7. 5. Сетевые компьютерные технологии

Компьютерной сетью (информационной сетью) называется группа компьютеров, соединенных между собой с помощью специальной аппаратуры, обеспечивающей обмен данными. Компьютерные сети выполняют функции реализации совместного использования аппаратных и программных ресурсов, а также осуществления совместного доступа к информационным ресурсам. Под аппаратным ресурсом понимаются, прежде всего, принтеры и емкости жестких дисков. Программы и данные, хранящиеся на составляющих сеть компьютерах, представляют собой соответственно программный и информационный ресурс. Основные причины широкого распространения компьютерных сетей в сфере управления:

- потребность работников организации - пользователей персональных компьютеров в обмене информацией между собой, в совместном использовании программных, аппаратных и информационных ресурсов, в получении доступа к информационным и вычислительным ресурсам других организаций или учреждений.

- распространение относительно недо­рогих персональных компьютеров, вычислительные мощности которых достаточны для решения широко спектра практических задач.

- наличие на рынке широкого спектра аппаратных и программных коммуникационных средств, обеспечивающих легкое и относительно дешевое соединение персональных компьютеров в локальные вычислительные сети.

Преимущества сетевого использования вычислительной техники:

- возможность быстрого, малозатратного и недорогого обмена информацией между пользователями сети;

- устранение дублирования информации и проблем, связанных с актуализацией данных для многочисленных пользователей в органи­зации;

- экономичное коллективное использование относительно дорогих сетевых ресурсов - программного обеспечения, принтеров, памяти большого объема и т. д.;

- общесистемное повышение производительности за счет введения и сети специализированных компонентов (например, файл-серверов, серверов баз данных, сер­веров приложений);

- наличие дополнительных сетевых услуг, таких как, организация электронной почты, проведение телеконференций и т. п.;

- повышенная надежность при наличии в сети дублирующих эле­ментов системы обработки данных.

Классификация сетевых технологий осуществляется по признакам специализации, способу организации, способу связи, составу компьютеров, наличия ограничений на состав пользователей, охвату территории. Признак специализации лежит в основе выделения универсальных и специализированных сетевых технологий. Универсальные технологии предназначены для решения широкого круга задач пользователей, а специализированные – для решения ограниченного перечня специальных задач. Специализированными являются, в частности, технологии резервирования мест на авиационные рейсы.

По способу организации различают одноранговые (одноуровневые) и двухуровневые (иерархические) технологии. Двухуровневые технологии предполагают, что в составе сети имеются рабочие станции, а также выделяется специальный компьютер, называемый сервером. Сервер обслуживает рабочие станции и предоставляет им свои ресурсы, которые обычно значительно выше, чем ресурс рабочей станции. За счет специализации компьютеров достигается повышение производительности сети, более широкий спектр и качество услуг

Компьютерные сети, в которых отсутствует выделенный сервер, причем все компьютеры могут взаимодействовать друг с другом на равных правах, называются одноранговыми. Здесь функции сервера и рабочей станции совмещены: каждый компьютер пользователя может предоставлять другому компьютеру свои ресурсы или запрашивать их у него и использовать чужие. Одноранговые сети существенно дешевле и проще в эксплуатации.

По составу компьютеров сетевые технологии классифицируют на однородные и неоднородные. Однородные технологии предполагают наличие в сети компьютеров одного типа, разработанных одной фирмой. Неоднородные технологии базируются на единых универсальных стандартах взаимодействия, обеспечивающих возможность использования разнотипных компьютеров, поставляемых различными фирмами.

