Сетевые технологии

Сетевые технологии

 

Объединение компьютеров в вычислительную сеть позволяет увеличить производительность труда людей, работающих на них. Скоординированная  рабочая группа способна выполнять  более сложные проекты, состоящие  из множества отдельных задач, и  компьютерные сети помогают рабочим  группам в решении связанных  с этим проблем.

Разнообразие компьютерных сетей велико. Несомненное лидерство  здесь, как и в создании компьютеров  вообще, принадлежит США. Общее число  только достаточно крупных сетей  в мире достигает нескольких сотен (около 250). Конечно, среди них есть группы сетей с довольно близкими характеристиками и даже программно-совместимые.

Создание крупных компьютерных сетей потребовало анализа различных  концепций их построения, исследования широкого набора вариантов аппаратных и программных средств и многого  другого. Благодаря тому, что США  удалось реализовать такую гигантскую “исследовательскую площадку”, многие проблемы были именно там успешно  и за короткий срок решены.

В настоящее время информационно-вычислительные системы принято делить на 3 основных типа:

- LAN (Lokal Area Network) - локальная сеть в пределах предприятия, учреждения, одной организации;

- MAN (Metropolitan Area Network) - городская или региональная сеть, т.е. сеть в пределах города, области и т.п.;

- WAN (Wide Area Network) - глобальная сеть, соединяющая абонентов страны, континента, всего мира.

Информационные системы, в которых средства передачи данных принадлежат одной компании и  используются только для нужд этой компании, принято называть Сеть Масштаба Предприятия или Корпоративная  Сеть (Enterprise Network). Для автоматизации  работы производственных предприятий  часто используются системы на базе протоколов MAP/TOP:

MAP (Manufacturing Automation Protocol) - сеть для производственных предприятий, заводов (выполняется автоматизация работы конструкторских отделов и производственных, технологических цехов). MAP позволяет создать единую технологическую цепочку от конструктора, разработавшего деталь, до оборудования, на котором изготавливают эту деталь.

TOP (Technical and Office Protocol) - протокол автоматизации технического и административного учреждения.

MAP/TOP системы, полностью автоматизирующие работу производственного предприятия.

Понятие локальная вычислительная сеть - ЛВС (англ. LAN - Local Area Network) относится  к географически ограниченным (территориально или производственно) аппаратно-программным  реализациям, в которых несколько  компьютерных систем связанны друг с  другом с помощью соответствующих  средств коммуникаций. Благодаря  такому соединению пользователь может  взаимодействовать с другими  рабочими станциями, подключенными  к этой ЛВС.

Существует два основных типа сетей: одноранговые и сети на ос-нове сервера. В одноранговой сети все компьютеры равноправны: нет  иерархии среди компьютеров и  нет выделенного (англ. dedicated) сервера. Как правило, каждый компьютер функционирует  и как клиент, и как сервер;

иначе говоря, нет отдельного компьютера, ответственного за администрирование  всей сети. Все пользователи самостоятельно решают, какие данные на своем компьютере сделать общедоступным по сети. На сегодняшний день одноранговые сети бесперспективны, поэтому в данной работе они не рассматриваются. Если к сети подключено более 10 пользователей, то одноранговая сеть, где компьютеры выступают в роли и клиентов, и  серверов, может оказаться недостаточно производительной. Поэтому большинство  сетей использует выделенные серверы. Выделенным называется такой сервер, который функционирует только как  сервер (исключая функции клиента  или рабочей станции). Они специально оптимизированы для быстрой обработки  запросов от сетевых клиентов и для  управления защитой файлов и каталогов. Сети на основе сервера стали промышленным стандартом, и именно они будут  рассмотрены в этой работе. Существуют и комбинированные типы сетей, совмещающие лучшие качества одноранговых сетей и сетей на основе сервера.

В производственной практики ЛВС играют очень большую роль. Посредством ЛВС в систему  объединяются персональные компьютеры, расположенные на многих удаленных  рабочих местах, которые используют совместно оборудование, программные  средства и информацию. Рабочие места  сотрудников перестают быть изолированными и объединяются в единую систему. Рассмотрим преимущества, получаемые при сетевом объединении персональных компьютеров в виде внутрипроизводственной вычислительной сети.

• Разделение ресурсов.

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

• Разделение данных.

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

• Разделение программных средств.

Разделение программных  средств предоставляет возможность  од-новременного использования централизованных, ранее установленных программных  средств.

• Разделение ресурсов процессора.

При разделении ресурсов процессора возможно использование вы-числительных мощностей для обработки данных другими системами, входящими в  сеть. Предоставляемая возможность  заключается в том, что на имеющиеся  ресурсы не «набрасываются» моментально, а только лишь через специальный  процессор, доступный каждой рабочей  станции.

