9

Как организуется межкомпьютерная связь

Назовем задачи, которые трудно или невозможно решить без организации информационной связи между различными компьютерами: перенос информации на большие расстояния (сотни, тысячи км); совместное использование несколькими компьютерами дорогостоящих аппаратных, программных или информационных ресурсов -- мощного процессора, емкого накопителя, высокопроизводительного лазерного принтера, баз данных, программного обеспечения и т. д.; совместная работа над большим проектом, когда исполнители должны всегда иметь последние (актуальные) копии общих данных во избежание путаницы, и т. д.

Есть три основных способа организации межкомпьютерной связи: объединение двух рядом расположенных компьютеров через их коммуникационные порты посредством специального кабеля; передача данных от одного компьютера к другому посредством модема с помощью проводных или спутниковых линий связи; объединение компьютеров в компьютерную сеть.

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 (рис. 2.36). Работать можно только на компьютере-клиенте под управлением специального программного обеспечения.

Сервер (англ. serve -- обслуживать) -- это высокопроизводительный компьютер с большим объемом внешней памяти, который обеспечивает обслуживание других компьютеров путем управления распределением дорогостоящих ресурсов совместного пользования (программ, данных и периферийного оборудования). Клиент (иначе рабочая станция) -- любой компьютер, имеющий доступ к услугам сервера.

Например, сервером может быть мощный компьютер, на котором размещается центральная база данных, а клиентом -- обычный компьютер, программы которого по мере необходимости запрашивают данные с сервера. В некоторых случаях компьютер может быть одновременно и клиентом, и сервером. Это значит, что он может предоставлять свои ресурсы и хранимые данные другим компьютерам и одновременно использовать их ресурсы и данные.

Рис. 1 Межкомпьютерная связь типа «клиент-сервер»

Клиентом также называют прикладную программу, которая от имени пользователя получает услуги сервера. Соответственно программное обеспечение, которое позволяет компьютеру предоставлять услуги другому компьютеру, называют сервером - так же как и сам компьютер.

Для преодоления несовместимости интерфейсов отдельных компьютеров вырабатывают специальные стандарты, называемые протоколами коммуникации.

Протокол коммуникации -- это согласованный набор конкретных правил обмена информацией между разными устройствами передачи данных. Имеются протоколы для скорости передачи, форматов данных, контроля ошибок и др.

Для работы с сетью необходимо наличие специального сетевого программного обеспечения, которое обеспечивает передачу данных в соответствии с заданным протоколом.

Протоколы коммуникации предписывают разбить весь объем передаваемых данных на пакеты - отдельные блоки фиксированного размера. Пакеты нумеруются, чтобы их затем можно было собрать в правильной последовательности. К данным, содержащимся в пакете, добавляется дополнительная информация примерно такого формата:

Контрольная сумма данных пакета содержит информацию, необходимую для контроля ошибок. Первый раз она вычисляется передающим компьютером. После того как пакет будет передан, контрольная сумма повторно вычисляется принимающим компьютером. Если значения не совпадают, это означает, что данные пакета были повреждены при передаче. Такой пакет отбрасывается, и автоматически направляется запрос повторно передать пакет.

При установлении связи устройства обмениваются сигналами для согласования коммуникационных каналов и протоколов. Этот процесс называется подтверждением установления связи (англ. HandShake -- рукопожатие).

Что такое компьютерная сеть

Компьютерная сеть (англ. Computer NetWork, от net - сеть и work -- работа) - совокупность компьютеров, соединенных с помощью каналов связи и средств коммутации в единую систему для обмена сообщениями и доступа пользователей к программным, техническим, информационным и организационным ресурсам сети.

Компьютерную сеть представляют как совокупность узлов (компьютеров и сетевого оборудования) и соединяющих их ветвей (каналов связи).

Различают узлы оконечные, расположенные в конце только одной ветви, промежуточные, расположенные на концах более чем одной ветви, и смежные - такие узлы соединены, по крайней мере, одним путем, не содержащим никаких других узлов.

Компьютеры могут объединяться в сеть разными способами.

