Мандрыкин А.В. Информационные технологии в экономике

Подождите немного. Документ загружается.

110

7. СЕТЕВЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Локальная вычислительная сеть (ЛВС) - набор аппа-

ратных и программных средств, обеспечивающих соединение

нескольких отдельных компьютерных рабочих мест (рабочих

станций) и других периферийных устройств (принтеров, дис-

ковых контроллеров и т.п.) к единому каналу передачи данных

и позволяющих им совместно использовать общую дисковую

память, периферийные устройства, обмениваться данными.

Среди аппаратных средств можно выделить компьютеры и

коммуникационное оборудование.

Программные компоненты состоят из операционных систем

и сетевых приложений.

В настоящее время в сети используются компьютеры раз-

личных типов и классов с различными характеристиками. Это ос-

нова любой вычислительной сети. Компьютеры, их характери-

стики определяют возможности вычислительной сети. Но в по-

следнее время и коммуникационное оборудование (кабельные сис-

темы, повторители, мосты, маршрутизаторы и др.) стало играть

не менее важную роль. Некоторые из этих устройств, учитывая

их сложность, стоимость и другие характеристики, можно на-

звать компьютерами, решающими сугубо специфические задачи

по обеспечению работоспособности сетей.

Для эффективной работы сетей используются специальные

операционные системы (ОС), которые, в отличие от персональных

операционных систем, предназначены для решения специальных

задач по управлению работой сети компьютеров. Это сетевые

операционные системы. Одними из наиболее распространенных

являются UNIX, OS/2, Novell NetWare и Windows Server 2003.

Сетевые приложения — это прикладные программные ком-

плексы, которые расширяют возможности сетевых ОС. Среди них

можно выделить почтовые программы, системы коллективной

работы, сетевые базы данных и др. В процессе развития сете-

вых ОС некоторые функции сетевых приложений становятся

обычными функциями ОС.

111

7.1. Аппаратные средства ЛВС

Все устройства, подключаемые к сети, можно разделить

на три функциональные группы:

− рабочие станции;

− серверы сети;

− коммуникационные узлы.

Рабочая станция (workstation) (РС) — это персональный

компьютер, подключенный к сети, на котором пользователь се-

ти выполняет свою работу. Каждая рабочая станция обрабаты-

вает свои локальные файлы и использует свою операционную

систему. Но при этом пользователю доступны ресурсы сети.

Можно выделить три типа рабочих станций: рабочая

станция с локальным диском, бездисковая рабочая станция,

удаленная рабочая станция.

На рабочей станции с диском (жестким или гибким) опе-

рационная система загружается с этого локального диска. Для

бездисковой станции операционная система загружается с дис-

ка файлового сервера. Удаленная рабочая станция — это стан-

ция, которая подключается к локальной сети через телекомму-

никационные каналы связи (например, с помощью телефонной

сети). Она обычно обладает своим локальным диском.

Сервер сети (server) – это компьютер, подключенный к

сети и предоставляющий пользователям сети определенные

услуги, например, хранение данных общего пользования, пе-

чать заданий и т.п. По выполняемым функциям можно выде-

лить следующие группы серверов:

Файловый сервер (file server) (ФС) — компьютер, храня-

щий данные пользователей сети и обеспечивающий доступ

пользователей к этим данным. Как правило, этот компьютер

имеет большой объем дискового пространства. Файловый сер-

вер обеспечивает одновременный доступ пользователей к об-

щим данным.

Файловый сервер выполняет следующие функции:

• хранение данных;

• архивирование данных;

112

• согласование изменений данных, выполняемых разны-

ми пользователями;

• передачу данных.

Сервер баз данных (data base server) — компьютер, выпол-

няющий функции хранения, обработки и управления файлами

баз данных (БД).

