Лекция "Объединение компьютеров в локальную сеть. Организация работы пользователей в локальных компьютерных сетях"

Локальные компьютерные сети

Компьютерная сеть представляет собой совокупность компьютеров, объединенных средствами передачи данных.

Основное назначение компьютерных сетей – обеспечение эффективного представления различных компьютерных услуг пользователям сети путем организации их доступа к ресурсам, распределенным в этой сети.

Принципы построения и функционирования аппаратного и программного обеспечения элементов сети определяются архитектурой компьютерной сети.

Архитектура – концепция, определяющая модель, структуру, выполняемые функции и взаимосвязь компонентов сложного объекта. Архитектура компьютерной сети определяет основные элементы сети; характер и топологию взаимодействия этих элементов; логическую, функциональную и физическую организацию технических, программных, организационных и информационных средств сети.

Рис. 15-1. Состав базовых компонентов компьютерной сети

Техническое обеспечение компьютерных сетей

Техническое обеспечение (hardware) - комплекс электронных, электрических и механических устройств, входящих в состав системы либо сети.

Техническое обеспечение включает компьютеры (ЭВМ) и логические устройства. К ним добавляются внешние устройства и диагностическая аппаратура. Вспомогательную, но при этом важную, роль играют энергетическое оборудование, батареи и аккумуляторы. Для обеспечения безопасности данных используют аппараты шифрования информации.

Техническое обеспечение предназначено для поддержки работы программного обеспечения. Оно представлено:

• персональный компьютер (ПК), называемый Рабочая станция (РС или WS (Work Station));

• сервер (-ы);

• система передачи данных;

• периферийное оборудование сети.

Рис. 15-2. Техническое обеспечение компьютерных сетей

Рабочая станция

Рабочая станция (Work Station) - абонентская система, специализированная на решение определенных задач пользователя. Требования, предоставляемые к составу РС, определяются характеристиками решаемых в сети задач, принципами организации вычислительного процесса, используемой операционной системы и некоторыми другими факторами.

Сервер

В сетевой среде сервер выделен для выполнения конкретной задачи при поддержке других компьютеров в сети. Один сервер может выполнять множество необходимых задач, либо для конкретных задач выделяются отдельные серверы.

Термин сервер имеет два значения:

1. Элемент аппаратуры, предоставляющий совместно используемый сервис в сетевой среде.

2. Программный компонент, предоставляющий общий функциональный сервис другим программным компонентам.

Далее речь пойдет о сервере как об элементе аппаратуры – компьютер, играющий роль сервера.

Файловые серверы предоставляют средства, позволяющие пользователям сети совместно работать с файлами. В зависимости от типа предоставляемого файлового сервиса (передача файлов, хранение и перенос файлов, синхронизация файлов при обновлении, архивация файлов и т.д.) можно выделить:

Архивационные серверы – серверы, предназначенные для резервного копирования информации на автономные устройства хранения данных.

Серверы передачи данных - серверы, предназначенные для передачи файлов между клиентами сети.

Серверы хранения файлов - серверы, предназначенные для хранения редко используемых данных.

Также файловые серверы можно классифицировать по выполняемым ролям в компьютерной сети: выделенные и невыделенные файловые серверы.

Выделенный файл-сервер используется только как файл-сервер и не может выступать в качестве рабочей станции.

В отличие от выделенного файл-сервера невыделенный файл-сервер может совмещать в себе как функции файл-сервера, так и рабочей станции.

Серверы печати предоставляют средства совместного использования ресурсов принтера. Эти серверы позволяют совместно работать с принтерами нескольким пользователям, размещать устройства печати там, где удобнее, увеличить производительно рабочих станций, совместно использовать в сети устройства факсимильной передачи данных. При наличии в сервере печати факс-модемных плат, пользователи сети могут воспользоваться службами передачи факсимильных сообщений. Факс-сервер позволяет принимать файлы непосредственно на рабочей станции, а программное обеспечение оптического распознавания символов (OCR) способно преобразовать эти факсы в редактируемый текст, экономя немало времени и усилий.

Серверы сообщений предоставляют средства обмена сообщениями, использующие разные методы коммуникаций. Существуют основные типы служб сообщений: электронная почта, приложения для рабочих групп, объектно-ориентированные сообщения, службы каталогов. Поэтому в совокупности серверов сообщений можно выделить:

Серверы электронной почты – серверы, предназначенные для организации электронной почты.

Серверы службы каталогов – серверы, которые помогают пользователя находить, защищать и сохранять информацию в сети.

