Понятие Локальных вычислительных сетей
Локальная вычислительная сеть (ЛВС) представляет совокупность компьютеров, расположенных на ограниченной территории и объединенных каналами связи для обмена информацией и распределенной обработки данных.
Организация ЛВС позволяет решать следующие задачи:
- обмен информацией между абонентами сети, что позволяет сократить бумажный документооборот и перейти к электронному документообороту;
- Поддержка принятия управленческих решений, предоставляющая руководителю и управленческому персоналу организации, достоверную и оперативную информацию, необходимую для оценки ситуации и принятия правильных решений;
- Организация собственных информационных систем, содержащих автоматизированные банки данных;
- Коллективное использование ресурсов, таких, как высокоскоростные печатающие устройства, запоминающие устройства большой емкости, мощные средства обработки информации, прикладные программные системы, базы данных, базы знаний.
- временем реакции на запросы клиентов ЛВС;
- пропускной способностью, равной количеству данных, передаваемых за единицу времени;
- задержкой передачи пакета данных устройствами сети.
- Прием и передача данных;
- Буферизация;
- Формирование пакета данных;
- Доступ к каналу связи;
- Идентификация адреса;
- Кодирование и декодирование данных;
- Передача и прием импульсов.
2.1 Основные компоненты ЛВС
ЛВС включает следующие основные компоненты, представленные на рис.5. Рис.5. Основные компоненты локальной вычислительной сети.
2.1.1 Рабочая станция
— персональный компьютер, подключенный к сети, через который пользователь получает доступ к ее ресурсам. Рабочая станция сети функционирует как в сетевом, так и в локальном режиме. Она оснащена собственной операционной системой (MS DOS, Windows и т.д.), обеспечивает пользователя всеми необходимыми инструментами для решения прикладных задач.
2.1.2 Сервер
— компьютер, подключенный к сети и обеспечивающий ее пользователей определенными услугами. Серверы могут осуществлять хранение данных, управление базами данных, удаленную обработку заданий, печать заданий и ряд других функций, потребность в которых может возникнуть у пользователей сети. Сервер — источник ресурсов сети. Выделяют следующие виды серверов представленные в таблице 1. Таблица 1. Особое внимание следует уделить одному из типов серверов — файловому серверу (File Server). В распространенной терминологии для него принято сокращенное название- файл-сервер. Файл-сервер хранит данные пользователей сети и обеспечивает им доступ к этим данным. Это компьютер с большой емкостью оперативной памяти, жесткими дисками большой емкости и дополнительными накопителями на магнитной ленте (стриммерами). Он работает под управлением специальной операционной системы, которая обеспечивает одновременный доступ пользователей сети к расположенным на нем данным, Файл-сервер выполняет следующие функции: хранение данных, архивирование данных, синхронизацию изменений данных различными пользователями, передачу данных. Для многих задач использование одного файл-сервера оказывается недостаточным. Тогда в сеть могут включаться несколько серверов. Возможно также применение в качестве файл-серверов мини-ЭВМ.
