1.3. Архитектура компьютерных сетей.
Как и все сложные системы, компьютерные сети характеризуются определенными, присущими только им, принципами организации.
Эти вопросы рассматриваются в рамках архитектуры, которая определяет общие принципы построения, топологию, функциональные характеристики системы. В частности, архитектура компьютерных сетей охватывают вопросы организации логической и физической структуры (топологии) сети, структурную организацию аппаратных и программных средств, правила (протоколы) их взаимодействия. В компьютерных сетях широко используется многоуровневый принцип структурной организации, при котором все множество сетевых функций распределяется по определенным уровням. При этом взаимодействие между уровнями осуществляется стандартным образом, что обеспечивает определенную независимость функций, принадлежащих различным уровням. В первую очередь это необходимо для реализации принципа открытости вычислительных сетей, являющегося неотъемлемой частью современных сложных систем.
По функциональному признаку все множество систем компьютерной сети можно разделить на абонентские, коммутационные и главные (Host) системы.
Абонентская система представляет собой компьютер, ориентированный на работу в составе компьютерной сети и обеспечивающий пользователям доступ к ее вычислительным ресурсам.
Коммутационные системы являются узлами коммутации сети передачи данных и обеспечивают организацию каналов передачи данных между элементами системы. В качестве управляющих элементов узлов коммутации используются процессоры телеобработки или специальные коммутационные (сетевые) процессоры.
Большим разнообразием отличаются главные (Host) системы или сетевые серверы.
Сервером принять называть специальный компьютер, выполняющий основные сервисные функции: управление сетью, сбор, обработку, хранение и предоставление информации абонентам компьютерной сети.
В зависимости от территориальной рассредоточенности абонентских систем компьютерные (вычислительные) сети разделяют на три основных класса:
- глобальные сети (WAN – Wide Area Network);
- региональные сети (MAN – Metropolitan Area Network);
- локальные сети (LAN – Local Area Network).
Глобальная вычислительная сеть (ГВС) объединяет абонентские системы, рассредоточенные на большой территории, охватывающие различные страны и континенты. ГВС решают проблему объединения информационных ресурсов всего человечества и организации доступа к ним. Взаимодействие абонентских систем (АС) осуществляется на базе различных территориальных сетей связи, в которых используются телефонные линии связи, радиосвязь, системы спутниковой связи. Региональная вычислительная сеть (РВС) объединяет абонентские системы, расположенные друг от друга на значительном расстоянии: в пределах отдельной страны, региона, большого города. Локальная вычислительная сеть (ЛВС) связывает абонентские системы, расположенные в пределах небольшой территории. К классу ЛВС относятся сети предприятий, фирм, банков, офисов, учебных заведений и т.д. Протяженность ЛВС ограничивается несколькими километрами. Отдельный класс составляют корпоративные вычислительные сети (КВС) или Intranet (Интранет). Их также называют сетями масштаба предприятий (корпораций), что соответствует термину «enterprise – wide network». Им принадлежит ведущая роль в реализации задач планирования, организации и осуществления производственно-хозяйственной деятельности корпорации. Другими словами, Intranet – это версия Internet на уровне компании, адаптация некоторых технологий, созданных для Internet, применительно к частным локальным (LAN) и глобальным (WAN) сетям организаций. Корпоративную сеть можно рассматривать как модель группового сотрудничества, вариант решения прикладного программного обеспечения для рабочих групп, основанного на открытых стандартах Internet. Она основана на технологии «клиент-сервер», то есть сетевое приложение делится на стороны: клиента, запрашивающего данные или услуги и сервера, обслуживающего запросы клиента. Типовая структура КВС приведена на рис. 5. Здесь выделено оборудование сети, размещенное в центральном офисе корпорации и в ее региональных отделениях. В центральном офисе (ЦОФ) имеется локальная сеть и учрежденческая автоматическая телефонная стация (УАТС) с подключением к ней телефонными аппаратами (Т). Через мультиплексор-коммутатор и модемы KDC и УАТС имеют выход на территориальную сеть связи (ТСС) типа Fram Relay или Х.25, где используются выделенные телефонные линии связи. Такое же оборудование имеется в каждом региональном отделении (РО-1…, РО-N). Удаленные персональные компьютеры (УПК) через сервер доступа и ТСС имеют прямую связь с ЛВС центрального офиса. Для установления Intranet необходимы следующие компоненты:
- компьютерная сеть для совместного использования ресурсов, или сеть взаимосвязанных ЛВС и УПК;
- сетевая операционная система, поддерживающая протокол TCP/IP (Unix, Windows NT, Netware, OS/2);
Рис. 5. Типовая структура корпоративной вычислительной (компьютерной) сети.
- компьютер-сервер, который может работать как сервер Internet;
- программное обеспечение сервера, поддерживающее запросы браузеров в формате протокола передачи интерфейсных сообщений (HTTP – HyperText Transfer Protocol;
- служба глобального соединения (WWW). Для удобства редактирования объектов используется браузер объектов (Browser) – интегрированный отладчик, позволяющий выполнять пошаговую трассировку кода, задавать точки остановок (Break points);
- компьютеры-клиенты, на которых имеется сетевое программное обеспечение, позволяющее посылать и принимать пакетные данные по протоколу TCP/IP;
- программное обеспечение браузера для различных компьютеров-клиентов (Netscape Navigator, Microsoft Internet Explorer).
Эти требования к оборудованию и программному обеспечению Intranet дополняются требованиями к знанию технологии составления документов на языке написания гипертекста (HTML – HyperText Markup Language – гипертекстовый высокоуровневый язык).
Тема: «Компьютерные сети. Локальные и глобальные сети. Сетевые технологии.
Цель: ознакомить с понятием компьютерной сети, основными компонентами сети.
Компьютерной сетью называется совокупность соединенных через каналы связи компьютеров и периферийных устройств, обеспечивающих пользователей средствами обмена информацией и коллективного использования ресурсов сети. Ресурсы бывают трех типов: аппаратные, программные и информационные.
Основная задача компьютерной сети — обеспечение простого, удобного и надежного доступа к распределенным общесетевым ресурсам и организация их совместного использования при защите от несанкционированного доступа, а также обеспечение удобных и надежных средств передачи данных между пользователями.
Основные компоненты сети:
Серверы — компьютеры, являющиеся источниками ресурсов сети.
Локальные компьютеры пользователей (рабочие станции) — компьютеры, подключенные к сети, через которые пользователи получают доступ к ее ресурсам.
• Каналы связи — линии, соединяющие компьютеры между собой.
Компьютерные сети принято классифицировать по степени территориальной распределенности. При этом различают:
региональные (или городские) сети (MAN — Metropolitan Area Network);
Локальные сети связывают компьютеры, размещенные на небольшом расстоянии друг от друга. Как правило, они объединяют компьютеры одного или нескольких близлежащих зданий предприятия, учреждения, офиса. Главная отличительная особенность локальных сетей — единый для всех компьютеров высокоскоростной канал передачи данных. Протяженность локальной сети не более 10 км (обычно она не превышает нескольких сотен метров).
Региональные сети объединяют пользователей города, области или небольшой страны. В качестве каналов связи используются обычные телефонные линии, ISDN и др. Расстояние между узлами может измеряться сотнями и даже тысячами километров.
Глобальные сети соединяют компьютеры, расположенные на любом расстоянии друг от друга (в разных странах, на разных континентах). Инфраструктура связи в них может быть очень сложной, включая радиосвязь и спутниковые каналы. Наиболее мощная из глобальных сетей — Интернет.
Основная задача, возникающая при создании компьютерных сетей — обеспечение совместимости аппаратного и информационного обеспечения (это касается как программ, так и данных). Для ее решения была разработана так называемая модель OSI (Open Systems Interconnection — модель взаимодействия открытых систем). Она является международным стандартом передачи данных через компьютерную сеть.
Согласно модели OSI, архитектуру компьютерных сетей следует рассматривать на разных уровнях, начиная с самого нижнего — физического и до самого верхнего — прикладного. Обмен данными в сетях происходит путем их перемещения с верхнего уровня на нижний на компьютере отправителя, затем транспортировки по каналу связи и, наконец, путем обратного воспроизведения на компьютере получателя.
Для обеспечения необходимой совместимости на каждом уровне архитектуры компьютерной сети действуют специальные стандарты, называемые протоколами. Протокол представляет собой совокупность правил (соглашений), в соответствии с которыми происходит передача информации через компьютерную сеть.
Имеются протоколы как аппаратного взаимодействия компонентов сети, так и взаимодействия программных средств различного уровня (программные протоколы).
Функциональные возможности компьютерных сетей определятся теми услугами, которые они предоставляют пользователю. Для реализации каждой из них необходимо соответствующее программное обеспечение. В настоящее время имеются две основные концепции построения такого ПО.
Согласно концепции файлового сервера, сетевое программное обеспечение должно быть ориентировано на предоставление всем пользователям ресурсов общедоступного центрального компьютера сети — файлового сервера (File Server). Такое программное обеспечение называется сетевой операционной системой. Ее основная часть (ядро) размещается на сервере, а на рабочих станциях устанавливается лишь небольшая оболочка, выполняющая роль интерфейса между программами на ПК пользователей и файловым сервером.
Вторая концепция базируется на так называемой архитектуре клиент — сервер. В этом случае сетевое ПО предполагает не только совместное использование ресурсов сети, но и обработку на сервере по запросам пользователей. Программное обеспечение в данном случае состоит из двух частей: сервера и клиента. Программа-клиент выполняется на локальном компьютере пользователя, она посылает запросы программе-серверу и принимает от нее требуемую информацию. Программа-сервер работает на компьютере общего доступа, производит обработку поступающих к ней запросов (возможно, сотен или тысяч одновременно) и возвращает клиенту требуемые результаты. В глобальных сетях архитектура клиент — сервер является основной.
Топология сети
Топология сети представляет собой логическую схему (конфигурацию) соединений компьютеров (узлов) сети посредством каналов связи. В локальных сетях, как правило, используется одна из следующих топологий: шинная, кольцевая или звездообразная. Другие топологии являются производными от перечисленных.
 |
Сеть шинной топологии использует один канал связи (шину), объединяющий все компьютеры сети. Данные, переданные одним узлом сети, поступают во все узлы, но только один из них, для которого предназначены эти данные, распознает и принимает их.
Характерным примером использования шинной топологии является сеть Ethernet. Шинная топология обеспечивает эффективное использование пропускной способности канала связи, устойчива к неисправностям отдельных узлов, допускает быстрое подключение новых узлов.
Сеть кольцевой топологии имеет в качестве канала связи замкнутое кольцо. Такую топологию используют, в частности, сети Token Ring.
Сообщение последовательно передается по кольцу от узла к узлу в одном направлении. Необходимость ретрансляции данных приводит к снижению надежности, так как неисправность в любом из узлов сети делает ее неработоспособной.
Сеть звездообразной топологии имеет центральный узел (ЦУ) — файловый сервер, объединяющий все компьютеры.
Работоспособность сети полностью зависит от его надежности. Все данные, циркулирующие между компьютерами, проходят через ЦУ по отдельным каналам связи. Характерный пример данной топологии — Arcnet.