Организация компьютерных сетей

1. Компьютерные сети

Компьютеры появились в жизни человека не так уж давно, но почти любой человек может с твердой уверенностью сказать, что будущее - за компьютерными технологиями.

На заре своего появления компьютеры представляли собой громоздкие устройства, работающие на лампах и занимающие настолько много места, что для их размещения требовалась не одна комната. При всем этом производительность таких машин, по сравнению с современными, была невероятно мала.

Время шло. Постепенно научная мысль и возможности ученых развились настолько, что производство меньших по размеру, но более производительных компьютеров стало реальностью.

Процесс развития персонального компьютера движется с постоянно увеличивающимся ускорением, в связи с чем в ближайшем будущем компьютеры станут обязательным и незаменимым атрибутом любого предприятия, офиса и большинства квартир.

Причиной столь интенсивного развития информационных технологий является все возрастающая потребность в быстрой и качественной обработки информации, потоки которой с развитием общества растут как снежный ком.

Одной из наиболее перспективных на данный момент областей исследования является разработка так называемых нейрокомпьютеров, основанных на молекулах ДНК определенного вида водорослей, и способных хранить громадные объёмы информации относительно современного ПК при минимальных размерах самих носителей информации.

Большой успех в последнее время получили так называемые виртуальные технологии, которые позволяют с большой точностью моделировать физические явления, процессы, предметы, а так же их взаимодействие в совокупности. Такие технологии используются в различных областях деятельности человека.

Компьютеры уже прочно вошли в современный мир, во все сферы человеческой деятельности и науки, тем самым создавая необходимость в обеспечении их различным программным обеспечением. Конечно, в первую очередь это связано с развитием электронной вычислительной техники и с её быстрым совершенствованием и внедрением в различные сферы человеческой деятельности.

Объединение компьютеров в сети позволило значительно повысить производительность труда. Компьютеры используются как для производственных (или офисных) нужд, так и для обучения.

2. Причины использования компьютерных сетей

В настоящее время локальные вычислительные (ЛВС) получили очень широкое распространение. Это вызвано несколькими причинами:

объединение компьютеров в сеть позволяет значительно экономить денежные средства за счет уменьшения затрат на содержание компьютеров (достаточно иметь определенное дисковое пространство на файл-сервере (главном компьютере сети) с установленными на нем программными продуктами, используемыми несколькими рабочими станциями);

локальные сети позволяют использовать почтовый ящик для передачи сообщений на другие компьютеры, что позволяет в наиболее короткий срок передавать документы с одного компьютера на другой;

локальные сети, при наличии специального программного обеспечения (ПО), служат для организации совместного использования файлов (к примеру, бухгалтеры на нескольких машинах могут обрабатывать проводки одной и той же бухгалтерской книги).

Кроме всего прочего, в некоторых сферах деятельности просто невозможно обойтись без ЛВС. К таким сферам относятся: банковское дело, складские операции крупных компаний, электронные архивы библиотек и др. В этих сферах каждая отдельно взятая рабочая станция в принципе не может хранить всей информации (в основном, по причине слишком большого ее объема). Сеть позволяет ИЗБРАННЫМ (зарегистрированным на файл-сервере) пользователям получать доступ к той информации, к которой их допускает оператор сети.

3. Виды компьютерных сетей

Существует три основных вида компьютерных сетей:

локальная вычислительная сеть (ЛВС);

региональная вычислительная сеть (РВС);

глобальная вычислительная сеть (Internet).

Кроме того, каждая из перечисленных сетей может быть:

Односерверной - сеть обслуживается одним файл-сервером (ФС);

Многосерверной - сеть обслуживается несколькими ФС;

Распределенной - Две или более локальных сетей, соединенных внутренним или внешним мостами (мост или межсетевое соединение управляет процессом обмена пакетами данных из одной кабельной системы в другую). Пользователи распределенной сети могут использовать резервы (такие как: файлы, принтеры или дисковые драйвы) всех соединенных локальных сетей;

Многосерверной локальной - когда локальная сеть обслуживается более чем одним файл-сервером;

Многосерверной распределенной.