Способ связи позволяет разделить проводные, беспроводные и спутниковые сетевые технологии. В проводных технологиях в качестве физической среды для передачи данных используются плоский двухжильных кабель, витая пара проводов, коаксиальный кабель либо световод. Беспроводные сетевые технологии используют частотные каналы передачи данных – инфракрасное излучение, СВЧ – излучение, широкополосные радиосигналы. Они уступают по скорости передачи данных проводным технологиям. Радиус надежной связи различается, в зависимости от типа излучения и не превышает нескольких сотен метров. Вместе с тем, для перехода к беспроводной технологии нет необходимости что-либо изменять в уже имеющейся сети: беспроводные рабочие станции интегрируются в кабельную сеть. Спутниковые сетевые технологии предполагают наличие двух частотных каналов – для отправителя и для получателя. Их применение оправдано при значительном удалении абонентов друг от друга, а также если использование традиционных – проводных технологий сопряжено с большим ослаблением сигналов и наличием шумов.

По признаку наличия ограничений на состав пользователей различаются сети закрытого и открытого типа. В закрытых сетях доступ к ресурсам разрешен ограниченному кругу абонентов. Открытые сети ориентированы на обслуживание любы пользователей без ограничений.

По охвату территории различают локальные и глобальные (крупномасштабные) технологии. Признаками локальной сетевой технологии являются: небольшое количество и однородность используемых компьютеров; использование единого комплекта протоколов для всех участников сети; компактность ее размещения – в одном помещении, на одном этаже здания, в одном здании, либо в группе близко расположенных зданий, и небольшие расстояния между узлами сети; объединение компьютеров в сеть с помощью высокоскоростного оборудования.

Следствием этого является более простые методы управления взаимодействием узлов сети, а также более высокие скорости передачи данных. Стандартами таких сетей в настоящее время являются протоколы сетей ArcNet, Token Ring и Ethernet.

Для глобальных сетевых технологий характерно следующее: масштабность – как по площади, охватываемой сетью, так и по количеству имеющихся в ней узлов; географическая удаленность друг от друга компьютеров, расположенных на значительном расстоянии в разных городах и странах; использование разными узлами сети различных протоколов; неоднородность: элементами сети являются как отдельные компьютеры, так и локальные сети. Архитектура и программное обеспечение входящих в состав сети компьютеров также могут быть различными; основу сети составляют мощные многопользовательские вычислительные системы и специализированные компьютеры, выполняющие функции коммуникационных узлов. В составе глобальных технологий по их принадлежности выделяют территориальные или региональные, корпоративные или ведомственные, а также федеральные сетевые технологии.

Существует следующие основные способы объединения компьютеров в локальную сеть (топологии сети): «звезда», «общая шина», «кольцо». Топология «звезда» предполагает, что каждый компьютер подключен с помощью отдельного кабеля к объединяющему устройству. Топология «общая шина» означает, что используется один кабель, к которому подключены все компьютеры сети. При использовании топологии «кольцо» компьютеры соединяются последовательно и данные передаются от одного к другому как бы по эстафете. Простейшее соединение двух компьютеров для обмена данными называется прямым соединением. Возможны различные сочетания указанных структур, в частности, гибридные построения типа шина - звезда или кольцо - звезда. В свою очередь, несколько локальных сетей, имеющих различную топологию, можно объединить в единую сеть.

Основными проблемами, решаемыми при создании компьютерных сетей, являются обеспечение совместимости оборудования по электрическим и механическим характеристикам, а также обеспечение совместимости программ и данных на уровне системы кодирования и формата данных. Решение подобных проблем лежит в сфере стандартизации. На основе технических предложений Международного института стандартов (International Standards Organization - ISO) создана так называемая Модель взаимодействия открытых систем – Model of Open System Interconnections (OSI). В соответствии с этой моделью системы компьютерной связи используют семь уровней взаимодействия: прикладной, представления, сеансовый, транспортный, сетевой, канальный (иначе говоря, уровень соединения), физический. Взаимодействие в рамках каждого из семи уровней осуществляется с использовани­ем соответствующих правил и соглашений, называемых протоколами передачи данных или сетевыми протоколами.

Протокол уровня 1 (физического) определяет электромехани­ческие, функциональные и процедурные характеристики физического соединения устройств. Он обеспечивает обмен сигналами между устройствами. Обеспечивает также для следующего уровня прозрачность передачи битов, мониторинг производительности, физи­ческий контроль и исправление ошибок.

