Главная Тарифы МТС

Архитектура компьютерной сети.

Понятие “сетевая архитектура” включает общую структуру сети, т. е. все компоненты, благодаря которым сеть функционирует, в том числе аппаратные средства и системное программное обеспечение. Здесь будут обобщены уже полученные сведения о типах сетей, принципах их работы, средах и топологиях. Сетевая архитектура это комбинация стандартов, топологий и протоколов, необходимых для создания работоспособной сети.

Ethernet

Ethernetсамая популярная в настоящее время архитектура. Она использует узкополосную передачу со скоростью 10 Мбит/с, топологию “шина”, а для регулирования трафика в основном сегменте кабеляCSMA/CD.

Среда (кабель) Ethernet является пассивной, т. е. получает питание от компьютера. Следовательно, она прекратит работу из-за физического повреждения или неправильного подключения терминатора.

Рис. Сеть Ethernet топологии “шина” с терминаторами на обоих концах кабеля

Сеть Ethernet имеет следующие характеристики:

традиционная топология линейная шина;

другие топологии звезда-шина;

тип передачи узкополосная;

метод доступа CSMA/CD;

скорость передачи данных 10 и 100 Мбит/c;

кабельная система толстый и тонкий коаксиальный.

Формат кадра

Ethernet разбивает данные на пакеты (кадры), формат которых отличается от формата пакетов, используемого в других сетях. Кадры представляют собой блоки информации, передаваемые как единое целое. Кадр Ethernet может иметь длину от 64 до 1518 байтов, но сама структура кадра Ethernet использует, по крайней мере, 18 байтов, поэтому размер блока данных Ethernetот 46 до 1500 байтов. Каждый кадр содержит управляющую информацию и имеет общую с другими кадрами организацию.

Например, передаваемый по сети кадр EthernetIIиспользуется для протоколаTCP/IP. Кадр состоит из частей, которые перечислены в таблице.

Ethernet работает с большинством популярных операционных систем, в их числе:

Microsoft Windows 95;

Microsoft Windows NT Workstation;

Microsoft Windows NT Server;

Token Ring

От других сетей Token Ring отличает не только кабельная система, но и использование доступа с передачей маркера.

Рис. Физическизвезда, логическикольцо

Сеть Token Ring имеет следующие характеристики:

Архитектура

Топология типичной сети Token Ring“кольцо”. Однако в версииIBMэто топология “звезда-кольцо”: компьютеры в сети соединяются с центральным концентратором, маркер передается по логическому кольцу. Физическое кольцо реализуется в концентраторе. Пользователичасть кольца, но они соединяются с ним через концентратор.

Формат кадра

Основной формат кадра Token Ring показан на рисунке ниже и описан в следующей таблице. Данные составляют большую часть кадра.

Рис. Кадр данных Token Ring

Поле кадра	Описание
Стартовый разделитель	Сигнализирует о начале кадра
Управление доступом	Указывает на приоритет кадра и на то, что передаетсякадр маркера или кадр данных
Управление кадром	Содержит информацию Управления доступом к средедля всех компьютеров или информацию “конечной станции”только для одного компьютера
Адрес приемника	Адрес компьютера-получателя
Адрес источника	Адрес компьютера-отправителя
	Передаваемая информация
Контрольная последовательность кадра
Конечный разделитель	Сигнализирует о конце кадра
Статус кадра	Сообщает, был ли распознан и скопирован кадр (доступен ли адрес приемника)

Функционирование

Когда в сети Token Ring начинает работать первый компьютер, сеть генерирует маркер. Маркер проходит по кольцу от компьютера к компьютеру, пока один их них не сообщит о готовности передать данные и не возьмет управление маркером на себя. Маркерэто предопределенная последовательность битов (поток данных), которая позволяет отправить данные по кабелю. Когда маркер захвачен каким-либо компьютером, другие компьютеры передавать данные не могут.

Захватив маркер, компьютер отправляет кадр данных в сеть (как показано на рис. ниже). Кадр проходит по кольцу, пока не достигнет узла с адресом, соответствующим адресу приемника в кадре. Компьютер-приемник копирует кадр в буфер приема и делает пометку в поле статуса кадра о получении информации.

Кадр продолжает передаваться по кольцу, пока не достигнет отправившего его компьютера, который и удостоверяет, что передача прошла успешно. После этого компьютер изымает кадр из кольца и возвращает туда маркер.

Рис. Маркер обходит логическое кольцо по часовой стрелке

В сети одномоментно может передаваться только один маркер, причем только в одном направлении.

Передача маркерадетерминистический процесс, это значит, что самостоятельно начать работу в сети (как, например, в средеCSMA/CD) компьютер не может. Он будет передавать данные лишь после получения маркера. Каждый компьютер действует как однонаправленный репитер, регенерирует маркер и посылает его дальше.

Мониторинг системы

Компьютер, который первым начал работу, наделяется системой Token Ring особыми функциями: он должен осуществлять текущий контроль за работой всей сети. Он проверяет корректность отправки и получения кадров, отслеживая кадры, проходящие по кольцу более одного раза. Кроме того, он гарантирует, что в кольце одномоментно находится лишь один единственный маркер.

Распознавание компьютера

После появления в сети нового компьютера система Token Ring инициализирует его таким образом, чтобы он стал частью кольца. Этот процесс включает:

проверку уникальности адреса;

уведомление всех сети о появлении нового узла.

Аппаратные компоненты

Концентратор

В сети TokenRingконцентратор, в котором организуется фактическое кольцо, имеет несколько названий, например:

MAU ;

MSAU (MultiStation Access Unit);

SMAU.