Сервер баз данных выполняет следующие функции:

• хранение баз данных, поддержку их целостности, пол-

ноты, актуальности;

• прием и обработку запросов к базам данных, а также

пересылку результатов обработки на рабочую станцию;

• обеспечение авторизированного доступа к базам данных,

поддержку системы ведения и учета пользователей, разграниче-

ние доступа пользователей;

• согласование изменений данных, выполняемых разными

пользователями;

• поддержку распределенных баз данных, взаимодействие с

другими серверами баз данных, расположенными в другом месте.

Сервер прикладных программ (application server) — компью-

тер, используемый для выполнения прикладных программ поль-

зователей.

Коммуникационный сервер (communications server) — уст-

ройство или компьютер, который предоставляет пользователям ло-

кальной сети прозрачный доступ к своим последовательным пор-

там ввода/вывода. С помощью коммуникационного сервера мож-

но создать разделяемый модем, подключив его к одному из портов

сервера. Пользователь, подключившись к коммуникационному

серверу, может работать с таким модемом так же, как если бы мо-

дем был подключен непосредственно к рабочей станции.

Сервер доступа (access server) — позволяет организовать

защищенное беспроводное подключение рабочих станций к

корпоративным сетям и сетям операторов при полном контро-

ле за параметрами соединения.

Факс-сервер (fax server) — устройство или компьютер, ко-

торый выполняет рассылку и прием факсимильных сообщений

для пользователей локальной сети.

113

Сервер резервного копирования данных (back up server) —

устройство или компьютер, который решает задачи создания, хра-

нения и восстановления копий данных, расположенных на фай-

ловых серверах и рабочих станциях. В качестве такого сервера

может использоваться один из файловых серверов сети.

Следует отметить, что все перечисленные типы серверов мо-

гут функционировать на одном выделенном для этих целей ком-

пьютере.

***

При построении больших сетей однородная структура свя-

зей превращается из преимущества в недостаток. В таких сетях

использование типовых структур порождает различные ограни-

чения, важнейшими из которых являются:

• ограничения на длину связи между узлами;

• ограничения на количество узлов в сети;

• ограничения на интенсивность трафика узлов.

Для снятия этих ограничений используются специальные

методы структуризации сети и специальное структурообразую-

щее оборудование - коммуникационные узлы:

− повторители (концентраторы);

− мосты;

− коммутаторы;

− маршрутизаторы;

− шлюзы.

Часть сети, в которую не входит устройство расширения,

принято называть сегментом сети.

Повторитель (repeater) — устройство, усиливающее или

регенерирующее пришедший на него сигнал.

Повторитель, который имеет несколько портов и соединяет

несколько физических сегментов, часто называют концентрато-

ром (concentrator) или хабом (hub).

Существуют активные и пассивные концентраторы. Ак-

тивные концентраторы дополнительно содержат усилитель для

подключения от 4 и более рабочих станций. Пассивный кон-

центратор является исключительно разветвительным устрой-

ством (максимум на 3 рабочие станции и максимально воз-

114

можное расстояние до рабочей станции не должно превышать

нескольких десятков метров).

Концентратор, приняв пакет из одного сегмента, передает

его во все остальные. При этом концентратор не выполняет раз-

вязку присоединенных к нему сегментов. В каждый момент вре-

мени во всех связанных концентратором сегментах поддерживает-

ся обмен данными только между двумя станциями.

Мост (bridge) также объединяет несколько сегментов сети.

При этом он передает информацию из одного сегмента в другой

только в том случае, если такая передача действительно необхо-

дима. Таким образом, мост изолирует трафик одной подсети от

трафика другой, повышая общую производительность передачи

данных в сети. Именно мост обычно используется для связи сетей

между собой, а также для подключения удаленных РС к ЛВС.

Однако мосты используют для локализации трафика аппа-

ратные адреса компьютеров. Это затрудняет распознавание при-

надлежности того или иного компьютера к определенному логи-

ческому сегменту.

