Сетевые технологии и преимущества их использования

В системах с архитектурой клиент-сервер обмен данными осуществляется между приложением-клиентом и приложением-сервером. Хранение данных и их обработка производится на мощном сервере, который выполняет также контроль над доступом к ресурсам и данным. Рабочая станция получает только результаты запроса. Разработчики приложений по обработке информации обычно используют эту технологию.

 

 

 

2. Локальные сети.

Проблема передачи информации с одного компьютера на другой существовала с момента появления компьютеров. Для её решения использовались различные  подходы. Наиболее распространённый, в  недавнем прошлом, «курьерский» подход заключался в копировании информации на сменный носитель (ГМД, CD и т.п.), перенос к месту назначения и повторное копирование, но уже со сменного носителя на компьютер адресат. В настоящее время подобные способы перемещения информации уступают место сетевым технологиям. Т.е. компьютеры каким-либо образом соединяются друг с другом, и пользователь имеет возможность перенести информацию к месту назначения, не вставая из-за стола.

Совокупность компьютерных устройств, обладающих возможностью информационного  сообщения друг с другом, принято  называть компьютерной сетью. В большинстве  случаев различают два типа компьютерных сетей: локальные (LAN – Local Area Network) и глобальные (WAN – Wide-Area Network). В некоторых вариантах классификации рассматривают ряд дополнительных типов: городские, региональные и т.п., однако все эти типы (по своей сути) в большинстве случаев являются вариантами глобальных сетей различного масштаба. Наиболее распространён вариант классификации сетей на локальные и глобальные по географическому признаку. Т.е. под локальной вычислительной сетью в этом случае понимается совокупность конечного числа компьютеров, расположенных на ограниченной территории (в пределах одного здания или соседних зданий), связанных информационными каналами, обладающими высокой скоростью и достоверностью передачи данных и предназначенных для решения комплекса взаимосвязанных задач.

 

 

2.1 Аппаратные средства компьютерных сетей. Топологии локальных вычислительных сетей.

Все компьютеры абонентов (пользователей), работающие в рамках локальной вычислительной сети должны иметь возможность взаимодействовать  друг с другом, т.е. быть связанными между собой. Способ организации  таких связей существенно влияет на характеристики локальной вычислительной сети и называется её топологией (архитектурой, конфигурацией). Различают физическую и логическую топологии. Под физической топологией локальной вычислительной сети понимают физическое размещение компьютеров, входящих в состав сети и способ их соединения друг с другом проводниками. Логическая топология  определяет способ прохождения информации и очень часто не совпадает  с выбранной физической топологией соединения абонентов локальной  вычислительной сети.

Физические  топологии локальных вычислительных сетей

 

Существует четыре основных физических топологии, используемых при  построении локальных вычислительных сетей.

 

 

Топология шина (рис.1) предполагает подключение всех компьютеров к  одному общему проводнику. На обоих  концах такого проводника размещаются  специальные согласующие устройства, называемые терминаторами. Основные преимущества данной топологии – дешевизна  и простота монтажа. К недостаткам  относятся проблематичность локализации  места неисправности и низкая надежность: повреждение кабеля в любом месте приводит к прекращению обмена информацией между всеми компьютерами, входящими в сеть. Из-за особенностей распространения электрического сигнала, даже если два компьютера, пытающиеся осуществить обмен информацией, физически соединены друг с другом, при отсутствии терминатора на одном конце такого «обрывка» шины связь между ними будет невозможна.

В топологии кольцо (рис. 2) каждый абонент сети связан с двумя  близлежащими абонентами. Достоинства  и недостатки аналогичны рассмотренным  для топологии шина.

 

Топология звезда предполагает прокладку для каждого компьютера в сети отдельного кабеля, соединяющего всех абонентов сети с неким центром. В качестве центра звезды может выступать  компьютер либо специальное соединительное устройство, называемое концентратором (рис. 3). Достоинство данной топологии – более высокая надёжность. Обрыв любого проводника «отключает» только одного абонента. «Узким местом» этой топологии является концентратор. При его поломке блокируется работа всей сети. Недостатком является более высокая стоимость оборудования (учитывая увеличение общей длины проводников, в сравнении с предыдущими топологиями, а также стоимость дополнительного оборудования – концентратора).

