Архитектура сетей

Преимущества работы в сети перед работой на ПЭВМ заключаются в том, что пользователь имеет значительные возможности за счет доступа к ее ресурсам, например, получить информацию (доступную для пользователей сети), находящуюся на других ПЭВМ, подключенных к сети. Имеется возможность воспользоваться мощными ЭВМ для запуска каких-либо программ (удаленный запуск программ), обмениваться информацией с другими пользователями сети. При этом можно сэкономить определенные средства за счет того, что сразу несколько пользователей получат возможность работать с одним общим устройством, например принтером.

Так, для офиса, учебного класса, отдела фирмы гораздо лучше и дешевле купить один дорогой, но хороший и быстродействующий принтер и использовать его как сетевой, чем к каждому компьютеру покупать дешевые, но плохие принтеры.

При организации связи между двумя компьютерами часто за одним компьютером закрепляется роль поставщика ресурсов (программ, данных и т. д.), а за другим — роль пользователя данных ресурсов. В этом случае первый компьютер называется сервером, а второй — клиентом или рабочей станцией, работающей под управлением специального программного обеспечения.

Сервер (англ, serve — обслуживать) — это высокопроизводительный компьютер с большим объемом внешней памяти, который обеспечивает обслуживание других компьютеров путем управления распределением дорогостоящих ресурсов совместного пользования (программ, данных и периферийного оборудования).

Клиент (рабочая станция) — любой компьютер, имеющий доступ к услугам сервера. Например, сервером может быть мощный компьютер, на котором размещается центральная база данных, а клиентом — обычный компьютер, программы которого по мере необходимости запрашивают данные с сервера. В некоторых случаях компьютер может быть одновременно и клиентом, и сервером, т. е. предоставлять свои ресурсы и хранимые данные другим компьютерам и в то же время использовать их ресурсы и данные.

Протокол коммуникации — это согласованный набор конкретных правил обмена информацией между разными устройствами передачи данных. Имеются протоколы для скорости передачи, форматов данных, контроля ошибок и др.

Для работы с сетью необходимо наличие специального сетевого программного обеспечения, которое обеспечивает передачу данных в соответствии с заданным протоколом. Протоколы коммуникации предписывают разбить весь объем передаваемых данных на пакеты — блоки фиксированного размера. Пакеты нумеруются, чтобы затем их можно было собрать в правильной последовательности. К данным, содержащимся в пакете, добавляется дополнительная информация следующего формата (рис. 4.1).

Адрес

получателя

Адрес

отправителя

Длина

Данные

Поле

контрольной суммы

Рис. 4.1. Формат пакета данных

Контрольная сумма данных пакета содержит информацию, необходимую для контроля ошибок. Первый раз она вычисляется передающим компьютером, второй раз — принимающим компьютером, после того как пакет будет передан. Если значения не совпадают, значит, данные пакета были повреждены при передаче. Такой пакет отбрасывается, и автоматически направляется запрос повторно передать пакет.

При установлении связи устройства обмениваются сигналами для согласования коммуникационных каналов и протоколов. Этот процесс называется подтверждением установления связи.

Архитектура сети реализованная структура сети передачи данных, определяющая ее топологию, состав устройств и правила их взаимодействия в сети. В рамках архитектуры сети рассматриваются вопросы кодирования информации, ее адресации и передачи, управления потоком сообщений, контроля ошибок и анализа работы сети в аварийных ситуациях и при ухудшении характеристик.

Наиболее распространенные архитектуры:

