Компьютерные 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.
Пользователи локальных вычислительных сетей (ЛВС) получают доступ к сетевому ресурсу файл-сервера с рабочих станций. Работа в многопользовательской системе требует выполнения определенных правил. В первую очередь это касается организации защиты пользовательских каталогов и файлов в сети, которая представляет собой систему коллективного доступа к некоторому разделяемому ресурсу (жесткий магнитный диск, принтер и плоттер).
1. Назначение и классификация компьютерных сетей.
1.1. Распределенная обработка данных
Современное производство требует высоких скоростей обработки информации, удобных форм ее хранения и передачи.
Необходимо также иметь динамичные способы обращения к информации, способы поиска данных в заданные временные интервалы; реализовывать сложную математическую и логическую обработку данных.
Управление крупными предприятиями, управление экономикой на уровне страны требуют участия в этом процессе достаточно крупных коллективов. Такие коллективы могут располагаться в различных районах города, в различных регионах страны и даже в различных странах.
Для решения задач управления, обеспечивающих реализацию экономической стратегии, становятся важными и актуальными скорость и удобство обмена информацией, а также возможность тесного взаимодействия всех участвующих в процессе выработки управленческих решений.
В эпоху централизованного использования ЭВМ с пакетной обработкой информации пользователи вычислительной техники предпочитали приобретать компьютеры, на которых можно было бы решать почти все классы их задач. Однако сложность решаемых задач обратно пропорциональна их количеству, и это приводило к неэффективному использованию вычислительной мощности ЭВМ при значительных материальных затратах. Нельзя не учитывать и тот факт, что доступ к ресурсам компьютеров был затруднен из-за существующей политики централизации вычислительных средств в одном месте.
Принцип централизованной обработки данных (рис. 1) не отвечал высоким требованиям к надежности процесса обработки, затруднял развитие систем и не мог обеспечить необходимые временные параметры при диалоговой обработке данных в многопользовательском режиме. Кратковременный выход из строя центральной ЭВМ приводил к роковым последствиям для системы в целом, так как приходилось дублировать функции центральной ЭВМ, значительно увеличивая затраты на создание и эксплуатацию систем обработки данных.
Появление малых ЭВМ, микроЭВМ и, наконец, персональных компьютеров потребовало нового подхода к организации систем обработки данных, к созданию новых информационных технологий. Возникло логически обоснованное требование перехода от использования отдельных ЭВМ в системах централизованной обработки данных к распределенной обработке данных (рис. 2).
Рис. 1. Централизованная обработка данных Рис. 2. Распределенная обработка данных
Распределенная обработка данных ‑ обработка данных, выполняемая на независимых, но связанных между собой компьютерах, представляющих распределенную систему.
Для реализации распределенной обработки данных были созданы многомашинные ассоциации, структура которых разрабатывается по одному из следующих направлений:
- многомашинные вычислительные комплексы (МВК);
- компьютерные (вычислительные) сети.
- локальнымипри условии установки компьютеров в одном помещении, не требующих для взаимосвязи специального оборудования и каналов связи;
- дистанционными, если некоторые компьютеры комплекса установлены на значительном расстоянии от центральной ЭВМ и для передачи данных используются телефонные каналы связи.
Общие принципы построения компьютерных сетей и основные определения
Под термином «Сеть» будем понимать систему связи со многими источниками и/или получателями сообщений. Места, где пути распространения сигналов в сети разветвляются или оканчиваются, называются узлами сети.
Компьютерная сеть– это сеть, в которой источниками и получателями сообщений являются компьютеры. Можно назвать несколько близких понятий, а именно, — вычислительная сеть, сеть передачи данных, распределённая система, различие между которыми определяется акцентами.
Классификация компьютерных сетей
Компьютерные сети как сложные и многопрофильные объекты принято классифицировать, исходя из разных точек зрения. Наиболее популярными являются следующие принципы классификации:
По «диаметру», т. е. расстоянию между наиболее удалённым узлами сети:
Сотни метров — LAN (Local Area Network) или ЛВС (Локальная Вычислительная Сеть);
Километры — MAN/CAN (Metropolitan/Campus Area Network) или РВС (Региональная Вычислительная Сеть);
Сотни и тысячи километров — WAN (Wide Area Network) или ГВС (Глобальная Вычислительная Сеть).
Поскольку современные компьютерные сети практически всегда имеют выход в глобальную сеть Internet, классификация сетей по этому принципу носит довольно условный характер.
По физической топологии(звезда, кольцо, общая шина, сотовая, иерархическая (древовидная), комбинированная), показывающей физическое соединение линий связи между узлами сети.
По логической топологии(звезда, кольцо, общая шина), показывающей способ обмена сигналами.
Физическая и логическая топологии слабо связаны между собой. Например, популярной технологии Ethernet на витой паре соответствует физическая топология звезда и логическая топология общая шина.
По виду кабельной системы– витая пара, оптический кабель, коаксиальный кабель, беспроводные сети.
