Глава 1. Введение в вычислительные сети
Современные информационные системы продолжают возникшую в конце 70-х гг. тенденцию распределенной обработки данных. Начальным этапом развития таких систем явились многомашинные ассоциации — совокупность вычислительных машин различной производительности, объединенных в систему с помощью каналов связи. Высшей стадией систем распределенной обработки данных являются компьютерные (вычислительные) сети различных уровней — от локальных до глобальных.
Компьютерные сети и сетевые технологии обработки информации стали основой для построения современных информационных систем. Компьютер ныне следует рассматривать не как отдельное устройство обработки, а как «окно» в компьютерные сети, средство коммуникаций с сетевыми ресурсами и другими пользователями сетей.
Достоинства компьютерных сетей обусловили их широкое распространение в информационных системах кредитно-финансовой сферы, органов государственного управления и местного самоуправления, предприятий и организаций.
1. Введение в вычислительные сети
1.1 Понятие вычислительной сети
Вычислительная сеть — это совокупность ЭВМ, объединённых средствами передачи данных. Средства передачи данных в ВС в общем случае состоят из следующих элементов: связных ЭВМ, каналов связи (спутниковых, телефонных, волоконно-оптических и др.), коммутирующей аппаратуры и др.
Сети предназначены для выполнения многих задач, в том числе:
Ш организация совместного использования файлов для повышения целостности информации;
Ш организация совместного использования периферийных устройств, например, принтеров, для уменьшения общих расходов на оборудование офиса;
Ш обеспечения централизованного хранения данных для облегчения их защиты и архивирования.
1.2 Классификация вычислительных сетей
В зависимости от территориального расположения абонентских систем вычислительные сети можно разделить на три основных класса:
§ глобальные сети (WAN — Wide Area Network);
§ региональные сети (MAN — Metropolitan Area Network);
§ локальные сети (LAN — Local Area Network).
Глобальная вычислительная сеть объединяет абонентов, расположенных в различных странах, на различных континентах. Взаимодействие между абонентами такой сети может осуществляться на базе телефонных линий связи, радиосвязи и систем спутниковой связи. Глобальные вычислительные сети позволят решить проблему объединения информационных ресурсов всего человечества и организации доступа к этим ресурсам. Internet — глобальная компьютерная сеть, охватывающая весь мир. Сегодня Internet имеет около 15 миллионов абонентов в более чем 150 странах мира. Ежемесячно размер сети увеличивается на 7-10%. Internet образует как бы ядро, обеспечивающее связь различных информационных сетей, принадлежащих различным учреждениям во всем мире, одна с другой.
Если ранее сеть использовалась исключительно в качестве среды передачи файлов и сообщений электронной почты, то сегодня решаются более сложные задачи распределенного доступа к ресурсам. Около трёх лет назад были созданы оболочки, поддерживающие функции сетевого поиска и доступа к распределенным информационным ресурсам, электронным архивам.
Internet, служившая когда-то исключительно исследовательским и учебным группам, чьи интересы простирались вплоть до доступа к суперкомпьютерам, становится все более популярной в деловом мире.
Региональная вычислительная сеть связывает абонентов, расположенных на значительном расстоянии друг от друга. Она может включать абонентов внутри большого города, экономического региона, отдельной страны. Обычно расстояние между абонентами региональной вычислительной сети составляет десятки — сотни километров.
Локальная вычислительная сеть 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 месту. К классу локальных вычислительных сетей относятся сети отдельных предприятий, фирм, банков, офисов и т.д. Благодаря относительно небольшим длинам линий связи (как правило, не более 300 метров), по ЛC можно передавать информацию в цифровом виде с высокой скоростью передачи. На больших расстояниях такой способ передачи неприемлем из-за неизбежного затухания высокочастотных сигналов, в этих случаях приходится прибегать к дополнительным техническим (цифро-аналоговым преобразованиям) и программным (протоколам коррекции ошибок и др.) решениям. Характерная особенность ЛС — наличие связывающего всех абонентов высокоскоростного канала связи для передачи информации в цифровом виде.
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. 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.
Так же, в последнее время специалисты выделяют такой вид сети, как банковская, которая представляет собой частный случай корпоративной сети крупной компании. Очевидно, что специфика банковской деятельности предъявляет жесткие требования к системам защиты информации в компьютерных сетях банка. Не менее важную роль при построении корпоративной сети играет необходимость обеспечения безотказной и бесперебойной работы, поскольку даже кратковременный сбой в ее работе может привести к гигантским убыткам.
По принадлежности различают ведомственные и государственные сети.
Ш Ведомственные принадлежат одной организации и располагаются на ее территории.
Ш Государственные сети — сети, используемые в государственных структурах.
По принадлежности различают ведомственные и государственные сети. Ведомственные принадлежат одной организации и располагаются на ее территории. Государственные сети — сети, используемые в государственных структурах. По скорости передачи информации компьютерные сети делятся на низко-, средне- и высокоскоростные.
Так же сети классифицируются по методу доступа.
Типичная среда передачи данных в ЛВС — отрезок (сегмент) кабеля. К нему через аппаратуру окончания канала данных подключаются узлы — компьютеры и возможно общее периферийное оборудование. Поскольку среда передачи данных общая, а запросы на сетевые обмены у узлов появляются асинхронно, то возникает проблема разделения общей среды между многими узлами, другими словами, проблема обеспечения доступа к сети.
Доступом к сети называют взаимодействие станции (узла сети) со средой передачи данных для обмена информацией с другими станциями. Управление доступом к среде — это установление последовательности, в которой станции получают доступ к среде передачи данных.