• Многопользовательский  режим.

Многопользовательские свойства системы содействуют одновре-менному  использованию централизованных прикладных программных средств, обычно заранее  установленных на сервере приложения (англ. Application Server).

Все ЛВС работают в одном  стандарте принятом для компьютерных сетей - в стандарте Open Systems Interconnection (OSI).

При рассмотрении процедур межсетевого взаимодействия всегда опираются на стандарты, разработанные International Standard Organization (ISO). Эти стандарты  получили название "Семиуровневой  модели сетевого обмена" или в  английском варианте "Open System Interconnection Reference Model" (OSI Ref. Model). В данной модели обмен информацией может быть представлен в виде стека, представленного  на рис.1. Как видно из рисунка, в  этой модели определяется все - от стандарта  физического соединения сетей до протоколов обмена прикладного программного обеспечения. Дадим некоторые комментарии  к этой модели.

Физический уровень данной модели определяет характеристики физической сети передачи данных, которая используется для межсетевого обмена. Это такие  параметры, как: напряжение в сети, сила тока, число контактов на разъемах и т.п. Типичными стандартами этого  уровня являются, например RS232C, V35, IEEE 802.3 и т.п.

К канальному уровню отнесены протоколы, определяющие соединение, например, SLIP (Strial Line Internet Protocol). PPP (Point to Point Protocol), NDIS, пакетный протокол, ODI и т.п. В  данном случае речь идет о протоколе  взаимодействия между драйверами устройств  и устройствами, с одной стороны, а с другой стороны, между операционной системой и драйверами устройства. Такое определение основывается на том, что драйвер - это, фактически, конвертор данных из оного формата  в другой, но при этом он может  иметь и свой внутренний формат данных.

К сетевому (межсетевому) уровню относятся протоколы, которые отвечают за отправку и получение данных, или, другими словами, за соединение отправителя и получателя. Вообще говоря, эта терминология пошла от сетей коммутации каналов, когда отправитель и получатель действительно соединяются на время работы каналом связи. Применительно к сетям TCP/IP, такая терминология не очень приемлема. К этому уровню в TCP/IP относят протокол IP (Internet Protocol). Именно здесь определяется отправитель и получатель, именно здесь находится необходимая информация для доставки пакета по сети.

Транспортный  уровень отвечает за надежность доставки данных, и здесь, проверяя контрольные суммы, принимается решение о сборке сообщения в одно целое. В Internet транспортный уровень представлен двумя протоколами TCP (Transport Control Protocol) и UDP (User Datagramm Protocol). Если предыдущий уровень (сетевой) определяет только правила доставки информации, то транспортный уровень отвечает за целостность доставляемых данных.

Уровень сессии определяет стандарты взаимодействия между собой прикладного программного обеспечения. Это может быть некоторый промежуточный стандарт данных или правила обработки информации. Условно к этому уровню можно отнеси механизм портов протоколов TCP и UDP и Berkeley Sockets. Однако обычно, рамках архитектуры TCP/IP такого подразделения не делают.

Уровень обмена данными  с прикладными программами (Presentation Layer) необходим для преобразования данных из промежуточного формата сессии в формат данных приложения. В Internet это преобразование возложено на прикладные программы.

Уровень прикладных программ или приложений определяет протоколы обмена данными этих прикладных программ. В Internet к этому уровню могут быть отнесены такие протоколы, как: FTP, TELNET, HTTP, GOPHER и т.п.

Вообще говоря, стек протоколов TCP отличается от только что рассмотренного стека модели OSI. Обычно его можно  представить в виде схемы, представленной на рисунке 1.

Рисунок 1. Семиуровневая модель протоколов межсетевого обмена OSI

 

В этой схеме на уровне доступа  к сети располагаются все протоколы  доступа к физическим устройствам. Выше располагаются протоколы межсетевого  обмена IP, ARP, ICMP. Еще выше основные транспортные протоколы TCP и UDP, которые кроме сбора  пакетов в сообщения еще и  определяют какому приложению необходимо данные отправить или от какого приложения необходимо данные принять. Над транспортным уровнем располагаются протоколы  прикладного уровня, которые используются приложениями для обмена данными.

 

 

 

Рисунок 2. Структура стека протоколов TCP/IP

 

Состав, характер и особенности  подключения различных ЭВМ в  структуру сети характеризует сетевую  топологию.

В таблице 1 приведена сравнительная характеристика сетей с различной архитектурой.

