществляет непрерывную передачу данных между двумя взаимодействующими процессами пользователей;

уровень 5 - сеансовый, координирует прием, передачу данных в одном сеансе данных, проверкой прав доступа к сетевым ресурсам;

уровень 6 - представительный, занимается интерпретация передаваемых данных, определяет форматы данных, алфавиты , коды представления специальных и графических символов, используется для преобразования кадров данных, передаваемых по сетям, в экранный формат и формат печатного устройства;

уровень 7 - прикладной, пользовательское управления данными, пользователю представляется переработанная информация.

Набор протоколов, работающих одновременно и совместно в одной сети, называется стеком протоколов. Рассмотрим основные стеки, используемые в разных сетях.

Стек TCP/IP. Самым известным стеком протоколов является стек ТСР/IР (Transfer Communication Protocol/Internet Protocol)), который ведёт свою историю от сети ARPAnet. Он получил своё название от пары протоколов: протокола IP сетевого уровня, который обеспечивает доставку данных между узлами, и протокола TCP транспортного уровня, который делает эту доставку надёжной. Помимо этих протоколов, стек TCP/IP включает и множество других. TCP/IP – основной протокол сети Internet, с ним работают десятки миллионов компьютеров во всём мире, на его основе работают всё больше локальных сетей. Далее в пособии подробно рассмотрены основные протоколы, обеспечивающие функционирование распределённых сетей.

Стек IPX/SPX (Internetwork Packet Exchange/Sequenced Packet Exchange). Это фирменная разработка компании Novell. Стек IPX/SPX разрабатывался для сетевой операционной системы Novell Netware в 80 – х годах и сегодня не утерял популярности. Поддержка этого стека, так же как и стека TCP/IP встроена в Windows XP. IPX – протокол сетевого уровня модели OSI, на транспортном уровне работает протокол SPX.

Преимущество IPX/SPX заключалось в том, что он был ориентирован на работу с довольно слабыми ПК в локальных сетях с использованием широковещательной рассылки пакетов. В TCP/IP это недопустимо, здесь осуществляется маршрутизация пакетов по указанному адресу. Стек IPX/SPX продолжает развиваться, но по популярности давно уступает стеку TCP/IP.

Стек NETBIOS. Стек NetBIOS (Network Input/Otput/ System) разработан как сетевое расширение BIOS и предназначен для работы в простых локальных сетях. Он состоит из протоколов NetBIOS и SMB (Server Message Block). Современная реализация NETBIOS называется NetBEUI и используется в сетях Microsoft.

Программное обеспечение ЛВС. Любая вычислительная система работает под управлением операционной системы. Сетевая операционная система - комплекс программ, организующих работу сети, обеспечивающую передачу данных между компьютерами и распределяющих вычислительные и коммутационные ресурсы между задачами и пользователями.

Рис. 5.

Сетевая операционная система составляет основу любой компьютерной сети. Каждый компьютер в сети в значительной степени автономен, поэтому под сетевой операционной системой в широком смысле понимается совокупность операционных систем отдельных компьютеров, взаимодействующих с целью обмена сообщениями и разделения ресурсов по единым правилам - протоколам. В узком смысле сетевая ОС - это операционная система отдельного компьютера, обеспечивающая ему возможность работать в сети.

Сетевая ОС должна обеспечивать для пользователя стандартный и удобный доступ к сетевым ресурсам.

В сетевой операционной системе отдельной машины можно выделить несколько частей (рисунок 5.):

• Средства управления локальными ресурсами компьютера: функции распределения оперативной памяти между процессами, планирования и диспетчеризации процессов, управления процессорами в мультипроцессорных машинах, управления периферийными устройствами и другие функции управления ресурсами локальных ОС.

• Средства предоставления собственных ресурсов и услуг в общее пользование - серверная часть ОС (сервер). Эти средства обеспечивают, например, блокировку файлов и записей, что необходимо для их совместного использования; ведение справочников имен сетевых ресурсов; обработку запросов удаленного доступа к собственной файловой системе и базе данных; управление очередями запросов удаленных пользователей к своим периферийным устройствам.