Кабели соединяют клиенты и серверы с MSAU, который работает по принципу других пассивных концентраторов. При подсоединении компьютера он включается в кольцо (см. рис. ниже).

Рис. Формирование кольца в концентраторе (указано направление движения маркера)

Емкость

IBMMSAUимеет 10 портов соединения. К нему можно подключить до восьми компьютеров. Однако сетьTokenRingне ограничивается одним кольцом (концентратором). Каждое кольцо может насчитывать до 33 концентраторов.

Сеть на базе MSAU может поддерживать до 72 компьютеров - при использовании неэкранированной витой пары и до 260 компьютеров - при использовании экранированной витой пары.

Другие производители предлагают концентраторы большей емкости (в зависимости от модели).

Когда кольцо заполнено, т.е. к каждому порту MSAU подключен компьютер, сеть можно расширить за счет добавления еще одного кольца (MSAU).

Единственное правило, которого следует придерживаться: каждый MSAU необходимо подключить так, чтобы он стал частью кольца.

Гнезда “вход” и “выход” на MSAU позволяют с помощью кабеля соединить в единое кольцо до 12 MSAU, расположенных стопкой.

Рис. Добавляемые концентраторы не нарушают логического кольца

Сегодня уже вряд ли кого-то можно удивить понятием сетевых подключений. Однако при упоминании о них многие из нас особо даже не задумываются о том, что собой представляет такое подключение и как функционируют сетевые службы. Мы рассмотрим этот вопрос в кратком изложении, так как о сетях и их возможностях в современном мире можно написать большую монографию.

Архитектура сети: основные виды

Компьютерные сети, как следует из основной трактовки самого термина, представляют собой определенное количество компьютерных терминалов, соединенных между собой и образующих сеть. Сегодня выделяют два основных типа подключений: беспроводное и проводное. Беспроводное соединение использует соединение посредством маршрутизатора вроде роутера Wi-Fi. Однако это только вершина айсберга. Архитектура сети на самом деле предполагает использование сразу нескольких компонентов, и потому может иметь различную классификацию. На сегодняшний день принято выделять три типа сетей: одноранговые сети, сети с выделенными серверами, гибридные сети, которые включают в себя все типы узлов. Отдельную категорию помимо этого представляют широковещательные, локальные, глобальные, частные и другие разновидности. Мы будем останавливаться только на основных понятиях.

Описание сетей по основным типам

Прежде всего, начать стоит с сетей на основе взаимодействия «главный компьютер в сети-клиент». Как уже должно быть ясно, главное положение в данном случае занимает центральный терминал, на котором осуществляется управление сетью и ее компонентами. Терминалы клиентов могут только посылать запросы на предоставление соединения и на получение информации. В такой сети главный терминал не может играть роль клиентской машины. Одноранговые сети, которые еще часто называют пиринговыми, от первого типа отличаются тем, что в них ресурсы в равной степени распределены между всеми подключенными терминалами. В качестве самого простого примера можно привести процессы загрузки файлов при использовании торрентов. При такой организации конечный файл полностью или в частично загруженном виде может находиться на различных компьютерных терминалах. Пользовательская система, которая загружает его на свой компьютер, применяет все доступные на данный момент ресурсы сети, чтобы скачать части искомого файла. Чем больше будет таких файлов, тем выше будет скорость закачки. В данном случае сетевая адресация не играет особой роли. Главное условие заключается в том, чтобы на клиентской машине было установлено специальное программное обеспечение. Оно и будет осуществлять клиентские запросы. Архитектура сети типа «клиент-сервер» является наиболее простой. Для упрощенного понимания соединение между компьютерными терминалами можно представить в виде библиотеки, в которой есть полки с книгами (центральный сервер), а посетители могут прочесть любой материал, который находится на полках. Здесь прослеживается взаимосвязь: посетитель приходит в библиотеку, регистрируется или представляет уже зарегистрированные личные данные, а после этого ищет нужную литературу и читает ее. Такое сравнение является довольно примитивным. Современные сети работают намного сложнее. Однако такой пример как нельзя лучше подойдет для упрощенного понимания.

Вопрос идентификации терминалов

Поговорим немного о том, как осуществляется распознавание компьютеров сети любого типа. Если кто-то не знает, то при подключении любому терминалу присваивается два типа IP-адреса или уникального идентификатора: внешний и внутренний. Стоит отметить, что внутренний адрес не является уникальным. А нынешний IP адрес – да. В мире не существует двух машин с одинаковымIP. Это позволяет идентифицировать любое устройство, будь то мобильное устройство или компьютерный терминал. За это отвечает специальный протокол. Самым распространенным и широко применяемым на данный момент является протокол IPv4. Практика показывает, что данный протокол уже изжил себя, поскольку он неспособен предоставлять уникальные адреса в связи с возросшим числом клиентских устройств. Достаточно только взглянуть на мобильную технику, за последние десять лет количество применяемых гаджетов возросло на столько, что чуть ли не каждый второй житель земли в своем распоряжении имеет мобильный телефон.

Протокол IPv6

Архитектура сети стала постепенно меняться. На смену версии протокола IPv4 пришла IPv6. Пока она еще не получила особо широкого распространения, однако будущее данного протокола не за горами. В скором времени практически все провайдеры интернета, которые предоставляют доступ услугам связи, постепенно перейдут на этот протокол. Посудите сами, с использованием данного протокола с предоставлением 128-битного адреса можно зарезервировать намного больше адресов, чем при использовании четвертой версии.

