Лекция №3
ТЕМА ЛЕКЦИИ
Сетевые технологии.
Основные вопросы лекции
1. Соединение компьютеров в сеть.
2. Топология локальных сетей.
3. Аппаратное и программное средства, которые используются при создании локальных и глобальных сетей.
4. Разные виды протоколов при работе в локальных и глобальных компьютерных сетях.
5. Принципы передачи данных в сети. Общее использование ресурсов присоединения к каталогам, файлам, принтерам.
6. Присоединение к сетевому принтеру и другим сетевым устройств.
7. Особенности использования модели «клиент-сервер».
Назначение компьютерной сети
Компьютерные сети упрощают процесс обмена информацией, предоставляя пользователям доступ почти ко всем типам данных и устройств. Основным назначением компьютерных сетей является общее использование ресурсов и установление связи как внутри одного подразделения или организации, так и за ее пределами. Ресурсы (resourses)— это программы, данные, приложения, периферийные устройства, в частности дисководы, принтеры, модемы и др.
Сети дают возможность большому количеству пользователей одновременно "владеть" программами, базами данных, периферийными устройствами и т.п. Например, если нескольким пользователям нужно распечатать свои документы, все они могут обратиться к сетевому принтеру.
Ныне большинство организаций хранит и совместно пользуется в сетевой среде огромными объемами крайне важных данных, специальными программами, созданными для общего использования в условиях локальных сетей, например, рядом специальных банковских программ, программ для ведения бухгалтерского учета и т.п.
Кроме локальных сетей, если в одну сеть объединенные компьютеры, скажем, одного здания, широко используются корпоративные сети, если ряд локальных сетей, например, одной организации, соединены между собою с помощью телефонной сети. Все более большую популярность приобретает Интернет – глобальная компьютерная сеть, которая объединяет компьютерные сети всего мира.
Концепции построения сетей
Сначала компьютерные сети были небольшими и объединяли до десяти компьютеров и один-два принтера. Технология ограничивала размеры сети, в том числе количество компьютеров в сети и ее физическую длину. Например, в начале 1980-х годов наиболее распространенный тип сетей состоял максимум из 30 компьютеров, соединенных кабелем, длина которого не превышала 185 м. Одновременная обработка одного документа несколькими пользователями исключалась. Такие сети можно было довольно легко располагать в пределах одного этажа дома или небольшой организации. Для маленьких фирм такая конфигурация приемлема и сегодня. Эти сети называются локальными вычислительными сетями (ЛОМ, или англ. — LAN).
К локальной сети компьютеры подключают с помощью внутренней платы — сетевого адаптера (хотя бывают и внешние сетевые адаптеры, которые подключаются к компьютеру через параллельный порт). Сетевые адаптеры превращают коды, которые используются внутри компьютера, в последовательный поток сигналов для передачи информации во внешнюю сеть. Сетевые адаптеры должны быть совместимыми с кабельной системой сети, внутренней информационной шиной ПК и сетевой операционной системой.
Локальные сети делятся на четырех типы: реальные (real network), искусственные, одноранговые (pear-to-pear),на основе сервера (server based).
Реальные сети
Считается, что к реальным (NWA)принадлежат сети, которые требуют для своей нормальной работы нескольких специалистов, которые постоянно будут следить за ней. Одними из популярнейший реальных сетей являются сети NetWare фирмы Nowell.
Искусственные сети
Искусственные сети выглядят и работают, как реальные сети, но для них не нужен специальный сетевой жесткий диск. Такие сети дают возможность связывать вместе компьютеры через порты и не требуют специальных сетевых адаптеров. Иногда связь в такой сети называют связью с нуль-модемом или через нуль-слот, поскольку ни один слот машины не занят сетевой платой. Сами сети называют сетями на нуль-модеме или через нуль-слот (zero-slot networks). Пример искусственной сети — сеть Laplink.