Требования повышенной производительности привели к созданию суперсерверов. Это серверы высокой производительности, выполняющие обработку данных для большого числа клиентов.

Существует классификация серверов, определяемая масштабом сети, в которой они используются: сервер рабочей группы, сервер отдела или сервер масштаба предприятия (корпоративный сервер). В зависимости от числа пользователей и характера решаемых задач, требования к составу оборудования и программного обеспечения сервера, его надежности и производительности сильно варьируются.

Локальные сети (Local Area Networks, LANLAN) — это объединения компьютеров, сосредоточенных на небольшой территории, обычно в радиусе не более 1–2 км, хотя в отдельных случаях локальная сеть может иметь и более протяженные размеры, например, несколько десятков километров. В общем случае локальная сетьл представляет собой коммуникационную систему, принадлежащую одной организации.

Классификация компьютерных сетей

Топология сети характеризует свойства сетей, не зависящие от их размеров, отражает структуру, образуемую узлами сети и множеством связывающих их каналов. При этом не учитывается производительность и принцип работы этих узлов, их типы и длина каналов.

С точки зрения физического расположения функциональных компонентов сети (кабелей, рабочих станций и т.д.) и метода доступа к среде передачи можно выделить четыре базовые топологии: «общая шина», «звезда», «кольцо» и «ячеистая (сотовая)».

Сеть топологии общей шины

Сеть топологии общей шины (моноканальная сеть) - сеть, ядром которой является моноканал. Моноканальная сеть образуется подключением группы абонентских систем к моноканалу. К числу моноканальных сетей относятся сеть Ethernet, сеть Fast Ethernet, сеть ARCNet.

Шинная топология обладает следующими преимуществами:

• она надежно работает в небольших сетях, проста в использовании и понятна;

• шина требует меньше кабеля для соединения компьютеров и потому дешевле, чем другие схемы кабельных соединений;

• шинную топологию легко расширить;

• достоинством такой топологии является меньшая протяженность кабелей и более высокая надежность, так как выход из строя одного узла не нарушает работоспособности сети в целом.

Недостатки состоят в следующем:

обрыв основного кабеля приводит к выходу всей сети из строя;

• интенсивный сетевой трафик значительно снижает производительность такой сети;

• слабая защищенность информации в системе на физическом уровне, так как сообщения, посылаемые одним компьютером другому, в принципе, могут быть приняты и на любом компьютере, входящем в сеть.

Преимущества сети звездообразной топологии:

• такая сеть допускает простую модификацию и добавление компьютеров, не нарушая остальной ее части;

• центральный концентратор звездообразной топологии удобно использовать для диагностики сети;

• отказ одного компьютера не всегда приводит к остановке всей сети;

• в одной сети допускается применение нескольких типов кабелей.

Рис.15-9. Схема сети с топологий шины

Сеть топологии звезды

Сеть топологии звезды - древовидная сеть, в которой имеется ровно один промежуточный узел. В качестве центральной части выступает мультиплексор (устройство, преобразующее несколько сигналов ввода в отдельный сигнал вывода; при этом сохраняется возможность восстановления всех сигналов ввода) или концентратор (устройство, позволяющее средству передачи данных обслуживать большее количество источников данных по меньшему количеству каналов передачи данных), который полностью управляет ЭВМ, подключенными к нему.

Сеть имеет один центральный узел и расходящиеся от него лучами станциями и периферийными от него устройствами на концах. В такой сети все станции напрямую связаны с центральным компьютером (ЦК), который управляет потоком сообщений в сети, и сообщения от одной станции к другой можно передавать только через ЦК.

Рис.15-12. Сеть топологии звезда

Расширять звездообразную топологию можно путем подключения вместо одного из компьютеров еще одного концентратора и присоединения к нему дополнительных машин. Так создается гибридная звездообразная сеть.

Рис.15-13. Схема гибридной звездообразной сети

Недостатки сети со звездообразной топологией

• при отказе центрального концентратора становится неработоспособной вся сеть;

• обычно большая протяженность кабелей (зависит от расположения центрального компьютера) и, следовательно, такие сети обходятся дороже, чем сети с иной топологией.

Сеть топологии кольца

Сеть топологии кольца - сеть, при которой каждый узел связан с двумя другими. Эта сеть является подсистемой старшей сети. В этой сети каждая станция выступает в роли центрального компьютера и прямо связана с двумя соседними.

Достоинством кольцевой топологии является более высокая надежность системы при разрывах кабелей, так как к каждому компьютеру есть два пути доступа. К недостаткам данной топологии следует отнести большую протяженность кабеля, невысокое быстродействие, а также слабая защищенность информации.