Выделенные серверы

Рассмотрим, что собой представляют выделенные серверы. В данном случае обозначение уже говорит само за себя. Они предназначены для выполнения каких-то конкретных задач. Это самый настоящий интернет-сервер виртуального типа, который полностью принадлежит тому пользователю, который берет его в аренду. В этом и состоит смысл хостинга, когда владелец подкасты главного ресурса может размещать на выделенном пространстве любую информацию. За безопасность в данном случае отвечает не арендатор, а тот, кто сдает серверное пространство в аренду. Можно привести достаточно много примеров таких серверов. Здесь вам и личные страницы, ифайлообменники, и игры, и почта.

Локальные сети

Локальные сети, или как их еще часто называют «локалки», создаются для объединения ограниченного числа терминалов в одно целое. Как уже должно быть ясно, архитектура локальной сети в плане подключения, может представлять собой и доступ по типу VPN, и проводное соединение. В обоих случаях потребуется наличие подключения к главному администраторскому серверу. В данном случае сетевые службы могут работать в двойном режиме: с ручным вводом параметров и автоматической идентификацией, заключающейся в присвоении адреса каждой машине. В принципе у локальных сетей есть одна отличительная особенность, которая состоит только в том, что любому терминалу требуется регистрация и центральный сервер. Доступ к «расшаренной» информации может быть либо ограниченным, либо полным. В данном случае все будет зависеть от настроек. Однако если взглянуть даже не облачные сервисы, то по сути они представляют собой виртуальную сеть, в которой пользователи, проходя процедуру аутентификации, получают права для доступа к определенной информации, редактированию и скачиванию файлов. Иногда при этом даже предусмотрено одновременное изменение содержимого файла в режиме реального времени.

Архитектура сети: историческая справка

Перейдем, наконец, к самой большой сети в мире. Это, конечно же, Интернет. Прототипом Интернета принято считать ARPANET. Так называлась коммуникация, которая была разработана в 1969 году в США исключительно для военных целей. Правда, тогда соединение было протестировано только между двумя узлами. Со временем подключение к сети при помощи кабеля было установлено даже с терминалами, которые находятся в Великобритании. Позже появилась идентификация на основе протоколов TCP/IP и система присвоения доменных имен. Именно тогда и возникло то, что сегодня называют Интернетом. Вообще считается, что в сети Интернет не существует единого сервера, на котором могла бы храниться вся информация. На сегодняшний день даже не существует дисковых накопителей такой емкости. Информация распределена между сотнями тысяч отдельных серверов различного типа. Иначе говоря, Интернет можно отнести в равной степени к одноранговой и гибридной сети. При этом на отдельно взятой машине можно создать собственный интернет-сервер, который дает возможность не только управлять параметрами сети и сохранить нужную информацию, но и обеспечить доступ к ней другим пользователям. Самым простым примером является раздача Wi-Fi.

Основные настройки и параметры

Если же говорить о параметрах и настройках, то здесь все довольно просто. Ручной ввод сетевыхIP, прокси и DNS-серверов уже давно не применяется. Вместо этого провайдеры предоставляют услуги автоматического распознавания ПК или мобильного устройства в сети. В операционных системах семейства Windows доступ к данным настройкам осуществляется через свойства сети с выбором параметров протокола IPv4. В настройках указывается автоматическое получение адресов. Это позволяет избавить пользователя от ввода данных вручную. Однако в некоторых случаях, особенно при настройке клиентов RDP или организации доступа к некоторым специфичным службам, ручной ввод данный является обязательным.

Заключение

Как вы сами можете убедиться, разобраться в том, что собой представляет архитектура сети, не представляет особой сложности. В данном обзоре были рассмотрены только основные аспекты организации работы сетей. Этого вполне достаточно для того, чтобы объяснить неподготовленному пользователю принцип работы сети на пальцах. На самом деле все немного сложнее. В данной статье мы не затрагивали понятия серверов прокси, DNS, WINS, DHCP и т.д. Также здесь не рассматривались вопросы, связанные с программным обеспечением. Даже представленной информации будет вполне достаточно для понимания основных принципов функционирования сетей любого типа и структуры.

Сетевая архитектура - это сочетание топологии, метода доступа, стандартов, необходимых для создания работоспособной сети.

Выбор топологии определяется, в частности, планировкой помещения, в котором разворачивается ЛВС. Кроме того, большое значение имеют затраты на приобретение и установку сетевого оборудования, что является важным вопросом для фирмы, разброс цен здесь также достаточно велик.

Топология типа «звезда» представляет собой более производительную структуру (рис. 6). Каждый компьютер, в том числе и сервер, соединяется отдельным сегментом кабеля с центральным коммутатором (рис. 7).

Рисунок 6 - Топология звезда

Рисунок 7 - Сетевой коммутатор

Основным преимуществом такой сети является её устойчивость к сбоям, возникающим вследствие неполадок на отдельных ПК или из-за повреждения сетевого кабеля.

Важнейшей характеристикой обмена информацией в локальных сетях являются так называемые методы доступа (access methods), регламентирующие порядок, в котором рабочая станция получает доступ к сетевым ресурсам и может обмениваться данными.

За аббревиатурой CSMA/CD скрывается английское выражение «Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection » (коллективный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий). С помощью данного метода все компьютеры получают равноправный доступ в сеть. Каждая рабочая станция перед началом передачи данных проверяет, свободен ли канал. По окончании передачи каждая рабочая станция проверяет, достиг ли адресата отправленный пакет данных. Если ответ отрицательный, узел производит повторный цикл передачи/контроля приема данных и так до тех пор, пока не получит сообщение об успешном приеме информации адресатом.

Так как этот метод хорошо зарекомендовал себя именно в малых и средних сетях, для предприятия данный метод подойдет. К тому же сетевая архитектура Ethernet, которую и будет использовать сеть предприятия, использует именно этот метод доступа.

