Топологии вычислительных сетей

Тема 6. Локальные вычислительные сети.

Преимущества объединения компьютеров в сеть. Семиуровневая модель взаимодействия открытых систем ISO/OSI. Компоненты ЛВС, топология сети, протокол, сервер, клиент. Основные опасности при работе в компьютерной сети. Обеспечение безопасности при работе в сети. Основы работы с Novell NetWare: вход в сеть, завершение сеанса работы в сети, смена пароля, пересылка сообщений, восстановление удаленных с сетевых дисков файлов, сетевые диски, права доступа, выделение дискового пространства пользователям.

Вычислительная сеть (компьютерная сеть, сеть ЭВМ) – это объединение 2 или более ЭВМ, соединенных по средством каналов передачи данных (линий проводной или радио связи). Абонентом ВС могут быть пользователи, программисты, администраторы БД и т.д. Все абоненты сети должны быть зарегистрированы, т.е. известны по именам, адресам, идентификаторам и т.п. В ВС предусматривается система защиты данных, которая регулирует доступ к сети, чтобы предотвратить случайные или намеренные нарушения абонентами установленных правил пользования сетью. Взаимодействие абонентов в сети может быть различным. Наиболее часто встречаются 3 типа взаимодействия:

1. Диалог – это обмен относительно небольшими по объему порциями данных, называемых сообщениями, от содержания и последовательности которых зависит продолжение или завершение диалога.

2. Пересылка файлов – односторонняя передача данных от абонента к абоненту.

3. Распределенная обработка – выполнение на разных ЭВМ ВС программ, направленных на решение общей задачи. Чтобы правильно разделить нагрузку, программы выполняются на тех же ЭВМ, которые в данный момент загружены меньше других или на ЭВМ, специально предназначенных для решения определенного класса задач.

Вычислительные сети принято делить на 3 основные категории: глобальные ВС (Internet), корпоративные (Intranet), локальные. Класс ВС определяется взаимным расположением и удаленностью компьютеров друг от друга. Известно, что до 80% информации используется в пределах ограниченной территории (цех, лаборатория, факультет) и взаимодействие абонентов направлено в основном на решение ограниченного круга задач. Такие небольшие по охваченной территории сети называются локальными вычислительными сетями ЛВС. Компьютеры локальной сети преимущественно используют единый комплект протоколов для всех участников. По территориальному признаку локальные сети отличаются компактностью. Они могут объединять компьютеры одного помещения, этажа, здания, группы компактно расположенных сооружений. Глобальные сети (WAN – Wide Area Network) имеют, как правило, увеличенные географические размеры. Они могут объединять как отдельные компьютеры, так и отдельные локальные сети, в том числе и использующие различные протоколы.

Самая простая сеть (англ. network) состоит как минимум из двух компьютеров, соединенных друг с другом кабелем. Это позволяет им использовать данные совместно. Все сети (независимо от сложности) основываются именно на этом простом принципе. Рождение компьютерных сетей было вызвано практическими потребностями – иметь возможность для совместного использования данных.

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.

В общем случае для создания компьютерных сетей необходимо специальное аппаратное обеспечение (сетевое оборудование) и специальное программное обеспечение (сетевые программные средства). Простейшее соединение двух компьютеров в сеть для обмена данными называется прямым соединением. Для создания прямого соединения компьютеров, работающих в операционной системе Windows 9х, не требуется ни специального аппаратного, ни программного обеспечения. В этом случае аппаратными средствами являются стандартные порты ввода/вывода (последовательный или параллельный), а в качестве программного обеспечения используется стандартное средство, имеющееся в составе операционной системы (Пуск – Программы – Стандартные – Связь – Прямое кабельное соединение).

Существует два основных типа сетей: одноранговые и сети на основе 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. 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. Существуют и комбинированные типы сетей, совмещающие лучшие качества одноранговых сетей и сетей на основе сервера.

Компоненты ЛВС:

1. ПК с сетевыми адаптерами (рабочие станции). Сетевой адаптер – это плата, обеспечивающая отправку информации по каналу связи и ее прием из канала связи.

2. Кабельная система – вся совокупность проводов, которыми соединены между собой ПЭВМ и по которым передается информация.

От типа проводов зависит максимально возможная скорость передачи информации по сети:

· коаксильный кабель – 10-20 Мбайт/с;

· вития пара 3 кат.(4 провода) – 10 Мбайт/с, 5 кат. (8 проводов) – 100 Мбайт/с.

Основной задачей, решаемой при создании компьютерных сетей, является обеспечение совместимости оборудования по электрическим и механическим характеристикам и обеспечение совместимости информационного обеспечения (программ и данных) по системе кодирования и формату данных. Решение этой задачи относится к области стандартизации и основано на так называемой модели OSI (модель взаимодействия открытых систем – Model of Open System Interconnections). Она создана на основе технических предложений Международного института стандартов ISO (International Standards Organization).

Согласно модели ISO/OSI архитектуру компьютерных сетей следует рассматривать на разных уровнях (общее число уровней – до семи). Самый верхний уровень – прикладной. На этом уровне пользователь взаимодействует с вычислительной системой. Самый нижний уровень – физический. Он обеспечивает обмен сигналами между устройствами. Обмен данными в системах связи происходит путем их перемещения с верхнего уровня на нижний, затем транспортировки и, наконец, обратным воспроизведением на компьютере клиента в результате перемещения с нижнего уровня на верхний.

Уровни модели связи.

