Что не используется в сетях эвм. Московский государственный университет печати. Назначение и структура коаксиального кабеля

Тема 1.

Типы сетей.

В зависимости от способа организации обработки данных и взаимодействия пользователей, который поддерживается конкретной сетевой операционной системой, выделяют два типа информационных сетей:

Иерархические сети;

Сети клиент/сервер.

В иерархических сетях все задачи, связанные с хранением, обработкой данных, их представлением пользователям, выполняет центральный компьютер. Пользователь взаимодействует с центральным компьютером с помощью терминала. Операциями ввода/вывода информации на экран управляет центральный компьютер.

Достоинства иерархических систем:

Отработанная технология обеспечения сохранности данных;

Надежная система защиты информации и обеспечения секретности.

Недостатки:

Высокая стоимость аппаратного и программного обеспечения, высокие эксплуатационные расходы;

Быстродействие и надежность сети зависят от центрального компьютера.

Модели клиент-сервер - это технология взаимодействия компьютеров в сети, при которой каждый из компьютеров имеет свое назначение и выполняет свою определенную роль. Одни компьютеры в сети владеют и распоряжаются информационно-вычислительными ресурсами (процессоры, файловая система, почтовая служба, служба печати, база данных), другие имеют возможность обращаться к этим службам, пользуясь их услугами.

Компьютер, управляющий тем или иным ресурсом называют сервером этого ресурса, а компьютер, пользующийся им - клиентом .

Каждый конкретный сервер определяется видом того ресурса, которым он владеет. Например, назначением сервера баз данных является обслуживание запросов клиентов, связанных с обработкой данных; файловый сервер, или файл-сервер, распоряжается файловой системой и т.д.

Один из основных принципов технологии клиент-сервер заключается в разделении функций стандартного интерактивного приложения на четыре группы, имеющие различную природу.

Первая группа - это функции ввода и отображения данных.

Вторая группа - объединяет чисто прикладные функции, характерные для данной предметной области (для банковской системы - открытие счета, перевод денег с одного счета на другой и т.д.).

Третья группа - фундаментальные функции хранения и управления информационно-вычислительными ресурсами (базами данных, файловыми системами и т.д.).

Четвертая группа - служебные функции, осуществляющие связь между функциями первых трех групп.

В соответствии с этим в любом приложении выделяются следующие логические компоненты:

Компонент представления (presentation), реализующий функции первой группы;

Прикладной компонент (business application), поддерживающий функции второй группы;

Компонент доступа к информационным ресурсам (resource manager), поддерживающий функции третьей группы, а также вводятся и уточняются соглашения о способах их взаимодействия (протокол взаимодействия).

Различия в реализации технологии клиент-сервер определяются следующими факторами:

Видами и механизмами программного обеспечения, в которые интегрирован каждый из этих компонентов;

Способом распределения логических компонентов между компьютерами в сети;

Механизмами, используемыми для связи компонентов между собой.

Выделяются четыре подхода, реализованные в следующих моделях:

Модель файлового сервера (File Server - FS);

Модель доступа к удаленным данным (Remote Data Access - RDA);

Модель сервера баз данных (Data Base Server - DBS);

Модель сервера приложений (Application Server - AS).

По организации взаимодействия принято выделять два типа систем, использующих метод клиент/сервер:

Равноправная сеть;

Сеть с выделенным сервером.

Равноправная сеть - это сеть, в которой нет единого центра управления взаимодействием рабочих станций, нет единого устройства хранения данных. Операционная система такой сети распределена по всем рабочим станциям, поэтому каждая рабочая станция одновременно может выполнять функции как сервера, так и клиента. Пользователю в такой сети доступны все устройства (принтеры, жесткие диски и т.п.), подключенные к другим рабочим станциям.

Достоинства:

Низкая стоимость (используются все компьютеры, подключенные к сети, и умеренные цены на ПО для работы сети);

Высокая надежность (при выходе из строя одной рабочей станции, доступ прекращается лишь к некоторой части информации).

Недостатки:

Работа сети эффективна только при количестве одновременно работающих станций не более 10;

Трудности организации эффективного управления взаимодействием рабочих станций и обеспечение секретности информации;

Трудности обновления и изменения ПО рабочих станций.

Сеть с выделенным сервером - здесь один из компьютеров выполняет функции хранения данных общего пользования, организации взаимодействия между рабочими станциями, выполнения сервисных услуг - сервер сети. На таком компьютере выполняется операционная система, и все разделяемые устройства (жесткие диски, принтеры, модемы и т.п.) подключаются к нему, выполняет хранение данных, печать заданий, удаленная обработка заданий. Рабочие станции взаимодействуют через сервер, поэтому логическую организацию такой сети можно представить топологией "звезда", где центральное устройство - сервер.

Достоинства:

Выше скорость обработки данных (определяется быстродействием центрального компьютера, и на сервер устанавливается специальная сетевая операционная система, рассчитанная на обработку и выполнение запросов, поступивших одновременно от нескольких пользователей);

Обладает надежной системой защиты информации и обеспечения секретности;

Проще в управлении по сравнению с равноправными.

Недостатки:

Такая сеть дороже из-за отдельного компьютера под сервер;

Менее гибкая по сравнению с равноправной.

Сети с выделенным сервером являются более распространенными. Примеры сетевых операционных систем такого типа: LAN Server, IBM Corp., VINES, Banyan System Inc., NetWare, Novell Inc.

Тема 2.

Методы передачи данных в сетях ЭВМ.

При обмене данными между узлами используются три метода передачи данных:

Симплексная (однонаправленная) передача (телевидение, радио);

Полудуплексная (прием/передача информации осуществляется поочередно);

Дуплексная (двунаправленная), каждая станция одновременно передает и принимает данные.

Для передачи данных в информационных системах наиболее часто применяется последовательная передача. Широко используются следующие методы последовательной передачи:

Асинхронная;

Синхронная.

При асинхронной передаче каждый символ передается отдельной посылкой (рис.1). Стартовые биты предупреждают приемник о начале передачи. Затем передается символ. Для определения достоверности передачи используется бит четности (бит четности = 1, если количество единиц в символе нечетно, и 0 в противном случае. Последний бит "стоп бит" сигнализирует об окончании передачи.

Преимущества:

Несложная отработанная система;

Недорогое (по сравнению с синхронным) интерфейсное оборудование.

Недостатки:

Третья часть пропускной способности теряется на передачу служебных битов (старт/стоповых и бита четности);

Невысокая скорость передачи по сравнению с синхронной;

При множественной ошибке с помощью бита четности невозможно определить достоверность полученной информации.

Асинхронная передача используется в системах, где обмен данными происходит время от времени и не требуется высокая скорость передачи данных. Некоторые системы используют бит четности как символьный бит, а контроль информации выполняется на уровне протоколов обмена данными (Xmodem, Zmodem, MNP).

При использовании синхронного метода данные передаются блоками. Для синхронизации работы приемника и передатчика в начале блока передаются биты синхронизации. Затем передаются данные, код обнаружения ошибки и символ окончания передачи. При синхронной передаче данные могут передаваться и как символы, и как поток битов. В качестве кода обнаружения ошибки обычно используется Циклический Избыточный Код Обнаружения Ошибок (CRC). Он вычисляется по содержимому поля данных и позволяет однозначно определить достоверность принятой информации.

Преимущества:

Высокая эффективность передачи данных;

Высокая скорость передачи данных;

Надежный встроенный механизм обнаружения ошибок.

Недостатки:

Интерфейсное оборудование более сложное и, соответственно, более дорогое.

Понятие сети ЭВМ

Под сетью ЭВМ понимают соединение двух и более ЭВМ с целью совместного использования их ресурсов (процессоров, устройств памяти, устройств ввода/вывода, данных). По степени охвата территории различают сети:

· локальные (местные) - в пределах одного учреждения, помещения (или при максимальном удалении ЭВМ не более 1км.)

· региональные - внутри населенного пункта, района

· национальные - внутри государства

· глобальные

По степени доступности различают корпоративные и общедоступные сети.

По топологии (способу объединения ЭВМ) различают:

· звездообразную топологию

При таком способе обмен данными между ЭВМ осуществляется через более мощную ЭВМ - сервер. Недостатком такого соединения является низкая живучесть сети - выход из строя сервера означает прекращение функционирование сети. Однако, простота и дешевизна реализации сделала эту структуру популярной в локальных сетях.

· топологию с общей шиной

При этом способе обмен данными происходит через общую шину, которую используя механизм прерывания может "захватывать" тот или иной компьютер. Характерной особенностью здесь является отсутствие сервера. Очень часто используется в локальных сетях, а уж в "домашних" повсеместно.

· кольцевая топология

В этой структуре каждая ЭВМ используя механизм прерывания работает в качестве ретранслятора. Обратите внимание, живучесть сети повышена - при одиночном обрыве связи между соседними ЭВМ сеть продолжает функционировать.

· полная топология

Соединение ЭВМ "каждая с каждой" позволяют получить сеть самую дорогую, но и обладающую максимальной живучестью.

Характеристики сетей ЭВМ

Операционные возможности - это перечень основных услуг предоставляемых сетью пользователю по обработке, хранению и передачи данных.

Время реакции сетей - Это интервал времени между возникновением запроса пользователя к какой-либо услуге сети и моментом получения ответа на данный запрос.

Время реакции сети (Т) состоит:

· Время подготовки запроса пользователя

· Время доступа запроса к средствам передачи данных

· Время передачи запроса до адресата через промежуточные средства телекоммуникации

· Время обработки запроса и подготовки ответа

· Время передачи ответа

· Время обработки ответа источником запроса

Пропускная способность - это объем данных (бит/с) передаваемых сетью в единицу времени и является наряду с задержкой передачи характеристикой, показывающей непосредственно качество передачи данных.

Надежность – эта характеристика складывается из:

· Коэффициент готовности сети – это доля времени в течении которого сеть выполняет возложенные на нее функции

· Вероятность доставки данных без искажений (вероятность потери данных)

· Безопасность – защита данных от несанкционированного доступа

· Отказоустойчивость – способность сети работать при отказе отдельных структурных функциональных элементов сети

Расширяемость и маштабируемость сети.

Расширяемость – характеризует степень легкости замены или добавления / удаления отдельных элементов сети.

Маштабируемость – возможность расширения сети в широких пределах без заметного ухудшения качества функционирования сети.

Производительность сети - Это суммарная производительность всех вычислительных систем, входящих в сеть, характеризует вычислительную мощность всей сети.

Прозрачность, управляемость и совместимость.

Прозрачность – характеризует степень простоты работы пользователя в сети

Управляемость – это возможность контроля состояния сети и ее отдельных компонентов, возможность разрешения возникающих в сети проблем, возможность анализа качества функционирования сети.

Совместимость – возможность сети включать в себя разнообразное программное, техническое обеспечение, произведенное самыми разными производителями (интегрируемость). Она достигается соблюдением разными производителями единых правил производства продукции (стандартов).

Стоимость обработки данных - Характеризует эффект и целесообразность построения и использования сети. Определяется из стоимости средств используемых для обработки, передачи и хранения данных с учетом их объема.

Модель ISO OSI

В 1984 году Международной Организацией по Стандартизации (International Standard Organization, ISO) была разработана модель взаимодействия открытых систем (Open Systems Interconnection, OSI).

Модель представляет собой международный стандарт для проектирования сетевых коммуникаций и предполагает уровневый подход к построению сетей. Каждый уровень модели обслуживает различные этапы процесса взаимодействия. Посредством деления на уровни сетевая модель OSI упрощает совместную работу оборудования и программного обеспечения.

Модель OSI разделяет сетевые функции на семь уровней: прикладной, уровень представления, сессионный, транспортный, сетевой, канальный и физический.

Классификация компьютерных сетей осуществляется по наиболее характерным признакам – структурным, функциональным, информационным.

По степени территориальной рассредоточенности основных элементов сети (абонентских систем, узлов связи) различают глобальные, региональные и локальные компьютерные сети.

Глобальные компьютерные сети (ГКС) объединяют абонентские системы, рассредоточенные на большой территории, охватывающей различные страны и континенты. Они решают проблему объединения информационных ресурсов всего человечества и организации доступа к ним.

Региональные компьютерные сети (РКС) объединяют абонентские системы, расположенные в пределах отдельного региона – города, административного района; функционируют в интересах организаций и пользователей региона и, как правило, имеют выход в ГКС. Взаимодействие абонентских систем осуществляется также с помощью ТСС.

Локальные компьютерные сети (ЛКС) объединяют абонентские системы, расположенные в пределах небольшой территории (этаж здания, здание, несколько зданий одного и того же предприятия). К классу ЛКС относятся сети предприятий, фирм, банков, офисов, учебных заведений и т.д. Принципиальным отличием ЛКС от других классов сетей является наличие своей штатной системы передачи данных.

Отдельный класс представляют корпоративные компьютерные сети (ККС), которые являются технической базой компаний, корпораций, организаций и т.д. Такая сеть играет ведущую роль в реализации задач планирования, организации и осуществления производственно-хозяйственной деятельности корпорации. Объединение ЛКС, РКС, ККС, ГКС позволяет создавать сложные многосетевые иерархии.

По способу управления различают сети с централизованным управлением, когда в сети имеется один или несколько управляющих органов, децентрализованным (каждая АС имеет средства для управления сетью) и смешанным управлением, в которых в определенном сочетании реализованы принципы централизованного и децентрализованного управления (например, под централизованным управлением решаются только задачи с высшим приоритетом, связанные с обработкой больших объемов информации).

По организации передачи информации различают сети с селекцией информации и маршрутизацией информации.

Первые строятся на основе моноканала, взаимодействие АС осуществляется выбором (селекцией) адресованных им блоков данных (кадров): всем АС сети доступны все передаваемые в сети кадры, но копию кадра снимают только АС, которым они предназначены. Вторые используют механизм маршрутизации для передачи кадров (пакетов) от отправителя к получателю по одному из альтернативных маршрутов. По типу организации передачи данных сети с маршрутизацией информации делятся на сети с коммутацией каналов, коммутацией сообщений и коммутацией пакетов. В эксплуатации находятся сети, в которых используются смешанные системы передачи данных.

Важным признаком классификации сетей ЭВМ является их топология. Под топологией (компоновкой, конфигурацией, структурой) компьютерной сети обычно понимается физическое расположение компьютеров сети друг относительно друга и способ соединения их линиями связи. Важно отметить, что понятие топологии относится, прежде всего, к локальным сетям, в которых структуру связей можно легко проследить. В глобальных сетях структура связей обычно скрыта от пользователей и не слишком важна, так как каждый сеанс связи может производиться по собственному пути.

По топологии , т.е. по конфигурации элементов в сети, различают широковещательные сети и последовательные. Широковещательные сети и значительная часть последовательных конфигураций (кольцо, звезда с «интеллектуальным центром») характерны для ЛКС. Для глобальных и региональных сетей наиболее распространенной является произвольная (ячеистая) топология.

В сетях с широковещательной конфигурацией характерен широковещательный режим работы, когда на передачу может работать только одна рабочая станция, а все остальные станции сети – на прием. Это локальные сети с селекцией информации: общая шина, «дерево», «звезда» с пассивным центром.

Для построения сетей ЭВМ используются следующие топологические структуры:

Кольцевая;

Радиальная (звездообразная);

Полносвязная;

Древовидная (иерархическая);

Смешанная.

Топология шина (или, как ее еще называют, общая шина) самой своей структурой предполагает идентичность сетевого оборудования компьютеров, а также равноправие всех абонентов по доступу к сети (рис. 1). Компьютеры в шине могут передавать информацию только по очереди, так как линия связи в данном случае единственная. Если несколько компьютеров будут передавать информацию одновременно, она исказится в результате наложения (конфликта, коллизии). В шине всегда реализуется режим так называемого полудуплексного (half duplex) обмена (в обоих направлениях, но по очереди, а не одновременно).

Рис. 1. Сетевая топология шина

В топологии шина отсутствует явно выраженный центральный абонент, через который передается вся информация, это увеличивает ее надежность (ведь при отказе центра перестает функционировать вся управляемая им система). Добавление новых абонентов в шину довольно просто и обычно возможно даже во время работы сети. В большинстве случаев при использовании шины требуется минимальное количество соединительного кабеля по сравнению с другими топологиями.

Поскольку центральный абонент отсутствует, разрешение возможных конфликтов в данном случае ложится на сетевое оборудование каждого отдельного абонента. В связи с этим сетевая аппаратура при топологии шина сложнее, чем при других топологиях. Тем не менее, из-за широкого распространения сетей с топологией шина (прежде всего наиболее популярной сети Ethernet) стоимость сетевого оборудования не слишком высока.

Важное преимущество шины состоит в том, что при отказе любого из компьютеров сети, исправные машины смогут нормально продолжать обмен.

В случае разрыва или повреждения кабеля нарушается согласование линии связи, которое обеспечивают специальные согласующие устройства – терминаторы, и прекращается обмен даже между теми компьютерами, которые остались соединенными между собой. Короткое замыкание в любой точке кабеля шины выводит из строя всю сеть.

Отказ сетевого оборудования любого абонента в шине может вывести из строя всю сеть. К тому же такой отказ довольно трудно локализовать, поскольку все абоненты включены параллельно, и понять, какой из них вышел из строя, невозможно.

При прохождении по линии связи сети с топологией шина информационные сигналы ослабляются и никак не восстанавливаются, что накладывает жесткие ограничения на суммарную длину линий связи. Причем каждый абонент может получать из сети сигналы разного уровня в зависимости от расстояния до передающего абонента. Это предъявляет дополнительные требования к приемным узлам сетевого оборудования.

Для увеличения длины сети с топологией шина часто используют несколько сегментов (частей сети, каждый из которых представляет собой шину), соединенных между собой с помощью специальных усилителей и восстановителей сигналов – репитеров или повторителей. Однако такое наращивание длины сети не может продолжаться бесконечно. Ограничения на длину связаны с конечной скоростью распространения сигналов по линиям связи.

Топология звезда – это единственная топология сети с явно выделенным центром, к которому подключаются все остальные абоненты . Обмен информацией идет исключительно через центральный компьютер (рис. 2), на который ложится большая нагрузка, поэтому ничем другим, кроме сети, он, как правило, заниматься не может. Понятно, что сетевое оборудование центрального абонента должно быть существенно более сложным, чем оборудование периферийных абонентов . О равноправии всех абонентов (как в шине) в данном случае говорить не приходится. Обычно центральный компьютер самый мощный, именно на него возлагаются все функции по управлению обменом. Никакие конфликты в сети с топологией звезда в принципе невозможны, так как управление полностью централизовано.

Если говорить об устойчивости звезды к отказам компьютеров, то выход из строя периферийного компьютера или его сетевого оборудования никак не отражается на функционировании оставшейся части сети, зато любой отказ центрального компьютера делает сеть полностью неработоспособной. В связи с этим должны приниматься специальные меры по повышению надежности центрального компьютера и его сетевой аппаратуры.

Обрыв кабеля или короткое замыкание в нем при топологии звезда нарушает обмен только с одним компьютером, а все остальные компьютеры могут нормально продолжать работу. В отличие от шины, в звезде на каждой линии связи находятся только два абонента : центральный и один из периферийных. Чаще всего для их соединения используется две линии связи , каждая из которых передает информацию в одном направлении, то есть на каждой линии связи имеется только один приемник и один передатчик. Это так называемая передача точка - точка . Все это существенно упрощает сетевое оборудование по сравнению с шиной и избавляет от необходимости применения дополнительных, внешних терминаторов.

Проблема затухания сигналов в линии связи также решается в звезде проще, чем в случае шины, ведь каждый приемник всегда получает сигнал одного уровня. Предельная длина сети с топологией звезда может быть вдвое больше, чем в шине.

Серьезный недостаток топологии звезда состоит в жестком ограничении количества абонентов . Обычно центральный абонент может обслуживать не более 8-16 периферийных абонентов . В этих пределах подключение новых абонентов довольно просто, но за ними оно просто невозможно. В звезде допустимо подключение вместо периферийного еще одного центрального абонента (в результате получается топология из нескольких соединенных между собой звезд).

Звезда, показанная на рис. 2, носит название активной или истинной звезды. Существует также топология , называемая пассивной звездой, которая только внешне похожа на звезду (рис. 3). В настоящее время она распространена гораздо более широко, чем активная звезда. Достаточно сказать, что она используется в наиболее популярной сегодня сети Ethernet.

В центре сети с данной топологией помещается не компьютер, а специальное устройство – концентратор или, как его еще называют, «хаб» (hub), которое выполняет ту же функцию, что и повторитель, то есть восстанавливает приходящие сигналы и пересылает их во все другие линии связи .

Получается, что хотя схема прокладки кабелей подобна истинной или активной звезде, фактически речь идет о шинной топологии , так как информация от каждого компьютера одновременно передается ко всем остальным компьютерам, а никакого центрального абонента не существует. Безусловно, пассивная звезда дороже обычной шины, так как в этом случае требуется еще и концентратор. Однако она предоставляет целый ряд дополнительных возможностей, связанных с преимуществами звезды, в частности, упрощает обслуживание и ремонт сети. Именно поэтому в последнее время пассивная звезда все больше вытесняет истинную звезду, которая считается малоперспективной топологией .

Большое достоинство звезды (как активной, так и пассивной) состоит в том, что все точки подключения собраны в одном месте. Это позволяет легко контролировать работу сети, локализовать неисправности путем простого отключения от центра тех или иных абонентов (что невозможно, например, в случае шинной топологии ), а также ограничивать доступ посторонних лиц к жизненно важным для сети точкам подключения. К периферийному абоненту в случае звезды может подходить как один кабель (по которому идет передача в обоих направлениях), так и два (каждый кабель передает в одном из двух встречных направлений), причем последнее встречается гораздо чаще.

Общим недостатком для всех топологий типа звезда (как активной, так и пассивной) является значительно больший, чем при других топологиях , расход кабеля. Это существенно влияет на стоимость сети в целом и заметно усложняет прокладку кабеля.

К недостаткам сетей с радиальной топологией можно отнести: нарушение связи при выходе из строя центрального узла коммутации, отсутствие свободы выбора различных маршрутов для установления связи между АС, увеличение задержек в обслуживании запросов при перегрузке центра обработки, значительное возрастание общей протяженности линий связи при размещении АС на большой территории.

Топология кольцо – это топология , в которой каждый компьютер соединен линиями связи с двумя другими: от одного он получает информацию, а другому передает (рис. 4). На каждой линии связи , как и в случае звезды, работает только один передатчик и один приемник (связь типа точка-точка). Это позволяет отказаться от применения внешних терминаторов. Важная особенность кольца состоит в том, что каждый компьютер ретранслирует (восстанавливает, усиливает) приходящий к нему сигнал, то есть выступает в роли повторителя. Затухание сигнала во всем кольце не имеет никакого значения, важно только затухание между соседними компьютерами кольца. Если предельная длина кабеля, ограниченная затуханием, составляет L пр, то суммарная длина кольца может достигать NL пр, где N – количество компьютеров в кольце. Полный размер сети в пределе будет NL пр /2, так как кольцо придется сложить вдвое. На практике размеры кольцевых сетей достигают десятков километров (например, в сети FDDI). Кольцо в этом отношении существенно превосходит любые другие топологии . Четко выделенного центра при кольцевой топологии нет, все компьютеры могут быть одинаковыми и равноправными. Однако довольно часто в кольце выделяется специальный абонент , который управляет обменом или контролирует его. Понятно, что наличие такого единственного управляющего абонента снижает надежность сети, так как выход его из строя сразу же парализует весь обмен .

Строго говоря, компьютеры в кольце не являются полностью равноправными (в отличие, например, от шинной топологии ). Ведь один из них обязательно получает информацию от компьютера, ведущего передачу в данный момент, раньше, а другие – позже. Именно на этой особенности топологии и строятся методы управления обменом по сети, специально рассчитанные на кольцо. В таких методах право на следующую передачу (или, как еще говорят, на захват сети) переходит последовательно к следующему по кругу компьютеру. Подключение новых абонентов в кольцо выполняется достаточно просто, хотя и требует обязательной остановки работы всей сети на время подключения. Как и в случае шины, максимальное количество абонентов в кольце может быть довольно велико (до тысячи и больше). Кольцевая топология обычно обладает высокой устойчивостью к перегрузкам, обеспечивает уверенную работу с большими потоками передаваемой по сети информации, так как в ней, как правило, нет конфликтов (в отличие от шины), а также отсутствует центральный абонент (в отличие от звезды), который может быть перегружен большими потоками информации.

Сигнал в кольце проходит последовательно через все компьютеры сети, поэтому выход из строя хотя бы одного из них (или же его сетевого оборудования) нарушает работу сети в целом. Это существенный недостаток кольца.

Точно так же обрыв или короткое замыкание в любом из кабелей кольца делает работу всей сети невозможной. Из трех рассмотренных топологий кольцо наиболее уязвимо к повреждениям кабеля, поэтому в случае топологии кольца обычно предусматривают прокладку двух (или более) параллельных линий связи , одна из которых находится в резерве. Иногда сеть с топологией кольцо выполняется на основе двух параллельных кольцевых линий связи , передающих информацию в противоположных направлениях. Цель подобного решения – увеличение (в идеале – вдвое) скорости передачи информации по сети. К тому же при повреждении одного из кабелей сеть может работать с другим кабелем (правда, предельная скорость уменьшится).

Кроме трех рассмотренных базовых топологий нередко применяется также сетевая топология дерево (tree), которую можно рассматривать как комбинацию нескольких звезд (рис.5). При активном дереве в центрах объединения нескольких линий связи находятся центральные компьютеры, а при пассивном – концентраторы (хабы).

Структура информационно-вычислительной сети. Для созда­ния крупномасштабных систем обработки данных вычислительные центры (ВЦ) и ЭВМ, обслуживающие отдельные предприятия и организации, объединяются с помощью средств передачи данных в информационно-вычислительные сети ИВС (рис. 8), где приняты такие обозначения: БД - банк данных; ГВМ - главная ЭВМ; ВЦКП - вычислительный центр коллективного пользования; ПЭВМ - персо­нальная ЭВМ; АС - администратор сети; УМПД - удаленный ПТД -процессор телеобработки данных; УК - узел коммутации; ЦК -центр коммутации; МПД - мультиплексор ПД; ТВМ - терминальная ЭВМ; мультиплексор ПД.

В самом общем случае ИВС включает в себя три класса логиче­ских модулей:

· модули обработки данных пользователя, обеспечивающие або­ненту доступ к различным вычислительным ресурсам. Эти модули позволяют реализовать главную целевую функцию ИВС - обработ­ку данных пользователя;

· терминальные модули, обеспечивающие пользователю обраще­ние к модулям обработки;

· модули взаимодействия и соединения, обеспечивающие местное или удаленное взаимодействие терминальных модулей с модулями обработки данных, а также терминальных модулей между собой.

Перечисленным логическим модулям соответствуют определен­ные физические объекты в ИВС. Так модулям обработки данных соответствуют главные ЭВМ сети, собственно и создающие инфор­мационно-вычислительные ресурсы ИВС. Оконечные пункты или АП реализуют терминальные модули, а коммутационные центры (коммутационные ЭВМ) соответствуют модулям взаимодействия.

ИВС подразделяются на четыре взаимосвязанных объекта:

· базовая сеть передачи данных;

· сеть ЭВМ;

· терминальная сеть;

· администратор сети.

Базовая сеть ПД - совокупность аппаратных и программных средств для ПД как между ЭВМ, так и между другими устройствами ИВС. Состоит из каналов связи и узлов коммутации (центров комму­тации). Обычно УК реализуется на основе коммутационной ЭВМ и АПД. Таким образом, базовая сеть ПД является ядром ИВС, обеспечивая физическое объединение ЭВМ и прочих устройств.

Сеть ЭВМ - совокупность ЭВМ, объединенных базовой сетью ПД. Сеть ЭВМ включает в себя главные ЭВМ (ГВМ), банки данных (БД), вычислительные центры коллективного использования (ВЦКП), а также терминальные ЭВМ (ТВМ). Основная задача ТВМ - опряжение терминалов с базовой сетью ПД. Эту функцию могут выполнять также ПТД (процессоры телеобработки данных) и УМПД (удаленные мультиплексоры ПД). Кроме того, терминалы могут подключаться даже к главным ЭВМ.

Терминальная сеть - совокупность терминалов и терминальных сетей ПД. Под терминалом понимаются устройства, с помощью которых абоненты осуществляют ввод/вывод данных. В качестве терминалов могут использоваться интеллектуальные терминалы (ПЭВМ) и АП (абонентские пункты). Для подключения терминалов к сети ЭВМ, кроме, естественно, каналов связи, применяются терми­нальные ЭВМ (ТВМ), УМПД (удаленные мультиплексоры ПД), ПТД (процессоры телеобработки данных).

Административная система обеспечивает контроль состояния ИВС и управление ее работой в изменяющихся условиях. Данная система включает специализированные ЭВМ, терминальное обору­дование и программные средства, с помощью которых:

· включается или выключается вся сеть или ее компоненты;

· контролируется работоспособность сети;

· устанавливается режим работы сети и ее компонентов;

· устанавливается объем услуг, предоставляемых абонентам се­ти, и т.д.

Рис. 12.1. Структура ИВС

Шлюзовые элементы ИВС обеспечивают совместимость как ба­зовой сети ПД, так и всей ИВС с другими внешними сетями. Прото­колы внешних ИВС могут отличаться от имеющихся протоколов. Поэтому шлюзы при необходимости обеспечивают преобразование и согласование интерфейсов, форматов, способов адресации и т. п. Шлюзы реализуются на специализированных ЭВМ.

ИВС можно условно разделить на два класса:

· территориальные, т.е. имеющие большую площадь обслужива­ния;

· локальные - размещающиеся, как правило, внутри одного зда­ния.

Основные характеристики информационно-вычислительных сетей. Основными характеристиками ИВС являются: операционные возможности, производительность, время доставки сообщений, стоимость обработки данных.

Рассмотрим эти характеристики подробнее.

Операционные характеристики (возможности) сети - пере­чень основных действий по обработке данных. ГВМ, входящие в состав сети, обеспечивают пользователей всеми традиционными видами обслуживания (средствами автоматизации программирова­ния, доступом к пакетам прикладных программ, базам данных и т.д.). Наряду с этим ИВС может предоставлять следующие допол­нительные услуги:

· удаленный ввод заданий - выполнение заданий с любых терми­налов на любых ЭВМ в пакетном или диалоговом режимах;

· передачу файлов между ЭВМ сети;

· доступ к удаленным файлам;

· защиту данных и ресурсов от несанкционированного доступа;

· передачу текстовых и, возможно, речевых сообщений между терминалами;

· выдачу справок об информационных и программных ресурсах сети;

· организацию распределенных баз данных, размещаемых на нескольких ЭВМ;

· организацию распределенного решения задач на нескольких ЭВМ.

Производительность сети - представляет собой суммарную производительность главных ЭВМ. При этом обычно производи­тельность ГВМ означает номинальную производительность их процессоров.

Время доставки сообщений определяется как среднее время от момента передачи сообщения в сеть до момента получения сооб­щения адресатом.

Цена обработки данных формируется с учетом стоимости средств, используемых для ввода/вывода, передачи и обработки данных. Эта стоимость зависит от объема используемых ресурсов ИВС, а также режима передачи и обработки данных.

Основные параметры ИВС зависят не только от используемых технических и программных средств, но и в значительной степени, от нагрузки, создаваемой пользователями.

Коммуникационная сеть - это система, состоящая из объектов (пунктов или узлов сети) и линий передачи (связей, коммуникаций, соединений). Пункты осуществляют функции генерации, преобразования, хранения и потребления продукта, а связи - передачу продукта между пунктами. В качестве продукта могут фигурировать информация, энергия, масса. Сети в этих случаях называются информационные, энергетические, вещественные.

Отличительная особенность коммуникационной сети - большие расстояния между пунктами по сравнению с геометрическими размерами участков пространства, занимаемых пунктами. В группах сетей возможно разделение на подгруппы. Так, среди вещественных сетей могут быть выделены сети транспортные, водопроводные, производственные и др. При функциональном проектировании сетей решаются задачи синтеза топологии, распределения продукта по узлам сети, а при конструкторском проектировании выполняются размещение пунктов в пространстве и проведение (трассировка) соединений.

Информационная сеть - коммуникационная сеть, в которой в качестве продукта выступает информация.

Вычислительная сеть (ВС) - информационная сеть, в состав которой входят ЭВМ и периферийные устройства, являющиеся источниками и приемниками данных, передаваемых по сети. Эти компоненты составляют оконечное оборудование данных (ООД или DTE - Data Terminal Equipment). В качестве ООД могут выступать ЭВМ и другое вычислительное, измерительное и исполнительное оборудование автоматических и автоматизированных систем. Собственно пересылка данных происходит с помощью сред и средств, объединяемых под названием среда передачи данных.

Подготовка данных, передаваемых или получаемых ООД от среды передачи данных, осуществляется функциональным блоком, называемым аппаратурой окончания канала данных (АКД или DCE - Data Circuit-Terminating Equipment). АКД может быть конструктивно отдельным или встроенным в ООД блоком. ООД и АКД вместе представляют собой станцию данных, которую часто называют узлом сети. Примером АКД может служить модем.

На основе вычислительных сетей могут строиться автоматизированные системы (АС) - совокупность управляемого объекта и автоматических управляющих устройств, в которых часть функций управления выполняет человек-оператор; комплекс технических, программных, других средств и персонала, предназначенный для автоматизации различных процессов. В отличие от автоматической системы АС не может функционировать без участия человека.

Вычислительная система - совокупность ЭВМ и средств программного обеспечения, предназначенная для выполнения вычислительных процессов, а также любая автоматизированная система, основанная на использовании ЭВМ.

Системы обработки данных (СОД) - комплекс технических и программных средств, предназначенных для автоматизации и централизации обработки данных.

Системы обработки данных классифицируются на две группы: сосредоточенные и распределенные.

К сосредоточенным СОД относят отдельные ЭВМ, вычислительные комплексы и вычислительные системы; к распределенным - системы телеобработки, вычислительные сети и системы передачи данных (СПД).

Использование вычислительных сетей позволяет получить следующие результаты:

1. Сокращение затрат на поиск информации.
2. Доступ к общему программному обеспечению.
3. Получение значительных вычислительных мощностей (доступ к специальным процессорам, объединение вычислительных мощностей, входящих в сеть, и т.д.).
4. Доступ к памяти большой емкости, новые информационные технологии (сервис-интернет, дистанционное образование, банковские системы и т.д.).

Конечной целью создания любой вычислительной сети или системы передачи данных является интегральное обслуживание пользователей.

Существует основные критерии оценки ВС и СПД:

• производительность и пропускная способность;
• стоимость оборудования и монтажа;
• технологичность обслуживания;
• надежность и достоверность передачи информации;
• информационные возможности.

Централизация - процесс объединения различных данных в рамках вычислительной сети. Децентрализация - обратный процесс, когда данные распределяются по различным компьютерам сети.

Децентрализованная система - многопроцессорная система или вычислительная сеть, в которой управление распределено по различным ее узлам.

Распределенная система, или система с распределенными функциями, - автоматизированная система, в которой отдельные функции и операции реализуются ее распределенными в пространстве технологическими узлами или подсистемами, в том числе и автономными; любая вычислительная система, позволяющая организовать взаимодействие вне независимых, но связанных между собой машин.

Исторически заинтересованность компаний в централизованной обработке данных началась с мэйнфреймов. Мэйнфрейм (от англ. mainframe ) - большая универсальная ЭВМ, высокопроизводительный компьютер со значительным объемом оперативной и внешней памяти, предназначенный для организации централизованных хранилищ данных большой емкости и выполнения интенсивных вычислительных работ. Если у компании не было собственных мэйнфреймов, она могла «арендовать» избыточные мощности у кого-то другого.

К 1970-м годам удаленная компьютерная обработка данных позволила начать использовать компьютерные технологии как средним, так и малым предприятиям. Это был период централизации данных и их обработки. С течением времени технологии совершенствовались и цены на ЭВМ снижались. К концу 1980-х компьютеры уменьшились настолько, что их можно стало содержать внутри обычных помещений. Пошел обратный процесс в сторону децентрализации. Централизованные системы сменились рабочими станциями, и все чаще стали использоваться термины «клиент-сервер» и «распределенные данные ».

К середине 1990-х годов всевозможные бизнес-приложения, начиная с простых бухгалтерских пакетов и заканчивая полномасштабными корпоративными решениями для управления ресурсами, стали непременными атрибутами практически для всех предприятий. Обработка данных распространилась повсеместно, как и сами данные. А затем появился Интернет, который стал использоваться как бизнес-инструмент.

Возможность мгновенно перемещать информацию в любую точку мира позволила свести практически к нулю временные и пространственные преграды, стоящие на пути распространения данных. Исчезла необходимость хранить данные в том месте, где они непосредственно добываются и используются. Более того, оказалось, что гораздо легче поддерживать точность и свежесть информации, когда она сосредоточена в одном месте. Таким образом, процессы централизации вернулись, однако вернулись на новом витке. Теперь централизация ведет к повышению информационной, а не вычислительной производительности.

Перечислим факторы, стимулирующие развитие распределенной обработки данных:

1. Снижение стоимости процессоров и вычислительных машин.
2. Тенденции к централизации ПО.
3. Повышение квалификации пользователя.
4. Необходимость повышения надежности обработки и хранения информации.
5. Творчество пользователя.
6. Высокая стоимость использования вычислительных каналов.
7. Более удобный диалог пользователя системы.
8. Проблема взаимодействия систем.
9. Удаленный доступ к базам данных.
10. Доступ к сетевому программному обеспечению.
11. Фактор секретности хранения информации (в распределенной системе легче обеспечить секретность в отличие от централизованных систем).
12. Перегрузка центральных процессоров.
13. Дефицит кадровых программистов.

Интегрированная вычислительная сеть (интерсеть) представляет собой взаимосвязанную совокупность многих вычислительных сетей, которые в интерсети называются подсетями.

В автоматизированных системах крупных предприятий подсети включают вычислительные средства отдельных проектных подразделений. Интерсети нужны для объединения таких подсетей, а также для объединения технических средств автоматизированных систем проектирования и производства в систему комплексной автоматизации (CIM - Computer Integrated Manufacturing). Обычно интерсети приспособлены для различных видов связи: телефонии, электронной почты, передачи видеоинформации, цифровых данных и т.п., ив этом случае они называются сетями интегрального обслуживания.

Развитие интерсетей заключается в разработке средств сопряжения разнородных подсетей и стандартов для построения подсетей, изначально приспособленных к сопряжению. Подсети в интерсетях объединяются в соответствии с выбранной топологией с помощью блоков взаимодействия.

В зависимости от расстояний между связываемыми узлами сети разделяются на территориальные и корпоративные.

Территориальные - сети, охватывающие значительное географическое пространство. Среди них можно выделить сети региональные и глобальные, имеющие соответственно региональные или глобальные масштабы; региональные сети иногда называют сетями MAN (Metropolitan Area Network), а общее англоязычное название для территориальных сетей - WAN (Wide Area Network):

• WAN (Wide Area Network) - глобальная сеть, покрывающая большие географические регионы, включающая как локальные сети, так и прочие телекоммуникационные сети и устройства. Пример WAN - сети с коммутацией пакетов (Frame Relay), через которую могут «разговаривать» между собой различные компьютерные сети.
• LAN (Local Aiea Network) - локальные сети, имеющие замкнутую инфраструктуру до выхода на поставщиков услуг. Термин «LAN» может описывать и маленькую офисную сеть, и сеть уровня большого завода, занимающего несколько сотен гектаров (до 10 км в радиусе).

Корпоративные (масштаба предприятия) - совокупность связанных между собой ЛВС (локально-вычислительных сетей), охватывающих территорию, на которой размещено одно предприятие или учреждение в одном или нескольких близко расположенных зданиях.

Локальные и корпоративные вычислительные сети - основной вид вычислительных сетей, используемых в системах автоматизированного проектирования (САПР).

Особо выделяют единственную в своем роде глобальную (GAN) сеть Интернет (реализованная в ней информационная служба World Wide Web (WWW) переводится на русский язык как всемирная паутина). В Интернете существует понятие интрасетей (Intranet) - корпоративных сетей.

Локальные сети являются сетями закрытого типа, доступ к ним разрешен только ограниченному кругу пользователей, для которых работа в такой сети непосредственно связана с их профессиональной деятельностью. Глобальные сети являются открытыми и ориентированы на обслуживание любых пользователей. В этих системах существует возможность функционального расширения и изменения системы без изменения ее остальной части.

По принадлежности различают ведомственные и государственные сети.

Ведомственные сети принадлежат одной организации и располагаются на ее территории. Государственные - сети, используемые в государственных структурах.

По скорости передачи информации компьютерные сети делятся на:

• низкоскоростные (до 10 Мбит/с);
• среднескоростные (до 100 Мбит/с);
• высокоскоростные (свыше 100 Мбит/с).

Для определения скорости передачи данных в сети широко используется единица бод (baud), измеряемая числом дискретных переходов или событий в секунду. Если каждое событие представляет собой 1 бит, бод эквивалентен 1 бит/с (в реальных коммуникациях это зачастую не выполняется).

По типу среды передачи сети разделяются на:

• проводные: коаксиальные, на витой паре, оптоволоконные;
• беспроводные: с передачей информации по радиоканалам, в инфракрасном диапазоне.

В зависимости от способа управления различают сети:

• клиент-сервер - в них выделяется один или несколько узлов (серверов), выполняющих в сети управляющие или специальные обслуживающие функции, а остальные узлы (клиенты) являются терминальными, в них работают пользователи. Сети клиент-сервер различаются по характеру распределения функций между серверами, другими словами, по типам серверов (например, файл-серверы, серверы баз данных). При специализации серверов по определенным приложениям имеем сеть распределенных вычислений. Такие сети отличают также от централизованных систем, построенных на мэйнфреймах;
• одноранговые - в них все узлы равноправны; поскольку в общем случае под клиентом понимается объект (устройство или программа), запрашивающий некоторые услуги, а под сервером - объект, предоставляющий эти услуги, то каждый узел в одноранговых сетях может выполнять функции и клиента, и сервера.

Существует так называемая «сетецентрическая концепция», в соответствии с которой пользователь может лишь приобрести дешевое оборудование для обращения к удаленным компьютерам, а сеть обслуживает заказы на выполнение вычислений и получение информации. То есть пользователю не нужно приобретать программное обеспечение для решения прикладных задач, ему нужно лишь платить за выполненные заказы. Подобные компьютеры называют тонкими клиентами или сетевыми компьютерами.

По типам используемых компьютеров и устройств различают сети однородные и неоднородные.

Однородные (гомогенные) сети характеризуются тем, что в ВС связываются однотипные ЭВМ и устройства, как правило, разработанные одной фирмой, имеющие одинаковые операционные системы и однотипный состав абонентских средств. В однородных сетях значительно проще выполнять многие распределенные информационные процедуры (в качестве примера можно назвать организацию и использование распределенных баз данных).

Неоднородные (гетерогенные) сети характеризуются тем, что в ВС присутствуют средства и устройства, разработанные разными фирмами, но заложенные в них правила позволяют им бесконфликтно взаимодействовать и функционировать. В крупных автоматизированных системах, как правило, сети оказываются неоднородными.

В зависимости от прав собственности на сети последние могут быть сетями общего пользования (public) или частными (private). Среди сетей общего пользования выделяют телефонные сети общего пользования (ТФОП, PSTN - Public Switched Telephone Network) и сети передачи данных (PSDN - Public Switched Data Network).

Сети также различают в зависимости от используемых в них протоколов и по способам коммутации.

Вычислительные сети делятся на два больших класса: одноранговые сети (Peer-to-Рееr Network) и клиент-серверные сети (иерархические, Client-Server Network).

В зависимости от того, как распределены функции между компьютерами сети, они могут выступать в трех разных ролях:

1. Компьютер, занимающийся исключительно обслуживанием запросов других компьютеров, играет роль выделенного сервера сети.
2. Компьютер, обращающийся с запросами к ресурсам другой машины, играет роль узла-клиента.
3. Компьютер, совмещающий функции клиента и сервера, является одноранговым узлом. Сеть не может состоять только из клиентских или только из серверных узлов.

В соответствии с указанными ролями сеть может быть построена по одной из трех схем:

• сеть на основе одноранговых узлов - одноранговая сеть;
• сеть на основе клиентов и серверов - сеть с выделенными серверами;
• сеть, включающая узлы всех типов, - гибридная сеть.

Каждая из этих схем имеет свои достоинства и недостатки, определяющие их области применения.

Одноранговые сети. В таких сетях все компьютеры равны в возможностях доступа к ресурсам друг друга. Это сети равноправных компьютеров, каждый их которых имеет уникальное имя (имя компьютера) и обычно пароль для входа в него во время загрузки операционной системы (ОС). Каждый компьютер может одновременно являться и сервером и клиентом сети, хотя вполне допустимо назначение одного компьютера только сервером, а другого только клиентом. Каждый пользователь может объявить какой-либо ресурс своего компьютера разделяемым, после чего другие пользователи могут с ним работать. В одноранговых сетях на всех компьютерах устанавливается такая операционная система, которая предоставляет всем компьютерам в сети потенциально равные возможности. Например, каждый компьютер может предоставить доступ к файлам, размещенным на его дисках, и подключенным к нему принтерам.

При потенциальном равноправии всех компьютеров в одноранговой сети часто возникает функциональная несимметричность. Обычно некоторые пользователи не желают предоставлять свои ресурсы для совместного доступа. В таком случае серверные возможности их операционных систем не активизируются, и компьютеры играют роль «чистых» клиентов.

В то же время администратор может закрепить за некоторыми компьютерами сети только функции, связанные с обслуживанием

запросов от остальных компьютеров, превратив их таким образом в «чистые» серверы, за которыми пользователи не работают. В такой конфигурации одноранговые сети становятся похожими на сети с выделенными серверами, но это только внешнее сходство - между двумя типами сетей остается существенное различие. Изначально в одноранговых сетях отсутствует специализация ОС в зависимости от того, какую роль играет компьютер - клиента или сервера. Изменение роли компьютера в одноранговой сети достигается за счет того, что функции серверной или клиентской части не используются.

Одноранговые сетевые ОС способны предоставлять большинство тех же сервисов и ресурсов, что и клиент-с ер верные сетевые ОС. Они также характеризуются простотой установки и относительной дешевизной.

Достоинством одноранговых сетей является их высокая гибкость: в зависимости от конкретной задачи сеть может использоваться очень активно либо совсем не использоваться. Из-за большой самостоятельности компьютеров в таких сетях редко возникают перегрузки (к тому же количество компьютеров обычно невелико, не больше 10). Установка одноранговых сетей довольно проста. Кроме того, не требуются дополнительные дорогостоящие серверы, . Пользователи сами могут управлять своими ресурсами. В одноранговых сетях допускается определение различных прав пользователей по доступу к сетевым ресурсам, но система разграничения прав развита слишком слабо. Если каждый ресурс защищен своим паролем, то пользователю приходится запоминать большое число паролей.

Однако такие сети менее надежны и эффективны, чем полноценные клиент-серверные сети. Более того, производительность одноранговых сетей значительно снижается при увеличении размеров сети и количества участвующих в сетевых взаимодействиях компьютеров. Эксплуатация и поддержка таких сетей часто являются непростыми задачами. Из-за отсутствия централизованного управления администраторы вынуждены управлять множеством сервисов на каждой машине отдельно, обеспечивая корректность одновременного функционирования пользовательских приложений и серверных компонентов. Такая работа усложняется еще и тем, что пользователи, работающие на каждом из компьютеров, имеют возможность самостоятельно изменять настройки ОС, что нередко приводит к неработоспособности всего программного обеспечения этой машины.

К недостаткам одноранговых сетей относятся слабая система контроля и протоколирования работы сети, трудности с резервным копированием информации. Эффективная скорость передачи информации по одноранговой сети часто оказывается недостаточной, поскольку трудно обеспечить быстродействие процессоров, большой объем операций памяти и высокие скорости обмена с жестким диском для всех компьютеров сети. К тому же компьютеры работают не только на сеть, но и решают другие задачи.

Считается, что одноранговая сеть наиболее эффективна в небольших сетях, в которых количество компьютеров не превышает 10-20 единиц. В этом случае нет необходимости в применении централизованных средств администрирования - нескольким пользователям нетрудно договориться между собой о перечне разделяемых ресурсов и паролях доступа к ним. При увеличении количества компьютеров сетевые операции замедляют работу и создают множество других проблем. Тем не менее для небольшого офиса одноранговая сеть - это оптимальное решение. Самая распространенная в настоящий момент одноранговая сеть - сеть на основе Windows XP или более ранних версий ОС Windows.

В больших сетях необходимы средства централизованного администрирования, хранения и обработки данных, а особенно защиты данных. Такие возможности легче обеспечить в сетях с выделенными серверами.

Клиент-серверные сети применяются в тех случаях, когда в сеть должно быть объединено много компьютеров (более 20), которые постоянно используют множество пользователей, и возможностей одноранговых сетей уже не хватает. Тогда в сеть включают специализированный компьютер (или компьютеры) - выделенный сервер . Это абонент сети, который предоставляет свои ресурсы другим абонентам, но сам не использует ресурсы других абонентов, т.е. служит только сети. Клиентом сети называется абонент сети, который использует ресурсы, но сам свои ресурсы в сеть не отдает, т.е. сеть его обслуживает. Компьютер-клиент часто называют рабочей станцией .

В сетях с выделенными серверами используются специальные варианты сетевых ОС, которые оптимизированы для работы в роли серверов и называются серверными ОС. Пользовательские компьютеры в таких сетях работают под управлением клиентских ОС. Серверные компьютеры предоставляют свои ресурсы клиентским рабочим станциям.

Сетевая ОС, работающая на сервере (серверная ОС), отвечает за координацию всех действий, связанных с использованием всех ресурсов и сервисов этого сервера. Клиентом в такой сети является любое сетевое устройство, формирующее запросы к серверу для использования его ресурсов и сервисов (например, рабочие станции пользователей). Для обеспечения взаимодействия клиента и сервера на клиенте устанавливается и функционирует клиентское программное обеспечение, поддерживающее общий протокол взаимодействия клиента и сервера.

В таких сетях пользователи обычно регистрируются в сети со своей рабочей станции. Для регистрации пользователь сообщает серверу свое имя и пароль. Если сообщенные пользователем имя и пароль корректны, то сервер аутентифицирует пользователя и предоставляет доступ ко всем ресурсам и сервисам, на которые пользователю были даны права. В соответствии с назначенными пользователю правами серверная ОС предоставляет приложениям пользователя необходимые для их работы ресурсы и сервисы.

Серверная ОС управляет множеством аппаратных ресурсов сервера, например дисками, оперативной памятью, принтерами, модемами. Файловая система сервера тоже является примером серверного ресурса.

В дополнение к перечисленному серверная ОС предоставляет множество сервисов, включая координацию доступа и совместного использования файлов (в том числе механизмов блокировки файлов и записей) и принтеров, управление памятью сервера, обеспечение безопасности данных и предоставление возможностей сетевого взаимодействия.

Выполнение этих задач специально разработанной серверной ОС гарантирует надежность и безопасность любых данных, хранящихся и обрабатывающихся на сервере.

Специализация операционной системы для работы в роли сервера является естественным способом повышения эффективности серверных операций. А необходимость такого повышения часто ощущается весьма остро, особенно в большой сети. При существовании в сети сотен или даже тысяч пользователей интенсивность запросов к разделяемым ресурсам может быть очень значительной, и сервер должен справляться с этим потоком запросов без больших задержек. Очевидным решением проблемы является использование в качестве сервера компьютера с мощной аппаратной платформой и операционной системой, оптимизированной для серверных функций.

Чем меньше функций выполняет ОС, тем более эффективно можно их реализовать, поэтому для оптимизации серверных операций разработчики ОС вынуждены ограничивать некоторые другие ее функции, причем иногда даже полностью отказываться от них. Существует несколько принципиальных особенностей серверных ОС:

• поддержка мощных аппаратных платформ, в том числе мультипроцессорных;
• поддержка большого числа одновременно выполняемых процессов и сетевых соединений;
• включение в состав ОС компонентов централизованного администрирования сети (например, справочной службы или службы аутентификации и авторизации пользователей сети);
• более широкий набор сетевых служб.

Клиентские операционные системы в сетях с выделенными серверами обычно освобождаются от серверных функций, что значительно упрощает их организацию. Разработчики клиентских ОС уделяют основное внимание пользовательскому интерфейсу и клиентским частям сетевых служб. Наиболее простые клиентские ОС поддерживают только базовые сетевые службы, обычно файловую и службу печати. В то же время существуют так называемые универсальные клиенты, которые поддерживают широкий набор клиентских частей, позволяющих им работать практически со всеми серверами сети.

Большинство сетевых ОС выпускаются в двух версиях. Одна версия предназначена для работы в качестве серверной ОС, а другая - для работы на клиентской машине. Эти версии чаще всего основаны на одном и том же базовом коде, но отличаются набором служб и утилит, а также параметрами конфигурации, в том числе устанавливаемыми по умолчанию и не поддающимися изменению.

Например, операционная система Windows 2000 выпускалась в версии для рабочей станции - Windows 2000 Workstation, а в версии для выделенного сервера - Windows 2000 Server. Оба варианта операционной системы включают клиентские и серверные части многих сетевых служб.

Так, ОС Windows 2000 Workstation, кроме выполнения функций сетевого клиента, может предоставлять сетевым пользователям файловый сервис, сервисы печати, удаленного доступа и другие, а следовательно, может служить основой для одноранговой сети. С другой стороны, ОС Windows 2000 Server содержит все необходимые средства, которые позволяют задействовать компьютер в качестве клиентской рабочей станции. Под управлением ОС Windows 2000 Server локально запускаются прикладные программы, которые могут потребовать выполнения клиентских функций ОС при появлении запросов к ресурсам других компьютеров сети.

Windows 2000 Server имеет такой же развитый графический интерфейс, как и Windows 2000 Workstation, что позволяет с равным успехом применять эти ОС для интерактивной работы пользователя или администратора. Однако версия Windows 2000 Server имеет больше возможностей для предоставления ресурсов своего компьютера другим пользователям сети, так как может выполнять более широкий набор функций, поддерживает большее количество одновременных соединений с клиентами, реализует централизованное управление сетью, имеет более развитые средства защиты. Поэтому рекомендуется применять Windows 2000 Server в качестве ОС для выделенных серверов, а не клиентских компьютеров.

Наиболее популярные серверные ОС:

Windows NT/2000/2003/2008 Server - решение компании Microsoft;

Unix Solaris, MP-UX, ATX, FreeBSD;

Novell NetWare 5.1/6.0/6.5.

Серверы специально оптимизированы для быстрой обработки сетевых запросов на разделяемые ресурсы, а также для управления защитой файлов и каталогов. Однако при больших размерах сети мощности одного сервера может оказаться недостаточно, и тогда в сеть включают несколько серверов.

Серверы могут выполнять и некоторые другие задачи:

• сетевая печать;
• выход в глобальную сеть;
• связь с другой локальной сетью;
• обслуживание электронной почты и т.п.

Количество пользователей сети на основе серверов может достигать нескольких тысяч. Одноранговой сетью такого размера управлять просто было бы невозможно (каждый пользователь должен быть администратором).

Кроме того, в сети на основе сервера можно легко менять количество подключаемых компьютеров. Такие сети называются масштабируемыми.

Под сервером и клиентом часто понимают не сами компьютеры, а работающие на них приложения. В этом случае приложение, которое отдает ресурсы в сеть, является сервером, а приложение, которое только пользуется сетевыми ресурсами, называется клиентом.

Достоинством сети на основе сервера часто называют надежность. Это верно, но только с одной оговоркой: если сервер действительно точно надежен. В противном случае любой отказ сервера приводит к полному параличу сети, в отличие от одноранговой сети, где отказ одного из компьютеров не приводит к отказу всей сети. Бесспорное достоинство сети с сервером - высокая скорость обмена, так как сервер всегда оснащается быстрым процессором (или даже несколькими), ОЗУ большого объема и быстрыми жесткими дисками.

Так как все ресурсы сети с серверами собраны в одном месте, возможно применение гораздо более мощных средств управления доступом, зашиты данных, протоколирования обмена, чем в одноранговых сетях. Для обеспечения надежной работы сети при аварии электропитания применяется бесперебойное электропитание сервера. В данном случае это гораздо проще, чем в одноранговой сети, где желательно оснащать источником бесперебойного питания все компьютеры сети.

К недостаткам сети на основе сервера относятся зависимость всех компьютеров-клиентов от работы сервера, а также более высокая стоимость вследствие дорогого сервера для администрирования сети (т.е. для управления распределением ресурсов контроля прав доступа и защиты данных файловой системы резервирования файлов).

В сети на основе серверов обязательно наличие специального человека-администратора сети, имеющего соответствующую квалификацию. С другой стороны, централизованное администрирование облегчает обслуживание сети и позволяет оперативно решать все вопросы. Особенно это важно для надежной защиты данных от несанкционированного доступа. В одноранговой сети можно обойтись и без администратора, но при этом все пользователи сети должны иметь хоть какое-то представление об администрировании.

иерархическая

полуиерархическая

серверная

4. Сеть, в которой допустимо назначение одного компьютера только сервером, а другого только клиентом: ...

1. одноранговая
2. одноуровневая
3. клиент-сервер
4. иерархическая
5. полуиерархическая
6. серверная

5. Достоинства одноранговых сетей: ...

1. простота установки
2. отсутствие дорогостоящих серверов
3. нет необходимости в системном администрировании
4. пользователи могут сами управлять своими ресурсами
5. высокая надежность сети
6. отказ одного из компьютеров не приводит к полному сбою сети
7. высокая скорость обмена данными
8. бесперебойное электропитание нужно устанавливать только на главном компьютере

6. Недостатки одноранговых сетей: ...

1. слабая система контроля и протоколирования работы сети
2. сетевые операции замедляют работу сети
3. зависимость компьютеров-клиентов от сервера
4. высокая стоимость
5. обязательное централизованное администрирование

7. Оптимальное максимальное число компьютеров одноранговой сети - ...

1. не ограничено

8. Одноранговая сеть вполне подходит там, где: ...

1. количество пользователей не превышает нескольких человек
2. потоки данных невелики
3. в будущем не ожидается значительного расширения сети

9. Нежелательно реализовывать одноранговую сеть там, где: ...

1. необходима высокая скорость передачи данных
2. в будущем ожидается значительное расширение сети
3. основным является вопрос защиты данных
4. пользователи расположены на большом расстоянии друг от друга
5. пользователи расположены компактно
6. вопросы защиты данных не критичны
7. потоки данных невелики

10. Для реализации одноранговой сети необходимо: ...

1. приобрести дорогостоящий сервер
2. приобрести достаточно мощные компьютеры
3. чтобы пользователи были расположены на значительном расстоянии друг от друга
4. чтобы пользователи были расположены компактно
5. взять на работу системного администратора

11. Для объединения двух компьютеров в локальную сеть необходимо: ...

1. чтобы компьютеры были оснащены сетевой картой
2. приобрести сервер
3. чтобы в качестве кабельной системы было выбрано оптоволокно
4. чтобы компьютеры находились на незначительном расстоянии друг от друга
5. подключить к компьютерам модем
6. чтобы оперативная память обоих компьютеров была не менее 250 Мбайт

12. В архитектуре клиент-сервер клиенты - это: ...

1. рабочие станции, которые используют ресурсы сервера и предоставляют удобные интерфейсы пользователя
2. объекты, предоставляющие сервис другим объектам сети по их запросам
3. сотрудники данной организации, которые используют программное обеспечение с лицензионных дисков
4. модемы, позволяющие рабочим станциям связываться с другими сетями
5. системные администраторы
6. абоненты сети, которые только используют сетевые ресурсы, но сами свои ресурсы в сеть не отдают

13. Сервер - это...

1. объект сети, предоставляющий сервис другим объектам сети по их запросам
2. абонент сети, который предоставляет свои ресурсы другим абонентам, но сам не использует ресурсы других абонентов, т.е. служит только сети
3. модем, позволяющий рабочим станциям связываться с другими сетями
4. процесс обслуживания клиентов
5. центральный процессор

14. Интерфейсы пользователя - это...

1. процедуры взаимодействия пользователя с системой или сетью
2. рабочий стол станции-клиентов
3. оконечное оборудование данных
4. соседние компьютеры сети
5. документация по работе с программным обеспечением

15. Выделенный сервер - это...

1. сервер, занимающийся только сетевыми задачами
2. сетевой принтер
3. сервер, который помимо обслуживания сети занимается другими задачами
4. сервер, который обслуживает только администрацию предприятия
5. сервер, который обслуживает узкий круг пользователей общей сети

16. Предпочтение клиент-серверной сети нужно отдать, если: ...

1. количество пользователей больше 10
2. требуется централизованное управление, безопасность, управление ресурсами или резервное копирование
3. нужен доступ к глобальной сети
4. требуется разделять ресурсы на уровне пользователей
5. нет возможности или необходимости в централизованном администрировании
6. вопросы защиты данных не критичны

17. Преимущества клиент-серверной архитектуры: ...

1. возможность организации сети с большим количеством рабочих станций
2. обеспечение централизованного управления учетными записями пользователей
3. эффективный доступ к сетевым ресурсам
4. пользователю нужен один пароль для входа в сеть и для получения доступа
5. нет необходимости в системном администрировании
6. невысокая стоимость

18. В клиент-серверной архитектуре выделяются группы объектов: ...

1. клиенты
2. серверы
3. данные
4. сетевые службы
5. системные администраторы
6. сетевые принтеры

19. Недостатки клиент-серверной архитектуры: ...

1. неисправность главного компьютера может сделать сеть неработоспособной
2. необходимость квалифицированного персонала для администрирования
3. высокая стоимость сетей и сетевого оборудования
4. система разграничения прав не слишком развита
5. бесперебойное электропитание нужно устанавливать на всех компьютерах, входящих в сеть
6. невозможность обеспечения конфиденциальности данных

Ответы:

1 - а, b, с, d; 2 - a, b; 3 - a, b; 4 - a, b; 5 - а, b, с, d, f; 6 - a, b, c, d; 7 - a; 8 - a, b, с, d, e; 9 - а, b, c, d;10 - b, d; 11 - a, d; 12 - a, f; 13 - a, b; 14 - a; 15 - a; 16 - a, b, c; 17 - a, b, c, d; 18 - a, b, c, d; 19 - a, b, c.