Компьютерные сети. Средства вычислительной техники

Средства вычислительной техники

В обеспечении управленческой деятельности используют современные средства вычислительной техники:

персональные компьютеры, ресурсы которых направлены на обеспечение деятельности одного работника;

корпоративные компьютеры (называемые мини-ЭВМ или mainframe). Область применения корпоративных компьютеров — реализация информационных технологий обеспечения управленческой деятельности в крупных финансовых и производственных организациях, создание многопользовательских вычислительных систем, обеспечивающих совместную деятельность многих работников в рамках одной организации, одного проекта;

суперкомпьютеры, представляющие собой самые мощные вычислительные системы. Они используются в фундаментальных научных исследованиях, в крупных банковских системах, в космических и военных исследованиях и др.

В области компьютерных технологий в последние два десятилетия не было, наверное, более активно развивающегося направления, чем становление и развитие вычислительных сетей, составивших основу так называемых сетевых технологий. Можно указать следующие основные причины широкого распространения вычислительных сетей (ВС) в сфере управления:

• во-первых, повсеместное распространение относительно недорогих персональных компьютеров (ПК), вычислительные мощности которых сегодня позволяют с успехом решать большинство практических задач;
• во-вторых, объективно существующие потребности пользователей ПК одной организации обмениваться между собой информацией, совместно использовать общие сетевые программные, аппаратные и информационные ресурсы, а также получать доступ к ресурсам вычислительных сетей других организаций или учреждений;
• в-третьих, появление на рынке широкого спектра аппаратных и программных коммуникационных средств, позволяющих легко и относительно дешево соединять ПК в компьютерную сеть.

Компьютерная сеть — это совокупность программных, технических и коммуникационных средств, обеспечивающих эффективное распределение вычислительных ресурсов нескольких ЭВМ. Появление компьютерных сетей связано с ростом потребности в совместном использовании одних и тех же информационных ресурсов и технических устройств (например, принтеров, модемов и т.д.) несколькими пользователями. Именно сетевые технологии позволяют объединить технологии обработки информации на компьютере с новейшими достижениями в технологиях связи.

Использование сетевых технологий позволяет:

— расширить перечень решаемых задач по обработке информации;

— создать новые виды сервисного обслуживания клиентов сети, например, электронную почту, телеконференции и т.д.;

— построить распределенные хранилища данных;

— существенно сократить затраты на обработку информации.

В сетях, построенных по принципу коммутации сообщений, информация передается порциями, называемыми сообщениями. Прямое соединение обычно не устанавливается, а передача сообщения начинается после освобождения первого канала и так далее, пока сообщение не дойдет до адресата. Каждым сервером осуществляются прием информации, ее сборка, проверка, маршрутизация и передача сообщения. Недостатками коммутации сообщений являются низкая скорость передачи данных и невозможность проведения диалога между клиентами, хотя стоимость передачи и уменьшается.

При коммутации пакетов обмен производится короткими пакетами фиксированной структуры. Пакет — часть сообщения, удовлетворяющая некоторому стандарту. Малая длина пакетов предотвращает блокировку линий связи, не дает расти очереди в узлах коммутации. Это обеспечивает быстрое соединение, низкий уровень ошибок, надежность и эффективность использования сети. Но при передаче пакета возникает проблема маршрутизации, которая решается программно-аппаратными методами. Наиболее распространенными способами являются фиксированная маршрутизация и маршрутизация способом кратчайшей очереди. Фиксированная маршрутизация предполагает наличие таблицы маршрутов, в которой закрепляется маршрут от одного клиента к другому, что обеспечивает простоту реализации, но одновременно и неравномерную загрузку сети. В методе кратчайшей очереди используется несколько таблиц, в которых каналы расставлены по приоритетам. Приоритет — функция, обратная расстоянию до адресата. Передача начинается по первому свободному каналу с высшим приоритетом. При использовании этого метода задержка передачи пакета минимальная.

