Локальные вычислительные сети
Существуют задачи, для решения которых требуется информационная система, позволяющая принимать, хранить, обрабатывать и передавать информацию. Причем в большинстве случаев не столько важен прием и передача информации, сколько нужен доступ нескольких пользователей к одной и той же информации.
При построении информационной системы на основе отдельных персональных компьютеров выполнение функций обработки информации на каждом рабочем месте предполагает наличие на каждом компьютере установленного программного обеспечения, состав и возможности которого определяются характером выполняемых на рабочем месте задач. При этом, если несколько сотрудников занимаются одним и тем же делом и для этого используют одну и ту же информацию, возникает необходимость в том, чтобы эта информация находилась на нескольких рабочих местах, и к тому же надо следить за тем, чтобы эта информация была всегда актуальна и соответствовала реальному положению дел. Такая система оказывается замкнутой на каждом рабочем месте, обмен информацией сводится либо к обмену готовыми распечатками, либо к обмену дискетами, что крайне медленно и ненадежно.
Успешное манипулирование информацией во многом определяется временем доступа к ней. Поэтому, возникает необходимость в централизованном хранении единого блока информации, к которой должны иметь доступ все, кто в ней нуждается. При этом информация должна быть закрыта для тех, кто к ней не допущен.
Для достижения таких возможностей необходимо информационную систему строить не на основе отдельных компьютеров, а объединять их в сеть единым информационным каналом.
Локальные вычислительные сети
Под локальной вычислительной сетью (ЛВС) обычно понимают коммуникационную систему, состоящую из двух или более компьютеров, и включающую в себя специальное аппаратное и программное обеспечение. Небольшие ЛВС обычно охватывают какое-либо отделение предприятия и не выходят за пределы одного здания. Достаточно эффективно можно использовать ЛВС и в малом офисе.
ЛВС обеспечивает совместный доступ к внешним высококачественным устройствам, снижает затраты на каждого отдельного пользователя. Правильная реализация совместного доступа повышает надежность всей системы, так как при отказе одного устройства его функции может взять на себя другое. Можно, например, организовать коллективный доступ к дискам одного или нескольких компьютеров, причем в этом случае на ряде компьютеров дисковые подсистемы могут вообще отсутствовать. Кроме того, средства сети легко обеспечивают доступ к одному принтеру от нескольких компьютеров.
ЛВС позволяет использовать сетевые версии прикладного программного обеспечения. Затраты на покупку и поддержку новых программных пакетов в этом случае сокращаются.
ЛВС обеспечивают новые формы взаимодействия пользователей в одном коллективе, например при работе над общим проектом. Особое значение имеет организация распределенной обработки данных. В локальной сети можно организовать доступ всех пользователей к большой базе данных, расположенной на одном мощном компьютере. При этом упрощаются процессы обеспечения ее целостности, а также резервного копирования.
Компьютер, подключенный к локальной сети, часто называют рабочей станцией, а компьютер, имеющий доступ к общим ресурсам другого компьютера – клиентом.
Среди ЛВС на базе персональных компьютеров различают так называемые одноранговые сети и сети с выделенным сервером (централизованным управлением).
В одноранговых сетях каждая станция может выступать и как клиент, и как сервер. Таким образом, функции управления сетью передаются от одной станции к другой. Пользователям также предоставляется возможность совместного использования принтеров, накопителей, модемов и других ресурсов ЛВС. Одноранговые ЛВС достаточно дешевы и просты в обслуживании, однако не могут обеспечить должной защиты информации при большом размере сети.
Второй путь создания общедоступных сетевых ресурсов состоит в выделении для этой цели специальных компьютеров – серверов, все ресурсы которых используются пользователями сети. При этом пользователи полностью изолируются друг от друга, и вольны делать на своих компьютерах что угодно, не мешая другим. Надежность сети, под которой следует понимать надежность хранения данных, в таком случае почти полностью будет зависеть от одной машины – сервера, и потому проще обеспечить надежность сети в целом. В качестве сервера должна использоваться высокопроизводительная надежная машина, снабженная системой бесперебойного питания. Кроме того, поскольку стопроцентной надежности нет, и сервер также подвержен сбоям и авариям, целесообразно иметь зеркальный или хотя бы дублирующий сервер. В этом случае при аварии сервера информацию можно будет восстановить с дублирующего.
ЛВС с выделенным сервером имеют хорошие возможности для расширения, но требуют постоянного квалифицированного обслуживания.
Способ объединения компьютеров в сети между собой называют топологией. Классическими топологиями ЛВС являются «звезда» («дерево»), «общая шина» и «кольцо».
В случае реализации шинной структуры все компьютеры связываются в цепочку, на концах которой размещаются терминаторы для гашения сигнала.
Если хотя бы один компьютер оказался неисправным в данной сети, вся сеть становится неработоспособной. Для соединения компьютеров в данной сети чаще всего используется коаксиальный кабель.
Кольцевая структура очень похожа на шинную, но при этом отпадает надобность в терминаторах. Максимальная, теоретически возможная пропускная способность составляет 10 Мбит/сек.
Для построения сети по архитектуре «звезда» в центре сети помещается концентратор, основная функция которого – обеспечение связи между компьютерами, входящими в сеть. В случае выхода из строя одной из станций сеть сохраняет свою работоспособность.
В случае использования топологии типа «звезда» компьютеры объединяются посредством специального устройства, называемого концентратором, или хабом (hub).
Топология «общая шина» предполагает применение одного кабеля, к которому подключаются все компьютеры данной сети.
Для топологии типа «кольцо» данные передаются от одного компьютера к другому как бы по эстафете.
Для обеспечения необходимой совместимости в компьютерных сетях действуют специальные стандарты, называемые протоколами. Под протоколом понимается некая совокупность правил, регламентирующих формат и процедуры обмена информацией.