  • • Ethernet (англ, ether — эфир) — широковещательная сеть, в которой станции сети могут принимать все сообщения. Топология сети линейная или звездообразная, скорость передачи данных 10 или 100 Мбит/с;
  • • Arcnet (Attached Resource Computer Network — компьютерная сеть соединенных ресурсов) — широковещательная сеть. Физическая топология — дерево, скорость передачи данных 2,5 Мбит/с;
  • • Token Ring (эстафетная кольцевая сеть, сеть с передачей маркера) — кольцевая сеть, в которой принцип передачи данных основан на том, что каждый узел кольца ожидает прибытия некоторой короткой уникальной последовательности битов (маркера) из смежного предыдущего узла. Поступление маркера указывает на то, что можно передавать сообщение из данного узла дальше по ходу потока. Скорость передачи данных 4 или 16 Мбит/с;
  • • FDDI (Fiber Distributed Data Interface) — сетевая архитектура высокоскоростной передачи данных по оптоволоконным линиям. Топология — двойное кольцо или смешанная (с включением звездообразных или древовидных подсетей), скорость передачи 100 Мбит/с. Максимальное количество станций в сети — 1000;
  • • ATM (Asynchronous Transfer Mode) — перспективная, дорогая архитектура, обеспечивает передачу цифровых данных, видеоинформации и голоса по одним и тем же линиям, скорость передачи до 2,5 Гбит/с. Линии связи оптические.

Для соединения используется специальное оборудование:

  • сетевые кабели (коаксиальные, состоящие из двух изолированных между собой концентрических проводников, из которых внешний имеет вид трубки; оптоволоконные; кабели на витых парах, образованные двумя переплетенными друг с другом проводами, и др.);
  • коннекторы (соединители) для подключения кабелей к компьютеру, разъемы для соединения отрезков кабеля;
  • сетевые интерфейсные адаптеры для приема и передачи данных. В соответствии с определенным протоколом управляют доступом к среде передачи данных. Размещаются в системных блоках компьютеров, подключенных к сети. К разъемам адаптеров подключается сетевой кабель;
  • трансиверы повышают уровень качества передачи данных по кабелю, отвечают за прием сигналов из сети и обнаружение конфликтов;
  • хабы (концентраторы) и коммутирующие хабы (коммутаторы) расширяют топологические, функциональные и скоростные возможности компьютерных сетей. Хаб с набором разнотипных портов позволяет объединять сегменты сетей с различными кабельными системами. К порту хаба можно подключать как отдельный узел сети, так и другой хаб или сегмент кабеля;
  • повторители (репитеры) усиливают сигналы, передаваемые по кабелю при его большой длине.

Технология «клиент—сервер». Характер взаимодействия компьютеров в локальной сети принято связывать с их функциональным назначением. Как и в случае прямого соединения, в рамках локальных сетей используются понятия «клиент» и «сервер». Технология «клиент—сервер» — это особый способ взаимодействия компьютеров в локальной сети, при котором один из компьютеров (сервер) предоставляет свои ресурсы другому компьютеру (клиенту). В соответствии с этим различают одноранговые и серверные сети.

При одноранговой архитектуре в сети отсутствуют выделенные серверы, каждая рабочая станция может выполнять функции клиента и сервера. В этом случае рабочая станция выделяет часть своих ресурсов в общее пользование всем рабочим станциям сети. Как правило, одноранговые сети создаются на базе одинаковых по мощности компьютеров. Одноранговые сети — достаточно простые в наладке и эксплуатации. В том случае, когда сеть состоит из небольшого числа компьютеров и ее основная функция — обмен информацией между рабочими станциями, одноранговая архитектура является наиболее приемлемым решением (табл. 4.1).

Таблица 4.1. Одноранговые ЛВС и ЛВС с выделенным файловым сервером

В одноранговых ЛВС все рабочие места (компьютеры) обладают одинаковыми возможностями по отношению друг к другу

В ЛВС с выделенным сервером один из компьютеров (сервер) наделяется диспетчерскими функциями. Этот компьютер, как правило, обладает наибольшей производительностью и управляет накопителями на жестких дисках (файловый сервер), поддерживает коллективные периферийные устройства, такие как устройства печати (сервер печати), графопостроители, стримеры, сканеры, модемы и т. п.)

Для ЛВС используются различные типы кабелей, а также ра-диоволновые, инфракрасные и оптические каналы.

Топология вычислительной сети. От конфигурации ЛВС зависит, как размещаются абоненты сети и как они соединяются между собой. Существует несколько конфигураций локальных вычислительных сетей (табл. 4.2).

