Материал: ИСТ_КОНСПЕКТЫ
большие географические регионы, включающие в себя как локальные сети, так и прочие телекоммуникационные сети и устройства. Пример WAN — сети с коммутацией пакетов (Frame relay), через которую могут «разговаривать» между собой различные компьютерные сети. Глобальные сети являются открытыми и ориентированы на обслуживание любых пользователей.
Объединение глобальных, региональных и локальных вычислительных сетей позволяет создавать многосетевые иерархии. Они обеспечивают мощные, экономически целесообразные средства обработки огромных информационных массивов и доступ к неограниченным информационным ресурсам. На рисунке 4.3 приведена одна из возможных иерархий вычислительных сетей. Локальные вычислительные сети могут входить как компоненты в состав региональной сети, региональные сети - объединяться в составе глобальной сети и, наконец, глобальные сети могут также образовывать сложные структуры.
Компьютерная сеть Internet является наиболее популярной глобальной сетью. В ее состав входит множество свободно соединенных сетей. Внутри каждой сети, входящей в Internet, существуют конкретная структура связи и определенная дисциплина управления. Внутри Internet структура и методы соединений между различными сетями для конкретного пользователя не имеют никакого значения.
Самое существенное в работе вычислительной сети - определение набора функций, доступных ее абоненту.
Коммуникационная сеть обеспечивает физическое соединение между абонентскими компьютерами - передачу сообщений по каналам связи.
Анализ работы вычислительных сетей позволяет установить следующие формы взаимодействия между компьютерами:
терминал - удаленный процесс;
терминал - доступ к удаленному файлу;
терминал - доступ к удаленной базе данных; терминал - терминал;
электронная почта.
Взаимодействие терминал - удаленный процесс предусматривает обращение с терминала одного из компьютеров к процессу, находящемуся на другом компьютере сети. При этом устанавливается логическая связь с процессом и проводится сеанс работы с ним. Можно запустить удаленный процесс, получить результаты обработки данных этим процессом.
При взаимодействии терминал - доступ к удаленному файлу можно открыть удаленный файл, модифицировать его или произвести транспортировку этого файла на любое внешнее устройство абонентского компьютера для дальнейшей работы с ним.
Работа в режиме терминал - доступ к удаленной базе данных аналогична предыдущей форме взаимодействия. Только в этом случае производится работа с базой данных в ее полном объеме в соответствии с правами доступа, которыми обладает данный пользователь вычислительной сети.
Взаимодействие терминал - терминал предусматривает обмен сообщениями между абонентами сети в диалоговом режиме. Сообщения могут посылаться как отдельным абонентам, так и группам абонентов сети.
Форма взаимодействия электронная почта одна из самых распространенных в последнее время. Каждый абонент имеет "почтовый ящик" - специальный файл, в который записываются все поступающие в его адрес сообщения. Конечный пользователь может проверять в начале работы свой "почтовый ящик", выводить сообщения на печать и передавать сообщения в адрес других абонентов вычислительной сети.
Для оценки качества сети можно использовать следующие характеристики:
скорость передачи данных по каналу связи;
пропускную способность канала связи; достоверность передачи информации; надежность канала связи и модемов.
Скорость передачи данных по каналу связи измеряется количеством битов информации, передаваемых за единицу времени - секунду.
Скорость передачи данных зависит от типа и качества канала связи, типа используемых модемов и принятого способа синхронизации.
Так, для асинхронных модемов и телефонного канала связи диапазон скоростей составляет 300-9600 бит/с, а для синхронных -1200- 19200 бит/с.
Для пользователей вычислительных сетей значение имеют не абстрактные биты в секунду, а информация, единицей измерения которой служат байты или знаки. Поэтому более удобной характеристикой канала является его пропускная способность, которая оценивается количеством знаков, передаваемых по каналу за единицу времени - секунду. При этом в состав сообщения включаются и все служебные символы. Теоретическая пропускная способность определяется скоростью передачи данных. Реальная пропускная способность зависит от ряда факторов, среди которых и способ передачи, и качество канала связи, и условия его эксплуатации, и структура сообщений.
Существенной характеристикой коммуникационной системы любой сети является достоверность передаваемой информации. Так как на основе обработки информации о состоянии объекта управления принимаются решения о том или ином ходе процесса, то от достоверности информации в конечном счете может зависеть судьба объекта. Достоверность передачи информации оценивают как отношение количества ошибочно переданных знаков к общему числу переданных знаков. Требуемый уровень достоверности должны обеспечивать как аппаратура, так и канал связи..