В настоящее время разработаны программно-аппаратные средства маршрутизации. Повторитель (repeater) — самый простой тип устройства для соединения однотипных ЛВС, он ретранслирует все принимаемые пакеты из одной ЛВС в другую.

Сети, обеспечивающие коммутацию каналов, сообщений и пакетов, называются интегральными. Они объединяют несколько коммутационных сетей. Часть интегральных каналов используется монопольно, т. е. для прямого соединения. Прямые каналы создаются на время проведения сеанса связи между различными коммутационными сетями. По окончании сеанса прямой канал распадается на независимые магистральные каналы. Интегральная сеть эффективна, если объем информации, передаваемой по прямым каналам, не превышает 10-15%.

Сравнительно просто классифицируются сетевые технологии по составу ПК. Однородные сетевые технологии предполагают увязку в сети однотипных средств, разрабатываемых одной фирмой. Подключение к такой сети средств других производителей возможно только при условии соблюдения в них стандартов, принятых в однородной архитектуре.

Сети делятся на о бщественные, частные, корпоративные и коммерческие. По рекомендациям Международной организации по стандартизации ISO для физического уровня определены следующие классы общественных сетей: до 1000 км — средней длины; до 10 000 км — длинные; до 25 000 км — самые длинные наземные; до 80 000 км — магистральные через спутник; до 160 000 км — магистральные международные через два спутника.

История развития и классификация компьютерных сетей

Первые вычислительные сети (ВС) ЭВМ появились в 60-х годах двадцатого столетия. Одной из первых сетей, оказавших влияние на дальнейшее их развитие, явилась сеть АРПА, созданная пятьюдесятью университетами и фирмами США. В настоящее время она охватывает всю территорию США, часть Европы и Азии. Сеть АРПА доказала техническую возможность и экономическую целесообразность разработки больших сетей для более эффективного использования ЭВМ и программного обеспечения.

В 60-е годы в Европе сначала были разработаны и внедрены международные сети EIN и Евронет, затем появились национальные сети. В 1972 г. в Вене была внедрена сеть МИПСА, в 1979 г. к ней присоединились 17 стран Европы, СССР, США, Канада, Япония. Она предназначена для проведения фундаментальных работ по проблемам энергетики, продовольствия, сельского хозяйства, здравоохранения и т.д. Кроме того, благодаря новой технологии сеть позволила всем национальным институтам развивать связь друг с другом.

В 80-е годы сдана в эксплуатацию система телеобработки статистической информации (СТОСИ), обслуживающая Главный вычислительный центр Центрального статистического управления СССР в Москве и республиканские вычислительные центры в союзных республиках.

В настоящее время в мире зарегистрировано более 200 глобальных сетей, 54 из которых созданы в США, 16 — в Японии.

С появлением микроЭВМ, а затем и персональных компьютеров возникли локальные вычислительные сети. Они позволили поднять на качественно новую ступень управление предприятиями и организациями, повысить эффективность использования ЭВМ, улучшить качество обрабатываемой информации, реализовать безбумажную технологию, создать новые технологии, а так же открыть доступ к мировым информационным ресурсам.

Многообразие сетевых технологий вызывает необходимость их классификации (см. таблицу).

Признак классификации	Виды компьютерных сетей
1. Охват территории	Локальные Корпоративные Территориальные (региональные) Федеральные Глобальные
2. Специализация	Универсальные Специализированные
3. Способ организации	Одноранговые (одноуровневые) Двухуровневые (централизованные)
4. Способ связи	Проводные Беспроводные Спутниковые
5. Состав ПК	Однородные Неоднородные (гетерогенные)
6. Способ передачи информации	Сети коммутации каналов Сети коммутации сообщений Сети коммутации пакетов Интегральные сети.
7. Владельцы	Общественные Корпоративные Частные Коммерческие

В соответствии с масштабом компьютерные сети принято делить на локальные и глобальные.