Преимущества сети с кольцевой топологией:

• поскольку всем компьютерам предоставляется равный доступ к ресурсам сети, никто из них не сможет монополизировать сеть;

Рис.15-14. Сеть кольцевой топологии

• совместное использование сети обеспечивает постепенное снижение ее производительности в случае увеличении числа пользователей и перегрузки.

Недостатки сети с кольцевой топологией:

• большая протяженность кабеля;

• невысокое быстродействие по сравнению с топологией «звезда» (но сравнимо с топологией «шины»),

Топология реальной сети может повторять одну из приведенных выше или включать их комбинацию. Структура сети в общем случае определяется следующими факторами:

• количеством объединяемых компьютеров;

• требованиями по надежности и оперативности передачи информации;

• экономическими соображениями и т.д.

Ниже приведены некоторые возможные комбинации базовых топологий.

Физическая сотовая топология (ячеистая топология) - сеть, в которой есть непосредственные соединения между всеми узлами сети. Эта сеть характеризуется наличием избыточных связей между устройствами. Для большого числа устройств такая схема оказывается неприемлемой.

Рис.15-15. Сеть топологии сетки

Сеть гибридной топологии - применяется для соединения нескольких сетей между собой, каждая из которых может иметь различную топологию или для создания конгломератов локальных, региональных и глобальных вычислительных сетей.

Типовые архитектуры компьютерных сетей

Одноранговая и клиент-серверная архитектуры компьютерных сетей

Различают следующие типы архитектуры компьютерных сетей:

• архитектура с выделенным сервером, содержащие клиентов и обслуживающие их серверы;

• одноранговая архитектура, в которой нет серверов, и разделяются ресурсы независимых узлов;

• гибридная архитектура – архитектура клиент-сервер с одноранговыми разделяемыми ресурсами.

Сети с выделенным сервером (сети с централизованным управлением)

Существуют два основных принципа управления в сетях: централизация и децентрализация. В сетях с централизованным управлением функции управления обменом данными возложены на файл-серверы.

Преимуществом централизованных сетей является высокая защищенность сетевых ресурсов от несанкционированного доступа, удобство администрирования сети, возможность создания сетей с большим числом узлов. Основной недостаток состоит в уязвимости системы при нарушении работоспособности файл-сервера, а также в предъявлении довольно высоких требований к ресурсам серверов.

В сетях с централизованным управлением (часто их называют сетями с выделенным сервером) один из компьютеров (сервер) реализует процедуры, предназначенные для использования всеми рабочими станциями, управляет взаимодействием рабочих станций и выполняет целый ряд сервисных функций.

В процессе обработки данных клиент может сформировать запрос на сервер для выполнения тех или иных процедур: чтение файла, поиск информации в базе данных, печать файла и т.д.

Сервер выполняет запрос, поступивший от клиента. Результаты выполнения запроса передаются клиенту. Сервер обеспечивает хранение данных общего использования, организует доступ к этим данным и передает данные клиенту.

Системы, в которых сервер выполняет только процедуры организации, хранения и выдачи клиентам нужной информации, носят название систем «файл-сервер»; те же системы, в которых на сервере наряду с хранением выполняется и содержательная обработка информации принято называть системами «клиент-сервер».

Сервер, работающий по технологии «файл-сервер», сам называется файл-сервером, работающий по технологии «клиент-сервер» – сервером приложений.

Достоинства архитектуры с выделенным сервером:

• сильная централизованная защита;

• отсутствует ограничение на число рабочих станций;

• простота управления по сравнению с одноранговыми сетями;

• центральное хранилище файлов, благодаря чему все пользователи могут работать с одним набором данных, а резервное копирование важной информации значительно упрощается;

• высокое быстродействие;

• возможность совместного использования дорого оборудования;

• оптимизированные выделенные серверы функционируют в режиме разделения ресурсов быстрее, чем одноранговые узлы;

• доступ к разделяемым ресурсам сети обеспечивается по одному паролю;

• освобождение пользователей от задачи управления разделяемыми ресурсами;

Недостатки серверных сетей:

• дорогое специализированное аппаратное обеспечение;

• дорогостоящие серверные операционные системы и клиентские лицензии;

• зависимость быстродействия и надежности сети от сервера;

• меньшая гибкость по сравнению с одноранговой сетью;

• требуется администратор сети.

Одноранговые сети (сети без централизованного управления)

Одноранговая архитектура – концепция сети, в которой ее ресурсы рассредоточены по всем абонентским системам. Рассматриваемая архитектура характеризуется тем, что в ней абонентские системы равноправны и их обращение к ресурсам друг друга является симметричным.

