Персональний сайт - огляд і архітектура обчислювальних мереж

Огляд і архітектура обчислювальних мереж

Основні визначення і терміни

Мережа - це сукупність об'єктів, утворених пристроями передачі і обробки даних. Міжнародна організація по стандартизації визначила обчислювальну мережу як послідовну біт-орієнтовану передачу інформації між пов'язаними один з одним незалежними пристроями.

Мережі зазвичай знаходиться в приватному веденні користувача і займають деяку територію України й за ознакою поділяються на:

1-Локальні обчислювальні мережі (ЛОМ) або Local Area Network (LAN), розташовані в одному або декількох близько розташованих будівлях. ЛВС зазвичай розміщуються в рамках будь-якої організації (корпорації, установи), тому їх називають корпоративними.

2-Розподілені комп'ютерні мережі, глобальні або Wide Area Network (WAN), розташовані в різних будівлях, містах і країнах, які бувають територіальними, змішаними і глобальними. Залежно від цього глобальні мережі бувають чотирьох основних видів: міські, регіональні, національні та транснаціональні. Для прикладу розподілених мереж дуже великого масштабу можна назвати: Internet, EUNET, Relcom, FIDO.

До складу мережі у випадку включається наступні елементи:

1-мережеві комп'ютери (оснащені мережним адаптером);

3-різного роду перетворювачі сигналів;

Розрізняють два поняття мережі: комунікаційна мережа і інформаційна мережа (рис. 1.1).

Комунікаційна мережа призначена для передачі даних, також вона виконує завдання, пов'язані з перетворенням даних. Комунікаційні мережі розрізняються за типом використовуваних фізичних засобів з'єднання.

Інформаційна мережа призначена для зберігання інформації і складається з інформаційних систем. На базі комунікаційної мережі може бути побудована група інформаційних мереж:

Під інформаційною системою слід розуміти систему, яка є постачальником або споживачем інформації.

Комп'ютерна мережа складається з інформаційних систем і каналів зв'язку.

Під інформаційною системою слід розуміти об'єкт, здатний здійснювати зберігання, обробку або передачу інформація. До складу інформаційної системи входять: комп'ютери, програми, користувачі та інші складові, призначені для процесу обробки і передачі даних. Надалі інформаційна система, призначена для вирішення завдань користувача, називатиметься - робоча станція (client). Робоча станція в мережі відрізняється від звичайного персонального комп'ютера (ПК) наявністю мережевої карти (мережевого адаптера). каналу для передачі даних і мережевого програмного забезпечення.

Під каналом зв'язку слід розуміти шлях або засіб, по якому передаються сигнали. Засіб передачі сигналів називають абонентським, або фізичним. каналом.

Канали зв'язку (datalink) створюються по лініях зв'язку за допомогою мережевого устаткування і фізичних засобів зв'язку. Фізичні засоби зв'язку побудовані на основі кручених пар, коаксіальних кабелів, оптичних каналів або ефіру. Між взаємодіючими інформаційними системами через фізичні канали комунікаційної мережі і вузли комутації встановлюються логічні канали.

Логічний канал - це шлях для передачі даних від однієї системи до іншої. Логічний канал прокладається по маршруту в одному або декількох фізичних каналах. Логічний канал можна охарактеризувати, як маршрут, прокладений через фізичні канали і вузли комутації.

Інформація в мережі передається блоками даних по процедурам обміну між об'єктами. Ці процедури називають протоколами передачі даних.

Протокол - це сукупність правил, які визначають формат і процедури обміну інформацією між двома або кількома пристроями.

Завантаження мережі характеризується параметром, званим трафіком. Трафік (traffic) - це потік повідомлень в мережі передачі даних. Під ним розуміють кількісне вимір в вибраних точках мережі числа проходять блоків даних і їх довжини, виражене в бітах в секунду.

Істотний вплив на характеристику мережі надає метод доступу. Метод доступу - це спосіб визначення того, яка з робочих станцій зможе наступною використовувати канал зв'язку і як управляти доступом до каналу зв'язку (кабелю).

У мережі всі робочі станції фізично з'єднані між собою каналами зв'язку по певній структурі, званій топологією. Топологія - це опис фізичних з'єднань в мережі, яке вказує які робочі станції можуть зв'язуватися між собою. Тип топології визначає продуктивність, працездатність і надійність експлуатації робочих станцій, а також час звернення до файлового сервера. Залежно від топології мережі використовується той чи інший метод доступу.

Склад основних елементів в мережі залежить від її архітектури. Архітектура - це концепція, що визначає взаємозв'язок, структуру і функції взаємодії робочих станцій в мережі. Вона передбачає логічну, функціональну і фізичну організацію технічних і програмних засобів мережі. Архітектура визначає принципи побудови і функціонування апаратного та програмного забезпечення елементів мережі.

