NetWare 3.11

ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ НГУ

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ФОНД ПОДГОТОВКИ КАДРОВ

Новосибирск - 2006

Учебное пособие

Информационные технологии в экономике

Ю.Ш. Блам, А.С. Соловецкий

УНИВЕРСИТЕТ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

НОВОСИБИРСКИЙ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ФОНД ПОДГОТОВКИ КАДРОВ

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

УДК

ББК

Подготовлено при содействии НФПК - Национального фонда подготовки кадров в рамках Программы «Совершенствование преподавания социально-экономических дисциплин в ВУЗах» Инновационного проекта развития образования

ISBN

ГЛАВА 1. ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СЕТИ И РАСПРЕДЕЛЕННАЯ ОБРАБОТКА ДАННЫХ

1.1. Назначение и преимущества сетей

Компьютерной сетью называется группа компьютеров, объединенных линиями передачи данных и способных обмениваться информацией между собой. Такое объединение позволяет многократно расширить возможности пользователей компьютеров, позволяя им иметь доступ к информации, распределенной в различных географических точках, различных фирмах, в различных компьютерах. Всемирная тенденция к объединению компьютеров в сети обусловлена рядом важных объективных причин, таких как глобализация экономики, повышение уровня управления предпринимательскими и государственными структурами, появление новых видов информационных услуг. Пользователи, подключенные к компью­терной сети, получают возможность получать и передавать сообщения по факсу или электронной почте, получать доступ к любой информации из лю­бой точки земного шара, а также пользоваться программным обеспечением различных фирм.

Компьютерные сети подразделяются на локальные, региональные и глобальные.

Локальные вычислительные сети (ЛВС, англ. LAN – Local Area Network) объединяют компьютеры, расположенные не более, чем в нескольких сотнях метров друг от друга. Как правило, линии связи локальной сети принадлежат предприятию или учреждению, для которого предназначена сеть.

Региональные вычислительные сети с (РВС, англ. WAN – Wide Area Network) cсостоят их нескольких ЛВС, объединенных по территориальному или ведом­ствен­ному признаку. К таким сетям относятся сети, обслуживающие крупные корпорации (корпоративные сети), сети, объединяющие университеты, или ведомственные сети (например, сеть органов внутренних дел). Линии связи принадлежат корпорации или ведомству или арендуются у специализирующихся на связи компаний.

Глобальные вычислительные сети (ГВС, англ. GAN – Global Area Network) объеди­няют компьютеры разных стран и разных континентов, принадлежащих фирмам самого различного профиля или частным лицам.

Преимущества использования сетей заклю­чается в следующем. Во-первых, все управляющие действия на рабочих местах выполняются, как правило, одной программой, по единым правилам и похожими средствами. Во-вторых, использова­ние сетей позволяет расположить все данные системы на одном (реже нескольких компьютерах), обеспечивая доступ к ним со всех рабочих мест. Это позволяет не только сэкономить дисковое пространство, но и имеет ряд преимуществ, главным из которых является возможность обеспечить пользователям информационной системы доступ к информации в режиме реального времени. Под доступом в режиме реального времени имеется в виду то, что информация, введенная в систему одним пользователем, сразу же становится доступной всем остальным пользователям. Здесь подразумевается, что пользователи работают с данными одновременно. Работа в сети всегда многопользовательская, и в этом третье преи­мущество сети. В-четвертых, сети позволяют пользователям сообща использовать периферийные устройства. Чаще всего пользуются общими печатающими устрой­ствами и общими магнитными дисками.

Перечисленные функции называют разделением программ, разделением данных и разделением ресурсов. Кроме того, сети могут обеспечивать разделение ресурсов процессора, что делает возможным использование вы­числительных мощностей одного компьютера для обработки данных вместо другого, менее мощного компьютера. Даже если на предприятии или в фирме не функционирует единая интегрированная информационная система, все равно использование сети может дать существенную экономию за счет разделения ресурсов (имеются в виду периферийные устройства и дисковое пространство). Существенным также оказывается сокращение бумажных потоков за счет организации обмена информации в электронном виде (здесь есть проблемы как программного, так и организационного характера). Кроме того, централизованное размещение данных позволяет эффективно решать задачи дифференциации доступа к информации.

Всеобщее распространение сетей способствовало появлению новых видов информационных услуг. Прежде всего это касается глобальных сетей и услуг, связанных с сетью Internet. Наиболее популярна среди сетевых услуг электронная почта. Однако не менее важны и такие сетевые услуги, как передача данных по сети, доступ к удаленным базам данных и программам, проведение видео­конференций, служба телефонных звонков через Internet. Наконец, Internet как социальное явление оказывает громадное влияние на весь уклад жизни в современном обществе (не меньшее, чем телевидение).

1.2. Основные понятия и сетевая терминология

Внимательное рассмотрение даже в самом первом приближении процесса передачи информации по сети позволяет сформулировать ряд основных положений.

Во-первых, при установлении связи между компьютерами необходимо наличие физического соединения между компьютерами. Данные в сети могут передаваться с помощью специального кабеля, по телефону или по радио. При передаче информации происходит физическое преобразование сигнала, так как сетевой кабель или телефонный провод имеет другие характеристики, чем шина компьютера. Необходимо обеспечить правильное преобразование информации. Для этого в компьютере используется сетевой адаптер (в случае кабеля) или модем (в случае соединения по телефону).

Сетевой адаптер запрограммирован на выполнение некоторых элементарных функций, связанных с передачей данных. Сетевой адаптер управляется процессором при помощи своих входов, которые идентифицируются с портами компьютера. Сетевой адаптер управляется командами, присылаемыми в порты, и далее он сам формирует управляющие сообщения, передаваемые по каналам связи, например, запрос к серверу. Сетевой адаптер принимает все сообщения, передаваемые по присоединенному каналу связи, и отбирает из них только те, которые адресованы данной рабочей станции. Полученное сообщение хранится в буфере сетевого адаптера до тех пор, пока станция не примет это сообщение. Если сообщение должно быть послано рабочей станцией, оно задерживается в буфере, пока не образуется перерыв в передаче данных по сети, после чего отправляется по каналу связи. Также сетевой адаптер обеспечивает проверку правильности передачи сообщения по сети и в случае неудачи повторяет сообщение.

Отдельные компьютеры вычислительной сети называются узлами сети, а линии передачи данных – каналами связи. Более точно, узлом сети называется место входа канала связи в компьютер или в другое устройство. Поскольку в месте входа всегда стоит сетевой адаптер, обычно узел сети отождествляется с сетевым адаптером. Если к компьютеру подсоединено несколько сетевых адаптеров, этому компьютеру соответствует несколько узлов сети.

Отдельные узлы локальной сети могут играть разную роль в этой сети. Часто сеть строится в форме центрального узла большей мощности и быстродействия, на котором хранится большинство данных, и менее мощных рядовых компьютеров, которые обращаются к центральному узлу за информацией. При подобной организации сети центральный компьютер называется сервером, а остальные компьютеры – рабочими станциями. Рабочие станции общаются только с сервером и не могут непосредственно обмениваться информацией между собой.