Спецификацию Ethernet в конце семидесятых годов предложила компания Xerox Corporation. Позднее к этому проекту присоединились компании Digital Equipment Corporation (DEC) и Intel Corporation. В 1982 году была опубликована спецификация на Ethernet версии 2.0. На базе Ethernet институтом IEEE был разработан стандарт IEEE 802.3.

В настоящее время технология, применяющая кабель на основе витой пары (10Base - T), является наиболее популярной. Такой кабель не вызывает трудностей при прокладке.

Сеть на основе витой пары, в отличие от тонкого и толстого коаксиала, строится по топологии звезда. Чтобы построить сеть по звездообразной топологии, требуется большее количество кабеля (но цена витой пары не велика). Подобная схема имеет и неоценимое преимущество - высокую отказоустойчивость. Выход из строя одной или нескольких рабочих станций не приводит к отказу всей системы. Правда если из строя выйдет хаб, его отказ затронет все подключенные через него устройства.

Еще одним преимуществом данного варианта является простота расширения сети, поскольку при использовании дополнительных хабов (до четырех последовательно) появляется возможность подключения большого количества рабочих станций (до 1024). При применении неэкранированной витой пары (UTP) длина сегмента между концентратором и рабочей станцией не должна превышать 100 метров, чего не наблюдается в предприятии.

Следующим важным аспектом планирования сети является совместное использование сетевых ресурсов (принтеров, факсов, модемов).

Перечисленные ресурсы могут использоваться как в одноранговых сетях, так и в сетях с выделенным сервером. Однако в случае одноранговой сети сразу выявляются её недостатки. Чтобы работать с перечисленными компонентами, их нужно установить на рабочую станцию или подключить к ней периферийные устройства. При отключении этой станции все компоненты и соответствующие службы становятся недоступными для коллективного пользования.

В сетях с сервером такой компьютер существует по определению. Сетевой сервер никогда не выключается, если не считать коротких остановок для технического обслуживания. Таким образом, обеспечивается круглосуточный доступ рабочих станций к сетевой периферии.

На предприятии имеется десять принтеров: в каждом обособленном помещении. Администрация пошла на расходы для создания максимально комфортных условий работы коллектива.

Теперь вопрос подключения принтера к ЛВС. Для этого существует несколько способов.

Подключение к рабочей станции.

Принтер подключается к той рабочей станции, которая находиться к нему ближе всего, в результате чего данная рабочая станция становится сервером печати. Недостаток такого подключения в том, что при выполнении заданий на печать производительность рабочей станции на некоторое время снижается, что отрицательно скажется на работе прикладных программ при интенсивном использовании принтера. Кроме того, если машина будет выключена, сервер печати станет недоступным для других узлов.

Прямое подключение к серверу.

Принтер подключается к параллельному порту сервера с помощью специального кабеля. В этом случае он постоянно доступен для всех рабочих станций. Недостаток подобного решения обусловлен ограничением в длине принтерного кабеля, обеспечивающего корректную передачу данных. Хотя кабель можно протянуть на 10 и более метров, его следует прокладывать в коробах или в перекрытиях, что повысит расходы на организацию сети.

Подключение к сети через специальный сетевой интерфейс.

Принтер оборудуется сетевым интерфейсом и подключается к сети как рабочая станция. Интерфейсная карта работает как сетевой адаптер, а принтер регистрируется на сервере как узел ЛВС. Программное обеспечение сервера осуществляет передачу заданий на печать по сети непосредственно на подключенный сетевой принтер.

В сетях с шинной топологией сетевой принтер, как и рабочие станции соединяется с сетевым кабелем при помощи Т-коннектора, а при использовании «звезды» - через концентратор.

Интерфейсную карту можно установить в большинство принтеров, но её стоимость довольно высока.

Подключение к выделенному серверу печати.

Альтернативой третьему варианту является использование специализированных серверов печати. Такой сервер представляет собой сетевой интерфейс, скомпонованный в отдельном корпусе, с одним или несколькими разъемами (портами) для подключения принтеров. Однако в данном случае использование сервера печати является непрактичным.

В нашем случае в связи с нерентабельностью установки специального сетевого принтера, покупкой отдельной интерфейсной карты для принтера самым подходящим способом подключения сетевого принтера является подключение к рабочей станции. На это решение повлиял ещё и тот факт, что принтеры расположены около тех рабочих станций, потребность которых в принтере наибольшая.

КУРС «КОМПЬЮТЕРНЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ»

ТЕМА 5a

СЕТЕВЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Понятие компьютерных сетей

Компьютерная сеть (КС) – это совокупность нескольких компьютеров или вычислительных систем, объединенных между собой средствами телекоммуникаций в целях эффективного использования вычислительных и информационных ресурсов при выполнении информационно-вычислительных работ.

Задачи, которые решаются с помощью персональных компьютеров, работающих в локальной сети:

1. Разделение файлов. (позволяет многим пользователям одно временно работать с одним и тетм же файлом, который хранится на цен тральном файл-сервере);

2. Передача файлов (позволяет быстро копировать файлы любого размера с одного компьютера на другой);

3. Доступ к информации и файлам (позволяет запускать прикладные программы с любой рабочей станции компьютерной сети);

4. Разделение прикладных программ (дает возможность двум пользователям применять одну и ту же копию программы);

5. Одновременный ввод данных в прикладные программы (сетевые прикладные программы позволяют нескольким пользователям одновременно вводить данные, необходимые для работы этих программ);

6. Разделение принтера, накопителя и т.д.

В глобальном масштабе компьютерные сети позволяют решить следующие задачи:

1. Обеспечение информацией по всем областям человеческой деятельности;

2. Электронные коммуникации (электронная почта, телеконференции и т.д.).