Для вычислительных сетей этот показатель должен лежать в пределах 10-6 -10-7 ошибок/знак, т.е. допускается одна ошибка на миллион переданных знаков или на десять миллионов переданных знаков.
Наконец, надежность коммуникационной системы определяется либо долей времени исправного состояния в общем времени работы, либо средним временем безотказной работы. Вторая характеристика позволяет более эффективно оценить надежность системы.
Для вычислительных сетей среднее время безотказной работы должно быть достаточно большим и составлять, как минимум, несколько тысяч часов. Таким образом, коммуникационными характеристиками сети являются:
единица измерения скорости передачи данных - бит в секунду.
единица измерения пропускной способности канала связи - знак в секунду.
единица измерения достоверности: количество ошибок на знак - ошибок/знак.
единица измерения надежности: среднее время безотказной работы - час.
Базовые топологии локальных вычислительных сетей
Топология – это конфигурация соединения элементов в сеть. Топология во многом определяет такие важнейшие характеристики сети, как ее надежность, производительность, стоимость, защищенность и т.д.
Одним из подходов к классификации топологий ЛВС является выделение двух основных классов топологий: широковещательных и последовательных.
В широковещательных конфигурациях каждый персональный компьютер передает сигналы, которые могут быть восприняты остальными компьютерами. К таким конфигурациям относятся топологии «общая шина», «звезда с пассивным центром».
В последовательных конфигурациях каждый физический подуровень передает информацию только одному персональному компьютеру. Примерами последовательных конфигураций являются: произвольная (произвольное соединение компьютеров), «кольцо», «звезда с интеллектуальным центром» и др.
Коротко рассмотрим три наиболее распространенные - базовые топологии ЛВС: «звезда», «шина» и «кольцо».
В случае топологии «звезда» каждый компьютер через специальный сетевой адаптер подключается отдельным кабелем к центральному узлу (рис. 2). Центральным узлом служит пассивный соединитель или активный повторитель.
Рис. 2. Топология «звезда»
Недостатком такой топологии является низкая надежность, так как выход из строя центрального узла приводит к остановке всей сети, а также обычно большая протяженность кабелей (это зависит от реального размещения компьютеров). Иногда для повышения надежности в центральном узле ставят специальное реле, позволяющее отключать вышедшие из строя кабельные лучи.
Топология «общая шина» предполагает использование одного кабеля, к которому подключаются все компьютеры. Информация по нему передается компьютерами поочередно (рис. 3).
Рис. 3. Топология «шина»
Достоинством такой топологии является, более высокая надежность, так как выход из строя отдельной станции не нарушает работоспособности сети в целом. Недостатки состоят в том, что обрыв основного кабеля приводит к неработоспособности всей сети, а также слабая защищенность информации в системе на физическом уровне, так как сообщения, посылаемые одним компьютером другому, в принципе, могут быть приняты и на любом другом компьютере.
При кольцевой топологии данные передаются от одного компьютера другому по эстафете (рис. 4).
Рис. 4. Топология «кольцо»
Если некоторый компьютер получает данные, предназначенные не ему, он передает их дальше по кольцу. Адресат предназначенные ему данные никуда не передает.
Достоинством кольцевой топологии является более высокая надежность системы при разрывах кабелей, чем в случае топологии с общей шиной, так как к каждому компьютеру есть два пути доступа. К недостаткам топологии следует отнести большую протяженность кабеля, невысокое быстродействие по сравнению со «звездой» (но соизмеримое с «общей шиной»), а также слабую защищенность информации, как и при топологии с общей шиной.
Топология реальной ЛВС может в точности повторять одну из приведенных выше или включать их комбинацию.
Структура сети в общем случае определяется следующими факторами: количеством объединяемых компьютеров, требованиями по надежности и оперативности передачи информации, экономическими соображениями и т. д.
Характеристика технологии «клиент-сервер»
По дисциплине обслуживания сети современные компьютерные сети используют технологию "клиент-сервер" (client-server) или одноранговую (peer-to-peer) технологию.
В одноранговых сетях все компьютеры, как правило, имеют доступ к ресурсам других компьютеров, то есть все компьютеры в сети являются равноправными. Одноранговая локальная сеть предоставляет возможность такой организации работы компьютерной сети, при которой каждая рабочая станция одновременно может быть и сервером.