• Средства запроса доступа к удаленным ресурсам и услугам и их использования - клиентская часть ОС. Эта часть выполняет распознавание и перенаправление в сеть запросов к удаленным ресурсам от приложений и пользователей, при этом запрос поступает от приложения в локальной форме, а передается в сеть в другой форме, соответствующей требованиям сервера. Клиентская часть также осуществляет прием ответов от серверов и преобразование их в локальный формат, так что для приложения выполнение локальных и удаленных запросов неразличимо.

• Коммуникационные средства ОС, с помощью которых происходит обмен сообщениями в сети. Эта часть обеспечивает адресацию и буферизацию сообщений, выбор маршрута передачи сообщения по сети, надежность передачи и т.п., то есть является средством транспортировки сообщений.

В зависимости от функций, возлагаемых на конкретный компьютер, в его операционной системе может отсутствовать либо клиентская, либо серверная части.

Распределенная система - набор соединенных каналами связи независимых компьютеров, которые с точки зрения пользователя некоторого программного обеспечения выглядят единым целым. Распределенные системы базируются на компьютерных сетях различного масштаба – локальных, территориальных, глобальных и т.д.

Существуют два основных подхода к организации обработки распределенных данных.

Технология распределенной базы данных. Такая база включает фрагменты данных, расположенные на различных узлах сети. С точки зрения пользователей она выглядит так, как будто все данные хранятся в одном месте. Такая схема предъявляет жесткие требования к производительности и надежности каналов связи.

Технология тиражирования. В этом случае в каждом узле сети дублируются данные всех компьютеров. При этом передаются только операции изменения данных, а не сами данные. Передача может быть асинхронной (неодновременной для разных узлов), данные располагаются там, где обрабатываются. Использование технологии тиражирования позволяет снизить требования к пропускной способности каналов связи. При выходе из строя линии связи какого-либо компьютера, пользователи других узлов могут продолжать работу. Однако при этом допускается неодинаковое состояние базы данных для различных пользователей в один и тот же момент времени. Следовательно, невозможно исключить конфликты между двумя копиями одной и той же записи.

Технология клиент-сервер. Как правило, компьютеры и программы, входящие в состав информационной системы, не являются равноправными. Некоторые из них владеют ресурсами (файловая система, процессор, принтер, база данных и т.д.), другие имеют возможность обращаться к этим ресурсам.

Компьютер (или программу), управляющий ресурсом, называют сервером этого ресурса.

Клиент и сервер какого-либо ресурса могут находиться, как в рамках одной вычислительной системы, так и на различных компьютерах, связанных сетью.

Один и тот же объект может быть и клиентом и сервером. Все определяется текущими отношениями - "поставлять услугу - потреблять услугу".

В зависимости от того, как распределены логические компоненты приложения между клиентами и серверами, различают три модели архитектуры клиент-сервер:

1. - модель «файл-сервер»;

2. -модель «сервер базы данных»;

3. - модель «сервер приложений».

Модель «файл-сервер» - архитектура вычислительной сети , в которой сервер предоставляет в коллективное пользование дисковое пространство, систему обслуживания файлов и периферийные устройства.

По запросу клиент получает от «файл-сервера» -файл данных, а отбор данных и их обработка происходят на стороне клиента.

При большом количестве обрабатываемой информации производительность сети падает, нарушается безопасность и целостность данных.

Модель «сервер базы данных». Клиент инициирует обмен данными, посылая запрос серверу. Сервер обрабатывает запрос и при необходимости посылает ответ клиенту. Доступ к информации осуществляется с помощью языка запросов SQL.

Преимущества подхода: все расчеты выполняются на сервере, что увеличивает быстродействие в десятки раз.

Дает большую безопасность, устойчивость, согласованность за счет сокращения трафика сети.