При более сложной организации локальной сети она может содержать несколько серверов, которые могут выполнять как сходные, так и различные функции. В зависимости от функции сервер может иметь разное название. Например, сервер телекоммуникаций обеспечивает связь данной локальной сети с внешним миром. Вычислительный сервер дает возможность производить вычисления, которые невозможно выполнить на рабочих станциях из-за их небольшой мощности. Дисковый сервер обладает расширенными ресурсами внешней памяти и предоставляет их в пользование рабочим станциям и, возможно, другим серверам. Файловый сервер предназначен для хранения файлов для всех рабочих станций. Если в сети функционирует информационная система, содержащая базу данных, и эта база содержится на сервере, то этот сервер называется сервером баз данных.

Сообщения, передаваемые по сети, состоят из блоков содержательных данных и служебной информации. Прежде, чем они физически будут переданы по каналу связи, эти сообщения подвергаются многократной обработке. На разных этапах обработки они могут называться по-разному: датаграммы, пакеты, кадры, сообщения. При получении и расшифровке сообщения первой задачей является определение начала и конца информационного блока (эта операция называется синхронизацией пакетов). Всего возможны три способа организации этого механизма: посылать блоки фиксированной длины, задавать длину блока в его начале или специфицировать конец блока специальным маркером. На практике используются все три способа. Однако в любом случае получатель информации должен знать, какой способ использовал отправитель сообщения. Поэтому необходимо наличие заранее утвержденных соглашений о способах оформления блоков данных, передаваемых по сети.

Эти соглашения носят название протоколов. Используемых протоколов очень много. Многие протоколы описывают разные уровни обслуживания процесса передачи данных и выполняют разные функции. Однако существуют разные протоколы для выполнения сходных функций, однако они делают это по-разному. Формально протокол включает описание полей служебной информации, которые добавляются к отправляемому пакету для выполнения различных функций обслуживания передачи данных, и алгоритмов заполнения этих полей. Поэтому часто под протоколом понимают как собственно соглашения о структуре передаваемого пакета, так и программы, которые осуществляют обработку информации согласно тому или иному протоколу.

В качестве средств коммуникации в сети используются специальный провод (витая пара), коаксиальный кабель или оптоволоконный кабель. При выборе типа кабеля учитывают такие показатели, как стоимость монтажа и обслуживания, скорость передачи информации, ограничения на величину расстояния передачи информации (без дополни­тельных усилителей-повторителей), безопасность передачи данных.

Для подключения нескольких рабочих станций к одному каналу связи возможно использовать специальное устройство – разветвитель. Он позволяет разветвить один канал на два или три. Если требуется продублировать сигнал более чем в трех экземплярах, его необходимо одновременно усилить. Соответствующее устройство называется повторитель (хаб, от англ. Hub). Иногда разветвитель и повторитель называют пассивным и активным концентратором. Пассивный концентратор может использоваться, если расстояние до рабочей станции не превышает несколь­ких десятков метров.

Сетевым драйвером называется программа, непосредственно взаимо­дей­ствующая с сетевым адаптером. Сетевым модулем называется программа, которая осуществляет обработку пакетов согласно тому или иному протоколу. Сетевой модуль взаимодействует с сетевым драйвером, программами сетевой опера­ционной системы или другими сетевыми модулями. Драйвер сетевого адаптера и, возможно, другие модули, специфичные для физической сети передачи данных, предоставляют сетевой интерфейс.

Мост – это узел сети, через который соединяются две сети, построенные по одной и той же технологии. Мост анализирует адресаты всех сообщений, прохо­дящих по обеим сетям. Те из них, которые адресованы своей сети, он не трогает, а сообщения, адресованные другой сети, он запускает в этой второй сети. Мосты соединяют сети с различными протоколами, но одинаковыми технологиями.

Маршрутизатор (пакетный коммутатор) необходим, когда требуется соединить две или несколько сетей возможно с разной технологией. Он хранит таблицу адресов всей сетевой структуры. В отличие от моста он имеет свой адрес в сети и может использоваться для промежуточного хранения информации. Роль маршрутизатора исполняет один из компьютеров сети. Если мосты анализируют адреса сообщений и тратят много времени на их сортировку, то маршрутизаторы не способны анализировать сообщения. Зато они могут выбрать оптимальный маршрут выбора пути следования сообщения между сетями. Маршрутизаторы объединяют сети с одинаковыми протоколами, но различными технологиями.

Шлюз – это компьютерная система, которая позволяет связываться двум сетям с разными протоколами передачи данных и разными типами сетевого оборудова­ния. Например, шлюз прикладного обеспечения может преобразовывать сообще­ния электронной почты из одного формата в другой.

Брандмауэром называется такой шлюз локальной сети, который который ана­лизирует входящие и исходящие сообщения, защищая сеть от несанкционирован­ного доступа и не давая возможности передавать вовне служебную информацию.

Трафиком сети называется сам процесс прохождения сигналов по линиям связи. Иногда трафиком сети называют общий объем переданной по сети инфор­мации. Быстродействие сети – это максимальный объем, который может быть передан по каналу связи в единицу времени.

1.3. Модель взаимодействия открытых систем

Проблема стандартизации, характерная для современного развития общества в целом, в сфере распространения информации особенно остра в связи с возникно­ве­нием глобального информационного пространства. В настоящее время все вычисли­тельные сети работают в стандарте взаимодействия открытых систем (англ. Open Systems Interconnection - OSI). Стандарт OSI включает в себя правила построения информационных пакетов, передаваемых по сети, и последовательность действий, выполняемую при обработке этих пакетов. Стандарт реализуется в форме протоколов – формализованных правил, описывающих взаимодействие на различ­ных уровнях обработки информации. Протоколы могут содержать как нормативную информацию, обязательную к исполнению, так и правила рекомендательного характера в использовании того или иного метода.

Модель ISO предполагает, что прежде, чем быть переданным по сети, сооб­щение проходит несколько этапов обработки. Каждый этап обработки решает задачи своего уровня. Сама обработка довольно проста. Для очередного этапа входной пакет представляет собой «черный ящик» неизвестного содержания. Этот пакет может быть разделен на несколько более мелких пакетов (такая операция называется коммутацией пакетов). После этого к каждому составляющему пакету добавляется или заголовок (в начало), или хвостовик (в конец), или и то, и другое вместе. Говорят что пакет «обертывается» в служебную информацию. В результате первоначальная информация несколько раз «обертывается» в служебную информацию различных уровней. Служебная информация обычно состоит из нескольких полей. Содержание полей зависит от уровня обработки и используемых соглашений – протоколов. Значения полей используются при расшифровке сооб­щения, когда из обертывающего пакета извлекается содержащийся там исходный пакет, после чего несколько пакетов собираются в один (операция, также предусмот­ренная технологией коммутации пакетов).

