Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Лекция

Компьютерные сети: основные понятия КС, топологии сети, типы сети, сетевое оборудование

Содержание

Компьютерная сеть

Базовая модель взаимодействия открытых систем OSI

Основные типы сети

Сети на основе сервера

Компьютер - клиент

Компьютер - сервер

информация взаимодействие компьютер сеть

Компьютерная сеть

Компьютерной сетью называют совокупность узлов (компьютеров, терминалов, периферийных устройств), имеющих возможность информационного взаимодействия друг с другом с помощью специального коммуникационного оборудования и программного обеспечения.

Информационно-вычислительная сеть представляет собой систему компьютеров, объединенных каналами передачи данных.

Основное назначение - обеспечение эффективного предоставления различных информационно-вычислительных услуг пользователям сети путем организации удобного и надежного доступа к ресурсам, распределенным в этой сети.

КС обеспечивают эффективное выполнение следующих задач:

- хранение данных;

- обработка данных;

- организация доступа пользователей к данным;

- передача данных и результатов обработки, данных пользователям.
Эффективность решения указанных задач обеспечивается:

- распределенными в сети аппаратными, программными и информационными ресурсами;

- дистанционным доступом пользователя к любым видам этих ресурсов;

- возможным наличием централизованной базы данных наряду с распределенными базами данных;

- высокой надежностью функционирования системы, обеспечиваемой резервированием ее элементов;

- возможностью оперативного перераспределения нагрузки в пиковые периоды;

- специализацией отдельных узлов сети на решении задач определенного класса;

- решением сложных задач совместными усилиями нескольких узлов сети:

Основные показатели качества КС:

1. Полнота выполняемых функций. Сеть должна обеспечивать выполнение всех предусмотренных для нее функции и по доступу ко всем ресурсам, и по совместной работе узлов, и по реализации всех протоколов и стандартов работы.

2. Производительность - среднее количество запросов пользователей сети, исполняемых за единицу времени. Производительность зависит от времени реакции системы на запрос пользователя. Это время складывается из трех составляющих:

- времени передачи запроса от пользователя к узлу сети, ответственному за его исполнение;

- времени выполнения запроса в этом узле;

- времени передачи ответа на запрос пользователю.

3. Пропускная способность определяется количеством данных, передаваемых через сеть (или ее звено -- сегмент) за единицу времени.

4. Надежность сети - важная ее техническая характеристика. Надежность чаще всего характеризуется средним временем наработки на отказ .

5. Достоверность ее результатной информации - если информация поступила несвоевременно, то в нужный момент на выходе системы информация недостоверна (надежность информационной системы -- это не самоцель, а средство обеспечения достоверной информации на ее выходе).

6. Безопасность информации. Безопасность -- это способность сети обеспечить защиту информации от несанкционированного доступа.

7. Прозрачность сети -- еще одна важная потребительская ее характеристика.

Прозрачность означает невидимость особенностей внутренней архитектуры сети для пользователя: в оптимальном случае он должен обращаться к ресурсам сети как к локальным ресурсам своего собственного компьютера.

8. Масштабируемость -- возможность расширения сети без заметного снижения ее производительности.

9. Универсальность сети -- возможность подключения к сети разнообразного технического оборудования и программного обеспечения от разных производителей.

Размеры сетей варьируются в широких пределах -- от пары соединенных между собой компьютеров, стоящих на соседних столах, до миллионов компьютеров, разбросанных по всему миру (часть из них может находиться и на космических объектах). По широте охвата принято деление сетей на несколько категорий. Локальные вычислительные сети, ЛВС или LAN (Local-Area Network), позволяют объединять компьютеры, расположенные в ограниченном пространстве. Для локальных сетей, как правило, прокладывается специализированная кабельная система, и положение возможных точек подключения абонентов ограничено этой кабельной системой. Иногда в локальных сетях используют и беспроводную связь, но и при этом возможности перемещения абонентов сильно ограничены. Локальные сети можно объединять в более крупномасштабные образования: САМ -- кампусная сеть, объединяющая локальные сети близко расположенных зданий, WAN -- широкомасштабная сеть, GAN -- глобальная сеть. Сетью сетей в наше время называют глобальную сеть -- Интернет. Для более крупных сетей также устанавливаются специальные проводные или беспроводные линии связи или используется инфраструктура существующих средств связи. В последнем случае абоненты компьютерной сети могут подключаться к сети в относительно произвольных точках, охваченных сетью телефонии, кабельного телевидения.