Также ЛВС могут быть одноранговыми (все компьютеры в сети равноправны, т.е. нет ФС, Любая рабочая станция может получить доступ к любой другой рабочей станции) и с централизованным управлением (выделенным сервером).

Локальная сеть - это группа компьютеров, которые могут

связываться друг с другом, совместно использовать периферийное

оборудование (например, жесткие диски, принтеры и т.д.) и обращаться к удаленным центральным ЭВМ или другим локальным сетям. Локальная сеть может состоять из одного или более файл-серверов, рабочих станций и периферийных устройств. Пользователи сети могут совместно использовать одни и те же файлы (как файлы данных, так и файлы программ), посылать сообщения непосредственно между рабочими станциями и защищать файлы с помощью мощной системы защиты.

Основными видами локальных вычислительных сетей являются Ethernet и ARCNET. Причем Ethernet может иметь несколько типов кабеля: тонкий кабель Ethernet - иначе называется “Thinnet”. Имеет ряд преимуществ, таких как использование более дешевого кабеля по сравнению с системой толстого кабеля Ethernet и использование аппаратуры, которую проще устанавливать; толстый кабель Ethernet (также известная как “Thicknet”) получила свое название благодаря используемому в ней стандартному, или толстому кабелю Ethernet. Толстый кабель позволяет включать в систему большее количество компьютеров и увеличивать расстояние между компьютерами. Однако этот кабель дороже, а его установка сложнее по сравнению с тонким кабелем Ethernet; витая пара Ethernet. Преимущество системы Ethernet на витой паре в том, что кабель дешевле по сравнению с перечисленными выше кабелями, а его установка проще.

Наравне с приведенными выше способами подключения встречается способ Token-ring. Одним из преимуществ системы является прогнозируемость: одна часть системы может испортиться, но все-таки не остановится. Также, система поддерживается программным обеспечением для больших ЭВМ фирмы IBM, что может в некоторых ситуациях принести выгоду. Слабые стороны системы в сравнении с другими системами заключаются в дороговизне и усложненности кабелей. К тому же, в некоторых случаях трудно вести поиск неисправностей.

Региональная сеть - это города, объединенные в сеть посредством расположенных в них компьютерах.

К глобальной вычислительной сети следует отнести Internet. На данный момент это единственная сеть, объединяющая целые государства. На данный момент американскими компаниями ведутся разработки по созданию альтернативной глобальной сети.

4. Способы организации (топологии) компьютерных сетей

Физическое расположение компонентов сети (кабели, станции, шлюзы, разветвители и т.д.). Имеется три основных топологии: звезда, кольцо и шина. В сетях с топологией "звезда" файл-сервер и рабочие станции соединены кабелем в кольцо; сообщения рабочей станции могут проходить через несколько других рабочих станций до того, как они достигнут файл-сервера. В сети с топологией "шина" все рабочие станции и файл-сервер подключаются к центральному кабелю, называемому шиной.

4.1 Обзор сетевых операционных систем

В мире существует очень большое количество сетевых операционных систем. Среди наиболее удачных из них хотелось бы отметить Unix, Novell NetWare и Windows NT Server. Все эти системы позволяют организовывать файл-серверы, вести картотеку пользователей, ограничивать права клиентов файл-сервера, выделять ресурсы рабочим станциям. Каждая из этих систем удовлетворяет критериям надежности, отказоустойчивости и что самое главное - безопасности.

Помимо систем, главной функцией которых является организация файл-сервера, существуют системы, обеспечивающие работу пользователя в сети. К числу таких операционных систем следует отнести (в хронологическом порядке) Novell DOS, Windows for Workgroups, Windows95-98, Windows NT Workstation. Причем последние операционные системы содержат не только утилиты, позволяющие осуществлять доступ к локальным сетям, но и утилиты доступа к Internet.