Различают случайные и детерминированные методы доступа. Среди случайных методов наиболее известен метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением конфликтов. Англоязычное название метода — Collision Detection (CSMA/CD). Протокол CSMA/CD воплотил в себе идеи вышеперечисленных алгоритмов и добавил важный элемент — разрешение коллизий. Поскольку коллизия разрушает все передаваемые в момент ее возникновения кадры, то и нет смысла станциям продолжать дальнейшую передачу своих кадров, коль скоро они (станции) обнаружили коллизии. В противном случае, значительной была бы потеря времени при передаче длинных кадров. Поэтому для своевременного обнаружения коллизии станция прослушивает среду на всем протяжении собственной передачи.
В зависимости от способа управления различают сети:
«клиент/сервер» — в них выделяется один или несколько узлов (их название — серверы), выполняющих в сети управляющие или специальные обслуживающие функции, а остальные узлы (клиенты) являются терминальными, в них работают пользователи. Сети клиент/сервер различаются по характеру распределения функций между серверами, другими словами по типам серверов (например, файл-серверы, серверы баз данных). При специализации серверов по определенным приложениям имеем сеть распределенных вычислений. Такие сети отличают также от централизованных систем, построенных на мэйнфреймах;
одноранговые — в них все узлы равноправны; поскольку в общем случае под клиентом понимается объект (устройство или программа), запрашивающий некоторые услуги, а под сервером — объект, предоставляющий эти услуги, то каждый узел в одноранговых сетях может выполнять функции и клиента, исервера.
Наконец появилась сетецентрическая концепция, в соответствии с которой пользователь имеет лишь дешевое оборудование для обращения к удаленнымкомпьютерам, а сеть обслуживает заказы на выполнение вычислений и получения информации. То есть пользователю не нужно приобретать программное обеспечение для решения прикладных задач, ему нужно лишь платить за выполненные заказы. Подобные компьютеры называют тонкими клиентами или сетевыми компьютерами.
В зависимости от того, одинаковые или неодинаковые ЭВМ применяют в сети, различают сети однотипных ЭВМ, называемые однородными, и разнотипных ЭВМ — неоднородные (гетерогенные). В крупных автоматизированных системах, как правило, сети оказываются неоднородными.
Рассмотренные выше виды сетей являются сетями закрытого типа, доступ к ним разрешен только ограниченному кругу пользователей, для которых работа в такой сети непосредственно связана с их профессиональной деятельностью. Глобальные сети ориентированы на обслуживание любых пользователей.
Компьютерные сети
Каждое из трех прошедших столетий ознаменовалось преобладанием своей господствующей технологии. XVIII столетие было веком индустриальной революции и механизации. В XIX веке наступила эпоха паровых двигателей. В течение XX века главной технологией стали сбор, обработка и распространение информации. Среди прочих разработок следует отметить создание глобальных телефонных сетей, изобретение радио и телевидения, рождение и небывалый рост компьютерной индустрии, запуск спутников связи.
Благодаря высокой скорости технологического прогресса эти области очень быстро проникают друг в друга. При этом различия между сбором, транспортировкой, хранением и обработкой информации продолжают быстро исчезать. Организации с сотнями офисов, разбросанных по всему миру, должны иметь возможность получать информацию о текущем состоянии своего самого удаленного офиса мгновенно, нажатием кнопки. По мере роста нашего умения собирать, обрабатывать и распространять информацию потребности в средствах еще более сложной обработки информации растут все быстрее.
Объединение компьютеров и средств связи оказало глубокое влияние на принцип организации компьютерных систем. Модель, в которой один компьютер выполнял всю необходимую работу по обработке данных, уступила место модели, состоящей из большого количество отдельных, но связанных между собой компьютеров. Такие системы называются компьютерными сетями.
Компьютерная сеть – это совокупность компьютеров и периферийного оборудования, объединенных между собой каналами связи. Два или более компьютеров называются связанными между собой, если они могут обмениваться информацией.
Для каких же целей используются компьютерные сети?
- Распределение данных. Данные в локальной сети хранятся на центральном ПК и могут быть доступны на рабочих станциях. В связи с этим не надо на каждом рабочем месте иметь накопители для хранения одной и той же информации;
- Распределение ресурсов. Периферийные устройства могут быть доступны для всех пользователей ЛВС. Такими устройствами могут быть, например, сканер или лазерный принтер;
- Распределение программ. Все пользователи ЛВС могут совместно иметь доступ к программам, которые были централизованно установлены на одном из компьютеров.
- Обеспечение высокой надежности при помощи альтернативных источников информации. Например, все файлы могут быть расположены на двух или трех машинах одновременно, так что, если одна из них недоступна по какой-либо причине, то используются другие копии.
- Экономия средств. Небольшие компьютеры обладают лучшим соотношением цены и производительности, нежели большие. Это заставляет разработчиков создавать системы на основе модели клиент-сервер. Обмен информацией в модели клиент-сервер обычно принимает форму запроса серверу на выполнение каких-либо действий. Сервер выполняет работу и отсылает ответ клиенту. Обычно количество клиентов в сети значительно больше числа используемых ими серверов.
- Масштабируемость, т.е. способность увеличивать производительность системы по мере роста ее нагрузки. В случае модели клиент-сервер новые клиенты и новые серверы могут добавляться по мере необходимости.
- Ускорение передачи информации. Компьютерная сеть является мощным средством связи между удаленными друг от друга пользователями. Если один из них изменяет документ, находящийся на сервере, в режиме on-line, остальные могут немедленно увидеть эти изменения.