Информационно-вычислительные сети (ИВС), в зависимости от территории, ими охватываемой, подразделяются на:

3 локальные (ЛВС или LAN -- Local Area Network);

? региональные (РВС или MAN -- Metropolitan Area Network);

3 глобальные (ГВС или WAN -- Wide Area Network).

Локальной называется сеть, абоненты которой находятся на небольшом (до 10-15 км) расстоянии друг от друга. ЛВС объединяет абонентов, расположенных в пределах небольшой территории. В настоящее время не существует четких ограничений на территориальный разброс абонентов локальной вычислительной сети. Обычно такая сеть привязана к конкретному объекту. К классу ЛВС относятся сети отдельных предприятий, фирм, банков, офисов, корпораций и т. д. Если такие ЛВС имеют абонентов, расположенных в разных помещения, то они (сети) часто используют инфраструктуру глобальной сети Интернет и их принято называть корпоративными сетями или сетями интранет (intranet).

Региональные сети связывают абонентов города, района, области или даже небольшой страны. Обычно расстояния между абонентами региональной ИВС составляют десятки -- сотни километров.

Глобальные сети объединяют абонентов, удаленных друг от друга на значительное расстояние, часто расположенных в различных странах или на разных континентах. Взаимодействие между абонентами такой сети может осуществляться на базе телефонных линий связи, систем радиосвязи и даже спутниковой связи. **¦

Понятие интранет

1) изоляция или защита внутренней сети от внешней (Интернет);

2) использование сетевого протокола IP и Web-технологий (прикладного протокола НТТР). обозначает внутреннюю сеть организации, где важны два момента:

1) изоляция или защита внутренней сети от внешней (Интернет);

2) использование сетевого протокола IP и Web-технологий (прикладного протокола НТТР).

В аппаратном аспекте применение технологии интранет означает, что все абоненты сети в основном обмениваются данными с одним или несколькими серверами, на которых сосредоточены основные информационные ресурсы предприятия.

В сетях применяются различные сетевые технологии, из которых в локальных сетях наиболее распространены Ethernet, Token Ring, Arcnet и другие. В глобальных сетях применяются иные технологии АТМ (передача разнородного трафика - цифрового, голосового, мультимедийного - по одним и тем же линиям связи), Х.25 (применяется при построении распределенных систем клиент-сервер, связи локальных сетей), Frame Relay (сеть с коммутацией пакета, ориентирована на использование цифровых линий). Каждой технологии соответствуют свои типы оборудования.

Оборудование сетей подразделяется на активное -- интерфейсные карты компьютеров, повторители, концентраторы и пассивное -- кабели, соединительные разъемы, коммутационные панели и т. п. Кроме того, имеется вспомогательное оборудование -- устройства бесперебойного питания, кондиционирования воздуха и аксессуары -- монтажные стойки, шкафы, кабелепроводы различного вида. С точки зрения физики, активное оборудование -- это устройства, которым необходима подача энергии для генерации сигналов, пассивное оборудование подачи энергии не требует.

Оборудование компьютерных сетей подразделяется на:

- конечные системы (устройства), являющиеся источниками и/или потребителями информации,

- промежуточные системы, обеспечивающие прохождение информации по сети.