С точки зрения надежности и скорости обмена информацией наилучшими характеристиками обладает полносвязная топология (рис. 4). В этом случае абонентам  сети предоставляется отдельный  канал связи с каждым из остальных  абонентов. Однако по стоимости данная топология проигрывает всем остальным  вариантам.

Перечисленные топологии  являются базовыми. Большинство локальных  вычислительных сетей, создаваемых  в различных организациях, имеют  более сложную структуру и  являются различными вариантами комбинирования вышеупомянутых топологий.

Логические  топологии локальных вычислительных сетей

 

Логическая топология  определяет характер распространения  информации по компьютерной сети. При  передаче информации от одного абонента сети к другому абоненту эта информация должным образом «оформляется». Передаваемые данные оформляются в  стандартные фрагменты (пакеты, дейтаграммы). Помимо собственно передаваемых данных (чисел, текстов, рисунков и т.п.) в  состав пакета добавляется адрес (приёмника  информации или и приёмники и  передатчика), контрольная информация (чтобы можно было проверить, пакет  принят полностью или только его  часть) и ряд другой информации. Рассмотрим три основных варианта логических топологий  локальных вычислительных сетей.

Логическая шина определяет равноправный доступ к сети всех абонентов. В этом случае передатчик выставляет в сеть пакет информации, а все  остальные абоненты «услышав» передаваемую информацию анализируют её. Если в  составе пакета абонент находит  свой адрес, он эту информацию «оставляет»  себе, если адрес оказался чужим  – игнорирует. Если в момент передачи информации одним абонентом «вклинивается  в разговор» другой абонент, происходит наложение пакетов, называемое коллизией. Коллизии приводят к «перемешиванию»  пакетов и невозможности разобраться  «кто что сказал». Обнаружив коллизию, передающий абонент «замолкает»  на интервал времени случайной длительности, после чего повторяет попытку  передачи информации. При очень большом  количестве абонентов в сети вероятность  коллизий резко возрастает, и сеть становится неработоспособной.

Логическое кольцо предполагает, что информация проходит полный «круг» и приходит к источнику, т.е. в  точку из которой была отправлена. При этом каждый абонент сравнивает адрес «получателя» со своим собственным. Если адреса совпали, информация копируется в буфер, пакет помечается как  «дошедший до адресата» и передается следующему абоненту. Если адреса не совпали, пакет передается без всяких пометок. Когда абонент получил пакет  отправленный «собственноручно» и  с пометкой «принято», он его дальше не передаёт и в работу может вступить другой абонент сети.

Логическая топология  звезда (и её версия – дерево) ориентирована  на установление канала связи между  приёмником и передатчиком средствами коммутаторов. Т.е. при отсутствии коммутатора  невозможно связаться между собой  даже двум абонентам сети. При передаче данных от одного абонента к другому, все остальные ждут окончания  передачи.

 

 

 

 

2.2 Технологии  и протоколы вычислительных сетей

Очевидно, что любая компьютерная сеть – это сложный комплекс взаимосвязанных  и согласованно функционирующих  программных и аппаратных компонентов. Основной задачей, решаемой при создании компьютерных сетей, является обеспечение  совместимости оборудования по электрическим  и механическим характеристикам, а  также обеспечение корректной передачи данных и однозначной их интерпретации  на основе совместимости обслуживающих  сеть программ.

При передаче сообщений участники  сетевого обмена должны принять множество  соглашений, чтобы понимать друг друга  на разных уровнях – от физического  до прикладного. Например, на физическом уровне они должны согласовать значения и форму электрических сигналов, способ определения длины сообщений, договориться о методах контроля достоверности и т. п. А на прикладном – договориться об однозначном представлении  переданной и полученной информации программами, с которыми работает пользователь.

Формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются участники сетевого обмена, способы их передачи и интерпретации  называются протоколом.