При расшифровке сообщения первой задачей является определение начала и конца информационного пакета (эта операция называется синхронизацией пакетов). Всего возможны три способа задания этого механизма: посылать пакеты фиксированной длины, задавать длину пакета в его начале или специфицировать конец блока специальным маркером. На практике используются все три способа. Конкретный способ синхронизации зависит от конкретно используемого протокола. Поэтому в любом случае служебная информация начинается с названия протокола.

Модель ISO предполагает, что всего этапов обработки может быть не более семи, каждый из которых относится к одному из нижеперечисленных:

физический уровень (Physical Layer);

канальный уровень (Data Link);

сетевой уровень (Network Layer);

транспортный уровень (Transport Layer);

сеансовый уровень (Session Layer);

уровень представления данных (Presentation Layer);

прикладной уровень (Application Layer).

При отправлении сообщения обработка начинается от высшего уровня к низ­шему. При расшифровке сообщения обработка производится в обратном порядке: от низшего уровня к высшему.

Основным назначением протоколов физического уровня явля­ются физическая связь и неразрывная с ней эксплуатационная готовность. Соответствующий заголовок описывает характеристики физической сети передачи данных, которая используется для межсетевого обмена. Это такие параметры, как напряжение в сети, сила тока, число контактов на разъемах и т.п. Для описания этих характеристик используются такие стандарты, как, например, RS232C, V35, IEEE 802.3 и т.п. На физическом уровне выполняется преобразование данных, поступающих от следующего, более высокого уровня (уровень управления передачей данных) в сигналы, передающиеся по кабелю. Ответственным за этот уровень является математическое обеспечение сетевого адаптера или модема.

Канальный уровень, или уровень управления линией передачи данных (линей­ный уровень) управляет передачей пакетов в локальной сети. Заголовок протокола канального уровня описывает характеристики канала передачи данных между двумя узлами сети. На основе данных этого протокола происходит взаимодействие между драйверами устройств и устройствами, а также между операционной системой и драйверами устройства. Сетевой драйвер - это конвертор данных из одного формата в другой, но при этом он может иметь и свой внутренний формат данных.

По линиям связи передаются специальные блоки, формируемые из передава­емых на этот уровень пакетов (так называемые кадры). Канальный уровень обеспечивает поддержку логической линии связи. Под этим подразумевается то, что он берет на себя все служебные функции, позволяющие безошибочно передавать данные в сети в асинхронном режиме. При возникновении ошибок автоматически выполняется повторная посылка кадра. Кроме того, на уровне управления линией передачи данных обычно обеспечивается правильная последовательность передаваемых и принимаемых кадров. Последнее означает, что если один компьютер передаёт другому несколько блоков данных, то принимающий компьютер получит эти блоки данных именно в той последовательности, в какой они были переданы. На канальном уровне осуществляются управление доступом к передающей среде, используемой несколькими компьютерами, синхро­низация пакетов, обнаружение и исправле­ние ошибок. За этот уровень отвечает сетевая операционная система.

При помощи линейных протоколов проверяется также наличие соединения между компьютерами. При условии наличия физического соединения необходимо подтверждение готовности сети к передаче информации. Это подтверждение касается передающего и принимающего узла, а также канала связи. Для этого должна быть предусмотрена процедура опроса канала связи и обработки вариантов его ответа. Линейные протоколы предусматривают контроль правильности передаваемых данных и подтверждение отсутствия ошибок при передаче. После окончания передачи данных канал связи переводится в неактивное состояние.

При передаче текстов символы кодируются с помощью определен­ной кодовой таблицы, которая задается используемым протоколом. Семибитовое кодирование позволяет передавать заглавные и строч­ные буквы англий­ского алфавита, а также некоторые спец­символы. Восьмибитовый код позволяет кодировать также знаки национального алфавита и специальные знаки.

Протоколы сетевого уровня действуют в пределах локальной сети. Именно здесь определяется отправитель и получатель, именно здесь находится необходимая информация для доставки пакета по сети. Передающий узел должен знать, с какими компьютерами он соединен. Эта информация хранится в виде таблиц либо в самом компьютере, либо в той компоненте сети, которая управляет всей сетью. Благодаря этим таблицам осуществляется маршрутизация пакета. При этом требуется наличие сете­вого адреса в пакете

Канал связи или принимающее устройство могут быть не готовы к передаче данных из-за занятости или по другим причинам. Такая ситуация называется сетевым конфликтом или коллизией. Для разрешения конфликта следует отложить процесс передачи данных на определенное время, а затем повторить попытку передачи. Возможны более сложные конфликты, и следует уметь их разрешать.

Поскольку при передаче информации по каналам связи возможны искажения, приводящие к ошибкам, приходится принимать некоторые меры для того, чтобы установить наличие ошибки в переданном сообщении и по возможности локализовать ее позицию в сообщении. Решается этот вопрос следующим образом. К сообщению добавляются дополнительные разряды, вычисленные на основе разрядов сообщения по определенному алгоритму (обычно это биты четности). После передачи сообщения вычисление повторяется, и в случае несовпадения делается вывод о наличии ошибки. В этом случае сообщение передается заново.

Сетевой уровень должен обеспечи­вать обработку ошибок, мультип­лексирование (то есть выбор одного из нескольких протоколов), управление потоками данных. Отвечает за этот уровень сетевое программное обеспечение передающего узла. В частности, на этом уровне должна выполняться буферизация данных, обеспечение правильного порядка передаваемых пакетов данных.

Протоколы транспортного уровня поддерживают непрерывную передачу данных между двумя взаимодействующими друг с другом компьютерами вне зависимости от их месторасположения. Транспортный заголовок отвечает за надежность доставки данных. Сетевые модули транспортного уровня проверяют контрольные суммы и принимают решение о сборке сообщения в одно целое. В Internet транспортный уровень представлен двумя протоколами: TCP (Transport Control Protocol) и UDP (User Datagramm Protocol). Если предыдущий уровень (сетевой) определяет только правила доставки информации, то транспортный уровень отвечает за целостность доставляемых данных.

Та служебная информация, которая добавляется к пакетам согласно протоколам транспортного уровня, в первую очередь должна обеспечить адресацию пакетов, обнаружение сбоев передачи и сборку сообщения из пакетов. Ответственным за этот уровень являются передающие узлы, участвующие в передаче информации. Поэтому служебная информация содержит сведения и для передающих узлов. От нее зависит качество транспорти­ровки, сервис транспорти­ровки из конца в конец, ми­нимизация затрат, непрерывная и безошибочная передача данных. Транспортный уровень может выполнять разделение передаваемых сообщений на пакеты на передающем конце и сборку на приёмном конце. На этом уровне может выполняться согласование сетевых уровней различных несовместных между собой сетей через специальные шлюзы. Например, такое согласование требуется для объединения локальных сетей в глобальные. Наиболее известным протоколом транспортного уровня является протокол TCP/IP.