4.2. Удаленный доступ и удаленное управление сервером

Многие программные пакеты для удаленной связи реализуют удаленное управление, а не удаленный доступ. При удаленном управлении локальный компьютер (тот, на котором вы работаете) используется как неинтеллектуальный терминал для взаимодействия с удаленной машиной, с которой установлена связь. Нажатия клавиш и кнопок мыши передаются на удаленный компьютер и управляют его пользовательским интерфейсом. Все вычислительные операции выполняются на удаленном компьютере, а вывод (видео) поступает обратно по низкоскоростной линии компьютеру-терминалу.

Удаленное управление кардинально отличается от удаленного доступа, при котором локальный компьютер подключается к удаленному как клиент локальной сети. При удаленном доступе все вычислительные операции выполняются на локальном компьютере. Он считывает денные с удаленного компьютера и передает их обратно.

Удаленное управление избавлено от неравномерности в работе - “быстрых” и “медленных” периодов из-за ожидания, возникающего при удаленном доступе. Принцип удаленного доступа (а не удаленного управления) реализован в World Wide Web.

Службы удаленного доступа присутствуют не во всех коммуникационных операционных системах. В тех же системах, в которых они присутствуют, они мало чем отличаются. Поэтому Службы удаленного доступа я хотел бы рассмотреть на примере службы Remote Access Service (RAS), входящей в состав наиболее перспективной сетевой операционной системы Microsoft Windows NT. Служба удаленного доступа RAS реализует эффективное соединение с сетями по низкоскоростным телефонным линиям общего пользования. RAS функционирует, осуществляя управление, набор номера и согласование протоколов, необходимые для установления соединения и маршрутизации пакетов, либо соответствующим образом направляя вызовы NetBIOS (Программа-эмулятор, используемая для того, чтобы разрешить на рабочих станциях запуск прикладных задач, поддерживающих вызовы в сетевой базовой системы ввода-вывода фирмы IBM (IBM NetBIOS) через отвечающую хост-машину сети.

RAS может не только соединять клиентов сети Windows с серверами Windows NT, но и подключать их к любому серверу, поддерживающему последовательные протоколы SLIP или PPP, либо способному осуществлять коммуникации по протоколам IPX, TCP/IP, NetNEUI. Практически служба RAS поддерживает сеансы связи с любым сервером Internet, а также с большинством хост-систем UNIX, серверами NetWare и многими другими ОС.

Нельзя не упомянуть о возможности почти всех коммуникационных операционных систем - удаленной консоли. Удаленная консоль позволяет с любого рабочего места выполнять административные функции на сервере. Режим удаленной консоли позволяет решить проблему доступа к консоли сервера, если он размещен в удаленном месте. Работая в режиме удаленной консоли, можно выполнять следующие функции: ввод команд и получение изображения экрана консоли на любой рабочей станции так, как если бы это делалось непосредственно на консоли сервера; просмотр каталогов и редактирование текстовых файлов; копирование файлов с локального диска (той рабочей станции, на которой запускается удаленная консоль) на диски сервера. Однако посредством удаленной консоли нельзя передавать файлы с сервера на локальный диск; завершать работу сервера и его повторный перезапуск.

Использование сетевого принтера

Одной из важнейших задач, решаемых сетевыми операционными системами, является возможность коллективного использования печатающих устройств в сети. Поскольку в каждой сетевой ОС имеется несколько путей для реализации данной задачи, то при установке сетевого принтера необходимо абсолютно точно сконфигурировать ПО.

