Электронный учебник по "ИТ в профессиональной деятельности"

КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ

С появлением персональных компьютеров вопросы обмена данными приняли глобальный характер. Благодаря специальным программным и аппаратным средствам стало возможным организовать взаимодействие между людьми, отдаленными друг от друга на расстояние в десятки тысяч километров.

Создание компьютерных сетей вызвано потребностью совместного использования информации на удаленных друг от друга компьютерах. Сети представляют пользователям ПК возможность не только обмена информацией, но также совместного использования оборудования и одновременной работы с документами.

Компьютерной вычислительной сетью называют совокупность взаимосвязанных через каналы передачи данных компьютеров, обеспечивающих пользователя средствами обмена информацией и коллективного использования ресурсов сети (аппаратных, программных и информационных).

Основное назначение компьютерных сетей – обеспечить совместный доступ пользователей к информации (базам данных, документам и т.д.) и ресурсам (жесткие диски, принтеры, накопители CDROM, модемы, выход в глобальную сеть и т.д.).

Применение вычислительных сетей позволяет решить следующие задачи обработки и хранения информации в условиях современного предприятия.

    1. Образование единого информационного пространства, способного охватить всех пользователей предприятия и предоставить им информацию, созданную в разное время и с использованием разного программного обеспечения.

    2. Обеспечение эффективной системы накопления, хранения и поиска финансово- экономической информации по текущей работе предприятия, а также по проделанной некоторое время назад (архивная информация) с помощью создания глобальной базы данных.

    3. Повышение достоверности информации и надежности ее хранения путем создания устойчивой  к сбоям информационной системы.

    4. Обеспечение своевременной обработки документов и построения на базе этого действующей системы анализа, прогнозирования и оценки обстановки с целью принятия оптимального решения и выработки стратегии развития.

Все сети независимо от сложности основываются на принципе совместного доступа к информации.

Для эффективной работы сетей используются специальные ОС, которые в отличие от персональных ОС предназначены для решения специальных задач по управлению работой сети и называются сетевыми.  Сетевые  ОС  устанавливаются  на  специально  выделенные    компьютеры,  называемые  серверами.

Все устройства, подключаемые к сети, можно разделить на три функциональные  группы: рабочие станции, серверы сети и коммутационные узлы.

Рабочая станция (workstation) – это персональный компьютер, подключенный к сети, на котором пользователь выполняет свою работу. Каждая рабочая станция обрабатывает свои локальные файлы и использует свою операционную систему, но при этом ему доступны ресурсы сети.

Сервер сети (server) – это компьютер, подключенный к сети и предоставляющий пользователям сети определенные услуги, например хранение данных общего пользования, печать документов. По выполненным функциям серверы подразделяются на файловый сервер, сервер без данных и сервер прикладных программ.

К коммутационным узлам сети относятся следующие устройства: повторители, коммутаторы (мосты), маршрутизаторы и шлюзы.

                  КЛАССИФИКАЦИЯ СЕТЕЙ ПО МАСШТАБАМ

Существующие сети по широте охвата пользователей можно классифицировать следующим образом: глобальные, региональные (городские) и локальные.

Глобальные вычислительные сети (WAN) объединяют пользователей, расположенных на значительном расстоянии друг от друга. В общем случае компьютер может находиться в любой точке земного шара. Это обстоятельство делает экономически невозможным прокладку линий связи, например телефонные линии связи. Абоненты таких сетей могут находиться на расстоянии 10…15 тыс. км. Обычно скорости WAN лежат в диапазоне от 9,6 Кбит/с до 45 Мбит/с.

Региональные вычислительные сети (MAN) объединяют различные города, области и небольшие страны. Абоненты могут находиться в 10…100 км. В настоящее время каждая такая сеть является частью некоторой глобальной сети и особой спецификой по отношению к глобальным сетям не отличается. Типичные MAN работают со скоростями от 56 Кбит/с до 100 Мбит/с.

Корпоративные (отраслевые) сети могут объединять тысячи и десятки тысяч компьютеров какой-либо корпорации, размещенных в различных странах и городах

Локальные вычислительные сети (ЛВС, или LAN) объединяют компьютеры, как правило, одной организации, которые располагаются компактно в одном или нескольких зданиях.   Размер локальных сетей не превышает нескольких километров (до 10 км). В качестве физической линии связи в таких сетях применяются витая пара, коаксиальный кабель, оптико-волоконный кабель. Например, типичная LAN занимает пространство такое же, как одно здание или небольшой научный городок, и работает со скоростями от 4 Мбит/с до 21 Гбит/с.

 Локальная вычислительная сеть – это совокупность компьютеров и других средств вычислительной техники (сетевого оборудования, принтеров, сканеров и т.п.), объединенных с помощью кабелей и сетевых контроллеров, работающая под управлением сетевой операционной системы.

Для ускорения передачи информации между компьютерами в локальной сети используются специальные сетевые контроллеры, а все компьютеры в сети работают под управлением сетевого программного обеспечения.