Сеансовый уровень используется в тех случаях, когда прикладные программы на разных компьютерах обмениваются информацией несколько раз в рамках одного сеанса связи. В таких случаях кроме собственно данных необходимо передавать запросы на проведение сеанса и подтверждения к установлению сеансовой связи. Для координации необходимы контроль рабочих параметров сеанса связи и устройств, участвующих в передаче информации, управление потоками данных промежуточных накопителей и диалоговый контроль, гарантирующий передачу данных. Кроме того, сеансовый уровень содержит дополнительно функции управле­ния паролями, подсчета платы за пользование ресурсами сети, управления диалогом, синхрони­зации и отмены связи в сеансе передачи после сбоя вследствие ошибок в нижерасположенных уровнях. Ответственной за этот уровень является сама прикладная программа.

В некоторых случаях передаваемый блок информации представляет собой данные в одном из стандартных форматов. Это могут быть тексты, таблицы, картинки, аудиоданные и т.д. в этом случае пакет снабжается заголовком, задающим этот формат. Кроме того, часто передаваемая информация сжимается с помощью одного из стандартных архиваторов. Указания подобного рода добавляются к пакету на уровне представления данных. Этот уровень задает формат представления данных в сообщении, их кодирование и сжатие. На этих данных будет основываться расшифровка данных принимающей стороной. Уровень представления данных предназначен для интерпретации данных; а также под­готовки данных для пользовательского прикладного уровня. Так, если в состав сети входят рабочие станции с разным внутренним представлением данных (например, персональные компьютеры и мэйнфреймы), необходимо выполнить преобразование кодов символов.

Подготовка сообщения к передаче начинается с прикладного уровня. Ответ­ственна за этот уровень та прикладная программа, которая посылает сообщение, а служебная информация используется той прикладной программой, которая получает сообщение. Например, к прикладному уровню относится обработка сообщений электронной почты.

В заключение приведем определения некоторых терминов.

Синхронизация - механизм распознавания начала передаваемого блока данных и его конца.

Инициализация - установление соединения между взаимодейст­вующими узлами сети по запросу.

Блокирование - разбиение передаваемой информации на блоки данных строго определенной конфигурации (включая опо­знава­тельные знаки начала блока и его конца).

Адресация обеспечивает идентификацию узлов сети, которые обмениваются друг с другом информацией во время взаимодей­ствия. При межсетевой передаче передаваемый пакет проходит через несколько компьютеров и несколько каналов связи. Структура каналов связи в сети часто достаточно сложна. Пакет, адресованный некоторому абоненту (то есть компьютеру), передается по этим каналам связи от одного узла сети к другому. Потенциально пакет может быть прочитан в любом узле, через который он проследовал. Поэтому при передаче сообщения обязателен механизм, позволяющий адресату сообщения определить, что пакет адресовано именно ему. Для этого пакет снабжается адресом, составленным по определенным правилам. Эти правила входят в транспортный протокол.

Обнаружение ошибок связано с установкой битов четности и вы­числением контрольных битов.

Обычно сообщение разбивается на блоки определенного размера - пакеты. Это разбиение называется коммутацией пакетов. Отдельные пакеты сообщения отправляются по отдельности. При этом возникает естественная проблема образования сообщения из составляющих его пакетов. Для этого пакет снабжается информацией о его месте в сообщении. Текущая нумерация блоков позволяет установить ошибочно переда­ваемую или поте­рявшуюся информацию.

Управление потоком данных служит для распределения и синхрони­зации ин­формаци­онных потоков. Передача данных в сети требует управления потоками данных. Дело в том, что разные каналы в сети и разные узлы сети могут иметь разные скорости передачи и обработки данных. В этом случае более медленное устройство (например, принтер) должно иметь буфер для хранения порций данных. В результате данные в некоторых узлах могут накапливаться. Необходимо предусмотреть механизм такого накапливания и дальнейшей передачи.

Необходим механизм защиты сообщений, передаваемых по каналу связи и предназначенных определенному адресату, от прочтения его другим адресатом. Для этого аппаратное и программное обеспечение, управляющее распределением и контролем передачи данных в сети, должно иметь механизм обеспечения доступа к приему и передаче сообщений. Распределение, контроль и управление ограничениями доступа к данным вме­няются в обязанность пункта разрешения доступа (например, "только передача" или "только прием").

Методы восстановления используются после прерывания процесса передачи данных вследствие сбоя для того, чтобы вернуться к определенному положению для повтор­ной передачи инфор­мации.

1.4. Телекоммуникационные системы – основные функции и компоненты

Термин «локальная сеть» характеризует масштаб сети: количество компьютеров в сети максимум несколько сотен, длина каналов связи обычно не превышает нескольких сотен метров, пропускная способность каналов связи достаточно высокая. Основным преимуществом работы в локальной сети по сравнению с работой на отдельных компьютерах является использование в многопользовательском режиме общих ресурсов сети: дисков, принтеров, модемов, программ и данных, хранящихся на общедоступных дисках, а также возможность передавать информацию с одного компьютера на другой. Благодаря вычислительным сетям пользователи полу­чают возможность доступа к ресурсам не только своего, но и остальных компьютеров сети. Понятие локальная вычислительная сеть - 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.

Локальная вычислительная сеть на предприятии должна выполнять следующие функции:

· создание единого информационного пространства, которое способно включать и предоставлять всем пользователям информацию, полученную в разное время и из разных источников;

· распа­раллеливание и контроль выполне­ния работ и обработки данных по ним;

· повышение достоверности информации и надежности ее хранения пу­тем создания устойчивой к сбоям и потерям информации вычислительной системы, а также создание архивов данных, которые можно использовать для аналитической обработки;

· обеспечение эффективной системы накопления, хранения и поиска технологической, технико-экономической и финансово-экономической ин­формации по текущей работе и проделанной некоторое время назад (ин­формация архива) с помощью создания глобальной базы данных;

· обработка документов и построения на базе этого действующей сис­темы анализа, прогнозирования и оценки обстановки с целью принятия оп­тимального решения и выработки глобальных отчетов;

· обеспечение прозрачного доступа к информации авторизованному пользователю в соответствии с его правами и привилегиями.

Существует два подхода к организации сетевого программного обеспечения -сети с централизованным управлением и одноранговые сети.

В сети с централизованным управлением выделяются одна или несколько выделенных машин, управляющих обменом данными по сети. Диски выделенных машин, которые называются файл-серверами, доступны всем остальным компьютерам сети. На файл-серверах должен работать специальный мультизадачный диспетчер, использующий защищённый режим работы процессора. Остальные компьютеры называются рабочими станциями. Рабочие станции имеют доступ к дискам файл-сервера и совместно используемым принтерам, но и только. С одной рабочей станции нельзя работать с дисками других рабочих станций. С одной стороны, это хорошо, так как пользователи изолированы друг от друга и не могут случайно повредить чужие данные. С другой стороны, для обмена данными пользователи вынуждены использовать диски файл-сервера, создавая для него дополнительную нагрузку. Есть, однако, специальные программы, работающие в сети с централизованным управлением и позволяющие передавать данные непосредственно от одной рабочей станции к другой, минуя файл-сервер (например, NetLink). После её запуска на двух рабочих станциях можно передавать файлы с диска одной станции на диск другой. На рабочих станциях устанавливается специальное программное обеспечение, часто называемое сетевой оболочкой. Это обеспечение работает в среде той операционной системы, которая используется на данной рабочей станции.