В настоящее время компьютерные сети делят по территориальному размещению на:

1. Локальные компьютерные сети, LAN-сети (Local Area Network);

2. Региональные компьютерные сети, MAN-сети (Metropolitan Area Network);

3. Глобальные компьютерные сети, WAN-сети (Wide Area Network).

Корпоративная сеть – это, как правило, закрытая компьютерная сеть, в состав которой могут входить сегменты LAN-сетей малых, средних и крупных отделений корпорации, объединенные с центральным офисом MAN и WAN компьютерными сетями с использованием сетевых технологий глобальных компьютерных сетей.

Компьютерные сети – это сложный комплекс., включающий в себя технические, программные и информационные средства.

Технические средства составляют:

1. ЭВМ различных типов (от супер до компьютеров малой мощности);

2. Транспортная (телекоммуникационная) среда передачи данных, связывающая вычислительные центры или сервера сети и клиентские машины;

3. Адаптеры (сетевая карта), коммутаторы, концентраторы, шлюзы, маршрутизаторы и другое сетевое оборудование для подключения компьютеров к транспортной телекоммуникационной среде и организации топологии компьютерной сети.

Концентратор (HUB) предназначен для распознавания конфликтов между элементами сети и их ликвидации, а также синхронизации информационных потоков внутри сети.

Коммутатор – аппаратное средство, обеспечивающее прием, контроль поступления и маршрутизацию информационных пакетов.

Маршрутизатор предназначен для организации взаимосвязи между несколькими локальными сетями, объединения их в сети более высокого уровня, распределения потоков информации между сегментами сетей.

Программные средства компьютерных сетей состоят из трех частей: общего, специального и системного программного обеспечения.

Общее программное обеспечение КС включает:

1. Операционную систему (отвечает за распределение потоков заданий и данных между серверами и клиентскими машинами сети, управление подключением и отключением отдельных серверов сети, обеспечение динамики координации работы сети);

2. Систему программирования (включает средства автоматизации составления программ по технологии клиент/сервер, их трансляции и отладки);

3. Систему технического обслуживания (представляет собой комплекс программ для осуществления проверки и профилактики работы технических и программных средств связи).

Архитектура компьютерных сетей

Архитектура компьютерных сетей может рассматриваться с двух точек зрения:

1. С точки зрения топологии КС, т.е. каким образом организована сеть на физическом уровне;

2. С точки зрения ее логической организации, которая включает такие вопросы, как организация доступа пользователей к информационным ресурсам КС, их иерархия, взаимоотношения между компьютерами, сегментами КС, распределения информационных ресурсов по сети (сервера, базы данных и т.д.), управления сетью в целом и др.

При построении компьютерных сетей важным является выбор физической организации связей между отдельными компьютерами, т.е. топологии сети. Топология – описание физических соединений в LAN (или логических связей между узлами), указывающее, какие пары узлов могут связываться между собой.

Наиболее распространены следующие топологии:

1. Шина – кабель, объединяющий узлы в сеть (компьютеры подключаются к одному общему кабелю (шине), по которому и происходит обмен информацией между компьютерами, преимущества - дешевизна и простота разводки кабеля по отдельным помещениям, недостатки - низкая надежность, так как любой дефект общего кабеля полностью парализует всю сеть, а также невысокая производительность, поскольку в любой момент только один компьютер может передавать данные в сеть);

2. Звезда – узлы сети соединены с центром кабелями-лучами (предусматривает подключение каждого компьютера отдельным кабелем к концентратору, который находится в центре сети, преимущества - высокая надежность, недостатки – дороговизна);

3. Кольцо – узлы объединены в сеть замкнутой кривой (данные передаются по кольцу от одного компьютера к другому, как правило, в одном направлении, если компьютер распознает данные как "свои", то он их принимает, такие сети используются, если требуется контроль предаваемой информации, так как данные, сделав полный оборот, возвращаются к компьютеру-источнику);

4. Смешанная топология – комбинация топологий, перечисленных выше.

Наряду с топологией компьютерной сети, определяющей на физическом уровне построение КС, архитектура компьютерной сети определяет на логическом уровне структуру взаимодействия пользователей, компьютеров и ресурсов КС. Именно на этом уровне руководитель концептуально определяет, кто из пользователей или групп пользователей имеет право доступа к тем или иным ресурсам компьютерной сети (компьютерам, сетевым устройствам, файлам и т.д.) и где находятся эти ресурсы. Администратор компьютерной сети реализует выбранную политику с помощью средств администрирования сети.

На логическом уровне локальные сети могут быть:

1. Одноранговые LAN – это сеть, в которой все компьютеры равноправны и могут выступать в роли как пользователей (клиентов) ресурсов, так и их поставщиков (серверов), предоставляя другим узлам право доступа ко всем или к некоторым из имеющихся в их распоряжении локальным ресурсам (файлам, принтерам, программам);

2. LAN с выделенным сервером. Для эффективного администрирования компьютерных сетей используются сети со специальным компьютером (выделенным сервером).

Существует много серверов компьютерной сети, например, сервер печати, сервер баз данных, сервер приложений, файл-сервер и т.д. В отличие от перечисленных выше сервер компьютерной сети осуществляет управление сетью и на нем, в частности, находятся базы данных, содержащие учетные записи пользователей сети, определяющих их политику доступа к ресурсам КС.

В компьютерных сетях с выделенным сервером рабочие станции подключаются к выделенным серверам, а серверы в свою очередь группируются в домены.

Домен (Domain) – группа компьютеров и периферийных устройств, с общей системой безопасности. В OSI (ниже рассматривается эта модель) термин "домен" используется применительно к административному делению сложных распределенных систем. В сети Internet-часть иерархии имен.