Одноранговые сети
В одноранговой сети все компьютеры равноправны: нет иерархии среди компьютеров и нет выделенного (dedicated)сервера. Как правило, каждый компьютер функционирует и как клиент, и как сервер. Иначе говоря, нет отдельного компьютера, ответственного за администрирование всей сети. Учитывая это, пользователи должны иметь достаточный уровень знаний, чтобы работать и как пользователи, и как администраторы своего компьютера. Все пользователи самостоятельно решают, какие данные на своем компьютере сделать общедоступными в сети. Одноранговые сети называют также рабочими группами. Рабочая группа — это небольшой коллектив, поэтому в одноранговых сетях наиболее часто функционирует максимум 10 компьютеров.
Одноранговые сети относительно простые. Поскольку каждый компьютер являются одновременно клиентом и сервером, нет потребности в мощном центральном сервере или в других компонентах, обязательных для более сложных сетей. Такие сети обычно более дешевые, чем сети на основе сервера, но требуют более мощных (и более дорогих) компьютеров. В одноранговой сети требования к производительности и уровню защиты для сетевого программного обеспечения обычно ниже, чем в сетях на основе сервера.
Одноранговая сеть характеризуется стандартными решениями: пользователи сами выступают в роли администраторов и обеспечивают защиту информации; для объединения компьютеров в сеть применяется простая кабельная система.
Одноранговая сеть целиком пригодна для следующих условий:
• количество пользователей не превышает десяти;
• пользователи расположены компактно, вопросы защиты данных некритические;
• в ближайшем будущем не ожидается большое расширение фирмы, следовательно, и сети.
Если эти условия выполняются, то выбор одноранговой сети будет наиболее рациональным по сравнению с сетью на основе сервера. Несмотря на то, что одноранговые сети целиком удовлетворяют потребности небольших фирм, иногда возникают ситуации, когда их использование может оказаться неуместным. Поэтому, выбирая тип сети, следует учитывать определенные недостатки одноранговых сетей.
В одноранговой сети каждый компьютер должен большую часть своих вычислительных ресурсов предоставлять локальному пользователю, который работает на этом компьютере, и подключать дополнительные вычислительные ресурсы для поддержки доступа к ресурсам отдаленного компьютера. Все пользователи могут "поделиться" своими ресурсами с другими. К совместно используемым ресурсам относятся каталоги, принтеры, факсы-модемы и т.п. Защита ресурсов происходит обычно установкой пароля, например на каталог. Централизованно руководить защитой в одноранговой сети очень сложно, так как каждый пользователь устанавливает ее самостоятельно, и вдобавок общие ресурсы могут размещаться на всех компьютерах. Такая ситуация представляет серьезную угрозу для всей сети, кроме того некоторые пользователи могут вообще не установить защиту. Итак, если вопросы конфиденциальности являются принципиальными, рекомендуется выбрать сеть на основе сервера.
Сети на основе сервера
В том случае, если к сети подключено свыше 10 пользователей, одноранговая сеть, где компьютеры выступают в роли и клиентов, и серверов, может оказаться недостаточно продуктивной. Поэтому большинство сетей использует выделенные серверы. Сеть на основе сервера требует мощных компьютеров, ведь они должны обрабатывать запросы всех клиентов сети.
Выделенным называют такой сервер, который только предоставляет услуги другим компьютерам в сети (клиентам). Он специально оптимизирован для быстрой обработки запросов от сетевых клиентов и для управления защитой файлов и каталогов.
С увеличением размеров сети и объема сетевого трафика нужно увеличивать и количество серверов. Распределение задач среди нескольких серверов дает возможность выполнять их наиболее эффективно. Выполняемые серверами задачи разнообразные и сложные. Учитывая возрастающие потребности пользователей, в больших сетях стали использовать специализированные серверы. Например, в сети Windows NT существуют разнообразные типы серверов: файлы-серверы, принт-серверы, серверы приложений.