Коммутатор (switch) по принципу обработки кадров дан-

ных ничем не отличается от моста, однако обладает дополнитель-

ными возможностями, за счет чего общая производительность

коммутатора обычно выше, чем моста.

Однако применение мостов и коммутаторов приводит к

значительным ограничениям на конфигурацию связей сети – сег-

менты должны быть соединены таким образом, чтобы в сети не

образовывались замкнутые контуры. Для снятия этого и других

ограничений используются маршрутизаторы и шлюзы.

Маршрутизатор (router) более надежно и более эффектив-

но, чем мост, изолирует трафик отдельных частей сети друг от

друга. Маршрутизаторы образуют логические сегменты посред-

ством явной адресации. Маршрутизатор анализирует адрес назна-

чения и направляет данные по оптимально выбранному маршру-

ту. При этом маршрутизаторы могут работать в сети с замкнуты-

ми контурами. Также очень важной функцией маршрутизатора

является возможность связывать в единую сеть подсети, постро-

енные с использованием разных сетевых технологий.

115

Шлюз (gateway) — это устройство, позволяющее объеди-

нить сети, использующие разные протоколы обмена данными.

Впрочем, шлюз, также как и другое коммуникационное оборудо-

вание, тоже обеспечивает локализацию трафика.

***

В глобальных сетях связь между ЛВС осуществляется

посредством мостов.

Мост обычно определяется как соединение между двумя

сетями, которые используют одинаковый протокол взаимодей-

ствия, одинаковый тип среды передачи данных и одинаковую

структуру адресации.

Существует два базовых типа мостов (в сетевой операци-

онной системе Novell NetWare):

• внутренний - располагается в файловом сервере;

• внешний - располагается в рабочей станции.

Внешние мосты и их ПО устанавливаются в рабочей

станции, которая функционирует не как файловый сервер. По-

этому внешний мост может передавать данные более эффек-

тивно, чем внутренний.

По функциональным признакам различают выделенные и

совмещенные мосты.

Выделенный

- это ПК, использующийся как мост - не

может функционировать как рабочая станция.

Совмещенный

- может функционировать и как мост, и

как рабочая станция одновременно.

По признаку распределенности различают локальные и

распределенные мосты.

Локальный мост передает данные между сетями, кото-

рые расположены в пределах ограничений кабеля по расстоя-

нию. Локальные мосты применяются в следующих случаях.

1. Для разделения больших сетей на две и более подсетей

с целью увеличения быстродействия и уменьшения стоимости

линий связи.

116

РС

МОСТ

РС

Рис. 14. Пример разделения большой сети

2. С помощью локального моста можно расширить фи-

зические возможности сети. Например, сеть Netware имеет

максимально допустимое число узлов, поддерживаемых её ап-

паратной схемой адресации, и если возникает необходимость в

добавлении ещё нескольких узлов, то для расширения такой

сети используется мост Netware. При этом включение в сеть

дополнительного файлового сервера необязательно.

РС

Ф - С

РС

МОСТ

РС

(дополнительный)

РС

Ф - С

Рис. 15. Расширение физических возможностей сети

3. Объединение сетей в интерсеть.

Чтобы пользователи каждой сети могли получить доступ

к информации других сетей, необходимо связать эти сети, об-

разуя интерсеть.

117

РС

Ф - С

РС

РС РС

МОСТ

РС

Ф - С

МОСТ Ф - С

Рис. 16. Пример интерсети

Удаленные мосты применяются, когда расстояние не по-

зволяет соединять сети посредством кабеля.

Удаленный мост использует промежуточную среду пере-

дачи (например, телефонные линии) для соединения с удален-

ной сетью или удаленными РС.

При связи сети с удаленной сетью необходимо устано-

вить мост на каждом конце соединения, а при связи сети с

удаленной РС - мост требуется только на сети.