Доменная организация сети позволяет:

1. Упростить централизованное управление сетью;

2. Облегчить создание сетей методом объединения существующих сетевых фрагментов;

3. Обеспечить пользователям однократную регистрацию в сети для доступа ко всем серверам и ресурсам информационной системы независимо от места регистрации.

Важным фактором, определяющим архитектуру компьютерной сети, является ее масштабируемость и, в частности, доменной архитектуры.

При объединении доменов следует выделить три основные модели отношений:

1. Модель мастер-домена (один из доменов объявляется главным, и в нем хранятся записи всех пользователей сети, остальные домены являются ресурсными, все ресурсные домены доверяют главному домену, который является главным мастер-доменом, такая архитектура плохо масштабируется (изменяется число доменов));

2. Модель с несколькими мастер-доменами (несколько доменов объявляются главными, и в каждом из них хранятся учетные записи подмножества пользователей сети, остальные домены являются вторичными, данная модель хорошо масштабируется);

3. Модель полностью доверительных отношений (не существует главного домена, и каждый из них может содержать как учетные записи, так и ресурсы, данная модель хорошо подходит для создания сколь угодно больших сетей, однако чрезвычайно сложна для администрирования сети).

5.3. Internet\Intranet технологии

Интернет изначально строилась как сеть, объединяющая большое количество существующих локальных, и ее предшественницей, как уже упоминалось, являлась сеть ARPANET. Идея создания Интернет возникла в связи с необходимостью построения отказоустойчивой сети, которая могла бы продолжать работу, даже если большая часть ее стала неработоспособной. Решение состояло в том, чтобы создать сеть, где информационные пакеты могли бы передаваться от одного узла к другому без какого-либо централизованного контроля. Если основная часть сети не работает, пакеты самостоятельно должны передвигаться по сети до тех пор, пока не достигнут точки своего назначения. Одновременно сеть должна быть достаточно устойчивой к возможным ошибкам при передаче пакетов, т.е. обладать механизмом контроля пакетов и обеспечить наблюдение за доставкой информации.

Основой сети Интернет является стек проколов TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol). TCP обеспечивает на передающем компьютере разбивку отправляемого сообщения на куски, так называемые дейтаграммы, восстановление на принимающем компьютере сообщения из поступающих дейтаграмм в нужном порядке, повторную отправку не доставленных или поврежденных дейтаграмм. IP выполняет функции маршрутизации и доставки по адресу отдельных дейтаграмм. Стек TCP/IP изначально был разработан для сети ARPANET и рассматривался как экспериментальный протокол для сети с коммутацией пакетов. Эксперимент дал положительный результат и этот протокол был принят в промышленную эксплуатацию, а в дальнейшем расширялся и совершенствовался в течение нескольких лет. В 1983 г. министерство обороны США объявило о переходе к технологии Интернет. Это означало, что с данного момента все компьютеры, присоединенные к глобальной сети, должны использовать стек TCP/IP.

Существует много причин, почему протоколы TCP/IP были выбраны за основы сети Интернет. Это прежде всего возможность работы с указанными протоколами как в локальных, так и глобальных сетях. Кроме того, эти протоколы обеспечивают взаимодействие компьютеров, работающих под управлением различных операционных систем.

Как уже указывалось выше, задачей протокола IP является маршрутизация пакетов сообщений. Маршрутизация между локальными сетями осуществляется в соответствии с IP-адресами. IP-адрес назначается администратором сети во время конфигурации компьютеров и маршрутизаторов. IP-адрес состоит из двух частей: номера локальной сети и номера хоста в ней. Хост представляет собой объект сети, который может передавать и принимать IP-адреса, например, компьютер или маршрутизатор.

Номер локальной сети как составной части Интернет назначается по рекомендации специального подразделения Интернет- Internet Network Information Center (InterNIC). Обычно диапазоны адресов у InterNIC получают специальные организации, занимающиеся поставкой услуг Интернет, - провайдеры. Последние распределяют IP-адреса между своими абонентами. Номер хоста в локальной сети администратор назначает произвольно. IP-адрес имеет длину 4 байта и обычно записывается в виде четырех чисел, представляющих значение каждого байта в десятичной форме и разделенных точками (например, 128.9.1.28). Все IP-адрееа, а значит, и подключаемые к Интернет сети, делятся на четыре класса: класс А, класс В, класс D и класс Е. Сети класса А предназначены главным образом для использования крупными организациями, так как количество таких сетей- 126. Но количество хостов в них составляет 16 777 216. Класс В имеет 65 536 сетей и такое же количество хостов. Класс С определяет 16 777 216 сетей и всего лишь по 256 компьютеров в каждой сети. Сети класса D - это особый класс, т.е. такие IP-адреса присваиваются специфическим сетям, а класс Е зарезервирован для будущих применений.

Поскольку при работе в сети Интернет использовать цифровую адресацию сетей крайне неудобно, то вместо цифр используются символьные имена, называемые доменными именами.