Чем же отличается печать в сети от печати на автономном ПК с подключенным принтером? На автономном ПК печатающиеся документы, графические изображения и т.п. непосредственно выводятся на принтер через параллельный или последовательный порт. При работе в сети все пользователи, имеющие соответствующие права могут передавать задания на печать на предоставленный в их распоряжение сетевой принтер. Если бы все задания на печать передавались непосредственно на принтер, то задание пользователя В могло бы помешать выполнению задания пользователя А. Следовательно, необходим механизм, регулирующий процесс поступления заданий на принтер, чтобы очередь выполнения задания пользователя В наступила лишь тогда, когда полностью обработано задание пользователя А. Однако если процесс печати организовать таким образом, чтобы пользователь В мог посылать задания принтеру только тогда, когда полностью выполнено задание пользователя А, то в этом случае пропадет смысл использования сети для решения задач в области печати. Поэтому был выбран промежуточный механизм, который называется “спулинг” (от английского слова spooling) - промежуточная буферизация данных. Суть его состоит в том, что каждое задание на печать предварительно запоминается в некотором временном файле на диске и передается и передается на печать лишь когда принтер готов к работе (полностью обработано предыдущее задание) и новое задание на печать стоит в очереди первым. Задания на печать, которые должны быть обработаны немедленно, могут быть перемещены в начало очереди пользователем, имеющим на это соответствующие права.

Если вы посылаете задание на печать сетевому принтеру, то оно предварительно становится в очередь на печать и распечатывается лишь тогда, когда наступит его очередь. Таким образом, на рабочей станции пользователя устанавливается программный переключатель, который перенаправляет задания на печать с локальных портов ПК (к которым подключаются сетевые принтеры) на очередь на печать.

Кроме очередей на печать, существуют еще сервер печати и принтеры. Задача сервера печати заключается в том, чтобы управлять очередями на печать, принтерами и заданиями на печать. Другими словами, сервер печати должен контролировать в очереди наличие задания на печать, а также извлекать задание на печать из очереди и передавать на исполнение принтеру, который обслуживает данную очередь.

Принтер, локально подключенный к рабочей станции, также может быть предоставлен в распоряжении всех пользователей сети в качестве сетевого. Таким образом, можно так распределить принтеры в сети, чтобы удовлетворить всем предъявленным требованиям.

4.3 Обзор сетевых протоколов

Сетевые транспортные протоколы обеспечивают базовые функции, необходимые компьютерам для коммуникаций с сетью. Такие протоколы реализуют полные эффективные каналы коммуникаций между компьютерами.

Транспортный протокол можно рассматривать как зарегистрированную почтовую службу. Вы передаете конверт (данные) в почтовое отделение, а затем остается убедиться, что почта дошла до адресата. Аналогично, транспортный протокол гарантирует, что передаваемые данные доходят до заданного адресата, проверяя получаемую от него квитанцию. Он выполняет контроль и исправление ошибок без вмешательства более высокого уровня.

Основными сетевыми протоколами являются:

NetBEUI

NWLink (IPX/SPX)

TCP/IP

Каждый сетевой транспортный протокол имеет свои достоинства и недостатки.

NetBEUI означает “расширенный пользовательский интерфейс NetBIOS”. Он реализует транспортный протокол NetBIOS Frame (NBF), разработанный IBM в середине 80-х годов для поддержки локальных сетей рабочих групп с операционными системами OS/2 и LAN Manager.

Этот протокол проектировался для рабочих групп, насчитывающих от 2 до 200 компьютеров. Он не допускает маршрутизации между сетями и поэтому ограничен небольшими локальными сетями.

Протокол NWLink представляет собой реализацию Microsoft стека протоколов IPX/SPX компании Novell. Клиенты и серверы Microsoft могут постепенно добавляться к существующим сетям, что облегчает переход с одной платформы на другую, устраняя необходимость резкой смены сетевого стандарта.

Этот протокол можно рассматривать как сетевой протокол среднего класса. Он реализует относительно разумный компромисс между простым немаршрутизируемым транспортным протоколом NetBEUI и сложным маршрутизируемым протоколом TCP/IP.

