Понятие и задачи создания компьютерных сетей

За счет возможности оптимального размещения вычислительных средств (компьютеров) в сети и их оптимальной загрузки, а также оперативного (динамического) ее перераспределения, в компьютерной сети может быть существенно повышена эффективность использования вычислительных средств по сравнению с автономным их использованием. При этом существенно расширяется перечень услуг, предоставляемых пользователям, поскольку сеть может объединять значительные вычислительные мощности с широким набором разнообразного оборудования и программного обеспечения. В компьютерных сетях, как правило, существенно снижается относительная стоимость передачи данных за счет совместного использования каналов связи многими абонентами. Снижаются также затраты на создание программного и информационного обеспечения за счет исключения их дублирования.

Таким образом, компьютерные сети позволяют решать такие качественно новые задачи как, например: обработка информации, которую в силу тех или иных причин нельзя выполнить в автономном режиме работы компьютера; создание на обширной территории распределенных информационных систем различного функционального назначения с включением в них большого числа пользователей.

Естественно, что различные подходы нашли определенное отражение и в сетевых структурах. Однако, как и все сложные системы, компьютерные сети характеризуются определенными, присущими только им, принципами организации. Все эти вопросы рассматриваются в рамках архитектуры, которая определяет общие принципы построения, функциональные характеристики исследуемой системы. Архитектура компьютерных сетей охватывает вопросы организации логической и физической структуры (топологии) сети, структурную организацию аппаратных и программных средств, правила (протоколы) их взаимодействия. В компьютерных сетях широко используется многоуровневый принцип структурной организации, при котором все множество сетевых функций распределяется по определенным уровням. При этом взаимодействие между уровнями осуществляется стандартным образом, что обеспечивает определенную независимость функций, принадлежащих различным уровням. В первую очередь, это необходимо для реализации принципа открытости вычислительных сетей, являющегося неотъемлемой частью современных сложных систем.

В качестве автоматизированных систем обработки информации вычислительные сети могут использоваться:

• в промышленности для планирования и управления в рамках предприятий, объединений, отраслей;

• на транспорте для планирования и управления производительным процессом, например, воздушным движением, для резервирования и продажи билетов на транспортные средства;

• в банковско-финансовой деятельности для различных финансовых расчетов;

• в научно-исследовательской и проектно-конструкторской деятельности для повышения эффективности обмена и предоставления требуемой информации, объединения отдельных исследователей или проектировщиков, а также коллективов для проведения исследований или проектных работ, для использования дополнительных компьютерных мощностей при проведении сложных расчетов;

• в области медицины.

Основной эффект от создания сети — это полная доступность ресурсов сети для пользователей. Пользователи, подключенные к сети, имеют доступ ко всем главным компьютерам, входящим в сеть, и, следовательно, получают возможность использовать память этих компьютеров для хранения данных и процессоры для их обработки. Пользователям доступны программное обеспечение, имеющееся в сети, и базы данных в компьютерах, что позволяет им оперативно их использовать. Как правило, сети предоставляют возможность параллельно обрабатывать данные сразу несколькими вычислительными машинами. Возможно построение распределенных баз данных, размещенных в памяти нескольких компьютеров, а за счет этого создание сложных информационных структур. Информационные связи между пользователями позволяют решать задачи моделирования сложных систем, выполнять проектные и другие работы, опирающиеся на распределенное программное обеспечение и базы данных. Таким образом, сетевая обработка и хранение данных — качественно новая организация обработки, при которой в значительной мере увеличиваются сложность и скорость решения задач, требующих участия большого числа пользователей.

Сеть позволяет повысить уровень загрузки компьютеров, доступность программного обеспечения и баз данных. Это обусловлено двумя факторами. Во-первых, сеть обслуживает большое количество пользователей, поэтому нагрузка, создаваемая всеми пользователями, в меньшей степени подвержена колебаниям, чем нагрузка, создаваемая отдельным пользователем или группой. Этот эффект имеет статистическую природу и оценивается дисперсией среднего значения нагрузки, создаваемой пользователями. Так, если среднеквадратическое отклонение нагрузки, создаваемое одним пользователем, равно b, то n пользователей создают суммарную нагрузку, среднеквадратическое отклонение которой равно , то есть колебания нагрузки, создаваемой, например, 100 пользователями, в 10 раз меньше, чем у создаваемой одним пользователем. Следовательно, увеличивается вероятность того, что в каждый момент времени существует работа для каждого компонента сети, то есть увеличивается загрузка сети.

Во-вторых, стабилизируется загрузка сети, когда сеть охватывает территорию, расположенную в нескольких часовых поясах. Эффект стабилизации особенно существен для эксплуатации специализированных и проблемно-ориентированных компьютеров, аналого-цифровых вычислительных комплексов, информационно-справочных систем и др.

Как показывает практика, за счет расширения возможностей обработки данных и лучшей загрузки ресурсов стоимость обработки данных средствами сети снижается в полтора раза и более по сравнению с обработкой данных на несвязанных машинах.