В основному виділяють три види архітектур: архітектура термінал - головний комп'ютер. архітектура клієнт - сервер і однорангова архітектура.

Сучасні мережі можна класифікувати за різними ознаками: по віддаленості комп'ютерів, топології, призначенню, переліку послуг, що надаються, принципам управління (централізовані і децентралізовані), методам комутації, методам доступу, видам середовища передачі, швидкостям передачі даних і т. Д.

Переваги використання мереж

Комп'ютерні мережі є варіант співробітництва людей і комп'ютерів, що забезпечує прискорення доставки і обробки інформації. Об'єднувати комп'ютери в мережі почали більше 30 років тому. Коли можливості комп'ютерів зросли і ПК стали доступні кожному, розвиток мереж значно прискорилося.

Сполучені в мережу комп'ютери обмінюються інформацією і спільно використовують периферійне устаткування і пристрої зберігання інформації рис. 1.2.

За допомогою мереж можна розділяти ресурси і інформацію. Нижче перераховані основні завдання, які вирішуються за допомогою робочої станції в мережі, і які важко вирішити за допомогою окремого комп'ютера:

Комп'ютерна мережа дозволить спільно використовувати периферійні пристрої, включаючи:

Комп'ютерна мережа дозволяє спільно використовувати інформаційні ресурси:

Комп'ютерна мережа дозволяє працювати з розрахованими на багато користувачів програмами, що забезпечують одночасний доступ всіх користувачів до загальним баз даних із блокуванням файлів і записів, які забезпечують цілісність даних. Будь-які програми, розроблені для стандартних ЛВС, можна використовувати в інших мережах.

Спільне використання ресурсів забезпечить істотну економію коштів і часу. Наприклад, можна колективно використовувати один лазерний принтер замість покупки принтера кожному працівнику або біганини з дискетами до єдиному принтеру за відсутності мережі.

Організація електронної пошти. Можна використовувати ЛОМ як поштову службу і розсилати службові записки, доповіді та повідомлення іншим користувачам.

Архітектура мережі визначає основні елементи мережі, характеризує її загальну логічну організацію, технічне забезпечення, програмне забезпечення, описує методи кодування. Архітектура також визначає принципи функціонування та інтерфейс користувача.

В даному курсі буде розглянуто три види архітектур:

1-архітектура термінал - головний комп'ютер;

3-архітектура клієнт - сервер.

Архітектура термінал - головний комп'ютер

Архітектура термінал - головний комп'ютер (terminal - host computer architecture) - це концепція інформаційної мережі, в якій вся обробка даних здійснюється одним або групою головних комп'ютерів.

Вже згадана архітектура передбачає два типу устаткування:

1-Головний комп'ютер, де здійснюється управління мережею, зберігання і обробка даних.

2-Термінали, призначені для передачі головного комп'ютера команд на організацію сеансів і виконання завдань, введення даних для виконання завдань і отримання результатів.

Головний комп'ютер через мультиплексори передачі даних (МПД) взаємодіють з терміналами, як представлено на рис. 1.3.

Класичний приклад архітектури мережі з головними комп'ютерами - системна мережева архітектура (System Network Architecture - SNA).

Тимчасова архітектура (peer-to-peer architecture) - це концепція інформаційної мережі, в якій її ресурси розосереджені по всіх системах. Дана архітектура характеризується тим, що в ній все системи рівноправні.

До однорангові мереж ставляться малі мережі, де будь-яка робоча станція може виконувати одночасно функції файлового сервера і робочої станції. У одноранговихЛВС дисковий простір і файли на будь-якому комп'ютері можуть бути загальними. Щоб ресурс став загальним, його необхідно віддати в загальне користування, використовуючи служби віддаленого доступу мережевих однорангових операційних систем. Залежно від того, як буде встановлений захист даних, інші користувачі зможуть користуватися файлами відразу ж після їх створення. ОдноранговиеЛВС досить гарні тільки для невеликих робочих груп.

ОдноранговиеЛВС є найбільш легким і дешевим типом мереж для установки. Вони на комп'ютері вимагають, крім мережевої карти і мережевого носія, тільки операційної системи Windows 95 або WindowsforWorkgroups. При з'єднанні комп'ютерів, користувачі можуть надавати ресурси і інформацію в спільне користування.

Однорангові мережі мають такі переваги:

1-вони легкі в установці і настройці;

2-окремі ПК не залежить від виділеного сервера;

3-користувачі в змозі контролювати свої ресурси;

4-низька ціна і легка експлуатація;

5-мінімум обладнання і програмного забезпечення;

6-немає необхідності в адміністраторові;

7-добре підходять для мереж з кількістю користувачів, що не перевищує десяти.