Файловый сервер выполняет три важные функции:

· хранит часто используемые программы;

· принимает информацию, которую нужно переслать от одной рабочей станции к другой рабочей станции;

· служит шлюзом (передающим устройством) к другим сетям.

Файл-серверы могут быть выделенными или невыделенными. В первом случае файл-сервер не может использоваться как рабочая станция и выполняет только задачи управления сетью. Во втором случае параллельно с задачей управления сетью файл-сервер выполняет обычные пользовательские программы. Однако при этом снижается производительность файл-сервера и надёжность работы всей сети в целом, так как ошибка в пользовательской программе, запущённой на файл-сервере, может привести к остановке работы всей сети.

Программные средства и данные общего назначения (базы данных и клиентские приложения) хранятся в единственном экземпляре на дисках файлового сервера. Благодаря указанной возможности, во-первых, обеспечивается рациональное использование внешней памяти за счёт освобождения локальных дисков рабочих станций, и во-вторых, облегчается поддержка целостности данных, что всегда является проблемой при дублировании информации.

Файловый сервер, связанный с глобальной сетью, может обеспечить доступ пользователя с любого компьютера локальной сети к ресурсам глобальных сетей.

Рабочие станции, входящие в ЛВС, могут быть разделены на рабочие группы. Рабочей группе можно выделить свои ресурсы (накопители, принтеры, программное обеспечение, которые будут недоступны другим рабочим группам).

Существуют различные сетевые операционные системы, ориентированные на сети с централизованным управлением. Самые известные из них - Novel NetWare, Microsoft Lan Manager (на базе OS/2), а также выполненная на базе UNIX сетевая операционная система VINES.

Одноранговые сети не содержат в своём составе выделенных серверов. Функции управления сетью передаются по очереди от одной рабочей станции к другой. Как правило, рабочие станции имеют доступ к дискам (и принтерам) других рабочих станций. Такой подход облегчает совместную работу групп пользователей, но в целом производительность сети может понизиться. Одно из достоинств одно-ранговых сетей - простота обслуживания. Если для обслуживания сети на базе Novel NetWare, как правило, требуется системный администратор, то для поддержания работоспособности одно-ранговой сети не требуется специально выделенный для этого сотрудник.

В сети иногда возникают конфликты при попытке разных станций передать данные по одному каналу связи. Это приводит к перебоям в передаче и в конечном счете к уменьшению пропускной способности сети. Поэтому важной характеристикой сети служат методы разрешения конфликтных ситуаций.

Пользователи локальной сети обычно получают и передают информацию разной степени важности, поэтому более важное сообщение должно иметь возможность передаваться по каналу связи вне очереди. Третьим критерием можно считать систему приоритетов.

При большой загрузке сети необходимо как можно более полное использование каналов связи, что обеспечивается правильным управлением сетью и возможностью работы в загруженных сетях.

Один из подходов к управлению сетью заключается в том, что один из компьютеров сети выделяется в качестве главного узла. Главный узел управляет всеми остальными компьютерами, подключенными к сети, и сам определяет, какие устройства и когда производят передачу информации.

Второй подход реализуется на основе равнорангового (одноуровнего) протокола. При этом подходе все компьютеры сети имеют в принципе одинаковый статус (хотя фактически они могут иметь разные права доступа). Возможно и применение гибридных (смешанных) систем.

Поскольку для ЛВС характерны небольшие значения времени распространения сигналов и высокие скорости работы каналов, а также небольшое количество ошибок, не требуется, чтобы в локальной сети использовались сложные протокольные механизмы соединения, опроса, выбора, положительного (или отрицательного) подтверждения.

При организации взаимодействия узлов в локальных сетях основная роль отводится протоколу канального уровня. Наиболее популярный протокол канального уровня - Ethernet - рассчитан на параллельное подключение всех узлов сети к общей для них шине - отрезку коаксиального кабеля. Подход, заключающийся в использовании простых структур кабельных соединений между компьютерами локальной сети, являлся следствием основной цели, которую ставили перед собой разработчики первых локальных сетей во второй половине 70-х годов. Эта цель заключалась в нахождении простого и дешевого решения для объединения нескольких десятков компьютеров, находящихся в пределах одного здания, в вычислительную сеть. Решение должно было быть недорогим, потому что в сеть объединялись недорогие компьютеры. Количество их в одной организации было небольшим, поэтому предел в несколько десятков (максимум - до сотни) компьютеров представлялся вполне достаточным для роста практически любой локальной сети.

Для упрощения и, соответственно, удешевления аппаратных и программных решений разработчики первых локальных сетей остановились на совместном использовании кабелей всеми компьютерами сети в режиме разделения времени. Наиболее явным образом режим совместного использования кабеля проявляется в сетях Ethernet, где коаксиальный кабель физически представляет собой неделимый отрезок кабеля, общий для всех узлов сети. Но и в сетях Token Ring, где каждая соседняя пара компьютеров соединена, казалось бы, своими индивидуальными отрезками кабеля, эти отрезки не могут использоваться компьютерами, которые непосредственно к ним подключены, в произвольный момент времени. Эти отрезки образуют кольцо, доступ к которому как к единому целому может быть получен только по вполне определенному алгоритму, в котором участвуют все компьютеры сети. Использование кольца как общего разделяемого ресурса упрощает алгоритмы передачи по нему кадров, так как в каждый конкретный момент времени кольцо используется только одним компьютером.

Такой подход позволяет упростить логику работы сети. Например, отпадает необходимость контроля переполнения узлов сети кадрами от многих станций, решивших одновременно обменяться информацией. В глобальных сетях, где отрезки кабелей, соединяющих отдельные узлы, не рассматриваются как общий ресурс, такая необходимость возникает, и для решения этой проблемы в алгоритмы обмена информацией вводятся весьма сложные процедуры, предотвращающие переполнение каналов связи и узлов сети.

Использование в локальных сетях очень простых конфигураций (общая шина и кольцо) наряду с положительными имело и негативные стороны, из которых наиболее неприятными были ограничения по производительности и надежности. Наличие только одного пути передачи информации, разделяемого всеми узлами сети, в принципе ограничивало пропускную способность сети пропускной способностью этого пути (к тому же разделенной на число компьютеров сети), а надежность сети - надежностью этого пути. Поэтому по мере повышения популярности локальных сетей и расширения их сфер применения все больше стали применяться специальные коммуникационные устройства - мосты и маршрутизаторы - которые в значительной мере снимали ограничения единственной разделяемой среды передачи данных. Базовые конфигурации в форме общей шины и кольца превратились в элементарные структуры локальных сетей, которые можно теперь соединять друг с другом более сложным образом, образуя параллельные основные или резервные пути между узлами.