 

Таблица 4 -Сравнительная характеристика сетей с различной архитектурой

Тип архитектуры	Характеристика типа архитектуры
"Звезда".	Эта архитектура используется в  телефонных линиях связи, а также в соединениях ЭВМ 8100 фирмы IBM. Выход из строя центральной ЭВМ ставит под угрозу работу всей сети. Однако простота соединения способствует легкости локализации неисправностей, и выход из строя какого -либо переферийного устройства не отразится на работе остальных станций. В этой архитектуре важную роль играет длина кабеля. Влияние длины кабеля на качество работы становится очевидным, когда требуется подключить новую станцию. Итак, главное здесь: • центральная ЭВМ; • простота устранения неисправностей; • сеть легко расширить; • требуется много кабеля.
Кольцевая архитектура.	Станции соединяются последовательно  и образуют петлю. Сигналы передаются от одной станции к другой в заданном направлении, пока не перехватываются адресуемой станцией, которая идентифицируется точным адресом. Каждая ПЭВМ воспроизводит принятый сигнал, что позволяет не учитывать фактор расстояния при такой архитектуре. В петлю можно включить дополнительные станции, и это не влияет на качетсво сигнала. Но, если хотя бы одна из станций выходит из строя, цепь разрывается и сеть перестает функционировать. Эта архитектура была использована фирмой IBM в своей локальной сети Token Ring. Итак, главное здесь: • сеть легко расширить; • незначительная длина соединений; • трудно устранять неисправности.

 

 

Тип архитектуры

Характеристика типа архитектуры

Шинная архитектура.

Эта архитектура требует наименьшей длины кабеля. Соединение шинойбыло использовано в первых локальных сетях -Ethernet фирмы XEROX и PcNetwork фирмы IBM. Содержанием сети является один - единственный кабель, к которому подключаются различные станции. Здесь очевидной является возможность ослабление сигнала; если основной кабель слишком длинен или на пути электрического сигнала встречается слишком много станций, то к концу кабеля сигнал может просто исчезнуть. В этом случае приходится, так же как и в телефонных сетях, применять повторители сигналов, а это делает сеть более громоздкой. Итак, главное здесь: • существуют проблемы, связанные с ослаблением сигналов, что ограничивает возможности расширения такой сети; • простота устранения неисправностей; • незначительная длина соединений.

 

Кроме ЛВС существуют глобальные вычислительные сети (ГВС), которые  строятся как универсальные многомашинные  ассоциации, базирующиеся на использовании дорогостоящих вычислительных комплексов и уникальных систем передачи данных на большие расстояния с разветвленными каналами связи (спутниковыми, телеграфными, радиорелейными, телефонными и др.).

 

 

Таблица 5

Перечень информационных служб Internet

Сервис	Краткая характеристика сервиса
E-MAIL	Электронная почта (ЭП)
USENET	Телеконференции. USENET работает по принципу “многие ко многим”. Все сообщения USENET передаются свободно по всему миру, от одной сетевой станции к другой. Сетевые станции сохраняют у себя по одной копии передаваемых сообщений для того, чтобы работающие через нее пользователи смогли их прочитать. Периодически станции связываются с соседними узлами и сравнивают списки имеющихся статей. Если у одной из установивших связь станций нет каких-либо статей, эти статьи автоматически ей передаются. В настоящее время имеется около 5 тыс. постоянно действующих телеконференций посвященных самым различным темам -коммерческие, технические, научные, образовательные и т.д. Многие сетевые станции организуют и поддерживают свои локальные конференции, затрагивающие вопросы, предоставляющие интерес только для конкретной страны, области или города.
Mailing list	Данный сервис представляет собой  еще один способ общения пользователей  сети. В отличие от конференций, которые хранятся на центральном компьютере, maillist-сообщения попадают прямо к пользователю в электронный почтовый ящик. Здесь сначала пользователь должен получить разрешение на присоединение к существующему списку рассылки сообщений. Затем пользователь отправляет свое послание координатору выбранного списка рассылки сообщений, который, в свою очередь, распространяет его по всем остальным участникам. Maillist-координатор сам решает стоит ли рассылать далее сообщение пользователя своим подписчикам. Пользователь избавлен от большого числа писем, не относящихся к выбранной им тематике или не представляющих интереса при обсуждении тех или иных вопросов.
TELNET	Эта программа позволяет получить доступ к БД, каталогам библиотек и другим информационным ресурсам по всему миру.
FTP	Сервис копирования файлов. Тысячи систем, подключенных к Internet, имеют большие информационные архивы, открытые для общего пользования. Большинство архивов содержит бесплатные или shareware программы практически для каждого типа компьютеров. Наиболее общий способ получить выбранный пользователем файл с удаленной машины - использовать сервис удаленного копирования файлов ftp.