        КЛАССИФИКАЦИЯ СЕТЕЙ ПО ТОПОЛОГИИ, ИЛИ АРХИТЕКТУРЕ

Топология сети – это логическая схема соединения компьютеров каналами связи. Чаще всего в локальных сетях используется одна из трех основных топологий: моноканальная (шинная), кольцевая или звездообразная.

Шинная топология. При шинной топологии среда передачи информации представляется  в форме  пути, доступного для всех рабочих станций,  к которому они все должны быть подключены. Все рабочие станции могут непосредственно вступить в контакт с любой рабочей станцией, имеющейся в сети. На концах коммуникационного пути размещаются терминаторы, служащие для гашения сигнала.

Рабочие станции в любое время, без прерывания работы всей вычислительной сети, могут быть подключены к ней или отключены. Функционирование  вычислительной сети не зависит от состояния отдельной рабочей станции. При повреждении кабеля в любом месте сети вся сеть становится неработоспособной. Максимальная пропускная способность таких сетей составляет 10 Мбит/с. Такая пропускная способность недостаточна для современных видео- и мультимедийных приложений, поэтому почти повсеместно применяются сети со звездообразной архитектурой.

Достоинствами шинной топологии являются низкая стоимость, простота построения и наращивания сети. Недостатки – низкая скорость работы сети и малая надежность.

Кольцевая топология. При кольцевой топологии сети рабочие станции связаны одна с другой по кругу: последняя рабочая станция связана с первой, при этом коммуникационная связь замыкается в кольцо.

Прокладка кабелей от одной рабочей станции  до другой может быть довольно сложной и дорогостоящей, особенно если географическое расположение рабочих станций далеко от формы кольца (например, в линию).

Сообщения в такой сети циркулируют регулярно по кругу. Пересылка сообщений является очень эффективной, так ка большинство сообщений можно отправлять «в дорогу» по кабельной системе одно за другим. Продолжительность передачи информации увеличивается пропорционально количеству рабочих станций, входящих в вычислительную сеть.

Основная проблема, которая возникает в сетях кольцевой топологии, заключается в том, что каждая рабочая  станция  должна активно участвовать в пересылке информации, и в случае выхода из строя хотя бы одной из них вся сеть парализуется. Подключение новой рабочей станции требует краткосрочного выключения сети, так как во время  установки кольцо должно быть разомкнуто. Ограничения на протяженность вычислительной сети не существует, так как оно определяется исключительно расстоянием между двумя рабочими станциями.

Специальной формой кольцевой топологии является логическая кольцевая сеть. Физически она монтируется как соединение звездных топологий. Отдельные звезды включаются с помощью специальных концентраторов. В зависимости от числа   станций и длины кабеля между рабочими станциями применяют активные или пассивные концентраторы.

Активные концентраторы дополнительно содержат усилитель для подключения от 4 до 16 рабочих станций. Пассивный концентратор является исключительно разветви-  тельным  устройством (максимум на три рабочие станции). Каждой рабочей станции присваивают  соответствующий ей адрес, по которому передается управление (от старшего к младшему и от самого младшего к самому старшему). 

Звездообразная топология. Этот тип топологии предполагает, что головная машина получает и обрабатывает все данные с периферийных устройств как активный узел обработки данных.

Вся информация между двумя периферийными рабочими местами проходит через  узел вычислительной сети. Для построения  сети со звездообразной архитектурой в центре сети необходимо поместить концентратор. Его основная функция – обеспечение связи между компьютерами, входящими в сеть, т.е. все компьютеры, включая файловый сервер, не связываются непосредственно друг с другом, а присоединяются  к концентратору.

При использовании топологии этого типа пропускная способность сети определяется вычислительной мощностью узла сети и гарантируется для каждой рабочей станции. Столкновений данных в такой сети не возникает. 

Топология в виде звезды является наиболее быстродействующей из всех топологий вычислительных сетей, поскольку передача данных между рабочими станциями происходит через  центральный узел по отдельным линиям, используемым только этими рабочими станциями. Частота запросов на передачу информации от одной станции к другой невысокая по сравнению с достигаемой в других топологиях.

Достоинством является также и то, что повреждение одного из кабелей приводит к выходу из строя только того луча «звезды», где находится поврежденный кабель, при этом остальная часть сети остается работоспособной.

Недостатком этой архитектуры является более высокая стоимость, более сложная структура, а также особенности наращивания, заключающиеся в том, что концентраторы имеют ограниченное количество портов для подключения компьютеров.

СРЕДА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

В современных сетях в качестве такой среды чаще всего используются различные виды кабелей и радиосвязь в различных диапазонах.

В локальных сетях широкое распространение получила именно кабельная связь. Кабель представляет собой проводник, помещенный в изолирующие материалы. Наиболее часто используются витая пара, коаксиальный кабель и оптико-волоконные линии.

Витая пара – это наиболее распространенное  и дешевое кабельное соединение, представляющее собой пару скрученных проводов. Она обеспечивает достаточную скорость передачи данных (до 100 Мбит/с), проста в монтаже и нетребовательна в эксплуатации. Монтаж сети на витой паре ведется только по звездообразной топологии. Единственным недостатком применения этого вида кабеля является небольшая длина луча «звезды» (до 100 м), что необходимо учитывать при построении сетей в многоэтажных зданиях, а также в больших офисах.