Тем не менее, внутри базовых структур по-прежнему работают все те же протоколы разделяемых единственных сред передачи данных, которые были разработаны более 15 лет назад. Это связано с тем, что хорошие скоростные и надежностные характеристики кабелей локальных сетей удовлетворяли в течение всех этих лет пользователей небольших компьютерных сетей, которые могли построить сеть без больших затрат только с помощью сетевых адаптеров и кабеля. К тому же колоссальная инсталляционная база оборудования и программного обеспечения для протоколов Ethernet и Token Ring способствовала тому, что сложился следующий подход - в пределах небольших сегментов используются старые протоколы в их неизменном виде, а объединение таких сегментов в общую сеть происходит с помощью дополнительного и достаточно сложного оборудования.

1.5. Топология локальной сети

Топологией локальной сети называется способ и технология соединения ее узлов. Принято различать топологию в форме звезды, кольцевую топологию и шинную топологию.

Топология типа звезда. Концепция топологии сети в виде звезды пришла из области больших ЭВМ, в которой головная машина получает и обрабатывает все данные с пе­риферийных устройств как активный узел обработки данных. Один узел является центральным. Он соединен каналами связи со всеми остальными узлами, которые обычно называются рабочими станциями. Каждый канал входит в центральный узел через свой сетевой адаптер. Благодаря этому связь рабочей станции с центральным узлом независима от связей остальных станций. Вся информация между двумя периферийными рабочими мес­тами проходит через центральный узел вычислительной сети. Пропускная способность сети определяется вычислительной мощно­стью узла и гарантируется для каждой рабочей станции. Коллизий (столкновений) данных не возникает. Затраты на прокладку кабелей высокие, особенно когда центральный узел географически расположен не в центре топологии. При расширении вычислительных сетей не могут быть использованы ранее выполненные кабельные связи: к новому рабочему месту необходимо прокладывать отдельный кабель из центра сети.

Топология в виде звезды является наиболее быстродействующей из всех топологий вычислительных сетей, поскольку передача данных между рабочими станциями проходит через центральный узел (при его хорошей производительности) по отдельным линиям, используемым только этими рабочими станциями. Частота запросов передачи информации от одной станции к другой невысокая по сравнению с достигаемой в других тополо­гиях. Производительность вычислительной сети в первую очередь зависит от мощности центрального узла. Он может быть узким ме­стом вычислительной сети. В случае выхода из строя центрального узла на­рушается работа всей сети.

Центральный узел управления в случае топологии типа звезды может реализо­вать оптимальный механизм защиты против несанкционированного доступа к информации, так как вся вычислительная сеть управляется из ее центра.

Кольцевая топология. При кольцевой топологии сети рабочие станции связаны одна с дру­гой по кругу. По одному сетевому адаптеру компьютер принимает сообщение от одной станции, а по другому сетевому адаптеру он это сообщение отправляет. Прокладка кабелей от одной рабочей станции до другой может быть довольно сложной и дорогостоящей, особенно если географически рабочие станции расположены далеко от кольца (например, в линию).

Сообщения циркулируют регулярно по кругу. Рабочая станция посы­лает по определенному конечному адресу информацию, предварительно получив из кольца запрос. Пересылка сообщений является очень эффектив­ной, так как большинство сообщений можно отправлять по ка­бельной системе одно за другим. Очень просто можно сделать кольцевой запрос на все станции. Продолжительность передачи информации увеличи­вается пропорционально количеству рабочих станций, входящих в вычисли­тельную сеть.

Основная проблема при кольцевой топологии заключается в том, что каждая рабочая станция должна активно участвовать в пересылке информа­ции, и в случае выхода из строя хотя бы одной из них вся сеть парализуется. Неисправности в кабельных соединениях локализуются легко. Подключение новой рабочей станции требует кратко срочного выключения сети, так как во время установки кольцо должно быть разомкнуто. Ограниче­ния на протяженность вычислительной сети не существует, так как оно, в конечном счете, определяется исключительно расстоянием между двумя рабочими станциями.

Специальной формой кольцевой топологии является логическая кольцевая сеть. Несколько узлов объединяются в кольцо, а от них расходятся лучи звезды. Отдельные звезды включаются в сеть с помощью специальных коммутаторов (англ. Hub - концентратор), которые по-русски также иногда называют “хаб”. В зависимости от числа рабочих станций и длины кабеля между рабо­чими станциями применяют активные или пассивные концентраторы. Актив­ные концентраторы дополнительно содержат усилитель для подключения от 4 до 16 рабочих станций. Пассивный концентратор является исключи­тельно разветвительным устройством (максимум на три рабочие станции). Управление отдельной рабочей станцией в логической кольцевой сети про­исходит так же, как и в обычной кольцевой сети.

Шинная топология. При шинной топологии среда передачи информации представляется в форме одного канала связи, доступного для всех рабочих станций, к которому они подключаются. Все рабочие станции имеют право получать и посылать сообщения по сети. Адресат сообщения указывается в самом передаваемом пакете. В ЛВС с шинной технологией может существовать только одна станция, передающая информацию. Ситуация, когда два узла одновременно собираются отправить сообщение, называется коллизией. Для предотвращения коллизий применяется какой-либо способ разрешения конфликтов, называемый шинным арбитражем. Одним из них может служить временной метод разделения, согласно которому для каждой подключенной рабочей станции в определенные моменты времени предоставляется исключительное право на использование канала передачи данных.

Другой способ заключается в широкополосной передаче информации: различные рабочие станции получают свою частоту, на ко­торой эти рабочие станции могут отправлять и получать информацию. Пе­ресылаемые данные модулируются на соответствующих несущих частотах, т.е. между средой передачи информации и рабочими станциями находятся соответственно модемы для модуляции и демодуляции. Техника широкопо­лосных сообщений позволяет одновременно транспортировать в коммуникационной среде довольно большой объем информации.

Характеристики топологий вычислительных сетей приведены ниже.

Характеристики	Топология
Звезда	Кольцо	Шина
Стоимость расширения	Незначительная	Средняя	Средняя
Присоединение абонентов	Пассивное	Активное	Пассивное
Защита от от­казов	Незначительная	Незначительная	Высокая
Размеры сис­темы	Любые	Любые	Ограничены
Защищенность от прослуши­вания	Хорошая	Хорошая	Незначительная
Стоимость подключения	Незначительная	Незначительная	Высокая
Поведение системы при высоких на­грузках	Хорошее	Удовлетвори-тельное	Плохое
Возможность работы в ре­альном режиме времени	Очень хорошая	Хорошая	Плохая
Разводка кабеля	Хорошая	Удовлетвори-тельная	Хорошая
Обслуживание	Очень хорошее	Среднее	Среднее

Древовидная структура ЛВС. Наряду с известными топологиями вычислительных сетей кольцо, звезда и шина, на практике применяется и комбинированная, например, древовидная структура. Она образуется в основном в виде комбинаций вы­шеназванных топологий вычислительных сетей. Основание дерева вычис­лительной сети располагается в точке (корень), в которой собираются ком­муникационные линии информации (ветви дерева).

