1.1 Основные понятия компьютерных сетей
«Компьютерная сеть» (вычислительная сеть, сеть передачи данных) — система связи компьютеров и/или компьютерного оборудования (серверы, маршрутизаторы и другое оборудование). Для передачи информации могут быть использованы различные физические явления, как правило — различные виды электрических сигналов, световых сигналов или электромагнитного излучения.
По назначению компьютерные сети распределяются на [16]:
Вычислительные сети предназначены главным образом для решения заданий пользователей с обменом данными между их абонентами. Информационные сети ориентированы в основном на предоставление информационных услуг пользователям. Смешанные сети совмещают функции первых двух.
Для классификации компьютерных сетей используются разные признаки. Наиболее распространенная классификации компьютерных сетей представлена далее.
По территориальной распространенности компьютерные сети делятся на:
- CAN (Controller Area Network — сеть контроллеров) — стандарт промышленной сети, ориентированный прежде всего на объединение в единую сеть различных исполнительных устройств и датчиков.
- LAN (Local Area Network) — локальные сети, имеющие замкнутую инфраструктуру до выхода на поставщиков услуг. Локальные сети являются сетями закрытого типа, доступ к ним разрешен только ограниченному кругу пользователей, для которых работа в такой сети непосредственно связана с их профессиональной деятельностью.
- MAN (Metropolitan Area Network) — городские сети между учреждениями в пределах одного или нескольких городов, связывающие много локальных вычислительных сетей.
- WAN (Wide Area Network) — глобальная сеть, покрывающая большие географические регионы, включающие в себя как локальные сети, так и прочие телекоммуникационные сети и устройства. Глобальные сети являются открытыми и ориентированы на обслуживание любых пользователей.
- PAN (Personal Area Network) — персональная сеть, предназначенная для взаимодействия различных устройств, принадлежащих одному владельцу.
По типу функционального взаимодействия сети бывают:
По типу используемой сетевой топологии компьютерные сети могут быть объединены в шину, кольцо, двойное кольцо, звезду, дерево.
По типу среды передачи принято выделять проводные (телефонный провод, коаксиальный кабель, витая пара, волоконно-оптический кабель) и беспроводные (передачей информации по радиоволнам в определенном частотном диапазоне) сети.
По функциональному назначению выделяют сети хранения данных, серверные фермы, сети управления процессом, сети soho и домовые сети.
Отдельными признаками классификации компьютерных сетей могут выступать — скорость передачи данных в сетям и поддерживаемая операционная система.
1.2 Классы информационных сетей как открытых информационных систем
Под «информационной сетью» будем понимать сеть, предназначенную для обработки, хранения и передачи данных [16, 32].
Информационная сеть состоит из:
Под «коммуникационной сетью» принято понимать систему физических каналов связи и коммутационного оборудования, реализующая тот или иной низкоуровневый протокол передачи данных. По типу переносимого сигнала выделяют цифровые и аналоговые сети. Назначением коммуникационных сетей является передача данных с минимальным количеством ошибок и искажений.
Коммуникационная сеть может обеспечивать выполнение задач, связанных с преобразованием данных (сборкой символов в пакеты, обеспечение достоверности передачи и т.д.).
Как отмечалось ранее, на основе коммуникационной сети может строиться информационная сеть, к примеру — на основе сетей Ethernet как правило строятся сети TCP/IP, которые в свою очередь образуют глобальную сеть Интернет.
На базе коммуникационной сети может быть построена не одна, а группа информационных сетей.
В зависимости от расстояния между абонентскими системами, информационные сети подразделяются на следующие классы: глобальные, территориальные и локальные информационные сети. Различают универсальные и специализированные информационные сети.
Информационные сети, принадлежащие государству, называют общественными сетями. Информационные сети, созданные концернами, объединениями, фирмами, именуются частными сетями.
Еще одним популярным способом классификации информационных сетей является их классификация по масштабу производственного подразделения, в пределах которого действует сеть. Различают сети отделов, сети кампусов и корпоративные сети:
1. Сети отделов — это сети, которые используются сравнительно небольшой группой сотрудников, работающих в одном отделе предприятия. Обычно сети отделов имеют один или два файловых сервера и не более тридцати пользователей. Сети отделов обычно не разделяются на подсети.
2. Сети кампусов. Сети кампусов получили свое название от английского слова campus — студенческий городок. Сети этого типа объединяют множество сетей различных отделов одного предприятия в пределах отдельного здания или в пределах одной территории, покрывающей площадь в несколько квадратных километров. При этом глобальные соединения в сетях кампусов не используются. Службы такой сети включают взаимодействие между сетями отделов, доступ к общим базам данных предприятия, доступ к общим серверам, высокоскоростным модемам и высокоскоростным принтерам. В результате сотрудники каждого отдела предприятия получают доступ к некоторым файлам и ресурсам сетей других отделов.
3. Корпоративные сети. Корпоративные сети называют также сетями масштаба предприятия. Сети масштаба предприятия (корпоративные сети) объединяют большое количество компьютеров на всех территориях отдельного предприятия. Они могут быть сложно связаны и покрывать город, регион или даже континент. Число пользователей и компьютеров может измеряться тысячами, а число серверов — сотнями, расстояния между сетями отдельных территорий могут оказаться такими, что становится необходимым использование глобальных связей. Для соединения удаленных локальных сетей и отдельных компьютеров в корпоративной сети применяются разнообразные телекоммуникационные средства, в том числе телефонные каналы, радиоканалы, спутниковая связь.
Основные понятия компьютерных сетей.
Создание компьютерных сетей обусловлено экономией ресурсов. Экономия достигается несколькими путями: — сеть обеспечивает быстрый доступ к разным источникам информации; — сеть уменьшает чрезмерность ресурсов. Компьютерная сеть – это совокупность компьютеров, которые соединены линиями связи и оснащены коммуникационным оборудованием и коммуникационным программным обеспечением (рис.1). Рис. 1 Состав компьютерной сети. Компьютерная сеть обеспечивает: — коллективную обработку данных пользователями, компьютеры которых подключены к сети, и обмен данными между этими пользователями; — общее использование программ; — общее использование принтеров, модемов и других периферийных устройств.
Классификация компьютерных сетей
Существуют разные классификации компьютерных сетей, одна из них отображена на схеме (рис. 2). Рис. 2. Классификация компьютерных сетей. Компьютеры, объединенные в сеть, имеют значительно более широкие возможности, чем компьютеры, которые работают в отдельности. Коммуникационное или сетевое оборудование — это периферийные устройства, которые осуществляют преобразование сигналов, используемых в компьютере, на сигналы, которые передаются через линии связи, и наоборот. Такими устройствами являются модемы и сетевые адаптеры. Модемы применяются при использовании телефонных линий связи, сетевые адаптеры — при использовании других линий связи. Линия связи — это оснащение, с помощью которого осуществляется объединение компьютеров в сеть. Сетевая интерфейсная плата (или сетевой адаптер) специальное аппаратное средство для эффективного взаимодействия персональных компьютеров в сети. Она устанавливается в одно из свободных гнезд расширения шины компьютера, а кабель передачи данных подключается к разъему на этой плате. Линии связи, которые используют кабели для передачи сигналов, называются проволочными, остальные — беспроволочными. Телефонная линия — пример линии связи с проводами. Системы спутниковой связи — беспроволочные. Линии связи разные по сложности. Часто для соединения локально расположенных компьютеров используется радиосвязь. Для более мощных телекоммуникаций используется микроволновое или инфракрасное излучения. Коммуникационное или сетевое программное обеспечение — это набор программ, которые обеспечивают роботу сетевого оборудования и обмен информацией между компьютерами в сети. Сетевое программное обеспечение делится на две группы программ: — первые работают с сетью на так называемом низком уровне. Эти программы обеспечивают управление сетевым оборудованием с целью преобразования сигналов с одного вида на другие. — программы второй группы работают с сетью на высоком уровне, они предназначены для распознавания и обработки информации в зависимости от ее характера и способа организации. Все компьютерные сети делятся на три группы – локальные, корпоративные и глобальные сети. Локальная сеть объединяет компьютеры, которые расположены на небольшом расстоянии один от другого, и являются замкнутой системой. Небольшие расстояния между компьютерами дают возможность использовать для связи в локальных сетях обычные проволочные линии. Как правило, локальная сеть ограничена офисом, кабинетом информатики, одним зданием. Локальные сети должны быть легко адаптированными, то есть иметь гибкую архитектуру, которая разрешает произвольно располагать рабочие места, добавлять или переставлять персональные компьютеры или периферийные устройства. Если такая сеть организована грамотно, то выход из порядка одной из составных не влияет на работу других. Локальная сеть создается для общего использования и обмена информацией между компьютерами, общего использования ресурсов сети. Ресурс сети – это устройства, которые входят в аппаратную часть некоторых из компьютеров сети, доступны и могут использоваться любым пользователем сети. Ресурсами сети могут быть принтеры, сканеры, модемы, стриммеры, фотонаборные аппараты, дисковые накопители большой емкости, устройства резервного копирования информации, и т.п. Компьютер, ресурсы которого предназначены для общего пользования, называется сервером (от англ. to serve – поставлять, обслуживать). Компьютеры, которые используют ресурсы сети, называют рабочими станциями. Современные локальные сети очень разнообразны и могут иметь в своем составе один или несколько серверов, компьютеры, которые одновременно могут быть как сервером, так и рабочей станцией. Общий тип сервера – файловый, основной ресурс файлового сервера – файлы. Любой компьютер с одним или несколькими жесткими дисками можно использовать как файловый сервер (Pentium, 32-64 Мб RAM). Взаимодействие серверов и рабочих станций обеспечивается сетевым программным обеспечением каждого компьютера сети. Пользователю рабочей станции доступны ресурсы сети соответственно по заранее обусловленным правилам. Назначение рабочей станции – выполнять программы, полученные из сети, а назначение сервера – доставлять эти программы к рабочим станциям. Схему работы, если рабочие станции выполняют большую часть обработки данных, а файл-сервер предоставляет файлы для этой обработки, называют распределенной обработкой. Схема обработки, по которой работа распределяется между рабочей станцией и файлом-сервером равномерно, называется системой «клиент-сервер». Как правило, такая среда состоит из сервера баз данных (БД) (высокоскоростной процессор, который обрабатывает запросы к БД) в объединении с рабочими станциями. Кроме того, сети различаются за другими признаками: — скоростью передачи; — типом кабеля, который используется; — физическим расположением кабеля; — форматом пакетов (кадров) и т.п.. Глобальная сеть – это соединения локальных сетей и отдельных компьютеров, расположенных далеко один от другого. В таких сетях есть дополнительные устройства для обработки больших объемов данных и пересылка их на большое расстояние. Прежде всего, это серверы глобальных сетей, которые являются очень мощными компьютерами. Через большие расстояния между компьютерами использования обычных линий связи в глобальных сетях невозможно. Современные глобальные сети используют телефонную связь. Тем не менее, связь между серверами глобальной сети осуществляется не через обычные телефонные линии, а через выделенные линии или через специальные каналы связи. Выделенная телефонная линия используется лишь для передачи информации между компьютерами в сети. Она имеет высокую скорость передачи. Каналы связи имеют те самые свойства, однако, с высшими качественными характеристиками. В глобальных сетях все чаще используются системы спутниковой связи, которая значительно расширяет их масштабы и возможности использования. Чтобы пользоваться глобальной сетью, в компьютере необходимо иметь модем и специальное программное обеспечение. Наибольшей в мире глобальной сетью — есть сеть Интернет. Она охватывает все континенты Земли.