Преимущество одноранговых сетей заключается в том, что разделяемыми ресурсами могут являться ресурсы всех компьютеров в сети и нет необходимости копировать все используемые сразу несколькими пользователями файлы на сервер. В принципе, любой пользователь сети имеет возможность использовать все данные, хранящиеся на других компьютерах сети, и устройства, подключенные к ним.
Затраты на организацию одноранговых вычислительных сетей относительно небольшие. Однако при увеличении числа рабочих станций эффективность их использования резко уменьшается. Пороговое значение числа рабочих станций, по оценкам некоторых специалистов, составляет 25. Основной недостаток работы одноранговой сети заключается в значительном увеличении времени решения прикладных задач. Это связано с тем, что каждый компьютер сети отрабатывает все запросы, идущие к нему со стороны других пользователей. Следовательно, в одноранговых сетях каждый компьютер работает значительно интенсивнее, чем в автономном режиме. Существует еще несколько важных проблем, возникающих в процессе работы одноранговых сетей: возможность потери сетевых данных при перезагрузке рабочей станции и сложность организации резервного копирования.
"Клиент-сервер" — это модель взаимодействия компьютеров в сети. Как правило, компьютеры не являются равноправными. Каждый из них имеет свое, отличное от других, назначение, играет определенную роль. Некоторые компьютеры в сети владеют и распоряжаются информационновычислительными ресурсами, такими как процессоры, файловая система, почтовая служба, служба печати, база данных. Другие имеют возможность обращаться к этим службам, пользуясь услугами первых.
Компьютер, управляющий тем или иным ресурсом, принято называть сервером этого ресурса, а компьютер, желающий им воспользоваться, — клиентом. Конкретный сервер определяется видом ресурса, которым он владеет. Так, если ресурсом являются базы данных, то речь идет о сервере баз данных, назначение которого — обслуживать запросы клиентов, связанные с обработкой данных; если ресурс — это файловая система, то говорят о файловом сервере или файл-сервере.
В сети один и тот же компьютер может выполнять как роль клиента, так и роль сервера.
Если предполагается, что проектируемая информационная система будет построена по технологии "клиент-сервер", то это означает, что прикладные программы, реализованные в ее рамках, будут иметь распределенный характер. Иными словами, часть функций прикладной программы (или, проще, приложения) будет реализована в программеклиенте, другая — в программе-сервере, причем для их взаимодействия будет определен некоторый протокол.
Рис. 5 - Сеть по принципу «клиент-сервер» и одноранговая сеть
КРАТКАЯ ИСТОРИЯ И ПРИНЦИП РАБОТЫ INTERNET
Internet представляет собой глобальную компьютерную сеть. Само ее название означает "между сетей". Это сеть, соединяющая отдельные сети.
Сеть Интернет возникла в 60-е годы как проект американского министерства обороны. Роль компьютеров возрастала, возникали все новые и новые потребности в сфере совместного использования информации в территориально распределенных неоднородных (то есть включающих компьютеры разных моделей и производительности) системах, а также необходимость защиты информационных потоков во время возможных перебоев на отдельных станциях сети.
Сеть Интернет опирается на семейство протоколов, созданных для обеспечения независимой маршрутизации и передачи информации в глобальных сетях, чтобы в случае отключения одной из станций сети информацию можно было передать в пункт назначения, направив ее через другие станции. Разработанный для этой цели протокол назвали протоколом межсетевого обмена (Internetworking Protocol — IP). Протокол IP получил широкое распространение в военно-технической сфере. Ученые использовали его для передачи научно-технической информации. Министерство обороны США секретно курировало огромное количество научных проектов во многих университетах страны и сумело найти эффективный способ передачи информации через разнородные сети. Именно из-за того, что в обмен информацией оказались вовлечены широкие научные круги, этот протокол быстро вышел из-под контроля военных. Его начали использовать и в исследовательских институтах NATO и в университетах Европы. Сегодня протокол IP, а значит, и Интернет, стали всемирном достоянием.