Локальные вычислительные сети ЛВС или LAN (Local Area Network), обеспечивают взаимодействие небольшого числа однородных компьютеров на небольшой территории (обычно в пределах одного или нескольких расположенных рядом зданий). Такие сети используют более простые методы управления взаимодействием узлов сети. При этом небольшие расстояния между узлами сети и простота управления системой связи позволяют обеспечивать более высокую скорость передачи данных.

Локальные сети, в свою очередь, делятся на централизованные и одноранговые. В одноранговых сетях управление таково, что не требуется выделения одного из компьютеров в качестве главного (сервера). Такие сети недорогие, но число пользователей в них не превышает десяти. Если же организации необходимо включать в сеть большее число пользователей, следует использовать ЛВС с централизованной архитектурой.

В условиях современных рыночных отношений широкое развитие получил крупномасштабный бизнес, которому свойственны формы организации на основе объединения предприятий и фирм в совокупные структуры. Это собирательные ассоциативные формы, к которым относят корпорации, хозяйственные ассоциации, холдинговые компании, финансово-промышленные группы и т.д. Для эффективного управления крупными организациями, имеющими большое количество филиалов, строится корпоративная вычислительная сеть, на основе которой формируются информационные связи между локальными вычислительными сетями отдельных структурных подразделений.

Корпоративная вычислительная сеть - это интегрированная, многомашинная система одного предприятия, имеющего территориальную рассредоточенностъ, состоящая из взаимодействующих локальных вычислительных сетей структурных подразделений и системы связи для передачи информации.

Построение корпоративной вычислительной сети обеспечивает:

• реализацию унифицированного доступа специалистов различных подразделений крупных предприятий к коммуникационным ресурсам;
• единое централизованное управление, администрирование и техническое обслуживание информационно-коммуникационных ресурсов;
• организацию доступа к структурированной информации в режимах on-line и off-line;
• организацию единой системы электронной почты и электронного документооборота;
• реализацию единого пользовательского интерфейса, предоставляющего пользователям средства работы с коммуникационными ресурсами корпоративной вычислительной сети;
• взаимодействие корпоративной сети крупных предприятий с информационными системами других организаций, вычислительными сетями государственных учреждений, финансово-кредитных органов, участвующих в информационном обмене на правах абонентов телекоммуникационной корпоративной системы.

Территориальной (региональной) называют сеть, компьютеры которой находятся на большом удалении друг от друга, как правило, от десятков до сотен километров. Иногда территориальную сеть называют ведомственной. Такая сеть обеспечивает обмен данными между имеющими доступ к ресурсам сети абонентами по телефонным каналам сети общего назначения, каналам сети "Телекс", а также по спутниковым каналам связи. Количество абонентов не ограничено. Им гарантируется надежный обмен данными в режиме "реального времени". Территориальные сети строятся по идеологии открытых систем. Их абонентами являются отдельные ПК, ЛВС, телексные установки, факсимильные и телефонные установки, сетевые элементы (узлы сети связи).

Основная задача федеральной сети - создание магистралью сети передачи данных с коммутацией пакетов и предоставление услуг по передаче данных в реальном масштабе времени широкому кругу пользователей, к числу которых относятся и территориальные сети.

Глобальная (крупномасштабная) вычислительная сеть WAN (Wide Area Network) представляет собой множество географически удаленных друг от друга компьютеров, совместное взаимодействие которых обеспечивается коммуникационной сетью передачи данных и специальными программами сетевой операционной системы. Основу WAN составляют мощные многопользовательские вычислительные системы, являющиеся различного рода серверами, а также специализированные компьютеры, выполняющие функции коммуникационных узлов. Пользователи персональных компьютеров становятся абонентами сети посредством подключения своих ПК именно к этим основным узлам.

Для WAN характерны, во-первых, значительный масштаб (как по площади сети, так и по числу узлов), а во-вторых, неоднородность (т. е. различный тип архитектуры и программного обеспечения компьютеров-узлов). Эти особенности и определяют дополнительные сложности архитектуры и организации взаимодействия сетевых элементов в гетерогенных WAN.