Для одноранговых сетей характерно отсутствие централизованного управления. В них нет серверов. Поэтому часто такие сети называют децентрализованные сети. При необходимости пользователи могут работать с общими дисками и такими ресурсами, как принтеры и факсы.

Одноранговые сети организуются по рабочим группам. Кроме того, одноранговые сети не оптимизированы для разделения ресурсов. В этих сетях существует лицензионное ограничение, не позволяющее получить доступ к ресурсу сразу большому числу пользователей.

Преимущества одноранговых сетей:

• низкая стоимость;

• просты в инсталляции;

• не требуют специальной должности администратора сети;

• позволяют пользователям управлять разделением ресурсов;

• при работе не вынуждают полагаться на функционирование других компьютеров;

• высокая надежность.

Для одноранговых сетей характерны и определенные недостатки:

• дополнительная нагрузка на компьютеры из-за совместного использования ресурсов;

• неспособность одноранговых узлов обслуживать, подобно серверу, столь же большое число соединений;

• отсутствие централизованной организации, что затрудняет поиск данных;

• нет центрального места хранения файлов, что усложняет их архивирование;

• необходимость администрирования пользователями собственных компьютеров;

• слабая и неудобная система защиты;

• возможность подключения небольшого числа рабочих станций (не более 10);

• отсутствие централизованного управления, осложняющее работу с большими одноранговыми сетями.

Локальные вычислительные сети

Существует ряд веских причин для объединения отдельных персональных компьютеров в локальные вычислительные сети - ЛВС. Во-первых, совместное использование ресурсов позволяет нескольким ПК или другим устройствам осуществлять совместный доступ к отдельному диску (файл-серверу), дисководу CD-ROM-дисков, стримеру, принтерам, плоттерам, к сканерам и другому оборудованию, что снижает затраты на каждого отдельного пользователя. Во-вторых, кроме совместного использования дорогостоящих периферийных устройств ЛВС позволяет аналогично использовать сетевые версии прикладного программного обеспечения. В-третьих, ЛВС обеспечивают новые формы взаимодействия пользователей в одном коллективе, например при работе над общим проектом. В-четвертых, ЛВС дают возможность использовать общие средства связи между различными прикладными системами (коммуникационные услуги, передача данных и видеоданных, речи и т. д.).

Особое значение имеет организация распределенной обработки данных. В случае централизованного хранения информации значительно упрощаются процессы обеспечения ее целостности, а так же резервного копирования.

Локальная вычислительная сеть представляет собой систему распределенной обработки данных, охватывающую небольшую территорию (диаметром до 10 км) внутри учреждений, НИИ, вузов, банков, офисов и т.п. Это система взаимосвязанных и распределенных на фиксированной территории средств передачи и обработки информации, ориентированных на коллективное использование общесетевых ресурсов - аппаратурных, информационных, программных. ЛВС можно рассматривать как коммуникационную систему, которая поддерживает в пределах одного здания или некоторой ограниченной территории один или несколько высокоскоростных каналов передачи информации, предоставляемых подключенным абонентским системам (AC) для кратковременного использования.

Основные характеристики ЛВС:

• Территориальная протяженность сети (длина общего канала связи);

• максимальная скорость передачи данных;

• максимальное число абонентских систем в сети;

• максимально возможное расстояние между рабочими станциями в сети;

• топология сети;

• вид физической среды передачи данных;

• максимальное число каналов передачи данных;

• тип передачи сигналов (синхронный или асинхронный);

• метод доступа абонентов в сеть;

• структура программного обеспечения сети;

• возможность передачи речи и видеосигналов;

• условия надежной работы сети;

• возможность связи ЛВС между собой и сетью более высокого уровня;

• возможность использования процедуры установления приоритетов при одновременном подключении абонентов к общему каналу. К наиболее типичным областям применения ЛВС относятся следующие[22].

Вопросы

1. Какие дополнительные возможности предоставляются пользователям при работе на компьютерах, подключенных к локальной сети, по сравнению с работой на автономном компьютере?

2. На каком расстоянии обычно расположены компьютеры в локальной сети?

3. В чем состоит различие между одноранговыми локальными сетями и сетями с использованием сервера?

4. Принцип организации локальной сети с выделенным сервером?

5. Какие виды локальных сетей ты знаешь? В чем их различие?

6. Какое устройство необходимо для подключения компьютера в локальную сеть?

7. Какова особенность кабеля на медной основе?

8. Какой принцип функционирования беспроводных сетей?

9. Для чего используют локальные сети?