Уровень	Аналогия
Прикладной уровень	Письмо написано на бумаге. Определено его содержание.
Уровень представления	Письмо запечатано в конверт. Конверт заполнен. Наклеена марка. Клиентом соблюдены все необходимые требования протокола доставки.
Сеансовый уровень	Письмо опущено в почтовый ящик. Выбрана служба доставки (письмо можно было запечатать в бутылку и бросить в реку, но избрана другая служба).
Транспортный уровень	Письмо доставлено на почтамт. Оно отделено от писем, с доставкой которых местная почтовая служба справилась бы самостоятельно.
Сетевой уровень	После сортировки письмо уложено в мешок. Появилась новая единица доставки – мешок.
Уровень соединения	Мешки писем уложены в вагон. Появилась новая единица доставки – вагон.
Физический уровень	Вагон прицеплен к локомотиву. Появилась новая единица доставки – состав. За доставку взялось другое ведомство, действующее по другим протоколам.

Из таблицы видно, что каждый новый уровень все больше и больше увеличивает функциональность системы связи. Местная почтовая служба работает не только с письмами, но и с бандеролями и посылками. Почтово-багажная служба занимается еще и доставкой грузов. Вагоны перевозят не только почту, но и людей. По рельсам ходят не только почтово-пассажирские поезда, но и грузовые составы и т.д. То есть чем выше уровень в модели связи, тем больше различных функциональных служб его используют.

Как происходит обмен данными между пользователями в модели ISO/OSI.

1. На прикладном уровне с помощью специальных приложений пользователь создает документ (сообщение, рисунок и т.п.).

2. На уровне представления операционная система его компьютера фиксирует, где находятся созданные данные (в оперативной памяти, в файле на жестком диске и т.п.), и обеспечивает взаимодействие со следующим уровнем.

3. На сеансовом уровне компьютер пользователя взаимодействует с локальной или глобальной сетью. Протоколы этого уровня проверяют права пользователя на «выход в эфир» и передают документ к протоколам транспортного уровня.

4. На транспортном уровне документ преобразуется в ту форму, в которой положено передавать данные в используемой сети. Например, он может нарезаться на небольшие пакеты стандартного размера.

5. Сетевой уровень определяет маршрут движения данных в сети. Так, например, если на транспортном уровне данные были «нарезаны» на пакеты, то на сетевом уровне каждый пакет должен получить адрес, по которому он должен быть доставлен независимо от других пакетов.

6. Уровень соединения необходим для того, чтобы промодулировать сигналы, циркулирующие на физическом уровне, в соответствии с данными, полученными с сетевого уровня. Например, в компьютере эти функции выполняет сетевая карта или модем.

7. Реальная передача данных происходит на физическом уровне. Здесь нет ни документов, ни пакетов, ни даже байтов – только биты, то есть элементарные единицы представления данных. Восстановление документа из них произойдет постепенно, при переходе с нижнего на верхний уровень на компьютере клиента.

Средства физического уровня находятся за пределами компьютера. В локальных сетях это оборудование самой сети. При удаленной связи с использованием телефонных модемов это линии телефонной связи, коммутаторное оборудование телефонных станций и т.п.

На компьютере получателя информации происходит обратный процесс преобразования данных от битовых сигналов до документа.

Для обеспечения необходимой совместимости на каждом из семи возможных уровней архитектуры компьютерной сети действуют специальные стандарты, называемые протоколами. Они определяют характер аппаратного взаимодействия компонентов сети (аппаратные протоколы) и характер взаимодействия программ и данных (программные протоколы). Физически функции поддержки протоколов исполняют аппаратные устройства (интерфейсы) и программные средства (программы поддержки протоколов). Программы, выполняющие поддержку протоколов, также называют протоколами.

Так, например, если два компьютера соединены между собой прямым соединением, то на низшем (физическом) уровне протокол их взаимодействия определяют конкретные устройства физического порта (параллельного или последовательного) и механические компоненты (разъемы, кабель и т.п.). На более высоком уровне взаимодействия между компьютерами определяют программные средства, управляющие передачей данных через порты. Для стандартных портов они находятся в базовой системе ввода/вывода (BIOS). На самом высоком уровне протокол взаимодействия обеспечивают приложения операционной системы. Например, для Windows 9х это стандартная программа Прямое кабельное соединение.

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 управления базами данных с периферийных рабочих мест, нуждающихся в информации.

● Разделение программных средств.

Разделение программных средств предоставляет возможность одновременного использования централизованных, ранее установленных программных средств.

● Разделение ресурсов процессора.

При разделении ресурсов процессора возможно использование вычислительных 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 одновременному использованию централизованных прикладных программных средств, обычно заранее установленных на сервере приложения (англ. Application Server).

Группы сотрудников, работающих над одним проектом в рамках локальной сети, называют рабочей группой. В рамках одной локальной сети могут работать несколько рабочих групп. У участников рабочих групп могут быть разные права для доступа к общим ресурсам сети. Совокупность приемов разделения и ограничения прав участников компьютерной сети называется политикой сети. Управление сетевыми политиками (их может быть несколько в одной сети) называется администрированием сети. Лицо, управляющее организацией работы участников локальной компьютерной сети, называется системным администратором.

Для связи между собой нескольких локальных сетей, работающих по разным протоколам, служат специальные средства, называемые шлюзами. Шлюзы могут быть как аппаратными, так и программными. Например, это может быть специальный компьютер (шлюзовый сервер), а может быть и компьютерная программа. В последнем случае компьютер может выполнять не только функцию шлюза, но и какие-то иные функции, типичные для рабочих станций.

Способ соединения компьютеров определяет топологию сети.

Топологии вычислительных сетей.