Архітектура комп’ютерних мереж

КУРС «КОМП'ЮТЕРНІ ІНФОРМАЦІЙНІ ТЕХНОЛОГІЇ»

МЕРЕЖЕВІ ІНФОРМАЦІЙНІ ТЕХНОЛОГІЇ

Поняття комп'ютерних мереж

Комп'ютерна мережа (КС) - це сукупність декількох комп'ютерів або обчислювальних систем, об'єднаних між собою засобами телекомунікацій з метою ефективного використання обчислювальних та інформаційних ресурсів при виконанні інформаційно-обчислювальних робіт.

Завдання, які вирішуються за допомогою персональних комп'ютерів, що працюють в локальній мережі:

1. Поділ файлів. (Дозволяє багатьом користувачам одне тимчасово працювати з одним і тетм же файлом, який зберігається на цін тральних файл-сервері);

2. Передача файлів (дозволяє швидко копіювати файли будь-якого розміру з одного комп'ютера на інший);

3. Доступ до інформації і файлів (дозволяє запускати прикладні програми з будь-якої робочої станції комп'ютерної мережі);

4. Поділ прикладних програм (дає можливість двом користувачам застосовувати одну й ту ж копію програми);

5. Одночасний введення даних в прикладні програми (мережеві прикладні програми дозволяють декільком користувачам одночасно вводити дані, необхідні для роботи цих програм);

6. Поділ принтера, накопичувача і т.д.

У глобальному масштабі комп'ютерні мережі дозволяють вирішити такі завдання:

1. Забезпечення інформацією по всіх галузях людської діяльності;

В даний час комп'ютерні мережі ділять по територіальному розміщенню на:

1. Локальні комп'ютерні мережі, LAN-мережі (Local Area Network);

2. Регіональні комп'ютерні мережі, MAN-мережі (Metropolitan Area Network);

3. Глобальні комп'ютерні мережі, WAN-мережі (Wide Area Network).

Корпоративна мережа - це, як правило, закрита комп'ютерна мережа, до складу якої можуть входити сегменти LAN-мереж малих, середніх і великих відділень корпорації, об'єднані з центральним офісом MAN і WAN комп'ютерними мережами з використанням мережевих технологій глобальних комп'ютерних мереж.

Комп'ютерні мережі - це складний комплекс. що включає в себе технічні, програмні та інформаційні засоби.

Технічні засоби складають:

1. ЕОМ різних типів (від супер до комп'ютерів малої потужності);

2. Транспортна (телекомунікаційна) середовище передачі даних, що зв'язує обчислювальні центри або сервера мережі і клієнтські машини;

3. Адаптери (мережева карта), комутатори, концентратори, шлюзи, маршрутизатори та інше мережеве обладнання для підключення комп'ютерів до транспортної телекомунікаційної середовищі і організації топології комп'ютерної мережі.

Концентратор (HUB) призначений для розпізнавання конфліктів між елементами мережі і їх ліквідації, а також синхронізації інформаційних потоків всередині мережі.

Комутатор - апаратний засіб, що забезпечує прийом, контроль надходження і маршрутизацію інформаційних пакетів.

Маршрутизатор призначений для організації взаємозв'язку між декількома локальними мережами, об'єднання їх в мережі більш високого рівня, розподілу потоків інформації між сегментами мереж.

Програмні засоби комп'ютерних мереж складаються з трьох частин: загальної, спеціальної та системного програмного забезпечення.

Загальне програмне забезпечення КС включає:

1. Операційну систему (відповідає за розподіл потоків завдань і даних між серверами і клієнтськими машинами мережі, управління підключенням і відключенням окремих серверів мережі, забезпечення динаміки координації роботи мережі);

2. Систему програмування (включає засоби автоматизації складання програм за технологією клієнт / сервер, їх трансляції та налагодження);

3. Систему технічного обслуговування (представляє собою комплекс програм для здійснення перевірки та профілактики роботи технічних і програмних засобів зв'язку).

Архітектура комп'ютерних мереж

Архітектура комп'ютерних мереж може розглядатися з двох точок зору:

1. З точки зору топології КС, тобто яким чином організована мережу на фізичному рівні;

2. З точки зору її логічної організації, яка включає такі питання, як організація доступу користувачів до інформаційних ресурсів КС, їх ієрархія, взаємини між комп'ютерами, сегментами КС, розподілу інформаційних ресурсів через мережу (сервера, бази даних і т.д.), управління мережею в цілому та ін.

При побудові комп'ютерних мереж важливим є вибір фізичної організації зв'язків між окремими комп'ютерами, тобто топології мережі. Топологія - опис фізичних з'єднань в LAN (або логічних зв'язків між вузлами), що вказує, які пари вузлів можуть зв'язуватися між собою.

Найбільш поширені такі топології:

1. Шина - кабель, який об'єднує вузли в мережу (комп'ютери підключаються до одного загального кабелю (шині), за яким і відбувається обмін інформацією між комп'ютерами, переваги - дешевизна і простота розводки кабелю по окремих приміщеннях, недоліки - низька надійність, так як будь-який дефект загального кабелю повністю паралізує всю мережу, а також невисока продуктивність, оскільки в будь-який момент тільки один комп'ютер може передавати дані в мережу);

2. Зірка - вузли мережі з'єднані з центром кабелями-променями (передбачає підключення кожного комп'ютера окремим кабелем до концентратора, який знаходиться в центрі мережі, переваги - висока надійність, недоліки - дорожнеча);

3. Кільце - вузли об'єднані в мережу замкнутої кривої (дані передаються по кільцю від одного комп'ютера до іншого, як правило, в одному напрямку, якщо комп'ютер розпізнає дані як "свої", то він їх приймає, такі мережі використовуються, якщо потрібно контроль передавався інформації, так як дані, зробивши повний оборот, повертаються до комп'ютера-джерела);

4. Змішана топологія - комбінація топологій, перерахованих вище.

Поряд з топологією комп'ютерної мережі, що визначає на фізичному рівні побудова КС, архітектура комп'ютерної мережі визначає на логічному рівні структуру взаємодії користувачів, комп'ютерів і ресурсів КС. Саме на цьому рівні керівник концептуально визначає, хто з користувачів або груп користувачів має право доступу до тих чи інших ресурсів комп'ютерної мережі (комп'ютерів, мережевих пристроїв, файлам і т.д.) і де знаходяться ці ресурси. Адміністратор комп'ютерної мережі реалізує обрану політику за допомогою засобів адміністрування мережі.

На логічному рівні локальні мережі можуть бути:

1. Однорангові LAN - це мережа, в якій всі комп'ютери рівноправні і можуть виступати в ролі як користувачів (клієнтів) ресурсів, так і їх постачальників (серверів), надаючи іншим вузлам право доступу до всіх або до деяких з наявних в їх розпорядженні локальних ресурсів (файлів, принтерів, програмами);

2. LAN з виділеним сервером. Для ефективного адміністрування комп'ютерних мереж використовуються мережі зі спеціальним комп'ютером (виділеним сервером).

Існує багато серверів комп'ютерної мережі, наприклад, сервер друку, сервер баз даних, сервер додатків, файл-сервер і т.д. На відміну від перерахованих вище сервер комп'ютерної мережі здійснює управління мережею і на ньому, зокрема, знаходяться бази даних, що містять облікові записи користувачів мережі, що визначають їх політику доступу до ресурсів КС.

У комп'ютерних мережах з виділеним сервером робочі станції підключаються до виділених серверів, а сервери в свою чергу групуються в домени.

Домен (Domain) - група комп'ютерів і периферійних пристроїв, із загальною системою безпеки. В OSI (нижче розглядається ця модель) термін "домен" використовується стосовно адміністративним поділом складних розподілених систем. У мережі Internet-частина ієрархії імен.

Доменна організація мережі дозволяє:

1. Спростити централізоване управління мережею;

2. Полегшити створення мереж методом об'єднання існуючих мережевих фрагментів;

3. Забезпечити користувачам одноразову реєстрацію в мережі для доступу до всіх серверів і ресурсів інформаційної системи незалежно від місця реєстрації.

Важливим фактором, що визначає архітектуру комп'ютерної мережі, є її масштабованість і, зокрема, доменної архітектури.

При об'єднанні доменів слід виділити три основні моделі відносин:

1. Модель майстер-домену (один з доменів оголошується головним, і в ньому зберігаються записи всіх користувачів мережі, інші домени є ресурсними, все ресурсні домени довіряють головному домену, який є головним майстер-доменом, така архітектура погано масштабується (змінюється число доменів) );

2. Модель з кількома майстер-доменами (кілька доменів оголошуються головними, і в кожному з них зберігаються облікові записи підмножини користувачів мережі, інші домени є вторинними, дана модель добре масштабується);

3. Модель повністю довірчих відносин (не існує головного домену, і кожен з них може містити як облікові записи, так і ресурси, дана модель добре підходить для створення як завгодно великих мереж, однак надзвичайно складна для адміністрування мережі).

5.3. Internet \ Intranet технології

Інтернет спочатку будувалася як мережа, яка об'єднує велику кількість існуючих локальних, і її попередницею, як уже згадувалося, була мережа ARPANET. Ідея створення Інтернет виникла в зв'язку з необхідністю побудови відмовостійкої мережі, яка могла б продовжувати роботу, навіть якщо більша частина її стала непрацездатною. Рішення полягало в тому, щоб створити мережу, де інформаційні пакети могли б передаватися від одного вузла до іншого без будь-якого централізованого контролю. Якщо основна частина мережі не працює, пакети самостійно повинні пересуватися по мережі до тих пір, поки не досягнуть точки свого призначення. Одночасно мережа повинна бути досить стійкою до можливих помилок при передачі пакетів, тобто володіти механізмом контролю пакетів і забезпечити спостереження за доставкою інформації.

Існує багато причин, чому протоколи TCP / IP були обрані за основу мережі Інтернет. Це перш за все можливість роботи з зазначеними протоколами як в локальних, так і глобальних мережах. Крім того, ці протоколи забезпечують взаємодію комп'ютерів, що працюють під управлінням різних операційних систем.

Крім того, всі країни світу мають своє власне символьне ім'я, що позначає домен верхнього рівня цієї країни. Наприклад, by-Білорусь, de-Німеччина, us-США, ru-Росія і т.д.