По способу организации соединения и передачи информациисети делятся на сети с коммутацией
- каналов (например, телефонная сеть общего пользования),
- сообщений (информация перемещается от узла к узлу целиком)
- пакетов (пакеты внутри сети перемещаются независимо друг от друга и собираются целиком в узле назначения).
- одноранговые (все компьютеры могут быть и источниками и потребителями ресурсов сети),
- клиент – сервер (выделенные компьютеры являются источниками ресурсов – серверами, а остальные – клиентами, т. е. потребителями ресурсов).
Международные организации. Модель osi
Глобальность охвата и интернациональный характер развития компьютерных сетей делает роль международных организаций в вопросах стандартизации определяющей. При этом, в большинстве случаев, принимаемые стандарты носят характер рекомендаций, однако «де факто» становятся обязательными и соблюдаются всеми производителями сетевого оборудования и программного обеспечения. Механизм создания рекомендаций, кроме собственных разработок, включает в себя и рассмотрение инициативных предложений крупных компаний, самостоятельно разрабатывающих и продвигающих те или иные сетевые технологии. Отличительной чертой рекомендация является их непрерывная модернизация, отслеживающая новейшие достижения в этой области. Наиболее авторитетными организациями в области сетевых технологий являются: ITU-T(International Telecommunications Union sector Telecommunication) Международный союз электросвязи, сектор телекоммуникаций. До 1993 года организация называлась CCITT (Consultative Committee for International Telephone and telegraphy), или в русском переводе МККТТ (Международный Консультативный Комитет по Телефонии и Телеграфии). Кроме сектора Т (Telecommunication), важными являются секторы R (распределения радиочастот) и D (развития). ISO (International Organization for Standardization) Международная организация по стандартизации. Эта организация объединяет национальные институты стандартов из 89 стран (ANSI — США, DIN – Германия, BSI – Великобритания и др.). IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике – национальный «профсоюз» «электрических» учёных и инженеров США. Модель OSI (Open System Interconnection) — взаимодействия открытых систем была опубликована в 1983 г. по результатам совместных работ ISO и ITU-T. Согласно этой модели все процессы в сетях рассматриваются на семи (поэтому модель иногда называют «семиуровневой») относительно независимых уровнях для наилучшей реализации на каждом уровне по отдельности. Обмен данными между двумя компьютерами в сети согласно семиуровневой модели иллюстрирует рисунок 1.2.1. Рис. 1.2.1. Модель OSI. На этом рисунке использованы следующие обозначения: AH (application header) заголовок прикладного уровня, PH (presentation) – заголовок уровня представлений, SH (session) – заголовок сеансового уровня, TH (transport) – заголовок транспортного уровня, NH (network) – заголовок сетевого уровня, DH (data link) – заголовок канального уровня, DT (data link tail) – хвостовик кадра канального уровня. Основной принцип построения модели, обеспечивающий независимость уровней, состоит в том, что пакет вышележащего уровня на нижележащем уровне рассматривается как данные, а вся необходимая для работы информация добавляется в виде заголовка/хвостовика. При невозможности формирования пакета на нижележащем уровне из-за ограничений на размер пакета используется фрагментация (дробление) пакетов. Пример фрагментации показан на рисунке 1.2.2, где для обозначения данных используется буква M (message), заголовка – H (header) и хвостовика – T (tail). Рис. 1.2.2. Фрагментация. На узлах внутри сети действуют три нижних уровня, как это показано на рисунке 1.2.3, где PDU (protocol data unit) означает пакет протокола соответствующего уровня. При описании сетей принято использовать следующие термины: Протокол – правило, определяющее состав пакета и последовательность действий на соответствующем уровне. Интерфейс – способ передачи данных с уровня на уровень. Стек протоколов – упорядоченная совокупность протоколов нескольких уровней. Служба (service) отличается от протокола тем, что оговаривается только результат без подробной регламентации процесса выполнения. Технология чаще всего используется для обозначения протоколов нижних уровней (физического и канального), например, Ethernet или АТМ. Инкапсуляция— преобразование пакета верхнего уровня одного стека в пакет нижнего уровня другого стека, например, при использовании IP поверх ATM. Основные задачи уровней: Физический(Physical) – стандартизация электрических и временных характеристик сигналов, физических параметров линий связи и разъёмов. Канальный(Data Link) – доставка пакета на следующий узел сети (адресация, обнаружение/исправление ошибок). Сетевой (Network) – доставка пакета в узел назначения (адресация, маршрутизация, проверка целостности данных). Транспортный(Transport) – сборка всех пакетов в узле назначения. Сеансовый(Session) – идентификация, начало/окончание сеанса передачи, аварийные режимы. Представлений(Presentation) – преобразование данных к удобному для передачи по сети виду (например, шифрование данных по протоколу SSL (Secure Socket Layer)). Прикладной(Application) – организация доступа к ресурсам сети. Например, получение файла – FTP (File Transfer Protocol), доступ к терминалу – Telnet и пр.