Таблица 4.2. Топологии локальных вычислительных сетей

Топология

Описание

Абонент I Абонент 2 Абонент 3

Шинной называется такая конфигурация сети, при которой к незамкнутому каналу (шине) с некоторым интервалом подключаются абоненты. Информация от абонен-та-источника распространяется по каналу в обе стороны. Для раздельной передачи сигнала по одной шине применяют временное или частотное разделение шины. В первом случае каждому абоненту для ведения передачи выделяется определенный отрезок времени, во втором случае — полоса частот для обмена информацией между абонентами. Передача может вестись с помощью модемов. Такой метод передачи используется, например, в кабельном телевидении

Абонент 4 Абонент 5

Окончание табл. 4.2

Звездообразные ЛВС возникли на основе учрежденческих телефонных сетей с АТС.

В центре звездообразной ЛВС находится центральный коммутатор, который последовательно опрашивает абонентов и предоставляет им право на обмен данными

В кольцевых ЛВС информация передается по замкнутому каналу (кольцу), в большинстве случаев только в одном направлении. Каждый абонент непосредственно связан с двумя соседними абонентами, но «прослушивает» передачу любого абонента сети

Управление сетями. Вычислительные сети имеют те же недостатки, что и ПК в виде автономной системы. Ошибочные включения и выключения какого-либо оборудования, выход за границы области, злоупотребления информацией и (или) манипулирование сетью могут разрушить рабочую систему. Обеспечение надежности функционирования сети входит в обязанности администратора сети, который должен быть всегда информирован о физическом состоянии и производительности сети и вовремя принимать соответствующие решения.

Администратор сети управляет счетами и контролирует права доступа к данным. Для этого в сетях применяется система имен и адресация. Каждый пользователь имеет собственный идентификатор — имя, в соответствии с которым получает ограниченный доступ к сетевым ресурсам и к времени работы в сети. Пользователи, кроме того, могут быть объединены в группы со своими правами и ограничениями. Для предотвращения несанкционированного доступа применяется система паролей.

Один из недостатков одноранговых сетей — наличие распределенных данных и возможность изменения серверных ресурсов каждой рабочей станции — усложняет защиту информации от несанкционированного доступа. Понимая это, разработчики начинают уделять особое внимание вопросам защиты информации в одноранговых сетях. Другой недостаток одноранговых сетей — их низкая производительность. Это объясняется тем, что сетевые ресурсы сосредоточены на рабочих станциях, которым приходится одновременно выполнять функции клиентов и серверов.

В серверных сетях осуществляется четкое разделение функций между компьютерами: одни из них постоянно являются клиентами, а другие — серверами. Учитывая многообразие услуг, предоставляемых компьютерными сетями, существует несколько типов серверов, а именно: сетевой сервер, файловый сервер, сервер печати, почтовый сервер и др.

Сетевой сервер представляет собой специализированный компьютер, ориентированный на выполнение основного объема вычислительных работ и функций по управлению компьютерной сетью. Этот сервер содержит ядро сетевой операционной системы, под управлением которой осуществляется работа всей локальной сети. Сетевой сервер обладает достаточно высоким быстродействием и большим объемом памяти. При подобной сетевой организации функции рабочих станций сводятся к вводу-выводу информации и обмену ею с сетевым сервером.

Термин файловый сервер относится к компьютеру, основная функция которого — хранение, управление и передача файлов данных. Он не обрабатывает и не изменяет сохраняемые и передаваемые им файлы. Сервер может «не знать», является ли файл текстовым документом, графическим изображением или электронной таблицей. В общем случае на файловом сервере могут даже отсутствовать клавиатура и монитор. Все изменения в файлах данных осуществляются с клиентских рабочих станций. Для этого клиенты считывают файлы данных с файлового сервера, проводят необходимые изменения данных и возвращают их на файловый сервер. Подобная организация наиболее эффективна при работе большого количества пользователей с общей базой данных. В рамках больших сетей могут одновременно использоваться несколько файловых серверов.

Сервер печати (принт-сервер) представляет собой печатающее устройство, которое с помощью сетевого адаптера подключается к передающей среде. Сервер печати работает независимо от других сетевых устройств, обслуживает заявки на печать от всех серверов и рабочих станций. В качестве серверов печати используются специальные высокопроизводительные принтеры.

При высокой интенсивности обмена данными с глобальными сетями в рамках локальных сетей выделяются почтовые серверы,, с помощью которых обрабатываются сообщения электронной почты.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >