Особенности использования сетевых технологий для обработки данных

Главной целью объединения компьютеров в сеть является предоставление пользователям возможности доступа к различным информационным ресурсам (например, документам, программам, базам данных и т.д.), распределенным по этим компьютерам и их совместного использования. Важной характеристикой любой компьютерной сети является широта территории, которую она охватывает. Широта охвата определятся взаимной удаленностью компьютеров, составляющих сеть и, следовательно, влияет на технологические решения, выбираемые при построении сети. Классически выделяют два типа сетей: локальные сети и глобальные сети.

К локальным сетям (Local Area Network, LAN) обычно относят сети, компьютеры которых сосредоточены на относительно небольших территориях (как правило, в радиусе до 1-2 км). Классическим примером локальных сетей является сеть одного предприятия, расположенного в одном или нескольких стоящих рядом зданиях. Небольшой размер локальных сетей позволяет использовать для их построения достаточно дорогие и высококачественные технологии, что обеспечивает высокую скорость обмена информацией между компьютерами.

Глобальные сети (Wide Area Network, WAN) – это сети, предназначенные для объединения отдельных компьютеров и локальных сетей, расположенных на значительном удалении (сотни и тысячи километров) друг от друга. Поскольку организация специализированных высококачественных каналов связи большой протяженности является достаточно дорогой, то в глобальных сетях нередко используются уже существующие и изначально не предназначенные для построения компьютерных сетей линии (например, телефонные или телеграфные). В связи с этим скорость передачи данных в таких сетях существенно ниже, чем в локальных.

Не так давно к двум указанным типам сетей добавился еще один – так называемые городские сети (Metropolitan Area Network, MAN). Такие сети предназначены для обеспечения взаимодействия компьютеров и/или локальных сетей, рассредоточенных на территории крупного города (как правило, в радиусе до 100 км), а также для подключения локальных сетей к глобальным. Для построения таких сетей используются достаточно качественные цифровые линии связи, позволяющие осуществлять взаимодействие на относительно высоких по сравнению с глобальными сетями скоростях.

Независимо от того, какую территорию покрывает сеть, какие технологические решения лежат в основе ее организации, существуют общие принципы сетевого взаимодействия, которым должно подчиняться функционирование сети. Именно выработка таких общих принципов способствовала в свое время появлению Интернет (Internet) как объединенной сети (иногда даже используется термин «гиперсеть»), собравшей в своем составе локальные, городские и глобальные сети всей планеты.

Глава III

Линии связи и их типы

Практически одновременно с появлением ЭВМ возникла проблемы передачи информации между ними. Можно передавать информацию с помощью так называемых машинных носителей информации: магнитных дисков и магнитных лент, лазерных дисков и прочих. Но этот способ достаточно медленный и неудобный. Значительно лучше связать ЭВМ кабелями, чтобы они обменивались информацией самостоятельно, без участия человека. Если соединить две ЭВМ и написать программы для передачи информации, то можно получить простейшую вычислительную сеть.

Любая сетевая технология должна обеспечить надежную и быструю передачу дискретных данных по линиям связи. И хотя между технологиями имеются большие различия, они базируются на общих принципах передачи дискретных данных, которые рассматриваются в этой главе. Эти принципы находят свое воплощение в методах представления двоичных единиц и нулей с помощью импульсных или синусоидальных сигналов в линиях связи различной физической природы, методах обнаружения и коррекции ошибок, методах компрессии и методах коммутации.

Линия связи состоит в общем случае из физической среды, по которой передаются электрические информационные сигналы, аппаратуры передачи данных и промежуточной аппаратуры. Синонимом термина линия связи (line) является термин канал связи(channel). Физическая среда передачи данных (medium) может представлять собой кабель, то есть набор проводов, изоляционных и защитных оболочек и соединительных разъемов, а также земную атмосферу или космическое пространство, через которые распространяются электромагнитные волны.

В зависимости от среды передачи данных линии связи разделяются на следующие:

·         проводные (воздушные);

·         кабельные (медные и волоконно-оптические);

·         радиоканалы наземной и спутниковой связи.

Проводные (воздушные) линии связи представляют собой провода без каких-либо изолирующих или экранирующих оплеток, проложенные между столбами и висящие в воздухе. По таким линиям связи традиционно передаются телефонные или телеграфные сигналы, но при отсутствии других возможностей эти линии используются и для передачи компьютерных данных. Скоростные качества и помехозащищенность этих линий оставляют желать много лучшего. Сегодня проводные линии связи быстро вытесняются кабельными.