Проблемою тимчасової архітектури є ситуація, коли комп'ютери відключаються від мережі. У цих випадках з мережі зникають види сервісу. які вони надавали. Мережеву безпеку одночасно можна застосувати тільки до одного ресурсу, і користувач повинен пам'ятати стільки паролів, скільки мережевих ресурсів. При отриманні доступу до ресурсу відчувається падіння продуктивності комп'ютера. Істотним недоліком однорангових мереж є відсутність централізованого адміністрування.

Використання тимчасової архітектури не виключає застосування в тій же мережі також архітектури «термінал - головний комп'ютер» чи архітектури «клієнт - сервер».

Архітектура клієнт - сервер

Архітектура клієнт - сервер (client-server architecture) - це концепція інформаційної мережі, в якій основна частина її ресурсів зосереджена в серверах, обслуговуючих своїх клієнтів (рис. 1.5). Вже згадана архітектура визначає два типи компонентів: сервери і клієнти.

Сервер - це об'єкт, що надає сервіс іншим об'єктам мережі за їхніми запитами. Сервіс - це процес обслуговування клієнтів.

Сервер працює за завданнями клієнтів і управляє виконанням їх завдань. Після виконання кожного завдання сервер посилає отримані результати клієнту, який послав це завдання.

Сервісна функція в архітектурі клієнт - сервер описується комплексом прикладних програм, відповідно до якого виконуються різноманітні прикладні процеси.

Процес, який викликає сервісну функцію за допомогою певних операцій, називається клієнтом. Їм може бути програма або користувач. На рис. 1.6 наведено перелік сервісів в архітектурі клієнт - сервер.

Клієнти - це робочі станції, які використовують ресурси сервера і надають зручні інтерфейси користувача. Інтерфейси користувача це процедури взаємодії користувача з системою або мережею.

Клієнт є ініціатором і використовує електронну пошту або інші сервіси сервера. У цьому процесі клієнт запрошує вид обслуговування, встановлює сеанс, отримує потрібні йому результати і повідомляє про закінчення роботи.

У мережах з виділеним файловим сервером на виділеному автономному ПК встановлюється серверна мережева операційна система. Цей ПК стає сервером. Програмне забезпечення (ПО), встановлене на робочій станції, дозволяє їй обмінюватися даними з сервером. Найбільш поширені мережеві операційна системи:

1-NetWare фірми Novel;

2-Windows NT фірми Microsoft;

3-UNIX фірми ATT;

Крім мережевої операційної системи необхідні мережеві прикладні програми, що реалізують переваги, надані мережею.

Мережі на базі серверів мають кращі характеристики і підвищену надійність. Сервер володіє головними ресурсами мережі, до яких звертаються інші робочі станції.

У сучасній клієнт - серверній архітектурі виділяється чотири групи об'єктів: клієнти, сервери, дані і мережеві служби. Клієнти розташовуються в системах на робочих місцях користувачів. Дані в основному зберігаються в серверах. Мережеві служби є спільно використовуваними серверами і даними. Крім того служби керують процедурами обробки даних.

Мережі клієнт - серверної архітектури мають такі переваги:

1-дозволяють організовувати мережі з великою кількістю робочих станцій;

2-забезпечують централізоване управління обліковими записами користувачів, безпекою і доступом, що спрощує мережне адміністрування;

3-ефективний доступ до мережевих ресурсів;

4-користувачеві потрібен один пароль для входу в мережу і для отримання доступу до всіх ресурсів, на які поширюються права користувача.

Поряд з перевагами мережі клієнт - серверної архітектури мають і ряд недоліків:

1-несправність сервера може зробити мережу непрацездатною, як мінімум втрату мережевих ресурсів;

2-вимагають кваліфікованого персоналу для адміністрування;

3-мають вищу вартість мереж і мережевого устаткування.

Вибір архітектури мережі

Вибір архітектури мережі залежить від призначення мережі, кількості робочих станцій і від виконуваних на ній дій.

Слід вибрати тимчасову мережу, якщо:

1-кількість користувачів не перевищує десяти;

2-все машини перебувають близько один від одного;

3-мають місце невеликі фінансові можливості;

4-немає необхідності в спеціалізованому сервері, такому як сервер БД, факс-сервер або який-небудь інший;

5-немає можливості або необхідності в централізованому адмініструванні.

Слід вибрати клієнт серверну мережу, якщо:

1-кількість користувачів перевищує десяти;

3-необхідний спеціалізований сервер;

4-потрібен доступ до глобальної мережі;

5-вимагається розділяти ресурси на рівні користувачів.