2.1.3 Сетевой адаптер (сетевая карта)
2.1.4 Повторители и концентраторы
Основная функция повторителя – повторение сигналов, поступающих на его порт. Повторитель улучшает электрические характеристики сигналов и их синхронность, и за счет этого появляется возможность увеличивать общую длину кабеля между самыми удаленными в сети узлами. Многопортовый повторитель часто называют концентратором или хабом, что отражает тот факт, что данное устройство реализует не только функцию повторения сигналов, но и концентрирует в одном центральном устройстве функции объединения компьютеров в сеть. 2.1.5. Мосты и коммутаторы делят общую среду передачи данных на логические сегменты. Логический сегмент образуется путем объединения нескольких физических сегментов (отрезков кабеля) с помощью одного или нескольких концентраторов. Каждый логический сегмент подключается к отдельному порту моста или коммутатора. При поступлении кадра на какой-либо из портов мост или коммутатор повторяет этот кадр, но не на всех портах, как это делает концентратор, а только на том порту, к которому подключен сегмент, содержащий компьютер-адресат. Основное отличие мостов и коммутаторов состоит в том, что мост обрабатывает кадры последовательно (один за другим), а коммутатор — параллельно (одновременно между всеми парами своих портов). 2.1.6. Маршрутизаторы обмениваются информацией об изменениях структуры сетей, трафике и их состоянии. Благодаря этому выбирается оптимальный маршрут следования блока данных в разных сетях от абонентской системы-отправителя к системе-получателю. 2.1.7. Шлюз является наиболее сложнойретрансляционной системой, обеспечивающей взаимодействие сетей с различными наборами протоколов всех семиуровней модели открытых систем. Шлюзы оперируют на верхних уровнях модели OSI (сеансовом, представительском и прикладном) и представляют наиболее развитый метод подсоединения сетевых сегментов и компьютерных сетей. Необходимость в сетевых шлюзах возникает при объединении двух систем, имеющих различную архитектуру, т.к. в этом случае требуется полностью переводить весь поток данных, проходящих между двумя системами. В качестве шлюза обычно используется выделенный компьютер, на котором запущено программное обеспечение шлюза и производятся преобразования, позволяющие взаимодействовать нескольким системам в сети. 2.1.8. Каналы связи позволяют быстро и надежно передавать информацию между различными устройствами локальной вычислительной сети. 2.1.9. Сетевая операционная система составляет основу любой вычислительной сети. Каждый компьютер в сети автономен, поэтому под сетевой операционной системой в широком смысле понимается совокупность операционных систем отдельных компьютеров, взаимодействующих с целью обмена сообщениями и разделения ресурсов по единым правилам – протоколам. В узком смысле сетевая ОС – это операционная система отдельного компьютера, обеспечивающая ему возможность работать в сети. Рис. 7.1 Структура сетевой ОС В соответствии со структурой, приведенной на рис. 7.1, в сетевой операционной системе отдельной машины можно выделить несколько частей. 1. Средства управления локальными ресурсами компьютера: функции распределения оперативной памяти между процессами, планирования и диспетчеризации процессов, управления процессорами, управления периферийными устройствами и другие функции управления ресурсами локальных ОС. 2. Средства предоставления собственных ресурсов и услуг в общее пользование – серверная часть ОС (сервер). Эти средства обеспечивают, например, блокировку файлов и записей, ведение справочников имен сетевых ресурсов; обработку запросов удаленного доступа к собственной файловой системе и базе данных; управление очередями запросов удаленных пользователей к своим периферийным устройствам. 3. Средства запроса доступа к удаленным ресурсам и услугам – клиентская часть ОС (редиректор). Эта часть выполняет распознавание и перенаправление в сеть запросов к удаленным ресурсам от приложений и пользователей. Клиентская часть также осуществляет прием ответов от серверов и преобразование их в локальный формат, так что для приложения выполнение локальных и удаленных запросов неразличимо. 4. Коммуникационные средства ОС, с помощью которых происходит обмен сообщениями в сети. Эта часть обеспечивает адресацию и буферизацию сообщений, выбор маршрута передачи сообщения по сети, надежность передачи и т.п., т. е. является средством транспортировки сообщений.
3. Технология обработки данных в локальной сети
В зависимости от используемых технических и программных средств могут быть реализованы различные сетевые технологии. Технология обработки данных в локальных сетях организаций, предприятий во многом зависит от состава и функций серверов.
В ЛВС под сервером понимается компьютер или соответствующая программа. На одном выделенном компьютере-сервере ЛВС может функционировать несколько серверов-программ, например, коммуникационный сервер, сервер приложений. В больших корпоративных сетях с десятками, сотнями рабочих станций могут быть выделены серверы, которые «специализируются» на выполнении той или иной функции.
Сервер ЛВС – мощный, надежный компьютер, предназначенный для обработки запросов от сетевых рабочих станций, предоставляющий им доступ к общим ресурсам. Основные функции сервера ЛВС: «отвечает» за коммуникационные связи сетевых рабочих станций; организует доступ к общим сетевым ресурсам (дисковому пространству, принтеру, модему); выполняет прикладные программы, которые запускают пользователи со своих рабочих станций (технология “клиент-сервер”); обеспечивает одновременную совместную работу пользователей сети.