Кабельные линии представляют собой достаточно сложную конструкцию. Кабель состоит из проводников, заключенных в несколько слоев изоляции: электрической, электромагнитной, механической, а также, возможно, климатической. Кроме того, кабель может быть оснащен разъемами, позволяющими быстро выполнять присоединение к нему различного оборудования. В компьютерных сетях применяются три основных типа кабеля: кабели на основе скрученных пар медных проводов, коаксиальные кабели с медной жилой, а также волоконно-оптические кабели.

Радиоканалы наземной и спутниковой связи образуются с помощью передатчика и приемника радиоволн. Существует большое количество различных типов радиоканалов, отличающихся как используемым частотным диапазоном, так и дальностью канала. Диапазоны коротких, средних и длинных волн (KB, СВ и ДВ), называемые также диапазонами амплитудной модуляции (Amplitude Modulation, AM) по типу используемого в них метода модуляции сигнала, обеспечивают дальнюю связь, но при невысокой скорости передачи данных. Более скоростными являются каналы, работающие на диапазонах ультракоротких волн (УКВ), для которых характерна частотная модуляция (Frequency Modulation, FM), а также диапазонах сверхвысоких частот (СВЧ или microwaves). В диапазоне СВЧ (свыше 4 ГГц) сигналы уже не отражаются ионосферой Земли, и для устойчивой связи требуется наличие прямой видимости между передатчиком и приемником. Поэтому такие частоты используют либо спутниковые каналы, либо радиорелейные каналы, где это условие выполняется.

Глава IV

Сетевых технологии обработки данных

4.1 Локальные вычислительные сети

Локальная вычислительная сеть (ЛВС) представляет собой группу ПК, а также периферийное оборудование, объединенные одним или несколькими автономными высокоскоростными каналами передачи цифровых данных (в том числе проводными, волоконно-оптическими, радио - СВЧ или ИК-диапазона) в пределах одного или нескольких близлежащих зданий. ЛВС служит для решения комплекса взаимосвязанных функциональных и/или информационных задач (например, в рамках какой-либо организации или ее автоматизированной системы), а также совместного использования объединенных информационных и вычислительных ресурсов. В зависимости от принципов построения ЛВС подразделяются на виды: «клиент-серверная», «файл-серверная», а также «одноранговые». ЛВС могут иметь в своем составе средства для выхода в распределенные и глобальные вычислительные сети. 

4.1.1 Архитектура ЛВС

·           Клиент-сервер.  Архитектура, в которой производится разделение вычислительной нагрузки между включенными в ее состав ЭВМ, выполняющими функции клиентов, и одной мощной центральной ЭВМ — сервером. В частности, процесс наблюдения за данными отделен от программ, использующих эти данные. Например, сервер может поддерживать центральную базу данных, расположенную на большом компьютере, зарезервированном для этой цели. Клиентом будет обычная программа, расположенная на любой ЭВМ, включенной в сеть, а также сама ЭВМ, которая по мере необходимости запрашивает данные с сервера. Производительность при использовании клиент-серверной архитектуры выше обычной, поскольку как клиент, так и сервер делят между собой нагрузку по обработке данных. Другими достоинствами клиент-серверной архитектуры являются: большой объем памяти и ее пригодность для решения разнородных задач, возможность подключения большого количества рабочих станций, включая ПЭВМ и пассивные терминалы.

·           Файл-сервер. Архитектура построения ЛВС, основанная на использовании файлового сервера(file server) - относительно мощной ЭВМ, управляющей созданием, поддержкой и использованием общих информационных ресурсов локальной сети, включая доступ к ее базам данных (БД) и отдельным файлам, а также их защиту. В отличие от клиент-серверной архитектуры данный принцип построения сети предполагает, что включенные в нее рабочие станции являются полноценными ЭВМ с установленным на них полным объемом необходимого для независимой работы составом средств основного и прикладного программного обеспечения. Другими словами, в указанном случае отсутствуют возможности разделения вычислительной нагрузки между сервером и терминалами сети, характерные для архитектуры типа клиент-сервер, и, как следствие, общие стоимостные показатели цена/производительность сети в целом могут быть хуже.

