Компьютерные сети. Основные понятия

Рис. 12 - Распределение значений коэффициента использования пробега по маршрутам

1.1. Компьютерные сети – частный случай распределенных вычислительных систем

Компьютерные сети представляют собой частный случай распределенных вычислительных систем, в которых группа компьютеров согласованно выполняет набор взаимосвязанных задач, обмениваясь данными в автоматическом режиме. Наряду с компьютерными сетями к распределенным системам относятся также мультипроцессорные компьютеры и многомашинные вычислительные комплексы.

Создание распределенных систем служит двум основным целям:

• Повышению производительности системы за счет распределения процесса решения задач между компонентами системы.
• Повышению надежности и отказоустойчивости системы (то есть способности системы функционировать в условиях отказа некоторых ее частей) за счет переноса вычислительной нагрузки отказавших компонентов на функционирующие.

В мультипроцессорных компьютерах имеется несколько процессоров, каждый из которых может независимо от остальных обращаться к общей памяти и выполнять собственную программу. Все периферийные устройства являются для общими для всех процессоров такого компьютера. В мультипроцессорном компьютере существует общая для всех процессоров операционная система, которая распределяет вычислительную нагрузку между процессорами. Мультипроцессорным компьютерам не свойственна территориальная распределенность – все его блоки располагаются в одном или нескольких близко расположенных конструктивных элементах, как у обычного компьютера.

Многомашинный комплекс (кластер) – это вычислительная система, состоящая из нескольких компьютеров (каждый из них работает под управлением собственной операционной системы), а также программные и аппаратные средства, связывающие эти компьютеры в одно целое. Связь по данным осуществляется через общую разделяемую дисковую память. Для обмена служебной информацией (распределение вычислительной нагрузки между компьютерами, синхронизация вычислений, реконфигурация системы при отказах) используются более быстрые межпроцессорные связи.

Вычислительная сеть – это совокупность компьютеров, соединенных линиями связи. Линии связи образованы кабелями, сетевыми адаптерами и другими коммуникационными устройствами. Все сетевое оборудование работает под управлением системного и прикладного программного обеспечения. Связи между компьютерами здесь еще слабее, чем в кластерных системах. Каждый компьютер работает самостоятельно под управлением своей ОС, по мере необходимости обмениваясь сообщениями с другими компьютерами. Поток данных, пересылаемых по линиям связей компьютерной сети, называется сетевым трафиком.

Основной целью создания вычислительной сети является разделение локальных ресурсов отдельных компьютеров (хранилищ данных, внутренних и периферийных аппаратных устройств – процессоров, дисководов, принтеров) между всеми пользователями сети.

Чтобы компьютер мог работать в сети, его операционная система должна быть дополнена серверными и клиентскими модулями, а также средствами передачи данных между компьютерами. В результате такого добавления операционная система становится сетевой.

Модули первого вида называются программными серверами (server), так как их главная задача – обслуживать (serve) запросы на доступ к ресурсам своего компьютера, поступающие от других компьютеров, которые для формирования и передачи на нужный компьютер сетевых запросов должны быть снабжены модулями, называемыми программными клиентами (client). К одному серверу могут обращаться несколько клиентов.

Пара модулей «клиент-сервер» обеспечивает совместный доступ пользователей к ресурсам определенного типа, например, к файлам. В этом случае говорят, что пользователь имеет дело с файловой службой (service). Обычно сетевая операционная система поддерживает несколько видов сетевых служб для своих пользователей – файловую службу, службу печати, службу электронной почты, службу удаленного доступа и т. п.

Сетевые службы относятся к распределенным системным программам. Однако в сети могут выполняться и распределенные прикладные программы – приложения. Распределенное приложение также состоит из нескольких частей, каждая из которых выполняет какую-то часть работы по решению прикладной задачи. Например, одна часть приложения, выполняющаяся на компьютере пользователя, может поддерживать специализированный графический интерфейс, вторая – работать на мощном удаленном компьютере и заниматься статистической обработкой введенных пользователем данных, третья – заносить полученные результаты в базу данных на компьютере с установленной стандартной СУБД. Распределенные приложения в полной мере используют потенциальные возможности распределенной обработки, предоставляемые вычислительной сетью, и поэтому часто называются сетевыми приложениями.

Следует подчеркнуть, что не всякое приложение, выполняемое в сети, является сетевым. Существует много популярных приложений, которые не являются распределенными и целиком выполняются на одном компьютере сети, но могут с помощью встроенных в ОС сетевых служб пользоваться возможностями сети. Например, такие приложения могут с помощью файловых служб получать с удаленных компьютеров данные и обрабатывать их на клиентской машине, как локальные.

Термины «клиент» и «сервер» используются не только для обозначения программных модулей, но и компьютеров, подключенных к сети. Если компьютер предоставляет свои ресурсы другим компьютерам сети, то он называется сервером, а если он потребляет эти ресурсы – то клиентом или рабочей станцией. Иногда один и тот же компьютер может одновременно быть и сервером, и клиентом. С точки зрения такого деления различают одноранговые сети и серверные сети.

В одноранговой сети каждый компьютер может быть как сервером, так и клиентом (это сети на основе Windows for Workgroups, Windows-98). В серверных сетях выделяются отдельные компьютеры для серверов и клиентские компьютеры (Novell NetWare, MS Windows NT/2000/2003 server). Для разных видов ресурсов могут использоваться разные сервера (файловые сервера, сервера печати и т. д.).

Итак, использование вычислительных сетей дает предприятию следующие возможности:

• Способность распараллеливать вычисления, увеличивая скорость решения задач.
• Повышение отказоустойчивости системы.
• Совместное использование данных и устройств сети всеми ее пользователями.
• Оперативный доступ к широкому информационному пространству, и, следовательно, возможность быстрого и качественного принятия решений.
• Совершенствование коммуникаций (E-mail, аудио- и видеоконференции и т. д.)