Доменом называется группа компьютеров, объединенных одним именем. Символьные имена дают пользователю возможность лучше ориентироваться в киберпро-странстве Интернет, поскольку запомнить имя всегда проще, чем цифровой адрес. Для преобразования имен в цифровой адрес разработана специальная система DNS (Domain Name System), для реализации которой был создан специальный сетевой протокол DNS. Кроме того, в сети созданы специальные информационно-поисковые компьютеры-серверы (DNS-серверы). DNS-серверы обеспечивают однозначное соответствие между символьными адресами и физическими цифровыми IP-адресами, передаваемыми по сети Интернет. Каждый домен должен иметь свой DNS-сервер. В результате этого в сети Интернет функционирует огромное количество DNS-серверов, которые хранят имена хостов (поддоменов) своего домена. Как и цифровой IP-адрес, имя сервера разделяется точками для удобства построения иерархии в домене на основании имен. По правилам построения имени иерархия задается справа налево. Например, в адресе www.microsoft.com домен верхнего уровня com. По имени можно получить информацию о профиле организации или ее местоположении. Шесть доменов высшего уровня определены следующим образом: gov - правительственные организации, mil - военные организации, edu - образовательные организации, com - коммерческие организации, org - общественные организации, net - организации, предоставляющие сетевые услуги, как правило, региональные сетевые организации.

Кроме того, все страны мира имеют свое собственное символьное имя, обозначающее домен верхнего уровня этой страны. Например, by-Беларусь, de-Германия, us-США, ru-Россия и т.д.

Компоновка и компоненты сети. «Сервер» и «рабочая станция»

Вычислительная сеть(ВС) – это сложный комплекс взаимосвязанных и согласованно функционирующих аппаратных и программных компонентов. Аппаратными компонентами локальной сети являются компьютеры и различное коммуникационное оборудование (кабельные системы, концентраторы и т. д.). Программными компонентами ВС являются операционные системы (ОС) и сетевые приложения.

Компоновкой сети называется процесс составления аппаратных компонентов с целью достижения нужного результата.

В зависимости от того, как распределены функции между компьютерами сети, они могут выступать в трех разных ролях:

1. Компьютер, занимающийся исключительно обслуживанием запросов других компьютеров, играет роль выделенного сервера сети (рис. 1.4).

2. Компьютер, обращающийся с запросами к ресурсам другой машины, играет роль узла-клиента (рис. 1.5).

3. Компьютер, совмещающий функции клиента и сервера, является одноранговым узлом (рис. 1.6).

Рис. 1.4. Компьютер ‑ выделенный сервер сети

Рис. 1.5. Компьютер в роли узла-клиента

Очевидно, что сеть не может состоять только из клиентских или только из серверных узлов.

Сеть может быть построена по одной из трех схем:

· сеть на основе одноранговых узлов – одноранговая сеть;

· сеть на основе клиентов и серверов – сеть с выделенными серверами;

· сеть, включающая узлы всех типов – гибридная сеть.

Каждая из этих схем имеет свои достоинства и недостатки, определяющие их области применения.

Рис. 1.6. Компьютер ‑ одноранговый узел

В одноранговых сетях один и тот же ПК может быть и сервером, и клиентом, в том числе и клиентом своего клиента. В иерархических сетях разделяемые ресурсы хранятся только на сервере, сам сервер может быть клиентом только другого сервера более высокого уровня иерархии.

При этом каждый из серверов может быть реализован как на отдельном компьютере, так и в небольших по объему ЛВС, быть совмещенным на одном компьютере с каким-либо другим сервером.

Существуют и комбинированные сети, сочетающие лучшие качества одноранговых сетей и сетей на основе сервера. Многие администраторы считают, что такая сеть наиболее полно удовлетворяет их запросы.

Архитектура сети определяет основные элементы сети, характеризует ее общую логическую организацию, техническое обеспечение, программное обеспечение, описывает методы кодирования. Архитектура также определяет принципы функционирования и интерфейс пользователя.

Архитектура терминал-главный компьютер;

Одноранговая архитектура;

Архитектура клиент-сервер.

Архитектура терминал-главный компьютер

Архитектура терминал-главный компьютер (terminal-host computer architecture) – это концепция информационной сети, в которой вся обработка данных осуществляется одним или группой главных компьютеров.

Рассматриваемая архитектура предполагает два типа оборудования:

Главный компьютер, где осуществляется управление сетью, хранение и обработка данных;

Терминалы, предназначенные для передачи главному компьютеру команд на организацию сеансов и выполнения заданий, ввода данных для выполнения заданий и получения результатов.

Главный компьютер через МПД взаимодействуют с терминалами, как представлено на рис. 1.7.

Классический пример архитектуры сети с главными компьютерами – системная сетевая архитектура (System Network Architecture – SNA).

Рис. 1.7. Архитектура терминал-главный компьютер

Одноранговая архитектура

Одноранговая архитектура (peer-to-peer architecture) – это концепция информационной сети, в которой ее ресурсы рассредоточены по всем системам. Данная архитектура характеризуется тем, что в ней все системы равноправны.

К одноранговым сетям относятся малые сети, где любая рабочая станция может выполнять одновременно функции файлового сервера и рабочей станции. В одноранговых ЛВС дисковое пространство и файлы на любом компьютере могут быть общими. Чтобы ресурс стал общим, его необходимо отдать в общее пользование, используя службы удаленного доступа сетевых одноранговых операционных систем. В зависимости от того, как будет установлена защита данных, другие пользователи смогут пользоваться файлами сразу же после их создания. Одноранговые ЛВС достаточно хороши только для небольших рабочих групп.

Одноранговые ЛВС являются наиболее легким и дешевым типом сетей для установки. При соединении компьютеров, пользователи могут предоставлять ресурсы и информацию в совместное пользование.

Одноранговые сети имеют следующие преимущества:

Они легки в установке и настройке;

Отдельные ПК не зависят от выделенного сервера;

Пользователи в состоянии контролировать свои ресурсы;

Малая стоимость и легкая эксплуатация;

Минимум оборудования и программного обеспечения;

Нет необходимости в администраторе;

Хорошо подходят для сетей с количеством пользователей, не превышающим десяти.