Файлы-серверы и принт-серверы руководят доступом пользователей соответственно к файлам и принтерам. Например, чтобы работать с текстовым процессором, пользователь, прежде всего, должен запустить его на своем компьютере. Документ текстового процессора, который сохраняется на файл-сервере, загрузится в память компьютера пользователя, поэтому, он сможет работать с этим документом на своем компьютере. Другими словами, файл-сервер предназначен для хранения файлов и данных.
На серверах приложений выполняются прикладные части клиент-серверных приложений, а также сохраняются данные, доступные клиентам. Например, чтобы упростить доступ к данным, серверы сохраняют большие объемы информации в структурированном виде. Серверы приложений отличаются от файл- и принт-серверов, в которых файл или данные полностью копируются на компьютер, от которого поступает запрос.
Отличия одноранговых сетей и сетей на основе сервера являются принципиальными, поскольку определяют разные возможности этих сетей. Выбор типа сети зависит от многих факторов: размера предприятия, нужного уровня безопасности, вида бизнеса, уровня доступности административной поддержки, объема сетевого трафика, потребностей сетевых пользователей; финансовых затрат.
В сетях выделяют:
• рабочую станцию ("клиент") — компьютер в сети, который не разделяет собственные ресурсы с другими компьютерами в сети;
• сервер — компьютер в сети, который имеет ресурсы, предназначенные для общего использования;
• файл-сервер — сетевой компьютер, который содержит диски, доступные пользователям других компьютеров, и руководит доступом к файлам;
• принт-сервер — компьютер, ответственный за сетевую печать;
• локальные ресурсы — диски, принтеры и прочие устройства, связанные непосредственно с рабочей станцией;
• сетевые ресурсы — диск, принтер или другое устройство, расположенный на сервере, который, в отличие от локальных ресурсов, разделяет ресурсы с другими пользователями;
• мейл-сервер — серверный компьютер, на котором сохраняются сообщения электронной почты.
Требования к сетям
Требования к сетям такие: конструктивная надежность, производительность, модульность, гибкость, масштабированность, отсутствие "точки обрушения" в конструкции модульных изделий, возможность структуризации сети с помощью надежной локализации трафика, согласование разнообразных протоколов канального уровня, маршрутизация в сетях с произвольной топологией, управляемость.
Конструктивная надежность — характерный признак оборудования, которое состоит, например, в отсутствия активных компонентов на шасси устройств, процессингового модуля или модуля управления. Любой блок, который вставляется в шасси, может быть продублирован. Кроме того, все оборудование, установленное для выполнения функций дублирования или "горячего резервирования" для повышения надежности, в обычном режиме выполняет функции основного модуля, снимая из него половину погрузки, а в аварийном режиме, если модуль вышел из строя, целиком его заменяет.
Производительность — это способность сетей удовлетворять потребности пользователей, то есть качественно выполнять команды с максимально возможной скоростью с учетом возрастания числа пользователей, увеличения количества программных продуктов, расширения сетевой структуры.
Модульность оборудования являются уникальной характеристикой, поскольку может иметь много уровней вложений, которое дает возможность оптимизировать затраты в случае переконфигурации оборудования. При этом каждый блок, который подключается к шасси устройства, являются отдельным коммутатором. Благодаря модульности обнаруживается такой характерный признак сетей, как гибкость. Блоки поддерживают технологии Ethernet, Fast Ethernet, Token Ring, FDDI и АТМ и прочие, обеспечивая маршрутизацию пакетов в сети. Это дает возможность, например, перейти от устаревшей технологии к современной без замены самого коммутатора.
Благодаря гибкости структуры сети можно, во-первых, в случае необходимости объединять сети с разной топологией, причем не только средствами модульных устройств, а и через дополнительные порты в автономных концентраторах, и, во-вторых, без остановки всей системы изменять дислокацию как отдельных рабочих мест с компьютерами, так и целых групп компьютеров.
Масштабированность является особой характеристикой оборудования. Например, каждый модуль коммутатора имеет собственный процессинговий узел, в результате чего шина устройства не используется в период коммутации в рамках портов одного модуля, тогда как передача пакетов между модулями может происходить параллельно между разными коммутаторами. В результате этого при установке дополнительных модулей суммарная производительность коммутатора возрастает.
Важное требование к сети — отсутствие "точки обрушения ", то есть отсутствие элемента или функционального узла, выход которого из строя приводит к прекращению работы всего устройства.
Возможность структуризации сети с помощью локализации трафика. Трафик в сети складывается случайно, тем не менее, в нем отображены определенные закономерности. Обычно некоторые пользователи, которые работают над общей задачей (например, работники одного отдела), наиболее часто обращаются с запросами один к одному или к общему серверу, и только иногда они испытывают потребность в доступе к ресурсам компьютеров других отделов. Желательно, чтобы структура сети отвечала структуре информационных потоков. Компьютеры объединяют в группы, если часть порождаемых ими сообщений адресована компьютерам этой же группы.
Согласование протоколов канального уровня. Современные вычислительные сети часто строят с использованием нескольких разных базовых технологий — Ethernet, Token Ring или FDDI. Такая неоднородность возникает или в случае объединения уже существующих сетей, которые используют в своих транспортных подсистемах разные протоколы канального уровня, или во время перехода к новым технологиям, таких как Fast Ethernet или 100VG-AnyLAN.
Маршрутизация в сетях с произвольной топологией. Если две или большее сети организовывают общую транспортную службу, такой режим взаимодействия называют межсетевым взаимодействием (interworking)Для обозначения объединенной сети в англоязычной литературе также часто употребляют срок "интерсеть" (interwork или internet). Именно для образования единой транспортной системы, которая объединяет несколько сетей с разными принципами передачи информации между конечными узлами, и нужен сетевой уровень взаимодействия.
Реализация протокола сетевого уровня предполагает наличие в сети специального устройства — маршрутизатора. Маршрутизаторы объединяют отдельные сети в одну объединенную сеть. К каждому маршрутизатору можно присоединить несколько сетей (по крайней мере две). В объединенных сетях почти всегда существует несколько альтернативных маршрутов для передачи пакетов между двумя конечными узлами. Задача выбора маршрута из нескольких возможных решают маршрутизаторы, а также конечные узлы.
Управляемость. Управляемые сети должны иметь интеллектуальные составные, например, программных агентов для сбора информации о состоянии любых средств менеджмента сети (Nowell, NMS, HP Open View, Sun Net Manager и т.п.). Такие составные должны давать возможность осуществлять управление и диагностику на уровне отдельных портов, модулей и всего устройства вообще.
Топология локальных вычислительных сетей
Различают четыре основных типа сетевых топологий. Первый тип — "шина"
В этом случае все сетевые узлы (компьютеры) связанные линейно. Это простейший тип топологи (daisy chain, с англ. — шлейфовое подключение), но он имеет свои недостатки: в случае повреждения кабеля сеть разорвется на отдельные участки.
 |
Второй тип — "кольцо”
Кольцо" (ring) очень похоже на "шину", однако в этом случае сеть не имеет ни начала, ни конца: последний узел соединяется с первым, замыкая в таким образом цепь в кольцо.
 |
Еще один тип — "звезда”
При таком соединении все узлы связаны с центральным хабом (концентратором), то есть каждая сетевая машина подключена к сети независимо от других, и нарушение связи на одном из участков кабеля не скажется на работе других пользователей.
 |
Четвертый тип — "точка- точка"
В случае использования такого типа соединение каналы связи прокладываются между всеми точками сети. Недостаток такого типа топологии — чрезмерное количество каналов связи. Это уменьшает надежность системы, кроме случаев, если одно устройство передает пакет всем другим при минимальной задержке распространения сигналов.