Логический и физический способ соединения компьютеров, кабелей и других компонентов, в целом составляющих сеть, называется ее топологией. Топология характеризует свойства сетей, не зависящие от их размеров. При этом не учитываются производительность и принцип работы этих объектов, их типы, длины каналов, хотя при проектировании эти факторы очень важны.

Наиболее распространенные виды топологий сетей:

Линейная сеть содержит только два оконечных узла, любое число промежуточных узлов и имеет только один путь между любыми двумя узлами (рис. 2, а).

Кольцевая сеть, в которой к каждому узлу присоединены две, и только две ветви (рис. 2, б).

Древовидная сеть содержит более двух оконечных узлов и, по крайней мере, два промежуточных узла, и между двумя узлами имеется только один путь (рис. 2, в).

Звездообразная сеть, в которой имеется только один промежуточный узел (рис. 2, г).

Рис. 2

Ячеистая сеть содержит, по крайней мере, два узла, имеющие два или более пути между ними (рис. 2, д).

Полносвязанная сеть, в которой имеется ветвь между любыми двумя узлами.

Важнейшая характеристика компьютерной сети -- архитектура.

Архитектура сети - это реализованная структура сети передачи данных, определяющая ее топологию, состав устройств и правила их взаимодействия в сети. В рамках архитектуры сети рассматриваются вопросы кодирования информации, ее адресации и передачи, управления потоком сообщений, контроля ошибок и анализа работы сети в аварийных ситуациях и при ухудшении характеристик.

Наиболее распространенные архитектуры:

Ethernet (англ. ether - эфир) - широковещательная сеть. Это значит, что все станции сети могут принимать все сообщения. Топология линейная или звездообразная. Скорость передачи данных 10 или 100 Мбит/с.

Arcnet (Attached Resource Computer Network -- компьютерная сеть соединенных ресурсов) -- широковещательная сеть. Физическая топология -- дерево. Скорость передачи данных 2,5 Мбит/с.

Token Ring (эстафетная кольцевая сеть, сеть с передачей маркера) - кольцевая сеть, в которой принцип передачи данных основан на том, что каждый узел кольца ожидает прибытия некоторой короткой уникальной последовательности битов -- маркера -- из смежного предыдущего узла. Поступление маркера указывает на то, что можно передавать сообщение из данного узла дальше по ходу потока. Скорость передачи данных 4 или 16 Мбит/с.

FDDI (Fiber Distributed Data Interface) - сетевая архитектура высокоскоростной передачи данных по оптоволоконным линиям. Скорость передачи 100 Мбит/с. Топология - двойное кольцо или смешанная (с включением звездообразных или древовидных подсетей). Максимальное количество станций в сети 1000. Очень высокая стоимость оборудования.

ATM (Asynchronous Transfer Mode) -- перспективная, пока еще очень дорогая архитектура, обеспечивает передачу цифровых данных, видеоинформации и голоса по одним и тем же линиям. Скорость передачи до 2,5 Гбит/с. Линии связи оптические.

Как соединяются между собой устройства сети

Для соединения используется специальное оборудование:

Сетевые кабели (коаксиальные, состоящие из двух изолированных между собой концентрических проводников, из которых внешний имеет вид трубки; оптоволоконные; кабели на витых парах, образованные двумя переплетенными друг с другом проводами, и др.).

Коннекторы (соединители) для подключения кабелей к компьютеру, разъемы для соединения отрезков кабеля.

Сетевые интерфейсные адаптеры для приема и передачи данных. В соответствии с определенным протоколом управляют доступом к среде передачи данных. Размещаются в системных блоках компьютеров, подключенных к сети. К разъемам адаптеров подключается сетевой кабель.

Трансиверы повышают уровень качества передачи данных по кабелю, отвечают за прием сигналов из сети и обнаружение конфликтов.

Хабы (концентраторы) и коммутирующие хабы (коммутаторы) расширяют топологические, функциональные и скоростные возможности компьютерных сетей. 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.

Повторители (репитеры) усиливают сигналы, передаваемые по кабелю при его большой длине.

Классификация компьютерных сетей по степени географического распространения

По степени географического распространения сети делятся на локальные (рис. 2.40), городские, корпоративные, глобальные (рис. 2.41) и др.