К конечным системам относятся компьютеры, терминалы, сетевые принтеры, факс-машины, кассовые аппараты, считыватели штрих-кодов, средства голосовой и видеосвязи и любые другие периферийные устройства, снабженные тем или иным сетевым интерфейсом.

К промежуточным системам, относятся концентраторы (повторители, мосты, коммутаторы), маршрутизаторы, модемы и прочие телекоммуникационные устройства, а также соединяющая их кабельная и/или беспроводная инфраструктура.

Действием, «полезным» для пользователей, является обмен информацией между конечными устройствами. Поток информации, передаваемый по сети, называют сетевым трафиком. Трафик кроме полезной информации включает и служебную ее часть -- неизбежные накладные расходы на организацию взаимодействия узлов сети. Пропускная способность линий связи, называемая также полосой пропускания, определяется как количество информации, проходящей через линию за единицу времени. Измеряется в бит/с. Обычно, приставки кило-, мега -, гига-, тера- имеют десятичное значение (10³, 10⁶, 10⁹, 10¹²), а не двоичное (2¹⁰, 2²⁰, 2³⁰, 2⁴⁰). Для активного коммуникационного оборудования применимо понятие производительность, причем в двух различных аспектах. Кроме «валового» количества неструктурированной информации, пропускаемого оборудованием за единицу времени (бит/с), интересуются и скоростью обработки пакетов (pps - pacets per second), кадров (fps -frames per second) или ячеек (cps - cells per second). Естественно, при этом оговаривается и размер структур (пакетов, кадров, ячеек), для которого измеряется скорость обработки. В идеале производительность коммуникационного оборудования должна быть столь высокой, чтобы обеспечивать обработку информации, приходящей на все интерфейсы (порты) на их полной скорости.

Для организации обмена информацией должен быть разработан комплекс программных и аппаратных средств, распределенных по разным устройствам сети. Поначалу разработчики и поставщики сетевых средств пытались идти каждый по своему пути, решая весь комплекс задач с помощью собственного набора протоколов, программ и аппаратуры. Однако решения различных поставщиков оказывались несовместимыми друг с другом, что вызывало массу неудобств для пользователей, которых по разным причинам не удовлетворял набор возможностей, предоставляемых только одним из поставщиков. По мере развития техники и расширения ассортимента предоставляемых сервисов назрела необходимость декомпозиции сетевой задачи -- разбивки ее на несколько взаимосвязанных подзадач с определением правил взаимодействия между ними. Разбивка задачи и стандартизация протоколов позволяет принимать участие в ее решении большому количеству сторон -- разработчиков программных и аппаратных средств, изготовителей коммуникационного и вспомогательного (например, тестового) оборудования и инсталляторов, доносящих все эти плоды прогресса до конечных потребителей. Применение открытых технологий и следование общепринятым стандартам позволяет избегать эффекта вавилонского столпотворения. Конечно, в какой-то момент стандарт становится тормозом развития, но кто-то делает прорыв, и его новая фирменная технология со временем выливается в новый стандарт.

Базовая модель взаимодействия открытых систем OSI

Для описания способов коммуникации между сетевыми устройствами организацией ISO была разработана модель взаимосвязи открытых систем ВОС -- OSI (Open System Interconnection). Она основана на уровневых протоколах, что позволяет обеспечить:

- логическую декомпозицию сложной сети на обозримые части -- уровни (семь уровней, которые мы рассмотрим далее на занятиях);

- стандартные интерфейсы между сетевыми функциями;

- симметрию в отношении функций, реализуемых в каждом узле сети (аналогичность функций одного уровня в каждом узле сети);

- общий язык для взаимопонимания разработчиков различных частей сети.

При объединении в сеть компьютеров возникает целый комплекс проблем. Одной из них является выбор способа организации компьютеров в сеть, способы их общения.

Одними из основных понятий при организации ПК в сеть является топология сети и тип сети.

