Лекция Тема: Локальные сети
Появление ПК потребовало нового подхода к организации систем обработки данных и к созданию новых информационных технологий. В результате был осуществлен переход от использования отдельных ЭВМ в системах централизованной обработки данных к распределенной обработке данных.
Распределенная обработка данных выполняется на независимых, но связанных между собой компьютерах, представляющих распределенную систему. Для реализации принципа распределенной обработки были созданы многомашинные вычислительные комплексы и компьютерные (вычислительные) сети.
Многомашинный вычислительный комплекс — это группа установленных рядом вычислительных машин, объединенных с помощью специальных средств сопряжения и выполняющих совместно единый информационно-вычислительный процесс. Такие комплексы являются локальными, так как ЭВМ, обычно, установлены в одном помещении и не требуют для взаимосвязи специального оборудования и каналов связи.
Компьютерная (вычислительная) сеть — это совокупность компьютеров и различных устройств, обеспечивающих обмен информацией между компьютерами в сети без использования каких-либо промежуточных носителей информации (для этого они должны быть соединены с помощью каналов связи в единую систему). Объекты, генерирующие или потребляющие информацию в сети, называются абонентами сети. Линии связи или пространство, в котором распространяются электрические сигналы, а также аппаратура передачи данных называется физической передающей средой. На базе физической передающей среды строится коммуникационная сеть, которая обеспечивает передачу информации между абонентами сети.
Многомашинный вычислительный комплекс отличается от компьютерной сети тремя параметрами:
• размерность. В состав многомашинного комплекса обычно входит 2-3 ЭВМ, расположенные, преимущественно, в одном помещении. А вычислительная сеть может состоять из десятков или сотен компьютеров, расположенных на значительном расстоянии друг от друга;
• разделение функций между ЭВМ. В многомашинном комплексе функции обработки, передачи данных и управления системой могут быть реализованы в одной ЭВМ, а в вычислительных сетях эти функции распределены между различными компьютерами;
• задача маршрутизации сообщений, которая возникает в многомашинном вычислительном комплексе, так как объединение в один комплекс разного вида техники и аппаратуры предъявляет повышенные требования со стороны каждого элемента. А в сети сообщение от одного компьютера к другому может быть передано по различным маршрутам в зависимости от состояния каналов связи, соединяющих компьютеры друг с другом.
Вычислительные сети создаются для обеспечения возможности доступа пользователей сети к любому ее ресурсу в целях удовлетворения своих информационных потребностей. Качество существующей сети определяется набором показателей:
• производительность, определяемая временем, которое затрачивается с момента формирования запроса до момента получения ответа на него. На этот показатель влияют многие факторы: насколько загружена сеть или ее отдельные фрагменты, как организована работа служб сети и др.;
• надежность определяется надежностью работы всех компонентов сети, а также обеспечением сохранности информации;
• управляемость предполагает, что при необходимости имеется возможность воздействовать на работу отдельных элементов сети и осуществлять управление с любого элемента сети;
• расширяемость предполагает возможность непрерывного изменения сети (расширения и добавления новых элементов);
• открытость означает возможность подключения дополнительных ЭВМ, линий связи и т.д. без изменения технических и программных средств существующей сети;
• интегрируемость означает возможность подключения к сети разнообразного и разнотипного оборудования, программного обеспечения от разных производителей;
• гибкость означает сохранение работоспособности сети при изменении ее структуры либо в результате выхода из строя ЭВМ или линии связи;
• прозрачность предполагает скрытие особенностей сети от конечных пользователей, возможность распараллеливания работы между разными элементами сети;
• эффективность означает обеспечение требуемого качества обслуживания пользователей при минимальных затратах.
Развитие отрасли информационных технологий создало ряд предпосылок для использования вычислительных сетей:
• повсеместное распространение персональных компьютеров — относительно недорогой и высокопроизводительной техники, с помощью которой решаются различные сложные задачи;
• потребность пользователей обмениваться информацией, совместно используя общие информационные, аппаратные и программные ресурсы;
• появление широкого спектра аппаратных и программных коммуникационных средств, позволяющих легко объединять отдельные персональные компьютеры в вычислительные сети.
Сети предоставляют пользователям ряд преимуществ:
• разделение данных предоставляет пользователям, нуждающимся в информации, возможность доступа к базам данных и управления ими со своих рабочих мест;
• разделение технических ресурсов позволяет более экономно использовать относительно дорогие ресурсы, например, печатать на цветном лазерном или крупноформатном принтере;
• разделение программных ресурсов позволяет одновременно использовать централизованно установленные программные средства;
• разделение вычислительных ресурсов позволяет использовать существующие вычислительные мощности для обработки больших объемов данных другими системами, входящими в сеть.
Вычислительные сети в зависимости от территориального расположения входящих в них ЭВМ можно разделить на три основных класса:
• локальные сети (Local Area Network — LAN) объединяют абонентов, расположенных в пределах небольшой территории (обычно такие сети привязаны к конкретному месту). В настоящее время не существует четких ограничений на территориальный разброс абонентов локальной сети;
• региональные сети (Metropolitan Area Network—MAN) связывают абонентов, расположенных на значительном расстоянии друг от друга (десятки или сотни километров). Они могут включать абонентов внутри большого города, экономического региона или отдельной страны;
• глобальные сети (Global Area Network — GAN или Wide Area Network—WAN) объединяют абонентов, расположенных в различных странах, на различных континентах. Взаимодействие между абонентами осуществляется на базе телефонных линий, систем спутниковой и радиосвязи. Такие сети позволяют решить проблему объединения информационных ресурсов всего человечества и организации доступа к ним.