Сервер баз данных – компьютер, выполняющий функции хранения, обработки и управления файлами баз данных (используется промышленная СУБД).
Коммуникационный сервер – компьютер, предоставляющий клиентским компьютерам (рабочим станциям) сети доступ к модему, факс-модему, к Интернет по выделенной линии.
Сервер приложений – компьютер, используемый для выполнения прикладных программ (решения задач) пользователей сети. Обработка данных (решение задач) ведется не на сетевых рабочих станциях, а на сервере приложений.
Файловый сервер – компьютер, хранящий данные (файлы условно-постоянной и переменной информации) пользователей сети и обеспечивающий доступ к этим данным.
Концентрация в ЛВС баз данных и программ на сервере требует его надежности, достигаемой за счет повторного считывания с диска и сверки информации, выполнения всех операций спасения-восстановления информации при отключении питания без участия оператора, применения источника бесперебойного питания, оперативного обнаружения дефектных участков диска, появившихся в процессе работы, исключения их использования, использования «зеркального» (резервного) диска.
В ЛВС используют в основном две модели (архитектуры) взаимодействия сетевых рабочих станций и серверов: «файл-сервер» и «клиент-сервер».
Компьютер, управляющий ресурсами, называют сервером, а компьютер, желающий ими воспользоваться – клиентом.
В модели «файл-сервер» для получения сведений, например о поставщике, с сервера на рабочую станцию пользователя передается весь файл (справочник) поставщиков.
В модели «клиент-сервер» для получения сведений, например о поставщике, сервер находит сведения о нем и передает на рабочую станцию пользователя.
Передача с сервера на рабочие станции больших объемов информации в модели «файл-сервер» ведет к перегрузке сети. При использовании модели «клиент-сервер» объемы данных, передаваемых в сети, значительно меньше, чем при модели «файл-сервер». Между клиентом и сервером обмен идёт в основном кодами клавиш, событиями «мыши», фрагментами изображения (вводится необходимая информация).
Запрос, например, к базе данных, и получение результатов его обработки называют транзакцией. СУБД посредством механизма транзакций поддерживают одновременный доступ к данным многих пользователей, без возможности влияния каждого на результаты запросов. Каждая транзакция либо выполняется целиком, либо не выполняется вовсе (свойство атомарности). В этом случае производится операция, называемая откатом транзакции. Монитор транзакций и ОС следят за транзакциями и, в случае аварии сервера, при повторном его запуске ликвидируют все действия незавершенной транзакции (производят откат). Транзакции выполняются независимо одна от другой (свойство изолированности).
В локальных сетях с выделенным сервером, работающим под управлением сетевой (серверной) ОС Windows Server 2003/2008, Novell NetWare 5.х/6.х. и др. совместно используемые файлы хранятся на сервере, что облегчает их сопровождение, обеспечение целостности; возможно совместное использование одной копии программы, хранимой на сервере; возможна совместная групповая работа нескольких человек (рабочих станций) при подготовке документов; один модем может использоваться для приема/передачи данных с каждой рабочей станции, на высокоскоростном сетевом принтере выводятся на печать данные со всех или части рабочих станций ЛВС.
В корпоративных сетях для построения единого информационного пространства территориально-распределенного предприятия используются технологии удаленной и распределенной обработки данных. Первый вариант обеспечивает регистрацию, обработку и хранение информации на одном сервере БД всеми пользователями системы, в т.ч. работающими в удаленных филиалах. Он требует использования высокоскоростных каналов связи для передачи большого объема информации. При реализации второго варианта регистрация и обработка информации выполняется на нескольких серверах БД, установленных в каждом филиале. Второй вариант предполагает содержание в каждом филиале высокооплачиваемого администратора БД. Работа с информацией реализуется в рамках клиент-серверной архитектуры. Каждый пользователь запускает на своей рабочей станции клиентское приложение точно так же, как и при работе в локальной сети.