Топология сети характеризует соединения узлов сети. Различают физическую топологию, определяющую правила физических соединений узлов (прокладку реальных кабелей), и логическую топологию, определяющую направления потоков данных между узлами сети. Логическая и физическая топологии относительно независимы друг от друга.

Физические топологии -- шина, звезда, кольцо, и комбинированные: дерево, сетка -- иллюстрирует рис. 1.3.

Шина (рис. 1.3, а) в ней используется один кабель, именуемый магистралью или сегментом, вдоль которого подключены все компьютеры сети

Передаваемая информация может распространяться в обе стороны. Применение общей шины снижает стоимость проводки, унифицирует подключение различных модулей, обеспечивает возможность почти мгновенного широковещательного обращения ко всем станциям сети. Основными преимуществами топологии являются дешевизна и простота разводки кабеля по помещениям. Серьезный недостаток шины заключается в ее низкой надежности: любой дефект кабеля или какого-нибудь из многочисленных разъемов полностью парализует всю сеть, другим недостатком шины является ее невысокая производительность, так как при таком способе подключения в каждый момент времени только один компьютер может передавать данные в сеть. Поэтому пропускная способность канала связи всегда делится между всеми узлами сети

В логической шине информация (пакет), передаваемая одним узлом, одновременно доступна для всех узлов, подключенных к одному сегменту. Прием данных производит только тот узел (узлы), которому адресуется данный пакет. Логическая шина может быть реализована на физической топологии шины, звезды, дерева, сетки.

Топология звезда (рис. 1.3, б). В этом случае каждый компьютер подключается отдельным кабелем к общему устройству, называемому концентратором (hub), который находится в центре сети. В функции концентратора входит направление передаваемой компьютером информации одному или всем остальным компьютерам сети. Главное преимущество этой топологии перед шиной -- существенно большая надежность. Любые неприятности с кабелем касаются лишь того компьютера, к которому этот кабель присоединен, и только неисправность концентратора может вывести из строя всю сеть. Кроме того, концентратор может играть роль интеллектуального фильтра информации, поступающей от узлов в сеть, и при необходимости блокировать запрещенные администратором передачи (swichhub).

К недостаткам топологии типа звезда относится более высокая стоимость сетевого оборудования из-за необходимости приобретения концентратора. Кроме того, возможности по наращиванию количества узлов в сети ограничиваются количеством портов концентратора. Поэтому очень часто строят сеть с использованием нескольких концентраторов, иерархически соединенных между собой связями типа звезда или шина. В настоящее время иерархическая звезда является самым распространенным типом топологии связей, как в локальных, так и глобальных сетях.

В логическом кольце информация передается последовательно от узла к узлу. Каждый узел принимает пакеты только от предыдущего и посылает только последующему узлу по кольцу. Узел транслирует дальше по сети все кадры, а обрабатывает только адресуемые ему. Реализуется на физической топологии кольца или звезды с внутренним кольцом в концентраторе.

Выбор той или иной топологии влияет:

- на состав необходимого сетевого оборудования;

- характеристики сетевого оборудования;

- возможности расширения сети;

- способ управления сетью.

Состав сетевого оборудования в зависимости от топологии сети может быть следующим:

1. Шина -- конвекторы, соединяющие сетевую карту с сетевым кабелем, терминаторы -- устройства, предотвращающие отражение электрических сигналов. На каждом конце кабеля устанавливают терминаторы (terminators), поглощающие эти сигналы.

2. Звезда -- конвекторы, соединяющие сетевую карту ПК с концентратором посредством сетевого кабеля, концентратор. Концентраторы делят на активные -- подключаются к питанию, восстанавливают форму сигнала; пассивные -- не требуют питания и просто пропускают через себя сигнал как узлы коммутации, не усиливая и не восстанавливая его; гибридные -- подключают сетевые кабели различных типов.

3. Кольцо -- конвекторы, соединяющие сетевую карту ПК с сетевой картой другого ПК, либо в топологии логическое кольцо -- с концентратором.