В качестве физической среды для обмена информацией чаще всего используются неэкранированная витая пара или оптоволоконный кабель.
Толстый коаксиальный кабель достаточно дорог, поэтому для небольших ЛВС практически не применяется.
Витая пара – это два изолированных провода, скрученных между собой. Скрутка позволяет предотвратить некоторые типы помех.
Кабель на витых парах характеризуется меньшими потерями сигнала, меньшей чувствительностью к электромагнитным потокам и более высокой, чем у коаксиального кабеля скоростью передачи данных.
Оба типа кабеля имеют невысокую максимально допустимую длину.
Среди кабельных линий наилучшие показатели имеют световоды – волоконно-оптические линии.
Оптоволоконный кабель, для передачи информации по которому используется свет, позволяет передавать информацию на большие расстояния с высокой скоростью, однако он значительно дороже, сложнее в установке и обслуживании. Кабель состоит из пластиковых волокон диаметром в несколько микрон, окруженных твердым покрытием и помещенных в защитную оболочку.
— высокая пропускная способность, обуславливающая использование электромагнитных волн оптического диапазона;
— нечувствительность в внешним электромагнитным полям и отсутствие собственных электромагнитных излучений.
— передача осуществляется только в одном направлении;
— подключение к световоду дополнительных ЭВМ ослабляет сигнал;
— необходимые высокоскоростные модемы очень дороги;
— волоконно-оптические линии снабжаются преобразователями электрических сигналов в световые и обратно.
Сервер – это некоторое обслуживающее устройство, которое в ЛВС выполняет, например, роль управляющего центра и концентратора данных. Под сервером понимается комбинация аппаратных и программных средств, которая служит для управления сетевыми ресурсами общего доступа.
Файл-сервер в ЛВС является «выделенным» компьютером, который отвечает за коммуникационные связи всех других компьютеров, входящих в эту сеть, а также предоставляет им доступ к общим сетевым ресурсам.
Сервер приложений, являясь, так же как и файл-сервер, «выделенным» компьютером, выполняет одну или несколько прикладных задач, которые запускают пользователи со своих терминалов, включенных в данную сеть.
1.2. Среда и методы передачи данных в вычислительных сетях
Необходимо отметить, что в настоящее время кроме компьютерных сетей применяются и терминальные сети. Следует различать компьютерные сети и терминальные сети. Терминальные сети строятся на других, чем компьютерные сети, принципах и на другой вычислительной технике. К терминальным сетям, например, относятся: сети банкоматов, кассы предварительной продажи билетов на различные виды транспорта и т.д. Первые мощные компьютеры 50-годов, так называемые мэйнфреймы, были очень дорогими и предназначались только для пакетной обработки данных. Пакетная обработка данных самый эффективный режим использования процессора дорогостоящей вычислительной машины. С появлением более дешевых процессоров начали развиваться интерактивные терминальные системы разделения времени на базе мэйнфреймов. Терминальные сети связывали мэйнфреймы с терминалами. Терминал — это устройство для взаимодействия с вычислительной машиной, которое состоит из средства ввода (например, клавиатуры) и средств вывода информации (например, дисплея). Сами терминалы практически никакой обработки данных не осуществляли, а использовали возможности мощной и дорогой центральной ЭВМ. Эта организация работы называлась “режимом разделения времени”, так как центральная ЭВМ последовательно во времени решала задачи множества пользователей. При этом совместно использовались дорогие вычислительные ресурсы. Удаленные терминалы соединялись с компьютерами через телефонные сети с помощью модемов. Такие сети позволяли многочисленным пользователям получать удаленный доступ к разделяемым ресурсам мощных ЭВМ. Затем мощные ЭВМ объединялись между собой, так появились глобальные вычислительные сети. Таким образом, сначала сети применялись для передачи цифровых данных между терминалом и большой вычислительной машиной. Первые ЛВС появились в начале 70-х годов, когда были выпущены мини-компьютеры. Мини-компьютеры были намного дешевле мэйнфреймов, что позволило использовать их в структурных подразделениях предприятий. Затем появилась необходимость обмена данными между машинами разных подразделений. Для этого многие предприятия стали соединять свои мини-компьютеры и разрабатывать программное обеспечение, необходимое для их взаимодействия. В результате появились первые ЛВС. Появление персональных компьютеров послужило стимулом для дальнейшего развития ЛВС. Они были достаточно дешевыми и являлись идеальными элементами для построения сетей. Развитию ЛВС способствовало появление стандартных технологий объединения компьютеров в сети: Ethernet, Arcnet, Token Ring. Появление качественных линии связи обеспечили достаточно высокую скорость передачи данных – 10 Мбит/с, тогда как глобальные сети, использовали только плохо приспособленные для передачи данных телефонные каналы связи, имели низкую скорость передачи – 1200 бит/c. Из-за такого различия в скоростях многие технологии, применяемые в ЛВС, были недоступны для использования в глобальных. В настоящее время сетевые технологии интенсивно развиваются, и разрыв между локальными и глобальными сетями сокращается во многом благодаря появлению высокоскоростных территориальных каналов связи, не уступающих по качеству кабельным системам ЛВС. Новые технологии сделали возможным передачу таких несвойственных ранее вычислительным сетям носителей информации, как голос, видеоизображения и рисунки. Сложность передачи мультимедийной информации по сети связана с ее чувствительностью к задержкам при передаче пакетов данных (задержки обычно приводят к искажению такой информации в конечных узлах связи). Но эта проблема решается и конвергенция телекоммуникационных сетей (радио, телефонных, телевизионных и вычислительных сетей) открывает новые возможности для передачи данных, голоса и изображения по глобальным сетям Интернет.