Новые протоколы разрабатывают  компании, которые занимаются созданием  и внедрением устройств, программ и  сетевых услуг. Если протокол приобретает  популярность среди других производителей, то он может закрепиться в рекомендациях  одной из стандартизующих организаций: Международного союза электросвязи (ITU), Международного института стандартизации (ISO) или Института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (IEEE). После этого протокол становится фактическим сетевым стандартом, на него начинают ориентироваться тысячи производителей.

Коммуникационные протоколы  могут быть реализованы как программно, так и аппаратно. Программный  модуль, реализующий некоторый протокол, часто для краткости также  называют «протоколом». При этом соотношение между протоколом – формально определенной процедурой и протоколом – программным модулем, реализующим эту процедуру, аналогично соотношению между алгоритмом решения некоторой задачи и программой, решающей эту задачу.

Важнейшим этапом в развитии сетей стало появление стандартных  сетевых технологии, позволяющих  быстро и эффективно объединять компьютеры различных типов на основе стандартного сетевого оборудования (сетевых адаптеров, кабелей со стандартными разъемами) и одной из популярных сетевых  операционных систем, поддерживающих общепринятые коммуникационные протоколы.

Сетевая технология – это  согласованный набор стандартных  протоколов и реализующих их программно-аппаратных средств (например, сетевых адаптеров, драйверов, кабелей и разъемов), достаточный  для построения компьютерной сети. Ниже перечислены наиболее известные  сетевые технологии и их основные характеристики.

ARCnet

Логическая топология  – шина.

Физическая топология  – шина, звезда, смешанная.

Среда передачи сигнала –  коаксиальный кабель (93 Ом), витая пара.

Скорость обмена информацией  – 2,5 Мбит/сек.

Максимальная длина соединений – от 100 до 610 метров (в зависимости  от типа соединителя).

Максимальное количество узлов в одной сети – 255.

Максимальный размер сети (суммарная длина соединений) - 6000 метров.

В настоящее время аппаратура для сетей ARCnet не выпускается.

100VG-AnyLAN

Логическая топология  – дерево (разновидность звезды).

Физическая топология  – дерево (разновидность звезды).

Среда передачи сигнала –  витая пара (обязательно четырёхпарная).

Скорость обмена информацией  – 100 Мбит/сек.

Максимальная длина соединений – от 100 до 200 метров (в зависимости  от типа соединителя).

Максимальное количество узлов в одной сети – 1024.

Максимальный размер сети – 2000 метров.

Аппаратура для организации  локальных вычислительных сетей  по технологии 100VG-AnyLAN выпускается практически только фирмой Hewlett-Packard, стоимость её весьма высока поэтому данная технология не получила распространения, по крайней мере в нашей стране.

Token Ring

Логическая топология  – кольцо.

Физическая топология  – звезда.

Среда передачи сигнала –  витая пара, волоконно-оптический кабель.

Скорость обмена информацией  – 4; 16; 100 и (в настоящее время технология разрабатывается) 1000 Мбит/сек.

Максимальная длина соединений – от 100 до10000 метров (в зависимости  от типа соединителя).

Максимальное количество узлов в одной сети – до 260 (в  зависимости от типа соединителя).

Цена – высокая, что  резко сужает область применения, по крайней мере, в нашей стране. В остальном мире технология Token Ring наряду с технологией Ethernet, является одной из наиболее распространённых.

FDDI

Логическая топология  – кольцо.

Физическая топология  – кольцо, звезда или их гибриды.

Среда передачи сигнала –  волоконно-оптический кабель.

Скорость обмена информацией  – 100 Мбит/сек.

Максимальная длина соединений – от 2 до 60 километров (в зависимости  от типа волоконно-оптического кабеля).

Максимальное количество узлов в одной сети – 500.

Максимальная общая длина  сети – до 200 км.

Цена – высокая. Несмотря на то, что технология FDDI разрабатывалась для локальных вычислительных сетей, ввиду дороговизны её область применения – сети городского масштаба и более крупные.