4. Для соединения двух отрезков сетевого кабеля служит репитер (repeater). Он усиливает сигнал перед передачей его в следующий сегмент. Поэтому предпочтительнее использовать репитер, чем один длинный кабель: сигналы на большие расстояния пойдут без искажений. Используется в топологиях шина и кольцо.

Дадим классификацию топологических элементов сетей

Узлы сети-- конечные устройства и промежуточные устройства, наделенные сетевыми адресами. К узлам сети относятся компьютеры с сетевым интерфейсом, выступающие в роли рабочих станций, серверов или в обеих ролях; сетевые периферийные устройства (принтеры, плоттеры, сканеры); сетевые телекоммуникационные устройства (модемные пулы, модемы коллективного использования); маршрутизаторы.

Кабельный сегмент -- отрезок кабеля или цепочка отрезков кабелей, электрически (оптически) соединенных друг с другом, обеспечивающие соединение двух или более узлов сети. Иногда применительно к коаксиальному кабелю так называют и отрезок кабеля, оконцованный разъемами.

Сегмент сети (или просто сегмент) ~ совокупность узлов сети, использующих общую (разделяемую) среду передачи. Применительно к технологии Ethernet это совокупность узлов, подключенных к одному коаксиальному кабельному сегменту, одному концентратору, а также к нескольким кабельным сегментам и/или концентраторам, связанным между собой. Применительно к Token Ring это одно кольцо.

Сеть (логическая) -- совокупность узлов сети, имеющих единую систему адресации.

Основные типы сети

Все сети имеют некоторые общие компоненты, функции и характеристики. К ним относят:

- серверы (server) -- компьютеры, предоставляющие свои ресурсы сетевым пользователям;

- клиенты (client) -- компьютеры, осуществляющие доступ к сетевым ресурсам, предоставляемым сервером;

- среда (media) -- способ соединения компьютеров;

- совместно используемые данные -- файлы, предоставляемые серверами по сети;

- совместно используемые периферийные устройства, например принтеры, библиотеки CD-ROM и т.д., -- ресурсы, предоставляемые серверами;

- ресурсы -- файлы, принтеры и другие элементы, используемые в сети

Сети разделяются на два типа:

- одноранговые (peer-to-peer);

? на основе сервера (server based).

Различия между одноранговыми сетями и сетями на основе сервера определяют разные возможности этих сетей. Выбор типа сети зависит от следующих факторов:

- размера предприятия (учреждения, фирмы);

- необходимого уровня безопасности;

- вида деятельности;

- уровня доступности административной поддержки;

- объема сетевого трафика;

- потребностей сетевых пользователей;

В одноранговой сети все компьютеры равноправны: нет иерархии среди компьютеров и нет выделенного (dedicated) сервера. Как правило, каждый компьютер функционирует и как клиент, и как сервер; иначе говоря, нет отдельного компьютера, ответственного за администрирование всей сети. Все пользователи самостоятельно решают, какие данные на своем компьютере сделать общедоступными по сети.

Одноранговые сети называют также рабочими группами. Рабочая группа -- это небольшой коллектив, поэтому в одноранговых сетях чаще всего не более 10 -- 20 компьютеров.

В такие операционные системы, как Microsoft Windows NT Workstation, Microsoft Windows for Workgroups и Microsoft Windows 95, встроена поддержка одноранговых сетей. Поэтому, чтобы установить одноранговую сеть, дополнительного программного обеспечения не требуется.

Сети на основе сервера

Если к сети подключено более 10 пользователей, то одноранговая сеть, где компьютеры выступают в роли и клиентов, и серверов, может оказаться недостаточно производительной. Поэтому большинство сетей использует выделенные серверы. Выделенным называется такой сервер, который функционирует только как сервер (исключая функции клиента или рабочей станции). Они специально оптимизированы для быстрой обработки запросов от сетевых клиентов и для управления защитой файлов и каталогов. Сети на основе сервера стали промышленным стандартом.