Коаксиальный кабель имеет среднюю цену, хорошо помехозащищен и применяется для связи на большие расстояния (несколько километров). Скорость передачи данных по коаксиальному кабелю от 1 до 10 Мбит/с, а в некоторых случаях может достигать 50 Мбит/с. Коаксиальный кабель используется для передачи информации в широкополосном диапазоне частот.

Оптико-волоконные линии (стекловолоконный кабель) являются наиболее дорогими. Скорость распространения информации по ним достигает 100 Мбит/с. Допустимое расстояние между компьютерами – более 50 км. Внешнее воздействие помех на передачу информации практически отсутствует. Такие сети применяются при передаче информации на большие расстояния без повторителей.

ТИПЫ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ

Компьютер, подключенный к локальной компьютерной сети, является рабочей станцией или сервером в зависимости от выполняемых им функций. Эффективно эксплуатировать мощности локальной сети позволяет применение технологии «Клиент – Сервер». В этом случае приложение делится на две части: клиентскую и серверную.

Локальные сети с выделенным сервером

В сетях с выделенным сервером именно ресурсы сервера, чаще всего дисковая память, доступны всем пользователям.  Серверы, разделяемым ресурсом которых является дисковая память, называются файл-серверами (файловыми серверами). Файл-сервер обычно используется администратором сети и не предназначен для решения прикладных задач.

Сетевое программное обеспечение, управляющее ресурсами файлового сервера и предоставляющее к нему доступ всех абонентов сети, – сетевая операционная система. Основная часть системы находится в файловом сервере, а ее небольшая часть размещается в компьютерах пользователей, получивших название рабочих станций. На рабочих станциях может использоваться любая операционная система, и должна быть запущена программа – драйвер, обеспечивающий доступ к локальной сети.

При выборе компьютера на роль файлового сервера необходимо учитывать следующие факторы:

ü  быстродействие процессора;

ü  скорость доступа к файлам, размещенным на жестком диске;

ü  емкость жесткого диска;

ü  объем оперативной памяти;

ü  уровень надежности сервера.

Наиболее важным компонентом файлового сервера является дисковый накопитель. На нем хранятся все файлы пользователей сети. Быстрота доступа, емкость и надежность накопителя во многом определяют, насколько эффективным будет использование сети.

Сетевой контроллер, установленный на сервере,  – это устройство, через которое проходят практически все данные, циркулирующие в локальной сети, поэтому к быстродействию этого контроллера предъявляются повышенные требования.

Важной функцией файлового сервера является управление сетевым принтером. Сетевой принтер подключается к файловому серверу, но пользоваться им можно с любой рабочей станции. Каждый пользователь может отправить на сетевой принтер материалы, предназначенные для печати. Регулировать очередность доступа к файловому принтеру будет файловый сервер.   

Одноранговые локальные сети

В небольших локальных сетях все компьютеры обычно равноправны, и пользователи самостоятельно решают, какие ресурсы своего компьютера сделать общедоступными в сети. При этом  любой компьютер может быть и файловым сервером, и рабочей станцией одновременно. Такие сети называются одноранговыми. Преимущество одноранговых сетей заключается в том, что нет необходимости копировать используемые сразу несколькими пользователями файлы на сервер.

Основной недостаток работы одноранговой сети  заключается в значительном увеличении времени решения прикладных задач. Это связано с тем, что каждый компьютер сети отрабатывает все запросы, идущие к нему со стороны других пользователей. Следовательно, в одноранговых сетях каждый компьютер работает значительно интенсивнее, чем в автономном режиме.

ПРЕИМУЩЕСТВА РАБОТЫ В ЛОКАЛЬНОЙ СЕТИ

1. Разделение ресурсов

Это позволяет экономно использовать ресурсы, например, управлять периферийными устройствами, такими, как принтеры, внешние устройства хранения информации, модемы и т.д., со всех подключенных рабочих станций.

2. Разделение данных

Разделение данных предоставляет возможность доступа и управления базами данных с периферийных рабочих мест, нуждающихся в информации.

3. Разделение программных средств

В этом случае появляется возможность одновременного использования централизованных, ранее установленных программных средств.

4. Разделение ресурсов процессора

В этом случае возможно использование вычислительных мощностей для обработки данных другими системами, входящими в сеть.

5. Многопользовательский режим

Этот режим позволяет одновременно использовать централизованные прикладные программные средства, которые обычно устанавливаются на сервере приложений.

Изучив теоретический материал, ответьте на следующие вопросы:

1) Дайте определение компьютерной сети. Каково основное назначение компьютерной сети?

2) Опишите виды устройств, подключаемых к сети.

3) Что понимается под топологией локальной сети?

4) Какие компьютерные сети бывают по масштабам?

5) Заполните таблицу:

6) Опишите кратко технологию «Клиент-Сервер».

7) Какие сети называются одноранговыми?

8) Ответьте на вопросы теста:

Контрольный тест