Информационные технологии в локальных и корпоративных сетях
Современные информационные технологии продолжают возникшую в конце 70-х гг. тенденцию к развитию распределенной обработки данных. Начальным этапом развития таких методов обработки информации явились многомашинные системы, которые представляли собой совокупность вычислительных машин различной производительности, объединенных в систему с помощью каналов связи. Высшей стадией распределенных технологий обработки данных являются компьютерные сети различных уровней — локальные, корпоративные, глобальные.
В общем виде компьютерная сеть представляет собой систему взаимосвязанных и распределенных компьютеров, ориентированных на коллективное использование ресурсов сети, в качестве которых используются аппаратные, программные и информационные ресурсы:
Информационные ресурсы сети представляют собой базы данных общего и индивидуального применения, ориентированные на решаемые в сети задачи.
Аппаратные ресурсы сети составляют компьютеры различных типов, средства территориальных систем связи, аппаратура связи и согласования работы сетей одного и того же уровня или различных уровней.
Программные ресурсы сети представляют собой комплекс программ для планирования, организации и осуществления коллективного доступа пользователей к общесетевым ресурсам, автоматизации процессов обработки информации, динамического распределения и перераспределения общесетевых ресурсов с целью повышения оперативности и надежности удовлетворения запросов пользователей.
Назначение компьютерных сетей:
- обеспечить надежный и быстрый доступ пользователей к ресурсам сети и организовать коллективную эксплуатацию этих ресурсов;
- обеспечить возможность оперативного перемещения информации на любые расстояния с целью своевременного получения данных для принятия управленческих решений.
Компьютерные сети позволяют автоматизировать управление отдельными организациями, предприятиями, регионами. Возможность концентрации в компьютерных сетях больших объемов информации, общедоступность этих данных, а также программных и аппаратных средств обработки и высокая надежность функционирования — все это позволяет улучшить информационное обслуживание пользователей и резко повысить эффективность применения средств вычислительной техники.
Использование компьютерных сетей предоставляет следующие возможности:
- Организовать параллельную обработку данных несколькими ПК.
- Создавать распределенные базы данных, размещаемые в памяти различных компьютеров.
- Специализировать отдельные компьютеры для эффективного решения определенных классов задач.
- Автоматизировать обмен информацией и программами между отдельными компьютерами и пользователями сети.
- Резервировать вычислительные мощности и средства передачи данных на случай выхода из строя отдельных ресурсов сети с целью быстрого восстановления нормальной работы сети.
- Перераспределять вычислительные мощности между пользователями сети в зависимости от изменения потребностей и сложности решаемых задач.
- Сочетать работу в различных режимах: диалоговом, пакетном, режиме «запрос-ответ», режиме сбора, передачи и обмена информацией.
Таким образом, можно отметить, что особенностью использования компьютерных сетей является не только приближение аппаратных средств непосредственно к местам возникновения и использования информации, но и разделение функций обработки и управления на отдельные составляющие с целью их эффективного распределения между несколькими компьютерами, а также обеспечение надежного доступа пользователей к вычислительным и информационным ресурсам и организация коллективной эксплуатации этих ресурсов.
Как показывает практика, за счет расширения возможностей обработки данных, лучшей загрузки ресурсов и повышения надежности функционирования системы в целом стоимость обработки информации в компьютерных сетях не менее, чем в полтора раза ниже по сравнению с обработкой аналогичных данных на автономных (локальных) компьютерах.
Компьютерные сети можно классифицировать по разным признакам, представленным на рис. 6.1.
Характеристика различных видов компьютерных сетей представлена в табл. 6.1.
| Вид компьютерной сети | Характеристика |
|---|---|
| По территориальной рассредоточенности | |
| Глобальные | Объединяют пользователей, расположенных по всему миру. Взаимодействие абонентов осуществляется посредством спутниковый каналов связи и телефонных линий |
| Региональные | Объединяют пользователей города, области, небольших стран и в качестве каналов связи чаще всего используют телефонные линии |
| Локальные | Связывают абонентов одной организации, расположенных в одном или нескольких близлежащих зданиях. Для связи абонентов используется единый высокоскоростной канал передачи данных |
| По типу ПК, входящих в сеть | |
| Гомогенные | Сети, состоящие из программно совместимых компьютеров |
| Гетерогенные | Сети, в состав которых входят программно несовместимые компьютеры |
| По типу организации передачи данных | |
| С коммутацией каналов | Характеризуются установлением прямой связи с абонентом на некоторое время в пределах общей очереди. Основным недостатком такой связи является ожидание соединения в общей очереди. Положительным качеством такой передачи является тот факт, что передача не может быть осуществлена вне очереди (произвольно), что повышает достоверность передачи информации в целом |
| С коммутацией сообщений | Характеризуются наличием узлов коммутации, которые получают сообщение, запоминают его и, в случае освобождения канала связи с абонентом по определенному адресу, передают это сообщение. Положительной стороной такой передачи является минимальное время ожидания, отрицательной — то, что сеть получается более дорогой (необходимо разработать специальное программное обеспечение узла коммутации), а при передаче большого объема информации (1 млн. байт) канал может быть занят несколько часов |
| С коммутацией пакетов | Позволяют длинное сообщение на передающем пункте разбивать на пакеты сообщений. Информация передается пакетами. Положительная сторона такого способа передачи — сокращается время ожидания передачи, отрицательная — необходимость иметь программное обеспечение, позволяющее разбивать на передающем пункте сообщение на пакеты с заголовком, адресом и контрольным числом, а на принимающем пункте — сборку сообщения по идентификатору |
| По режиму передачи данных | |
| Широковещательные | Характеризуются тем, что в каждый момент времени на передачу данных может работать только одна рабочая станция, а все остальные станции в это время работают на прием |
| Последовательные | Характеризуются тем, что передача данных производится последовательно от одной станции к соседней, причем на разных участках сети могут использоваться различные виды физической передающей среды |
| По характеру реализуемых функций | |
| Вычислительные | Предназначены для решения задач управления на основе вычислительной обработки исходной информации |
| Информационные | Предназначены для получения справочных данных по запросу пользователей |
| Смешанные | Реализуют вычислительные и информационные функции |
| По способу управления | |
| С централизованным управлением | Компьютерная сеть, в которой все функции управления и координации выполняемых сетевых операций сосредоточены в одном или нескольких управляющих компьютерах |
| С децентрализованным управлением | Компьютерная сеть, в которой каждый узел сети имеет полный набор программных средств для координации выполняемых сетевых операций |
| Смешанные | Компьютерные сети, в которых в определенном сочетании реализованы принципы централизованного и децентрализованного управления, например, задачи с высшим приоритетом решаются под централизованным управлением, а остальные задачи — под децентрализованным |
Концепция распределения ресурсов сети
В компьютерной сети каждый компьютер работает под управлением своей операционной системы. Взаимодействие между компьютерами сети происходит за счет передачи сообщений через коммуникационную систему. С помощью этих сообщений один компьютер обычно запрашивает доступ к локальным ресурсам [файлам, дискам, принтерам и т.п.] другого компьютера. Распределение локальных ресурсов каждого компьютера между всеми пользователями сети — основная цель создания компьютерной сети.
На тех компьютерах, ресурсы которых должны быть доступны всем пользователям сети, в состав операционной системы входят программные модули, которые постоянно будут находиться в режиме ожидания запросов, поступающих по сети от других компьютеров. Такие модули называются программными серверами [англ. Server — обслуживать], так как их главная задача обслуживать запросы на доступ к ресурсам своего компьютера. На компьютерах, пользователи которых хотят получать доступ к ресурсам других компьютеров, также к операционной системе добавляются программные модули, которые должны вырабатывать запросы к удаленным ресурсам и передавать их по сети на нужный компьютер. Такие модули обычно называют программными клиентами [англ. Client — клиент]. Таким образом, коммуникационная система осуществляет передачу сообщений с запросами и ответами от одного компьютера к другому, а основную работу по организации совместного использования ресурсов выполняют клиентские и серверные части операционных систем.
Рис. 1. Взаимодействие компьютеров в сети
Пара модулей «клиент — сервер» обеспечивает совместный доступ только к одному типу ресурсов, например к файлам. В этом случае говорят, что пользователь имеет дело с файловой службой [англ. Service]. Обычно сетевая операционная система поддерживает несколько видов сетевых служб для своих пользователей — файловую службу, службу печати, электронной почты и т.п. Описание набора услуг, который предоставляется конкретной службой называют сервисом. Сетевые службы всегда представляют собой распределенные программы. Распределенная программа — это программа, которая состоит из нескольких частей, причем каждая часть, как правило, выполняется на отдельном компьютере сети.
В сети могут выполняться и распределенные пользовательские программы — приложения. Распределенное приложение также состоит из нескольких частей, каждая из которых выполняет какую-то определенную законченную работу по решению прикладной задачи, например, сетевые базы данных. Распределенные приложения часто называются сетевыми приложениями. Следует подчеркнуть, что не всякое приложение, выполняемое в сети, является сетевым. Существует большое количество популярных приложений, которые не являются распределенными и целиком выполняются на одном компьютере сети.
Термины «клиент» и «сервер» используются не только для обозначения программных модулей, но и компьютеров, подключенных к сети. Если компьютер предоставляет свои ресурсы другим компьютерам сети, то он называется сервером, а если он их потребляет — клиентом. Иногда один и тот же компьютер может играть роль и сервера, и клиента.
В зависимости от концепции распределения ресурсов сети делятся на одноранговые сети и сети на основе сервера.
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. Все пользователи самостоятельно решают, какие локальные ресурсы 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 компьютеров.
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 сервером называется такой компьютер, который функционирует только как сервер [исключая функции клиента]. Они специально оптимизированы для быстрой обработки запросов от сетевых клиентов и для управления защитой файлов и каталогов. Сеть, в которой есть выделенный сервер, называется сетью на основе сервера.