Основное различие между LAN, MAN и WAN — географические масштабы сети. Нет конкретного правила, указывающего, когда локальная сеть становится региональной, а региональная — глобальной, но обычно LAN принадлежат одной компании и не выходят за пределы нескольких городских кварталов. В настоящее время построение региональных сетей не всегда экономически оправдано, так как создание инфраструктуры сети прежде всего, линий связи) и обеспечение безопасности зачастую обходится гораздо дороже, чем использование ресурсов существующей глобальной сети.
Развитие локальных сетей привело к возникновению более крупных, в том числе — региональных сетей. Объединение локальных и региональных сетей позволило создать многосетевые системы, дальнейшее развитие которых привело к появлению глобальных сетей. В результате их объединения появилась мегасеть Интернет (сеть сетей).
1. Определение локальных сетей и их топология Место и роль локальных сетей Немного истории компьютерной связи
Связь на небольшие расстояния в компьютерной технике существовала еще задолго до появления первых персональных компьютеров.
К большим компьютерам (mainframes), присоединялись многочисленные терминалы (или «интеллектуальные дисплеи»). Правда, интеллекта в этих терминалах было очень мало, практически никакой обработки информации они не делали, и основная цель организации связи состояла в том, чтобы разделить интеллект («машинное время») большого мощного и дорогого компьютера между пользователями, работающими за этими терминалами. Это называлось режимом разделения времени, так как большой компьютер последовательно во времени решал задачи множества пользователей. В данном случае достигалось совместное использование самых дорогих в то время ресурсов — вычислительных (рис. 1.1).
Рис. 1.1. Подключение терминалов к центральному компьютеру
Затем были созданы микропроцессоры и первые микрокомпьютеры. Появилась возможность разместить компьютер на столе у каждого пользователя, так как вычислительные, интеллектуальные ресурсы подешевели. Но зато все остальные ресурсы оставались еще довольно дорогими. А что значит голый интеллект без средств хранения информации и ее документирования? Не будешь же каждый раз после включения питания заново набирать выполняемую программу или хранить ее в маловместительной постоянной памяти. На помощь снова пришли средства связи. Объединив несколько микрокомпьютеров, можно было организовать совместное использование ими компьютерной периферии (магнитных дисков, магнитной ленты, принтеров). При этом вся обработка информации проводилась на месте, но ее результаты передавались на централизованные ресурсы. Здесь опять же совместно использовалось самое дорогое, что есть в системе, но уже совершенно по-новому. Такой режим получил название режима обратного разделения времени(рис. 1.2). Как и в первом случае, средства связи снижали стоимость компьютерной системы в целом.
Рис. 1.2. Объединение в сеть первых микрокомпьютеров
Затем появились персональные компьютеры, которые отличались от первых микрокомпьютеров тем, что имели полный комплект достаточно развитой для полностью автономной работы периферии: магнитные диски, принтеры, не говоря уже о более совершенных средствах интерфейса пользователя (мониторы, клавиатуры, мыши и т.д.). Периферия подешевела и стала по цене вполне сравнимой с компьютером. Казалось бы, зачем теперь соединять персональные компьютеры (рис. 1.3)? Что им разделять, когда и так уже все разделено и находится на столе у каждого пользователя? Интеллекта на месте хватает, периферии тоже. Что же может дать сеть в этом случае?
Рис. 1.3. Объединение в сеть персональных компьютеров
Самое главное — это опять же совместное использование ресурса. То самое обратное разделение времени, но уже на принципиально другом уровне. Здесь уже оно применяется не для снижения стоимости системы, а с целью более эффективного использования ресурсов, имеющихся в распоряжении компьютеров. Например, сеть позволяет объединить объем дисков всех компьютеров, обеспечив доступ каждого из них к дискам всех остальных как к собственным.
Но нагляднее всего преимущества сети проявляются в том случае, когда все пользователи активно работают с единой базой данных, запрашивая информацию из нее и занося в нее новую (например, в банке, в магазине, на складе). Никакими дискетами тут уже не обойдешься: пришлось бы целыми днями переносить данные с каждого компьютера на все остальные, содержать целый штат курьеров. А с сетью все очень просто: любые изменения данных, произведенные с любого компьютера, тут же становятся видными и доступными всем. В этом случае особой обработки на месте обычно не требуется, и в принципе можно было бы обойтись более дешевыми терминалами (вернуться к первой рассмотренной ситуации), но персональные компьютеры имеют несравнимо более удобный интерфейс пользователя, облегчающий работу персонала. К тому же возможность сложной обработки информации на месте часто может заметно уменьшить объем передаваемых данных.
Рис. 1.4. Использование локальной сети для организации совместной работы компьютеров
Без сети также невозможно обойтись в том случае, когда необходимо обеспечить согласованную работу нескольких компьютеров. Эта ситуация чаще всего встречается, когда эти компьютеры используются не для вычислений и работы с базами данных, а в задачах управления, измерения, контроля, там, где компьютер сопрягается с теми или иными внешними устройствами (рис. 1.4). Примерами могут служить различные производственные технологические системы, а также системы управления научными установками и комплексами. Здесь сеть позволяет синхронизировать действия компьютеров, распараллелить и соответственно ускорить процесс обработки данных, то есть сложить уже не только периферийные ресурсы, но и интеллектуальную мощь.
Именно указанные преимущества локальных сетейи обеспечивают их популярность и все более широкое применение, несмотря на все неудобства, связанные с их установкой и эксплуатацией.