Протокол управления передачей/межсетевой протокол (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) и комплект соответствующих протоколов были разработаны Агентством перспективных исследований и разработок (ARPA, Advanced Projects Research Agency, позднее DARPA) Министерства обороны США в соответствии с проектом межсетевого взаимодействия, реализация которого началась в 1969 г. В настоящее время TCP/IP является наиболее широко распространенным протоколом межкомпьютерных коммуникаций и применяется в глобальной сети Internet. Первоначально ARPA создала TCP/IP для соединения сетей военного назначения, а затем бесплатно предложила стандарты протоколов для правительственных учреждений и университетов.

Университеты быстро адаптировали данный протокол для обеспечения взаимодействия своих сетей. Сотрудничество деятелей университетской науки позволило спроектировать протоколы более высокого уровня для самых различных целей - поддержки рабочих групп, передачи электронной почты, печати, удаленной загрузки и даже просмотра документов.

Протокол TCP/IP стал стандартом взаимодействия компьютеров Unix, особенно в военных учреждениях и университетах. С разработкой протокола передачи гипертекста HTTP (Hypertext Transfer Protocol) для совместной работы с документами HTML (Hypertext Markup Language), бесплатно прилагаемыми в большой глобальной сети, появилась система World Wide Web (WWW), а Internet расширилась на частный сектор. TCP/IP стал основой стремительной экспансии, потеснив применяемый в качестве коммерческого протокола IPX и став предпочитаемый среди всех сетевых ОС.

Internet - это глобальная компьютерная сеть, которая охватывает миллионы пользователей по всему миру. Эта сеть начала свою работу в 1969 году в качестве военного проекта. Она специально была спроектирована таким образом, чтобы остаться дееспособной даже в случае атомной войны. Информация, передаваемая через Internet, перемещается от одного компьютера к другому наиболее коротким путем. По этой причине, любые два компьютера останутся соединенными до тех пор, пока есть хотя бы один маршрут между ними.

До начала перестройки в России Internet был лишь “волшебной сказкой”. Теперь же с каждым днем растет число людей, подключившихся к Сети (даже не смотря на различного рода кризисы).

Что же такое Internet? Каждый пользователь Сети должен сам для себя ответить на этот вопрос. Для одних это любимая игрушка. Для других - инструмент ведения бизнеса. Для третьих - единственная возможность общаться с Миром.

Благодаря Internet мы можем за считанные секунды послать письмо в самую дальнюю от меня точку, находясь в России, поговорить с коллегами в США и т.д. Сейчас возможно даже заказать понравившийся вам товар. Но по большей части Internet - это средство развлечения.

Как бы не рекламировали Сеть, людям со слабой психикой в нее лучше не соваться. Для некоторых людей Сеть заменила реальность. Не буду анализировать психологические аспекты сети. Оставлю это профессионалам. Сам же могу сказать, что Сеть опасна для бизнесменов. Слишком велик риск потерять свои деньги. Internet-магазины очень часто взламываются хакерами, которые переводят ваши деньги на свои счета. Нападкам хакеров подвергаются и рядовые пользователи.

Не смотря на это, Сеть не теряет своей привлекательности. Люди узнают через Internet новости, слушают радио, смотрят на мир через глазки разбросанных по всему миру видеокамер, ходят в библиотеки и даже заочно обучаются в университетах других стран. Планируется даже создание Internet-телевидения. Бесспорно, за Internet-будущее.

Заключение

В заключении хотелось бы сказать, что в данном докладе была рассмотрена наиболее актуальная в наше время тема: Организация компьютерных сетей. Современный человек, а особенно человек, занимающий руководящую должность, должен не просто знать, а чувствовать эту тему. Ведь современный бизнес просто не возможен без высоких технологий и, в частности, компьютерных сетей, позволяющих значительно увеличивать прибыль предприятий и организаций.