Любые сети, созданные или проложенные по каким-либо территориям с помощью технических средств и ориентированные на обслуживание различных категорий пользователей, составляют инженерную инфраструктуру жилых и производственных объектов, городов и государств. Они имеют определённую структуру, позволяющую наиболее эффективно реализовать потребности государств, общественных формаций, отраслей хозяйства и личностей. В информационных процессах, системах и технологиях под термином «сеть» понимают как минимум несколько компьютеров и иных вычислительных машин, соединённых между собой с помощью специального оборудования для обеспечения вычислений и обмена различными видами информации. Сложные сети подразумевают большое количество пользователей, разветвлённую структуру, узлы коммутации и коммуникации, соединяющие всех в единую структуру.
Коммуникационная сеть – система объектов, осуществляющих функции создания (генерации), преобразования, хранения и потребления продукта и линий передачи, по которым осуществляется передача этого продукта внутри сети. Объекты такой системы называют пунктами или узлами сети, а линии – коммуникациями, соединениями или каналами связи. Продуктом в таких сетях может быть энергия, масса и информация.
Создание первых коммуникационных компьютерных сетей, ориентированных, в первую очередь, на проведение математических вычислений, породило их название – «вычислительные сети».
Вычислительная сеть – компьютерная коммуникационная сеть, предназначенная для проведения измерений, экспериментов, сложных объединённых математических вычислений и т.п. работ, в том числе в автоматических и автоматизированных системах.
Почти сразу же с появлением вычислительных сетей, они стали использоваться для обмена различного рода данными (сети передачи данных) и информацией. Развитие компьютерных сетей и сетевых технологий показало возможность с их помощью наиболее полно раскрыть информационную сущность сетей и организовать широкомасштабное информационное обеспечение социума. Это привело к тому, что вычислительные сети, обеспечивающие обмен информационными ресурсами, стали называть «информационными сетями». При этом не предполагается отказаться от проведения сетевых вычислений, более того эта технология постоянно совершенствуется, и ныне объединённые в информационную сеть суперкомпьютеры позволяют проводить сверхбыстрые вычисления, связанные с потребностями любых предметных областей.
Информационная сеть – коммуникационная сеть, в которой информация выступает в качестве продукта создания, переработки, хранения и использования.
Отметим, что вычислительные устройства, используемые при создании сетей, исторически носят различные названия: вычислительные машины (ВМ), электронно-вычислительные машины (ЭВМ), мини- и микро-ЭВМ, компьютеры, в том числе персональные (ПК), суперкомпьютеры и др. Они могут выполнять и специфические, отличные друг от друга функции, однако в нашем случае будем воспринимать их как аналогичные устройства и в тексте использовать, как синонимы.
Итак, перейдём к рассмотрению видов и типов сетей.
По функциональной принадлежности выделим сети:
● Информационные,
● Вычислительные,
● Информационно-вычислительные.
По методам передачи данных существуют сети с:
1) передачей данных по выделенным каналам связи;
2) коммутацией каналов;
3) коммутацией сообщений;
4) коммутацией пакетов сообщений.
Представленные систематизации сетей по функциональной принадлежности и методам передачи данных подразумевают их структурирование. Архитектура сети включает в себя три структуры:
● логическую,
● аппаратурную,
● программную.
Рассмотрение логической структуры необходимо при решении исследовательских задач, состоящих из двух видов: анализа и синтеза. Логическая структура сети предполагает наличие следующих компонентов:
● компьютеров (вычислительных машин),
● главного управляющего компьютера,
● вспомогательного компьютера,
● коммуникационных устройств и систем,
● территориального оборудования.
Реальные структуры сети могут отличаться от логической. В одной ЭВМ сети могут быть сосредоточены функции вычислительной, главной управляющей и коммутационной машины.
Аппаратурная структура подразумевает в данном случае топологию сети, рассматриваемую в рамках данной темы.
Программная структура включает ОС, и различное ПО, обеспечивающее взаимосвязь компьютеров в сетях, передачу информации, защиту от несанкционированных действий и др. Программное обеспечение рассматривается в теме 8.
Развитие компьютерных техники и технологий вызвало к жизни потребность обмениваться информацией не только в одной организации, но и с другими предприятиями и отдельными лицами, находящимися на различном удалении друг от друга. Это способствовало развитию территориальных, региональных, международных (глобальных) компьютерных систем и появлению всемирной «сети сетей» – Интернет. При этом оказалось, что компьютер можно подключить к абонентской телефонной сети и получить доступ к другим абонентам сети Интернет, электронной почте, телетайпам и телефаксам, работающим с этой сетью и т.д. В общем случае для создания простых, но эффективных автоматизированных информационных технологий можно использовать два–три ПК, позволяющих, в том числе, создание раздельных, распределенных и интегрированных ресурсов.
Рост информационных систем, объединяющихся между собой для обмена информацией и решения других задач, инициировал создание международных сетей, а затем и Интернета. Разнородные сети физически можно соединить каналами связи, но невозможно обеспечить функционирование различного технического и программного обеспечения без согласования соответствующих параметров. Это обстоятельство явилось решающим для формирования единых сетевых правил, а затем и стандартов Интернета, повлиявшим на создание Интернет технологий.
Под технологией Интернет понимается совокупность правил и процедур, в результате выполнения которых происходит получение пользователем информационных ресурсов Интернета.
Структура технологии Интернет базируется на общей структуре сетей и состоит из следующих элементов:
● аппаратное обеспечение – линии связи и необходимое оборудование (маршрутизаторы, сервера, пользовательские системы);
● программное обеспечение – серверные приложения, обеспечивающие функционирование основных узлов сети, клиентское программное обеспечение (браузеры, почтовые программы, FTP-клиенты);
● организационное обеспечение – иерархическая структура, на вершине которой находятся телекоммуникационные компании, владеющие крупными каналами связи. Ниже – региональные поставщики, провайдеры Интернет услуг (первичные – владеющие собственными каналами связи с опорной сетью и вторичные – арендующие каналы у первичных провайдеров и региональных телекоммуникационных компаний).
Любая сеть характеризуется наличием одной или нескольких структур, управляющих её работой и конечными пользователями (исполнителями, клиентами, заказчиками и т.п.). В информационных сетях управляющие системы называются серверами.
Под термином «сервер» (англ. «server» – обслуживающий процессор, узел обслуживания) понимают подключенную к сети, достаточно мощную вычислительную машину, обладающую определёнными ресурсами общего пользования, а также, как правило, возможностью объединять некоторое количество компьютеров как в локальной, так и в глобальной информационных сетях. Серверы обычно выполняют функции административного управления в сети и при этом называются администраторами системы. В их задачи входит проверка работоспособности системы (каналов, компьютеров, программ и т.п.); выявление сбоев, несанкционированного доступа и других нарушений в сети; восстановление работоспособности сети; учёт работы сети, подготовка отчётов о её работе и предоставление пользователям информации о ресурсах сети.
По назначению серверы делятся на: файловый, коммуникационный, приложений, почтовый и др.
Исторически первым появился файловый сервер («FileServer») и предназначался для обеспечения клиентов определенными программами и файлами. По запросам пользователей файл-сервер предоставляет копии определённых программных компонентов. Поэтому сервер должен иметь мощные хранилища для всех требуемых программ. Работа файлового сервера во многом соответствует централизованной диспетчеризации.
Коммуникационный сервер обеспечивает вспомогательные функции связи, прокладывая оптимальные маршруты для доставки корреспонденции. Для этого он использует таблицы: контроль, состояние узлов сети.
Сервер приложений («ApplicationServer») выполняет все необходимые работы, а пользователи имеют дело только с исходными данными и с результатом обработки.
Почтовый сервер предназначен для организации электронной почты. Программное обеспечение почтового сервера можно установить на любом ПК с любым доменным именем, даже третьего или четвёртого уровня.
Кроме того, в сетях используют: сервер баз данных («DataBaseServer»), принт-сервер, факс-сервер и др. В качестве ПО наиболее широко применяется Windows NT.
Подключённые в сети к серверам компьютеры называют рабочими станциями (РС) или клиентами. Разница заключается в применяемом программном обеспечении, позволяющем использовать компьютеры в сети только как сервер или как РС. Возможен вариант, когда любой компьютер в сети может быть в одних условиях сервером, а в других – «клиентом». «Клиентом» обычно считается менее мощный компьютер, ресурсы которого не предоставляются в совместное использование в сети. Сеть, образованная из компьютеров «серверов» и «клиентов», базирующаяся на ПО, обеспечивающем их работу в таких режимах, называется «клиент-серверной».
Основной задачей сети является надёжная организация оперативного обмена информацией между её абонентами, что выполняется системой передачи данных (СПД), организуемой в этой сети. Выполнение такой цели зависит от выбранной структуры сети, пропускной способности её каналообразующей аппаратуры, способа передачи данных и др.
К основным требованиям, предъявляемым к сетям, относятся: простота использования, высокая скорость передачи информации, низкая стоимость и соблюдение секретности. Важными параметрами сетей являются также открытость, надёжность, динамичность, автономность. Кроме того, сеть определяется используемыми в ней ресурсами, программно-техническими решениями, интерфейсом, возможностью осуществления безошибочной передачи информации, а также сервисами.
Под интерфейсом понимается способ доступа пользователя к ресурсам сети. Он подразумевает внешний вид представления информации на экране дисплея компьютера, удобство и простоту выполнения необходимых команд, дружественное меню и систему подсказок, стандартную методику работы с программами, систему вывода на дисплей сообщений, контролирующих функционирование сети (мониторинг), максимальное использование естественных языков и др.
С точки зрения организации существует разделение сетей на три вида: реальные, искусственные и одноранговые. Рассмотрим их подробнее.
К реальным сетям относят такие, в которых компьютеры соединяются между собой по определённой схеме посредством специальных устройств – сетевых адаптеров и требуется присутствие специалистов, осуществляющих контроль и эксплуатацию таких сетей. Ониназываются «real network или Network With an Attitude» (NWA). Например, NetWare фирмы Novell и WindowsNT фирмы Microsoft. Более сложной и одновременно распространённой считается технология сети «клиент/сервер», когда любой компьютер сети в определённых ситуациях может быть попеременно как сервером, так и клиентом. Их ИР, как правило, размещаются на жёстких дисках одного или нескольких серверов. В любом случае, где бы ни размещался общий ИР, он доступен всем пользователям этой сети.
Искусственные сети не требуют специального сетевого жёсткого диска. Компьютеры в этих сетях связываются между собой через последовательные или параллельные порты без специальных сетевых адаптеров. Иногда такая связь называется ноль-модемной или ноль-слотовой (англ. «zero-slotnetwork»), так как ни в один из слотов компьютера не включена сетевая плата (адаптер). Такие сети работают очень медленно и, как правило, позволяют осуществлять одновременную работу лишь с двумя компьютерами. К ним относятся Laplink, Interlink и др.
Одноранговые сети организуются по принципу «равный среди равных» (англ. «peer-to-peernetwork») иотносятся к промежуточному типу между реальными и искусственными. В одноранговой сети в зависимости от необходимости каждый компьютер может быть сервером или РС. Например, РС с подключённым к ней принтером может использоваться как сетевой сервер печати и т.п. Фирма Microsoft встраивает такую сеть в операционные системы Windows’95/97/98/2000. Компания Artisoft предлагает одноранговую сеть LANtastic, работающую с операционными системами DOS и Windows.
Преимущество таких сетей заключается в предоставлении ими почти таких же возможностей (сервисов), как и в реальных сетях, при том, что их гораздо легче устанавливать и обслуживать. Кроме того, не требуется однозначно выделять серверы, так как любой компьютер может быть сервером и одновременно клиентом. При этом с компьютеров пользователей можно обращаться к папкам, файлам и принтерам, находящимся на других компьютерах этой сети.
Важным аспектом сетевых технологий является выбор метода передачи сообщений в сети. Известны и используются три метода передачи.
Метод передачи с приоритетным доступом. С передающего компьютера поступает запрос на передачу информации. Ему предоставляется канал во временное пользование. Все остальные компьютеры сети ожидают окончания сеанса передачи.
Метод с челночным опросом. В сети циркулирует информационный пакет с пустым интервалом и последовательно опрашивает все компьютеры на потребность передачи ими информации. Если такая потребность имеется, движущийся интервал подхватывает возможный для передачи информационный пакет и переносит его адресату.
Метод пакетов-маркеров. Этот метод подобен контейнерным перевозкам, когда подготовленное к передаче сообщение «конвертируется» (преобразуется) в пакеты с адресом и ждёт оказии с транспортёром, которым в данном случае является маркированный интервал времени. Этот интервал может использоваться только одним компьютером.
Если принята одноканальная система связи, то в любой момент времени передавать данные может только одна РС. При многоканальной системе связи максимальное число передаваемых сообщений равно числу информационных каналов. Подобная система позволяет передавать графическую информацию и организовывать видеоконференции.
Процессы, осуществляемые в сети, можно разделить на основные и вспомогательные. К основным относятся прикладные процессы – ввод, обработка, хранение и передача информации пользователям. Вспомогательными считаются процессы взаимодействия прикладных процессов друг с другом с помощью средств коммуникации. Эти процессы достаточно сложны, поэтому Международная организация стандартов (ISO) рекомендует делить их на семь уровней. Сверху вниз это:
► прикладной (7),
► представительный (6),
► сеансовый (5),
► транспортный (4),
► сетевой (3),
► канальный (2),
► физический (1).
Любой уровень выполняет указания вышестоящего уровня. Прикладной уровень использует сервис всех остальных уровней процессов взаимодействия. Основная задача уровней – обеспечить надёжное взаимодействие прикладных процессов. Вышестоящие уровни способны исправлять ошибки нижестоящих. Так, например, ошибка, пропущенная канальным уровнем при передаче информации, будет выявлена и исправлена транспортным.
Назад к разделу "Тема 15. Сетевые информационные технологии"