Локальная сеть (ЛВС или LAN - Local Area NetWork) - сеть, связывающая ряд компьютеров в зоне, ограниченной пределами одной комнаты, здания или предприятия.

Глобальная сеть (ГВС или WAN - World Area NetWork) - сеть, соединяющая компьютеры, удаленные географически на большие расстояния друг от друга. Отличается от локальной более протяженными коммуникациями (спутниковыми, кабельными и др.). Глобальная сеть объединяет локальные сети.

Городская сеть (MAN - Metropolitan Area NetWork) -- сеть, которая обслуживает информационные потребности большого города.

Рис. 3. Небольшая офисная локальная сеть

Рис. 4. Глобальная сеть

Как соединяются между собой локальные сети

Для соединения локальных сетей используются следующие устройства, различающиеся между собой по назначению и возможностям:

Мост (англ. Bridge) связывает две локальные сети. Передает данные между сетями в пакетном виде, не производя в них никаких изменений. Ниже на рисунке 5 показаны три локальные сети, соединенные двумя мостами. Здесь мосты создали расширенную сеть, которая обеспечивает своим пользователям доступ к прежде недоступным ресурсам. Кроме этого, мосты могут фильтровать пакеты, охраняя всю сеть от локальных потоков, данных и пропуская наружу только те данные, которые предназначены для других сегментов сети.

Рис. 5. Соединение локальных сетей с помощью мостов

Маршрутизатор (англ. Router) объединяет сети с общим протоколом более эффективно, чем мост. Он позволяет, например, расщеплять большие сообщения на более мелкие куски, обеспечивая тем самым взаимодействие локальных сетей с разным размером пакета. Маршрутизатор может пересылать пакеты на конкретный адрес (мосты только отфильтровывают ненужные пакеты), выбирать лучший путь для прохождения пакета и многое другое. Чем сложнее и больше сеть, тем больше выгода от использования маршрутизаторов.

Мостовой маршрутизатор (англ. Brouter) -- это гибрид моста и маршрутизатора, который сначала пытается выполнить маршрутизацию, где это возможно, а затем в случае неудачи переходит в режим моста.

Шлюз (англ. GateWay) в отличие от моста применяется в случаях, когда соединяемые сети имеют различные сетевые протоколы. Поступившее в шлюз сообщение от одной сети преобразуется в другое сообщение, соответствующее требованиям следующей сети.

Таким образом, шлюзы не просто соединяют сети, а позволяют им работать как единая сеть. С помощью шлюзов также локальные сети подсоединяются к мэйнфреймам -- универсальным мощным компьютерам.

Как работают беспроводные сети

Беспроводные сети используются там, где прокладка кабелей затруднена, нецелесообразна или просто невозможна. Например, в исторических зданиях, промышленных помещениях с металлическим или железобетонным полом, в офисах, полученных в краткосрочную аренду, на складах, выставках, конференциях и т. п. [48]. В этих случаях сеть реализуется при помощи сетевых радиоадаптеров, снабженных всенаправленными антеннами и использующих в качестве среды передачи информации радиоволны. Такая сеть реализуется топологией «Все-Со-Всеми» (рис. 6) и работоспособна при дальности 50--200 м. Для связи между беспроводной и кабельной частями сети используется специальное устройство, называемое точкой входа (или радиомостом). Можно использовать и обычный компьютер, в котором установлены два сетевых адаптера - беспроводной и кабельный.

Рис. 6. Топология «Все-Со-Всеми»

Другой важной областью применения беспроводных сетей является организация связи между удаленными сегментами локальных сетей при отсутствии инфраструктуры передачи данных (кабельных сетей общего доступа, высококачественных телефонных линий и др.), что типично для нашей страны. В этом случае для наведения беспроводных мостов между двумя удаленными сегментами используются радиомосты с антенной направленного типа (рис. 7).

Рис. 7. Топология типа «Звезда»

Если в сеть нужно объединить несколько сегментов, то используется топология типа «Звезда». При этом в центральном узле устанавливается всенаправленная антенна, а в удаленных узлах -- направленные. Сети звездообразной топологии могут образовывать сети разнообразной конфигурации.

Сетевая магистраль с беспроводным доступом позволяет отказаться от использования медленных модемов.