Вычислительные сети с древовидной структурой применяются там, где невозможно непосредственное применение базовых сетевых структур в чистом виде. Для подключения большого числа рабочих станций применяют сетевые усилители и/или коммута­торы. Коммутатор, обладающий одновременно и функциями усилителя, на­зывают активным концентратором.

1.6. Технологии функционирования локальной сети

Наиболее популярными технологиями, применяемыми при построении локальных сетей, являются технологии Ethernet, Token Ring и Arcnet. Эти технологии относятся к канальному уровню обеспечения работы локальной сети. Соответ­ственно в них используются разные канальные протоколы, основанные на разных алгоритмах обработки.

Локальная сеть Ethernet. Спецификацию Ethernet в конце семидесятых годов предложила компания Xerox Corporation. Позднее к этому проекту присоединились компании Digital Equipment Corporation (DEC) и Intel Corporation.

Метод Ethernet обеспечивает высокую скорость передачи данных и надёжность На логическом уровне в Ethernet применяется топология шина. Поэтому сообщение, отправляемое одной рабочей станцией, принимается одновременно всеми остальными станциями, подключёнными к общей шине. Но сообщение предназначено только для одной станции (оно включает в себя адрес станции назначения и адрес отправителя). Та станция, которой предназначено сообщение, принимает его, остальные игнорируют.

Метод доступа Ethernet является методом множественного доступа с прослушиванием несущей и разрешением коллизий (конфликтов) Перед началом передачи рабочая станция определяет, свободен канал или занят. Если канал свободен, станция начинает передачу. Ethernet не исключает возможности одновременной передачи сообщений двумя или несколькими станциями. Аппаратура автоматически распознаёт такие конфликты, называемые коллизиями. После обнаружения конфликта станции задерживают передачу на некоторое время. Это время небольшое и для каждой станции своё. После задержки передача возобновляется. Реально конфликты приводят к уменьшению быстродействия сети только в том случае, если работает порядка 80-100 станций.

Локальная сеть Token Ring. Этот стандарт сети разработан фирмой IBM. В этой сети устройства подключаются по топологии «звезда». В качестве метода управле­ния доступом станций к передающей среде используется специальный метод - маркерное кольцо (Тоken Ring). Согласно этому методу каждый узел сети, желающий начать передачу, ждет, когда его достигнет маркер – специальное сообщение. После этого компьютер не отправляет маркер дальше, а задерживает его у себя и начинает передачу данных. Только тогда, когда будет получено подтверждение приема данных, передающий узел посылает маркер дальше, сигнализируя, что сеть свободна.

Метод управления доступом станций к передающей среде предусматривает следующие правила:

· все устройства, подключенные к сети, могут передавать данные, только получив разрешение на передачу (маркер);

· в любой момент времени только одна станция в сети обладает таким правом;

· данные, передаваемые одной станцией, доступны всем станциям сети.

В Тоkеn Ring используются три основных типа пакетов:

· пакет Управление/Данные (англ. Data/Соmmand Frame). С помощью такого пакета выполняется передача данных или команд управления работой сети.

· маркер (Token). Станция может начать передачу данных только после получения такого пакета. В одном кольце может быть только один маркер и, соответственно, только одна станция с правом передачи данных.

· пакет Сброса (Аbort). Посылка такого пакета вызывает прекращение любых передач.

Локальная сеть Arcnet (Attached Resource Computer NETWork) - простая, недорогая, надежная и достаточно гибкая архитектура локальной сети, разработанная корпорацией Datapoint в 1977 году. Впоследствии лицензию на Аrcnet приобрела корпорация SМС (Standard Microsystem Corporation), которая стала основным разработчиком и производителем оборудования для сетей Аrcnet.

По технологии Arcnet один из компьютеров создаёт специальный маркер (сообщение специального вида), который последовательно передаётся от одного компьютера к другому. Если станция желает передать сообщение другой станции, она дожидается маркера и добавляет к нему сообщение, дополненное адресами отправителя и назначения, присоединяет к маркеру свое сообщение и посылает его дальше. Следующий узел также может присоединить к группе свое сообщение и т.д. В результате по сети проходит поток из нескольких сообщений, возглавляемых кольцевым маркером. Компьютер, которому адресовано одно из сообщений потока, отцепляет его. Когда пакет дойдёт до станции назначения, сообщение будет «отцеплено» от маркера и передано станции. При подключении устройств в Аrcnet применяют топологии «шина» и «звезда».

Метод управления доступом станций к передающей среде предусматривает следующие правила:

• все устройства, подключенные к сети, могут передавать данные, только получив разрешение на передачу (маркер);
• в любой момент времени только одна станция в сети обладает таким правом;
• данные, передаваемые одной станцией, доступны всем станциям сети.

Передача каждого байта в Аrcnet выполняется специальной посылкой, состоящей из трех служебных старт/стоповых битов и восьми битов данных. В начале каждого пакета передается начальный разделитель АВ (Аlегt Вurst), который состоит из шести служебных битов. Начальный разделитель выполняет функции преамбулы пакета. В Аrcnet определены 5 типов пакетов:

· пакет IТТ (Information To Transmit) - приглашение к передаче. Эта посылка передает управление от одного узла сети другому. Станция, принявшая этот пакет, получает право на передачу данных.

· пакет FBE (Free Buffeг Еnquiries) - запрос о готовности к приему данных. Этим пакетом проверяется готовность узла к приему данных.

· пакет Данных. С помощью этой посылки производиться передача данных.

· пакет АСК (ACKnowledgments) - подтверждение приема. Подтверждение готовности к приему данных или подтверждение приема пакета данных без ошибок, т.е. в ответ на FBE и пакет данных.

· пакет NAK (Negative AcKnowledgments) - неготовность к приему. Неготовность узла к приему данных (ответ на FBE) или принят пакет с ошибкой.

1.7.Сетевые операционные системы

1.7.1. Структура сетевой операционной системы

Сетевая операционная система (сетевая ОС) составляет основу любой вычислительной сети. Каждый компьютер в сети в значительной степени автономен, поэтому в широком смысле под сетевой операционной системой понимается совокупность операционных систем отдельных компьютеров взаимодействующих с целью обмена сообщениями и разделения ресурсов по единым правилам (протоколам). В узком смысле сетевая ОС — это операционная система отдельного компьютера, обеспечивающая ему возможность работать в сети.

В сетевой операционной системе отдельной рабочей станции можно выделить несколько частей, каждая из которых имеет определенное функциональное назначение.

Средства управления локальными ресурсами компьютера:

· распределение оперативной памяти между процессами;

· планирование и диспетчеризация процессов;

· управление процессорами в мультипроцессорных компьютерах;

· управление периферийными устройствами и управление ресурсами локальных ОС.

Средства предоставления собственных ресурсов и услуг в общее пользование — серверная часть ОС (сервер):

· блокировка файлов и записей, необходимая для их совместного использования;

· ведение справочников имен сетевых ресурсов;

· обработка запросов удаленных пользователей к собственной файловой системе и базе данных;

· управление очередями запросов удаленных пользователей к собственным периферийным устройствам.