РС

Ф - С

РС

внешний мост (установленный в РС)

ЛВС

(удаленная)

модем модем

Рис. 17. Удаленное соединение

с использованием внешнего моста

Мосты могут функционировать в нескольких режимах:

реальном (real - mode) и защищенном (protected - mode). Ос-

новное различие между ними заключается в количестве памя-

ти, которое мост может поддерживать.

118

Защищенный мост позволяет добавлять память (для

обеспечения выполнения дополнительных процессов - Valua

Added Processes (VAP)), в то время как реальный мост предос-

тавляет минимум памяти (только один или два VAP).

7.2. Средства коммуникации в компьютерных сетях

В качестве средств коммуникации наиболее часто ис-

пользуются кабельные соединения (витая пара, коаксиальный

кабель, оптоволоконные линии); радиоканалы наземной и

спутниковой связи.

При выборе учитывают следующие показатели:

− стоимость монтажа и обслуживания;

− скорость передачи информации;

− ограничения на величину расстояния передачи ин-

формации (без дополнительных усилителей-повторителей);

− безопасность передачи данных.

Главная проблема заключается в одновременном обеспе-

чении этих показателей.

Витая пара

Наиболее дешевым кабельным соединением является ви-

тое двухжильное проводное соединение, часто называемое

"витой парой" (twisted pair - UTP). Позволяет передавать дан-

ные со скоростью до 100 Мбит/с, легко наращивается. Длина

кабеля не может превышать 1000 м для обеспечения мини-

мальной скорости передачи в 1 Мбит/с.

Кабель витой пары очень чувствителен к электромагнитным

помехам. Для повышения помехозащищенности информации

часто используют экранированную витую пару (STP).

Кабели неэкранированной витой пары классифицируются по

производительности передачи данных по 5 уровням. Категории 1

и 2 позволяют получать невысокое качество передачи и ис-

пользуются исключительно для передачи речевой информа-

ции. Категория 3 является минимальным требованием для се-

тей со скоростью передачи 10 Мбит/с. Категория 4 использу-

ется в сетях со скоростями до 16 Мбит/с, а категория 5 –

119

до 100 Мбит/с. Кабели категории 5 наиболее долговечны и на-

дежны.

Кабели экранированной витой пары также классифици-

руются по стандартам (Type1 – Type9). Основным типом явля-

ется кабель Type1 стандарта IBM. По своим характеристикам

соответствует параметрам кабеля UTP категории 5.

Коаксиальный кабель

Обеспечивает скорость до 10 Мбит/сек.

Различают несколько разновидностей коаксиального ка-

беля.

Еthernet-кабель.

Вследствие высокой помехозащищенности является до-

рогой альтернативой обычным коаксиальным кабелям. Его на-

зывают еще толстый Ethernet (thick) или желтый кабель (yellow

cable). Максимально доступное расстояние без повторителей

не превышает 500 м, а общее расстояние сети - около 3 км.

Сheapernеt-кабель.

Более дешевым, чем Ethernet-кабель, является соедине-

ние Cheapernet-кабель или, как его часто называют, тонкий

(thin) Ethernet. При соединении сегментов Сhеареrnеt-кабеля

требуются повторители. Вычислительные сети с Cheapernet-

кабелем имеют небольшую стоимость и минимальные затраты

при наращивании.

Расстояние между двумя рабочими станциями без повто-

рителей максимум 300 м, а общее расстояние - около 1 км.

Оптоволоконные линии

Наиболее дорогим кабельным соединением являются оп-

топроводники, называемые также стекловолоконным кабелем.

В волоконно-оптическом кабеле для передачи данных ис-

пользуются световые импульсы. Сердечник такого кабеля изго-

товлен из стекла или пластика и окружен слоем отражателя, кото-

рый направляет световые импульсы вдоль кабеля. Такой кабель не

подвержен воздействию электромагнитных помех и обеспечивает

секретность передаваемой информации (техника ответвлений

в оптоволоконных кабелях очень сложна). Производительность

оптоволокна - до 10 Гбит/с.