Итак, кратко охарактеризуем рождение и развитие Internet. В 1960-е годы, после Карибского кризиса, фирма RAND Corporation, один из исследовательских центров Соединенных Штатов, впервые предложила создать децентрализованную компьютерную сеть, покрывающую всю страну. Проект включал в себя объединение компьютеров военных, научных и образовательных учреждений в сеть, которая могла бы сохранить работоспособность в условиях ядерной атаки. Это был ответ США на запуск 4 октября 1957 года Советским Союзом первого искусственного спутника Земли. Основной идеей проекта была децентрализация управления и подчинения, чтобы выход из строя одного или нескольких сегментов сети оставлял бы ее работоспособной. Это требование дает ключ к пониманию принципов построения и структуры Internet. В проектируемой модели сети всегда была связь между компьютером-источником и компьютеромприемником (станцией назначения). Сеть изначально предполагалась ненадежной: любая часть сети может исчезнуть в любой момент. Такая структура может быть осуществлена только в том случае, если между узлами сети существуют множественные связи.
В первом варианте идеи подобной сети (1964 год, сотрудник RAND П. Бэран (Paul Baran)), просто утверждалось, что все узлы (компьютеры) сети должны иметь одинаковый статус. Каждый узел уполномочен порождать, передавать и получать сообщения от любого другого. Сообщения для передачи разбиваются на небольшие стандартизированные элементы, называемые пакетами. Каждый пакет имеет адрес назначения, и доставка сообщения обеспечивается тем, что каждый узел имеет возможность посылать (или переадресовывать) пакеты по сети к месту назначения.
В конце 1960-х годов, корпорация RAND, Массачусетский технологический институт и Калифорнийский университет Лос-Анджелеса начали экспериментировать с концепцией децентрализованной сети с пересылкой пакетов. В Великобритании подобные эксперименты проводились NPL (National Physical Laboratory , Национальной физической лабораторией). В 1968 году подразделение Пентагона - ARPA (Advanced
Research Projects Agency) - Агентство по работе с исследовательскими проектами в области перспективных исследований - открыло финансирование этого проекта в США.
К осени 1969 года появилась на свет сеть ARPANET, состоящая к тому времени из четырех узлов, а именно:
компьютер SDS SIGMA в Калифорнийском университете Лос-
Анджелеса,
компьютер SDS940 в Стэндфордском исследовательском
институте,
компьютер IBM360 в Калифорнийском университете Санта-
Барбары,
компьютер DEC PDP-10 в университет штата Юта.
Первые испытаний ARPANET оказались крайне успешными. Ученые исследовательских учреждений, послуживших испытательными полигонами, получили возможность передавать данные и совместно пользоваться удаленным доступом к компьютерам.
К 1971 году ARPANET разрослась до 15 узлов, включая Массачусетский технологический институт, RAND, Гарвард, Питтсбургский университет Каренги-Меллона, Case Western Reserve и центр NASA в Эймсе.
К 1972 году сеть ARPANET насчитывала уже 37 узлов, а в 1973 году впервые были подключены и зарубежные узлы – Университетский колледж в Лондоне и Королевская лаборатория радиолокации в Норвегии. Ответственность за администрирование сети взяло на себя DCA (Defence Communication Agency, Оборонное агенство по коммуникациям), в настоящее время называемое DISA (Defence Information Systems Agency, Оборонное агенство по информационным системам).
Несмотря на то, что изначально ARPANET состояла из соединений между самыми престижными исследовательскими институтами США, и что первые обоснования создания ARPANET подчеркивали ее важность как средства удаленного доступа к компьютерам, основной поток информации по сети не соответствовал своему первоначальному предназначению. Первое время ученые действительно использовали сеть только для координации своих исследований и обмена сообщениями со своими коллегами. Однако весьма быстро сеть превратилась в высокоскоростную компьютеризированную «веревочку», которую многие использовали для передачи личных сообщений, сплетен и просто разговоров.
Несмотря на то, как в реальности использовались новые возможности, создание ARPANET и концепции децентрализованной сети с пакетной передачей данных в целом означали огромный успех. В течение 1970-х годов эта легко расширяемая система претерпела гигантский рост. Её децентрализованная структура, существенно отличающаяся от структур существовавших в то время корпоративных сетей, позволяла подключать к сети компьютеры практически любого типа, - при одном лишь условии, что эти компьютеры «понимали» протокол (соглашение о стандарте) пакетной передачи данных NCP (Network Control Protocol, Протокол сетевого управления). Этот протокол стал предшественником ныне используемого TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol, Протокол управления передачей/Протокол Intenet, или Межсетевой Протокол).