Раздел 4. Сетевые информационные технологии
Тема 4.1 Информационные технологии в локальных и корпоративных сетях
Компьютерная сеть – это совокупность компьютеров, объединенных каналами передачи данных для обмена информацией и коллективного использования аппаратных, программных и информационных ресурсов.
Информационные ресурсы сети представляют базы данных общего и индивидуального применения, ориентированные на решаемые в сети задачи.
Аппаратные ресурсы сети составляют компьютеры различных типов, средства территориальных систем связи, аппаратура связи и согласование работы сетей одного и того же уровня или различных уровней.
Программные ресурсы сети представляют собой комплекс программ для планирования, организации и осуществления коллективного доступа пользователей к общесетевым ресурсам, автоматизации процессов обработки информации, динамического распределения и перераспределения общесетевых ресурсов с целью повышения оперативности и надежности удовлетворения запросов пользователей.
Классификация компьютерных сетей:
I – по территориальной рассредоточенности:
глобальные (WAN – охватывают значительные расстояния 10-15 тыс. км.);
региональные (MAN – объединяют города, расстояние 10 – 100 км.);
локальные (LAN – сеть одной организации, расстояние 10 – 20 км.).
II – по типу ПК, входящих в сеть:
гомогенные (однородные);
гетерогенные (неоднородные).
III – по типу организации передачи данных:
с коммутацией каналов;
с коммутацией сообщений;
с коммутацией пакетов.
IV – по режиму передачи данных:
широковещательные;
последовательные.
V – по характеру реализуемых функций:
вычислительные;
информационные;
смешанные.
VI – по способу управления:
с децентрализованным управлением;
с централизованным управлением;
со смешанным управлением.
Применение вычислительных сетей позволяет решить следующие задачи:
Образование единого информационного пространства, способного охватить всех пользователей предприятия и предоставить им информацию, созданную в разное время и с использованием разного программного обеспечения.
Обеспечение эффективной системы накопления, хранения и поиска информации по текущей работе предприятия.
Повышение достоверности информации и надежности ее хранения путем создания устойчивой к сбоям информационной системы.
Обеспечение своевременной обработки документов и построения на базе этого действующей системы анализа, прогнозирования и оценки обстановки с целью принятия оптимального решения и выработки стратегии развития.
Для эффективной работы сетей используются специальные операционные системы, которые в отличие от операционных систем ПК, предназначены для решения специальных задач по управлению работой сети. Сетевые ОС устанавливаются на специальные компьютеры, которые называются серверами.
Все устройства, подключаемые к сети, можно разделить на три функциональные группы: рабочие станции, серверы и коммутационные узлы.
Рабочая станция – это ПК, подключенный к сети, на котором пользователь выполняет свою работу. Каждая станция обрабатывает свои локальные файлы и использует свою ОС, но при этом ему доступны ресурсы сети.
Сервер сети – компьютер, который предоставляет пользователям определенные услуги, например хранение данных общего пользования, печать документов и т.д.
К коммутационным уздам сети относятся следующие устройства:
Коммутатор – устройство, соединяющее две сети, использующие одинаковые методы передачи данных.
Маршрутизатор – устройство, соединяющее сети разного типа, но использующие одну ОС. Задача этого устройства – отправить сообщение адресату в «нужную» сеть.
Шлюз – устройство, позволяющее организовывать обмен данными между двумя сетями, использующими различные протоколы взаимодействия.
Сетевые топологии
Объединяя в сеть несколько компьютеров, необходимо решить, каким образом соединить их друг с другом, другими словами, выбрать способ организации физических связей, то есть топологию. Рассмотрим некоторые, наиболее часто встречающиеся топологии.
Полносвязная топология (рис. 4.1, а) соответствует сети, в которой каждый компьютер сети связан со всеми остальными.
Все другие варианты основаны на неполносвязных топологиях, когда для обмена данными между двумя компьютерами может потребоваться промежуточная передача данных через другие узлы сети.
Ячеистая топология получается из полносвязной путем удаления некоторых возможных связей (рис. 4.1, б). В сети с ячеистой топологией непосредственно связываются только те компьютеры, между которыми происходит интенсивный обмен данными, а для обмена данными между компьютерами, не соединенными прямыми связями, используются транзитные передачи через промежуточные узлы. Ячеистая топология допускает соединение большого количества компьютеров и характерна, как правило, для глобальных сетей.