Большинство сетей использует модель «клиент-сервер». Сеть архитектуры «клиент-сервер» -- это сетевая среда, в которой компьютер-клиент инициирует запрос компьютеру-серверу, который и выполняет его. В одноранговой сети, любой компьютер является одновременно и клиентом, и сервером.

Компьютер - клиент

Пользователь генерирует запрос с помощью интерфейсного приложения, которое выполняет следующие функции:

- обеспечивает интерфейс пользователя;

- формирует запросы;

- отображает данные, полученные с сервера.

В клиент-серверной среде сервер не наделяется пользовательским интерфейсом. Представлением данных в удобной форме, например в виде отчета, занимается клиент

Компьютер-клиент получает инструкции от пользователя, подготавливает их для сервера и затем по сети посылает запрос на сервер. Сервер обрабатывает запрос, проводит поиск необходимых данных и отсылает их клиенту. Клиент в удобной для пользователя форме отображает полученную информацию.

В клиент-серверной среде пользователь компьютера-клиента имеет дело с экранной формой. В ней он задает параметры необходимой информации.

Компьютер - сервер

Сервер в клиент-серверной среде обычно предназначен для хранения и управления данными. Именно сервер выполняет большинство операций с данными. Сервер называют также прикладной частью модели «клиент-сервер», так как именно он выполняет запросы клиентов. По сети сервер принимает от клиентов структурированные запросы, выполняет их, а затем возвращает клиенту необходимую информацию.

Обработка данных на сервере включает их сортировку, извлечение затребованной информации и отправку ее в адрес пользователя.

Программное обеспечение (сервера базы данных) предусматривает, кроме того, следующие действия над информацией:

- обновление;

- удаление;

- добавление;

- защита.

С увеличением размеров сети и объема сетевого трафика необходимо увеличивать количество серверов. Распределение задач среди нескольких серверов гарантирует, что каждая задача будет выполняться самым эффективным способом из всех возможных.

По функциям, выполняемым серверами, их классифицируют на: файловые серверы, принт-серверы, серверы приложений, почтовые серверы, факс-серверы, коммуникационные серверы, Web-серверы. Файловый сервер - предназначен для разделения файлов с другими ПК, соединенными с ним. Это отдельный компьютер, который предоставляет дисковое пространство и файлы всем компьютерам в сети, а также возможность организации работы сетевого принтера. В крупных. ЛВС использоваться компьютеры специально сконструированные для работы в качестве файловых серверов. Файловый сервер и рабочие станции взаимодействуют друг с другом через сетевые адаптеры и кабели.

Современные файл-серверы должны иметь:

- процессоры высокой производительности, используются М/В поддерживающие многопроцессорную систему;

- ОЗУ большой емкости;

- высокоскоростной винчестер и имеющий большую емкость, и чаще всего систему дисковых накопителей дублирующих друг друга для обеспечения более высокой надежности хранения данных.

В таких системах файлы, записанные на одном диске, автоматически зеркально отражаются на резервном. В случае отказа одного диска данные мгновенно будут считываться с резервного. Этим достигается высокая степень безотказности работы дисковой системы файлового сервера.

По признаку место и роль в сети компьютеры в сети классифицируют:

- мейнфреймы (супер_ЭВМ), предназначаются для обслуживания крупных сетевых банков данных и банков знаний,

- кластерные структуры, представляют собой многомашинные распределенные ВС, объединяющие несколько серверов,

- рабочая станция - наличие в сетях пунктов, ориентированных на работу профес.пользователей с сетевыми ресурсами (рабочая станция отличается от ПК: ПК обычно работает в автономном режиме),

- сетевые компьютеры (иногда терминалы), представляют собой упрощенные ПК, обеспечивающие доступ к сетевым информационным ресурсам.

Размещено на Allbest.ru