Протокол уровня 2 (канального) обеспечивает функциональ­ные и процедурные средства активизации, поддержки и деактивизации логического (информационного канала) между двумя смежными узлами. Протокол обеспечивает для нужд 3-го уровня выполнение таких фун­кций, как синхронизация и упорядочение при передаче пакетов, об­наруживает ошибки и исправляет данные в передаваемых пакетах, а также осуществляет контроль перегрузок в информационном канале.

Протокол уровня 3 (сетевого) обеспечивает установление соединения между двумя абонентами сети в сети, поддерживает и ликвидирует это соединение. Этот протокол содержит процедуры передачи сигналов (сигнальных пакетов), сетевой маршрутизации, формирования пакетов и сборки сообщений, контроля перегрузок и управления информационными потоками.

Протокол уровня 4 (транс­портного) обеспечивает надежность и прозрачность передачи данных по сети между двумя конечными системами независимо от типа подсети связи.

Протокол уровня 5 (сеансового) обеспечивает управление диалогом между взаимодействующими приложениями (организация и синхронизация диалога).

Протокол уровня 6 (представительного) устраняют проблемы синтаксического несоответствия в диалоге используемых разными приложениями кодов и форматов данных.

Протокол уровня 7 (прикладного) обеспечивает взаимодействие пользователя с вычислительной системой.

Каждый из уровней использует при взаимодействии систем-абонентов услуги нижестоящего уров­ня и обеспечивает своими услугами вышестоящий уровень.

Модель OSI не определяет международные, государственные или промышленные стандарты сетевого взаимодействия, а носит рекомендательный ха­рактер. В настоящее время стандартами для неоднородных сетей ста­ли лишь первые три уровня этой модели.

Основными элементами компьютерных сетей являются каналы связи, станции, узлы, коммуникационная сеть. Для объединения компьютеров могут использоваться коаксиальный кабель, неэкранированная витая пара, а также телефонные, волоконно-оптические, спутниковые и иные виды линий связи.

Устройства, взаимодействующие между собой через сеть, принято называть станциями. В качестве станций могут выступать компьюте­ры, терминалы, принтеры и другое коммуникационное оборудование.

При отсут­ствии непосредственной связи между источником и потребителем передача осуществляется через промежуточные, коммуникационные узлы сети, основная функция которых - обеспечить передачу информации транзитом.

Множество коммуникационных узлов в совокупности со связы­вающими их между собой каналами связи образуют коммуникацион­ную сеть (подсеть связи). Если в качестве станций, подключаемых к узлам коммуникационной сети, выступают компьютеры и терминалы, то подсеть связи с подключенными к ней станциями образует вычислительную сеть. Наличие подсети связи с коммуникацион­ными узлами является отличительной особенностью крупномасштаб­ных вычислительных сетей.

Несколько однотипных локальных сетей могут образовывать более сложные структуры с помощью общих сетевых узлов – «мостов». Для связи между собой нескольких локальных сетей, работающих по разным протоколам, служат специальные средства – шлюзы. Шлюзы бывают аппаратными (специальный компьютер – шлюзовый сервер) и программными (шлюзовое приложение).

К основным требованиям, предъявляемым к сетям, относятся простота использования, высокая скорость передачи информации, низкая стоимость и соблюдение секретности. При организации локаль­ной сети разработчик обычно сталкивается с выбором передающей сре­ды, конфигурации сети и протоколов, управляющих ее работой, а также инст­рументальных средств.

Группу сотрудников, работающих над одним и тем же проектом в рамках локальной сети, называют рабочей группой. В рамках одной сети могут существовать несколько рабочих групп. Участники рабочих групп могут иметь различные права для доступа к общим ресурсам сети. Это отражается в политике сети, как совокупности процедур ограничения и разделения прав участников сети. Управление организацией работы участников сети осуществляет администратор сети. Его деятельность, направленная, в частности, на регулирование доступа к общим ресурсам участников разных рабочих групп, для которых действует соответствующая политика, называется администрированием сети.