Общая шина (рис. 4.1, в) является очень распространенной (а до недавнего времени самой распространенной) топологией для локальных сетей. В этом случае компьютеры подключаются к одному коаксиальному кабелю по схеме «монтажного ИЛИ». Передаваемая информация может распространяться в обе стороны.
Топология звезда (рис. 4.1, г, д). В этом случае каждый компьютер подключается отдельным кабелем к общему устройству, называемому концентратором, который находится в центре сети. В функции концентратора входит направление передаваемой компьютером информации одному или всем остальным компьютерам сети. Главное преимущество этой топологии перед общей шиной - большая надежность.
В сетях с кольцевой конфигурацией (рис. 4.1, е) данные передаются по кольцу от одного компьютера к другому, как правило, в одном направлении. Если компьютер распознает данные как «свои», то он копирует их себе во внутренний буфер. В сети с кольцевой топологией необходимо принимать специальные меры, чтобы в случае выхода из строя или отключения какой-либо станции не прервался канал связи между остальными станциями.
Рис. 4.1. Типовые топологии сетей
В то время как небольшие сети, как правило, имеют типовую топологию - звезда, кольцо или общая шина, для крупных сетей характерно наличие произвольных связей между компьютерами. В таких сетях можно выделить отдельные произвольно связанные фрагменты (подсети), имеющие типовую топологию, поэтому их называют сетями со смешанной топологией (рис. 4.2).
Рис. 4.2 Смешанная топология
Среда передачи данных
В современных сетях, в качестве среды передачи данных чаще всего используются различные виды кабелей и радиосвязь в различных диапазонах.
В локальных сетях широкое распространение получила кабельная связь. Кабель представляет собой проводник, помещенный в изолирующие материалы. Наиболее часто используется витая пара, коаксиальный кабель и оптоволоконные линии.
Витая пара – это наиболее распространенной и дешевое кабельное соединение, представляющее собой пару скрученных проводов. Она обеспечивает достаточную скорость передачи данных (до 100 Мбит/с), простота в монтаже и нетребовательна в эксплуатации.
Коаксиальный кабель – имеет среднюю цену, хорошо помехозащищен и применяется для связи на большие расстояния (несколько километров). Скорость передачи данных по коаксиальному кабелю – от 1 до 10 Мбит/с. Коаксиальный кабель в настоящее время применяется довольно редко из-за крайне малых для современных сетей скоростей передачи данных, а также трудоемкости монтажа самого кабеля.
Оптоволоконные линии – являются наиболее дорогими. Скорость распространения информации по ним достигает 100 Мбит/с (на экспериментальных образцах – до 200 Мбит/с). Допустимое расстояние между компьютерами – более 50 км. Внешнее воздействие помех на передачу информации практически отсутствует.
Типы компьютерных сетей
В зависимости от выполняемых функций компьютер, подключенный к локальной компьютерной сети, является рабочей станцией или сервером. Эффективно эксплуатировать мощности локальной сети позволяет применение технологии «клиент – сервер». В этом случае приложение делится на две части: клиентскую и серверную. Один или несколько мощных компьютеров сети конфигурируются как серверы приложений. Клиентские части выполняются на рабочих станциях. Именно здесь формируются запросы к серверам приложений и обрабатываются полученные результаты.
В сетях с выделенным сервером, ресурсы сервера доступны всем пользователям. При выборе компьютера на роль сервера необходимо учитывать следующие факторы:
- быстродействие процессора;
- скорость доступа к файлам, размещенным на жестком диске;
- емкость жесткого диска;
- объем оперативной памяти;
- уровень надежности сервера.
В небольших локальных сетях все компьютеры обычно равноправны, и пользователя сами решают, какие ресурсы своего компьютера сделать общедоступными в сети. При этом любой компьютер может быть и сервером и клиентом. Такие сети называются одноранговыми. Затраты на организацию одноранговых ЛВС относительно невелики, однако при увеличении числа рабочих станций эффективность их резко уменьшается.