3. Компьютерные сети (локальные, региональные, глобальные)
3.1. Классификация и архитектура компьютерных сетей
По территориальной распространенности компьютерные сети подразделяются на следующие классы. Локальные сети — LAN (Local Area Network) — сети, имеющие замкнутую инфраструктуру и не содержащие в своем составе других сетей. Как правило, под термином 48 Вспомним действия луддитов (англ. Luddites) во времена первой научно-технической революции, луддиты препятствовали автоматизации производств. 49 Необходимо привлекать к разработке данных инструкций работников кадровых служб, юристов и руководителей выборных профсоюзных органов (там, где они есть).
«LAN» понимается и небольшая офисная сеть офисную сеть и сеть уровня большого завода, занимающего несколько сотен гектаров. Зарубежные источники дают даже близкую оценку — около шести миль (10 км) в радиусе; использование высокоскоростных каналов. Региональные сети (MAN — Metropolitan Area Network) — связывают абонентов, рас- положенных на значительном расстоянии друг от друга. Сеть может включать абонентов внутри большого города, экономического региона, отдельной страны. Под абонентами следует понимать как отдельные компьютеры, так и локальные сети. Обычно расстояние между абонентами региональной вычислительной сети составляет десятки — сотни километров Глобальные сети — WAN (Wide Area Network) — глобальные сети, покрывающие большие географические регионы, включающие в себя как локальные сети, так и прочие телекоммуникационные сети и устройства. Термин » корпоративная сеть » также используется в литературе для обозначения объединения нескольких сетей, каждая из которых может быть построена на различных технических, программных и информационных принципах. По принадлежности различают ведомственные и государственные сети. Ведомственные сети принадлежат одной организации (ведомству, компании) например, сеть какого-либо национального банка, сеть Российских Железных Дорог и т.п. Государственные сети — сети, используемые в государственных структурах (Вооруженных силах, правоохранительных органах и т.п.). По скорости передачи информации компьютерные сети делятся на низко-, средне- и высокоскоростные. • низкоскоростные (до 10 Мбит/с), • среднескоростные (до 100 Мбит/с), • высокоскоростные (свыше 100 Мбит/с); По типу среды передачи сети разделяются на: • проводные (коаксиальные, на витой паре, оптоволоконные); • беспроводные с передачей информации по радиоканалам, в инфракрасном диапазоне. Топологии компьютерных сетей Способ соединения компьютеров в сети называется ее топологией Узел сети представляет собой компьютер, либо коммутирующее устройство сети. Ветвь сети — это путь, соединяющий два смежных узла. Узлы сети бывают трёх типов: • оконечный узел — расположен в конце только одной ветви; • промежуточный узел — расположен на концах более чем одной ветви; • смежный узел — такие узлы соединены по крайней мере одним путём, не содержащим никаких других узлов. Наиболее распространенные виды топологий сетей:
| Линейная сеть | Содержит только два оконечных узла, любое число |
| промежуточных узлов и имеет только один путь между | |
| любыми двумя узлами. |
Кольцевая сеть Сеть, в которой к каждому узлу присоединены две и только две ветви. Звездообразная сеть Сеть, в которой имеется только один промежуточный узел. Общая шина В этом случае подключение и обмен данными производится через общий канал связи, называемый общей шиной. Древовидная сеть Сеть, которая содержит более двух оконечных узлов и по крайней мере два промежуточных узла, и в которой между двумя узлами имеется только один путь. Ячеистая сеть Сеть, которая содержит по крайней мере два узла, имеющих два или более пути между ними. Полносвязная сеть. Сеть, в которой имеется ветвь между любыми двумя узлами. Одноранговые и иерархические сети С точки зрения организации взаимодействия компьютеров, сети делят на одноранго- вые (Peer-to-Peer Network) и сети с выделенным сервером (Dedicated Server Network). Одноранговые сети . Все компьютеры (рабочие станции) в одноранговой сети равноправны. Любой пользователь сети может получить доступ к данным, хранящимся на любом компьютере. Одноранговые сети могут быть организованы также на базе всех современных опе- рационных систем – Windows 9*, Windows NT/2000/XP, Unix/Linux и других. Достоинством одноранговых сетей является простота в установке и эксплуатации, фактически сеть может быть инсталлирована и успешно эксплуатироваться без привлечения высококвалифицированного специалиста – системного администратора.
Однако в одноранговых сетях чрезвычайно сложно эффективно решать вопросы информационной безопасности и, кроме того, данные сети не являются масштабируемыми, т.е. при необходимости увеличения числа компьютеров проблемы с администрированием сети возрастают многократно. В связи с этим одноранговые сети используется для сетей с небольшим количеством компьютеров и там, где вопрос защиты данных не является принципиальным. Иерархические сети . В иерархической сети при установке сети заранее выделяются один или несколько компьютеров, осуществляющих регистрацию пользователей, распределением ресурсов и предоставление сервисов. Такие компьютеры называются сервера- ми . Любой компьютер, имеющий доступ к услугам сервера называют клиентом сети или рабочей станцией. Сервер в иерархических сетях — это постоянное хранилище разделяемых ресурсов. Сам сервер может быть клиентом только сервера более высокого уровня иерархии. Поэтому иерархические сети иногда называются сетями с выделенным сервером. Серверы обычно представляют собой высокопроизводительные компьютеры, возможно, с несколькими параллельно работающими процессорами, с винчестерами большой емкости, с высокоскоростной сетевой картой. Иерархическая модель сети является наиболее предпочтительной, так как позволяет создать наиболее устойчивую структуру сети и более рационально распределить ресурсы. Также достоинством иерархической сети является более высокий уровень защиты данных. К недостаткам иерархической сети, по сравнению с одноранговыми сетями, относят- ся: • Необходимость дополнительной ОС для сервера. • Более высокая сложность установки и модернизации сети. • Необходимость выделения отдельного компьютера в качестве сервера Различают две технологии использования сервера: технологию файл-сервера и ар- хитектуру клиент-сервер . В первой модели используется файловый сервер , на котором хранится большинство программ и данных. По требованию пользователя ему пересылаются необходимая программа и данные. обработка информации выполняется на рабочей станции. В системах с архитектурой клиент-сервер обмен данными осуществляется между приложением-клиентом (front-end) и приложением-сервером (back-end). Хранение дан- ных и их обработка производится на мощном сервере, который выполняет также контроль за доступом к ресурсам и данным. Рабочая станция получает только результаты запроса. Разработчики приложений по обработке информации обычно используют эту технологию. Использование больших по объему и сложных приложений привело к развитию многоуровневой, в первую очередь трехуровневой архитектуры с размещением данных на отдельном сервере базы данных (БД). Все обращения к базе данных идут через сервер приложений, где они объединяются.
3.2. Уровни модели OSI
Взаимодействие всех компонент компьютерной сети (любого уровня сложности) и сетей между собой возможно лишь в том случае, если каждый участник обмена информацией взаимодействует друг с другом в соответствии с принятыми протоколами. Информационные системы являются в этом смысле открытыми, т.е. каждый разработчик (аппаратуры и программного обеспечения) ознакомившись с протоколами может создать свою аппаратуру и ПО, взаимодействующие с остальными компонентами ИС.
В настоящее время общепринятой является семиуровневая модель архитектуры открытых систем (Open System Interconnection), разработанная Международной Организа- цией по Стандартам (International Organization for Standardization — ISO) Модель ISO OSI предписывает стандартизацию вертикальных межуровневых взаимодействий. Такая стандартизация гарантирует совместимость продуктов, работающих по стандарту какого-либо уровня, с продуктами, работающими по стандартам соседних уровней, даже в том случае, если они выпущены разными производителями. Количество уровней может показаться избыточным, однако же, такое разбиение необходимо для достаточно четкого разделения требуемых функций во избежание излишней сложности и создания структуры, которая может подстраиваться под нужды конкретного пользователя, оставаясь в рамках стандарта В этой модели рассматриваются так называемые «уровни»: Уровень 1. Физический уровень (управление физическим каналом). Уровень 2. Канальный уровень (управление информационным каналом). Уровень 3. Сетевой уровень (управление сетью). Уровень 4. Транспортный уровень (управление передачей). Уровень 5. Сеансовый уровень (управление сеансом). Уровень 6. Представительный уровень (управление представлением). Уровень 7. Прикладной уровень (управление сервисом). Какие же задачи решаются на различных уровнях протоколов открытых систем? Рассмотрим этот вопрос несколько подробнее. Физический уровень отвечает за тип физической среды (например, кабель типа «витая пара» или радиоканал), тип передачи, метод кодирования и скорость передачи данных для различных типов локальных сетей. К его функциям, кроме того, относится установление физического соединения между двумя коммуникационными устройствами, формирование сигнала и обеспечение синхронизации этих устройств. Канальный уровень обрабатывает информацию, поступающую с сетевого уровня, и подготавливает ее к передаче, формируя «кадры» (блоки) соответствующего размера. В процессе перемещения информации вверх по уровням модели OSI канальный уровень должен принимать информацию в виде потока битов, поступающих с физического уровня, и производить ее обработку. Этот уровень обязан определять, где начинается и где заканчивается передаваемый блок, а также обнаруживать ошибки передачи. Если обнаружена ошибка, канальный уровень должен инициировать соответствующие действия по восстановлению потерянных, искаженных и даже дублированных данных. Сетевой уровень осуществляет маршрутизацию передаваемых пакетов. Поскольку в процессе обмена информацией между двумя сетями физические соединения время от времени могут изменяться, сетевой уровень поддерживает виртуальные каналы и обеспечивает правильную сборку пакетов, прибывающих в неправильной последовательности. Работа этого уровня осуществляется с помощью таблиц маршрутизации, которые служат для определения пути продвижения того или иного пакета. Во многих случаях сообщение, состоящее из нескольких пакетов, идет по нескольким путям. Сетевой уровень предоставляет соответствующую «отгрузочную» информацию, необходимую для этих пакетов (например, общее число пакетов в сообщении и порядковый номер каждого из них). Транспортный уровень осуществляет управление передачей пакетов, и именно он определяет качество сервиса, которое необходимо обеспечить посредством сетевого уровня. Сеансовый уровень отвечает за режим передачи и установку точек синхронизации. Иными словами, на этом уровне определяется, какой будет передача между двумя прикладными процессами: полудуплексной (процессы будут передавать и принимать данные по очереди) или дуплексной (процессы будут передавать и принимать данные одновременно). В полудуплексном режиме сеансовый уровень выдает тому процессу, который первым начинает передачу, маркер данных. Когда второму процессу приходит время от-