Понятие "глобальная сеть" в настоящее время является синонимом понятия Internet. Сеть Internet - это множество серверов и локальных сетей, созданных на базе компьютеров различной мощности. Эти компьютеры служат хранилищами данных и принадлежат различным организациям, коммерческим и некоммерческим, университетам, исследовательским институтам, национальным библиотекам, отдельным лицам и т. д.

В настоящее время сеть Internet обеспечивает пользователей такими видами сервиса, как электронная почта, передача файлов, просмотр и получение информации, организованной в виде гипертекстовых файлов (сервис Word Wide Web), электронные конференции, Telnet.

Первыми появились сети коммутации каналов. Например, чтобы передать сообщение между клиентами В и Е (см. рис. 3.1.), образуется прямое соединение, включающее каналы одной из групп: 3, 5, 7; 1, 2,4,6; 1, 2, 5, 7; 3, 4, 6. Это соединение должно оставаться неизменным в течение всего сеанса. Легкость реализации такого способа передачи информации влечет за собой и его недостатки: низкий коэффициент использования каналов, высокую стоимость передачи данных, увеличение времени ожидания других клиентов.

В сетях, построенных по принципу коммутации сообщений, информация передается порциями, называемыми сообщениями. Прямое соединение обычно не устанавливается, а передача сообщения начинается после освобождения первого канала и так далее, пока сообщение не дойдет до адресата. Каждым сервером осуществляются прием информации, ее сборка, проверка, маршрутизация и передача сообщения. Недостатками коммутации сообщений являются низкая скорость передачи данных и невозможность проведения диалога между клиентами, хотя стоимость передачи и уменьшается.

При коммутации пакетов обмен производится короткими пакетами фиксированной структуры. Пакет - часть сообщения, удовлетворяющая некоторому стандарту. Малая длина пакетов предотвращает блокировку линий связи, не дает расти очереди в узлах коммутации. Это обеспечивает быстрое соединение, низкий уровень ошибок, надежность и эффективность использования сети. Но при передаче пакета возникает проблема маршрутизации, которая решается программно-аппаратными методами. Наиболее распространенными способами являются фиксированная маршрутизация и маршрутизация способом кратчайшей очереди. Фиксированная маршрутизация предполагает наличие таблицы маршрутов, в которой закрепляется маршрут от одного клиента к другому, что обеспечивает простоту реализации, но одновременно и неравномерную загрузку сети. В методе кратчайшей очереди используется несколько таблиц, в которых каналы расставлены по приоритетам. Приоритет - функция, обратная расстоянию до адресата. Передача начинается по первому свободному каналу с высшим приоритетом. При использовании этого метода задержка передачи пакета минимальная.

В настоящее время разработаны программно-аппаратные средства маршрутизации. Повторитель (repeater) - самый простой тип устройства для соединения однотипных ЛВС, он ретранслирует все принимаемые пакеты из одной ЛВС в другую.

Сети, обеспечивающие коммутацию каналов, сообщений и пакетов, называются интегральными. Они объединяют несколько коммутационных сетей. Часть интегральных каналов используется монопольно, т. е. для прямого соединения. Прямые каналы создаются на время проведения сеанса связи между различными коммутационными сетями. По окончании сеанса прямой канал распадается на независимые магистральные каналы. Интегральная сеть эффективна, если объем информации, передаваемой по прямым каналам, не превышает 10-15%.

Сравнительно просто классифицируются сетевые технологии по составу ПК. Однородные сетевые технологии предполагают увязку в сети однотипных средств, разрабатываемых одной фирмой. Подключение к такой сети средств других производителей возможно только при условии соблюдения в них стандартов, принятых в однородной архитектуре.

Сети делятся на общественные, частные, корпоративные и коммерческие. По рекомендациям Международной организации по стандартизации ISO для физического уровня определены следующие классы общественных сетей: до 1000 км - средней длины; до 10 000 км - длинные; до 25 000 км - самые длинные наземные; до 80 000 км - магистральные через спутник; до 160 000 км - магистральные международные через два спутника.