·           Одноранговая ЛВС. «Безсерверная» организация построения сети, которая допускает включение в нее как ЭВМ различной мощности, так и терминалов ввода-вывода. Термин «одноранговая сеть» означает, что все терминалы сети имеют в ней одинаковые права. Каждый пользователь одноранговой сети может определить состав файлов, которые он предоставляет для общего использования (так называемые public files). Таким образом, пользователи одноранговой сети могут работать как со всеми своими файлами, так и с файлами, предоставляемыми другими ее пользователями. Известны три основных варианта топологии одноранговой сети, которые носят наименования «шина», «кольцо» и «звезда». Достоинствами одноранговых ЛВС являются относительная простота их установки и эксплуатации, умеренная стоимость, возможность развития (например, по числу включенных в них терминалов), независимость выполняемых вычислительных и других процессов для каждой включенной в сеть ЭВМ.

4.1.2 Топология ЛВС

Топология - принцип построения сетевых соединений. Примерами являются топологии «Звезда», «Кольцо», «Шина» и «Дерево».

·          «Шина»: топология сети, все станции которой подсоединены к одному кабелю. Каждая станция принимает сигналы, переданные любой другой станцией, распознает предназначенные ей пакеты и имеет возможность проигнорировать к ней не относящиеся.

·          «Кольцо»: топология сети, все станции которой соединены только с двумя соседними. Все данные в этой сети передаются от одной станции к другой в одном направлении. Каждая станция работает как повторитель. Недостатком является и тот факт, что в случае выхода из строя одной из станций кольцо "разрывается". Однако большинство сетей, основанных на этой топологии, имеют средства автоматического восстановления работоспособности после отказа узла.

·          «Звезда»: топология сети, в которой соединения между станциями или узлами сети устанавливаются через концентратор.

4.1.3 Варианты построения локальных  вычислительных сетей

·          AppleTalk - наименование технологии и средств программного обеспечения для создания кабельных одноранговых ЛВС небольших организаций (например, издательств, имеющих несколько ПК и 1-2 принтера в одном здании) на базе ПК Macintosh фирмы Apple. Расстояние между наиболее удаленными узлами в этой сети не должно превышать 500 м.

·           ARCnet (Attached Resource Computing Network) - нестандартная сетевая архитектура, разработанная корпорацией Datapoint в середине 1970-х гг. Метод доступа основан на передаче маркера в сети с шинной топологией. Недостатком этой архитектуры является невысокая скорость передачи данных (2,5 Мбит/с). Отличительной особенностью этой архитектуры является возможность использования весьма длинных сегментов (до нескольких километров).

·           Broadband LAN - широкополосная локальная сеть, рассчитанная на скорость передачи данных свыше 600 Мбит/с.

·          Bus network - ЛВС с шинной топологией, все станции которой подсоединены к одному кабелю. Каждая станция, принимая сигналы, переданные одной из станций, имеет возможность распознать предназначенные ей пакеты и проигнорировать остальные.

·          CD-ROM based LAN — локальная сеть, основанная на использовании CD-ROM.

4.1.4 Технологии обработки данных

Наиболее значимыми технологиями обработки передаваемых данных (пакетов) являются коммутация и маршрутизация. До недавнего времени эти два понятия имели абсолютно разные значения — как по технологии обработки пакетов, так и по уровням модели OSI, на которых работают оба эти метода управления данными в сети, — и не могло быть и речи, чтобы объединить эти понятия. Сегодня развитие сетевых технологий идет быстрыми темпами. Все возрастающий объем передаваемой информации, физический рост сетей и межсетевого трафика подстегивают производителей к выпуску все более мощных и «умных» устройств, использующих новые (совсем новые или комбинации традиционных) методы передачи и сортировки данных.

В общедоступном значении слова маршрутизация означает передвижение информации от источника к пункту назначения через объединенную сеть. При этом, как правило, на пути встречается, по крайней мере, один узел. Маршрутизация часто противопоставляется объединению сетей с помощью моста, которое, в популярном понимании этого способа, выполняет точно такие же функции.

Тема маршрутизации освещалась в научной литературе о компьютерах более 2-х десятилетий, однако с коммерческой точки зрения маршрутизация приобрела популярность только в 1970 гг. В течение этого периода сети были довольно простыми, гомогенными окружениями. Крупномасштабное объединение сетей стало популярно только в последнее время.