Средства запроса доступа к удаленным ресурсам и услугам и средства использования этих ресурсов и услуг — клиентская часть ОС (редиректор):

· распознавание и перенаправление в сеть запросов доступа к удаленным ресурсам от приложений и пользователей (при этом запрос от приложения поступает в локальной форме, а передается в сеть в форме, соответствующей требованиям сервера);

· прием ответов от серверов и преобразование их в локальную форму

В результате такого преобразования выполнение локальных и удаленных запросов для приложения неразличимо.

Коммуникационные средства ОС, с помощью которых происходит обмен сообщениями в сети — средства транспортировки сообщений:

· адресация и буферизация сообщений;

· выбор маршрута передачи сообщения по сети;

· обеспечение надежности передачи и т. п.

В зависимости от функций, возлагаемых на конкретный компьютер, в его операционной системе может отсутствовать либо клиентская, либо серверная часть.

Редиректор перехватывает все запросы, поступающие от приложений, и анализирует их. Если выдан запрос к ресурсу данного компьютера, то он переадресуется соответствующей подсистеме локальной ОС, если же это запрос к удаленному ресурсу, то он перенаправляется в сеть. При этом клиентская часть преобразует запрос из локальной формы в сетевую и передает его транспортной подсистеме, которая отвечает за доставку сообщений указанному серверу. На принимающем компьютере серверная часть операционной системы преобразует запрос и передает его для выполнения своей локальной ОС. После того как результат получен, сервер обращается к транспортной подсистеме и направляет ответ клиенту, выдавшему запрос. Клиентская часть преобразует результат в соответствующий формат и адресует его тому приложению, которое выдало запрос.

Первые сетевые ОС представляли собой совокупность существующей локальной ОС и надстроенной над ней сетевой оболочки. При этом в локальную ОС встраивался минимум сетевых функций, необходимый для работы оболочки. Основные сетевые функции выполнялись сетевой оболочкой. Примером такой технологии является использование на каждой рабочей станции сети операционной системы MS-DOS (начиная с третьей версии DOS, у нее появились необходимые для совместного доступа к файлам встроенные функции, такие как блокировка файлов и записей). Принцип построения сетевых ОС в виде сетевой оболочки над локальной ОС используется и в современных ОС, например, в LANtastic или Personal Ware.

Однако более эффективным представляется путь разработки операционных систем, изначально предназначенных для работы в сети. Сетевые функции у ОС такого типа глубоко встроены в основные модули системы, что обеспечивает их логическую стройность, простоту эксплуатации и модификации, также высокую производительность. Примером такой ОС является система Windows NT/2000 фирмы Microsoft, которая благодаря встроенным сетевым средствам обеспечивает более высокую производительность и защищенность информации, чем сетевая ОС LAN Manager (совместная разработка Microsoft и IBM), являющаяся надстройкой над локальной операционной Системой OS/2.

В современных сетевых операционных системах (NOS — Network Operation System) вычислительные операции производятся преимущественно на рабочих станциях. На основе сетевых систем создаются и успешно применяются системы с распределенной обработкой данных. Это, в первую очередь, связано с ростом вычислительных возможностей персональных компьютеров и все более активным внедрением мощных многозадачных операционных систем: OS/2, Windows NT/2000/XP, Windows 95/98. Кроме того, внедрение объектно-ориентированных технологий (OLE, DCE, IDAPI) позволяет упростить организацию распределенной обработки данных. В такой ситуации основной задачей сетевой ОС становится объединение неравноценных операционных систем рабочих станций и обеспечение транспортного уровня для широкого круга задач, таких как обработка баз данных, передача сообщений, управление распределенными ресурсами сети (directory/name service — сервис имен/каталогов).

Применяют три основных подхода к организации управления ресурсами сети.

Первый подход — таблицы объектов (Bindery) — используется в сетевых операционных системах NetWare 286 — NetWare 4.1x. Такая таблица находится на каждом файловом сервере сети. Она содержит информацию о пользователях, группах, их правах доступа к ресурсам сети (данным, сервисным услугам и т. п.). Такая организация работы удобна, если в сети только один сервер. В этом случае требуется определить только одну информационную базу и контролировать ее. При расширении сети, добавлении новых серверов объем задач по управлению ресурсами сети резко возрастает. Администратор системы вынужден определять и контролировать работу пользователей на каждом сервере сети. Абоненты сети, в свою очередь, должны точно знать, где расположены те или иные сетевые ресурсы, а для получения доступа к этим ресурсам — регистрироваться на выбранном сервере. Конечно, для информационных систем, состоящих из большого количества серверов, такая организация работы не подходит.

Второй подход — структура доменов (Domain) — используется в таких сетевых ОС, как LANServer и LANManager. Все ресурсы и пользователи сети объединены в группы. Домен можно рассматривать как аналог таблиц объектов (bindery), только здесь такая таблица является общей для нескольких серверов, а ресурсы серверов — общими для всего домена. Чтобы получить доступ к сети, пользователю достаточно подключиться к домену (зарегистрироваться), после этого ему становятся доступны все ресурсы домена, ресурсы всех серверов и устройств, входящих в состав домена. Однако и при таком подходе возникают проблемы при построении информационной системы с большим количеством пользователей серверов и, соответственно, доменов. Например, в сети для предприятий или большой разветвленной организации проблемы уже связаны с обеспечением взаимодействия и управления несколькими доменами. (По содержанию эти проблемы такие же, как и в первом случае.).

Третий подход — система доменных имен (DNS — Domain Name System) — лишен этих недостатков. Все ресурсы сети: сетевая печать, хранение данных, пользователи, серверы и т. п. — рассматриваются как отдельные ветви или каталоги информационной системы. Таблицы, определяющие DNS, находятся на каждом сервере. Во-первых, это повышает надежность и работоспособность системы, а во-вторых, — упрощает обращение пользователя к ресурсам сети. Зарегистрировавшись на одном сервере, пользователь получает доступ ко всем ресурсам сети. При таком подходе управлять системой проще, чем при использовании доменов, поскольку в первом случае все ресурсы сети определяются при помощи одной таблицы, а при доменной организации необходимо определять ресурсы, список пользователей и права доступа для каждого домена отдельно.

Рассмотрим возможности некоторых сетевых операционных систем и требования, которые они предъявляют к программному и аппаратному обеспечению устройств сети.

1.7.2. Сетевые ОС фирмы Novell

Рассмотрим семейство сетевых ОС фирмы Novell в порядке появления версий.

Отличается самой эффективной файловой системой среди современных сетевых ОС, имеет самый широкий выбор аппаратного обеспечения.

Ниже приводятся основные характеристики и требования к аппаратному обеспечению.

· Центральный процессор: класса 386 и выше.

· Минимальный объем жесткого диска: 9 Мбайт.

· Объем оперативной памяти (ОП) на сервере: 4 Мбайт—4 Гбайт.

· Минимальный объ