Проблемой одноранговой архитектуры является ситуация, когда компьютеры отключаются от сети. В этих случаях из сети исчезают виды сервиса, которые они предоставляли. Сетевую безопасность одновременно можно применить только к одному ресурсу, и пользователь должен помнить столько паролей, сколько сетевых ресурсов. При получении доступа к разделяемому ресурсу ощущается падение производительности компьютера. Существенным недостатком одноранговых сетей является отсутствие централизованного администрирования.

Использование одноранговой архитектуры не исключает применения в той же сети также архитектуры терминал-главный компьютер или архитектуры клиент-сервер.

Архитектура клиент-сервер

Архитектура клиент-сервер (client-server architecture) – это концепция информационной сети, в которой основная часть ее ресурсов сосредоточена в серверах, обслуживающих своих клиентов (рис. 1.8). Рассматриваемая архитектура определяет два типа компонентов: серверы и клиенты.

Сервер – это объект, предоставляющий сервис другим объектам сети по их запросам. Сервис – это процесс обслуживания клиентов.

Сервер работает по заданиям клиентов и управляет выполнением их заданий. После выполнения каждого задания сервер посылает полученные результаты клиенту, пославшему это задание.

Сервисная функция в архитектуре клиент-сервер описывается комплексом прикладных программ, в соответствии с которым выполняются разнообразные прикладные процессы.

Рис. 1.8. Архитектура клиент – сервер

Процесс, который вызывает сервисную функцию с помощью определенных операций, называется клиентом. Им может быть программа или пользователь. На рис. 1.9 приведен перечень сервисов в архитектуре клиент-сервер.

Клиенты – это рабочие станции, которые используют ресурсы сервера и предоставляют удобные интерфейсы пользователя. Интерфейсы пользователя (рис. 1.9) это процедуры взаимодействия пользователя с системой или сетью.

В сетях с выделенным файловым сервером на выделенном автономном ПК устанавливается серверная сетевая операционная система. Этот ПК становится сервером. ПО, установленное на рабочей станции, позволяет ей обмениваться данными с сервером. Наиболее распространенные сетевые операционная системы:

NetWare фирмы Novel;

Windows NT фирмы Microsoft;

UNIX фирмы AT&T;

Помимо сетевой операционной системы необходимы сетевые прикладные программы, реализующие преимущества, предоставляемые сетью.

Рис. 1.9. Модель клиент-сервер

Круг задач, которые выполняют серверы в иерархических сетях, многообразен и сложен. Чтобы приспособиться к возрастающим потребностям пользователей, серверы в ЛВС стали специализированными. Так, например, в операционной системе Windows NT Server существуют различные типы серверов:

1. Файл-серверы и принт-серверы. Они управляют доступом пользователей к файлам и принтерам. Так, например, для работы с текстовым документом вы прежде всего запускаете на своем компьютере (PC) текстовый процессор. Далее требуемый документ текстового процессора, хранящийся на файл-сервере, загружается в память PC, и таким образом Вы можете работать с этим документом на PC. Другими словами, файл-сервер предназначен для хранения файлов и данных.

2. Серверы приложений (в том числе сервер баз данных (БД), WEB-сервер). На них выполняются прикладные части клиент серверных приложений (программ). Эти серверы принципиально отличаются от файл-серверов тем, что при работе с файл-сервером нужный файл или данные целиком копируются на запрашивающий PC, а при работе с сервером приложений на PC пересылаются только результаты запроса. Например, по запросу можно получить только список работников, родившихся в сентябре, не загружая при этом в свою PC всю базу данных персонала.

3. Почтовые серверы управляют передачей электронных сообщений между пользователями сети.

4. Факс-серверы управляют потоком входящих и исходящих факсимильных сообщений через один или несколько факс-модемов.

5. Коммуникационные серверы управляют потоком данных и почтовых сообщений между данной ЛВС и другими сетями или удаленными пользователями через модем и телефонную линию. Они же обеспечивают доступ к Internet.

6. Сервер служб каталогов предназначен для поиска, хранения и защиты информации в сети. Windows NT Server объединяет PC в логические группы-домены, система защиты которых наделяет пользователей различными правами доступа к любому сетевому ресурсу.

Клиент является инициатором и использует электронную почту или другие сервисы сервера. В этом процессе клиент запрашивает вид обслуживания, устанавливает сеанс, получает нужные ему результаты и сообщает об окончании работы.

Сети на базе серверов имеют лучшие характеристики и повышенную надежность. Сервер владеет главными ресурсами сети, к которым обращаются остальные рабочие станции.

В современной клиент-серверной архитектуре выделяется четыре группы объектов: клиенты, серверы, данные и сетевые службы. Клиенты располагаются в системах на рабочих местах пользователей. Данные в основном хранятся в серверах. Сетевые службы являются совместно используемыми серверами и данными. Кроме того службы управляют процедурами обработки данных.

Сети клиент-серверной архитектуры имеют следующие преимущества:

Позволяют организовывать сети с большим количеством рабочих станций;

Обеспечивают централизованное управление учетными записями пользователей, безопасностью и доступом, что упрощает сетевое администрирование;

Эффективный доступ к сетевым ресурсам;

Пользователю нужен один пароль для входа в сеть и для получения доступа ко всем ресурсам, на которые распространяются права пользователя.

Наряду с преимуществами сети клиент-серверной архитектуры имеют и ряд недостатков:

Неисправность сервера может сделать сеть неработоспособной;

Требуют квалифицированного персонала для администрирования;

Имеют более высокую стоимость сетей и сетевого оборудования.

Выбор архитектуры сети

Выбор архитектуры сети зависит от назначения сети, количества рабочих станций и от выполняемых на ней действий.

Следует выбрать одноранговую сеть, если: