Назначение компьютерных сетей

 

При физическом соединении двух или более компьютеров образуется компьютерная сеть. В общем случае, для создания компьютерных сетей необходимо специальное аппаратное обеспечение (сетевое оборудование) и специальное программное обеспечение (сетевые программные средства). Простейшее соединение двух компьютеров для обмена данными называется прямым соединением. Для создания прямого соединения компьютеров, работающих в операционной системе Windows XP, не требуется ни специального аппаратного, ни программного обеспечения. В этом случае аппаратными средствами являются стандартные порты ввода/вывода (последовательный или параллельный), а в качестве программного обеспечения используется стандартное средство, имеющееся в составе операционной системы (Пуск >Программы > Стандартные > Связь > Мастер новых подключений > Установить прямое подключение к другому компьютеру).

Все компьютерные сети без исключения имеют одно назначение — обеспечение совместного доступа к общим ресурсам. Слово ресурс — очень удобное. В зависимости от назначения сети в него можно вкладывать тот или иной смысл. Ресурсы бывают трех типов: аппаратные, программные и информационные. Например, устройство печати (принтер) — это аппаратный ресурс. Емкости жестких дисков — тоже аппаратный ресурс. Когда все участники небольшой компьютерной сети пользуются одним общим принтером, это значит, что они разделяют общий аппаратный ресурс. То же можно сказать и о сети, имеющей один компьютер с увеличенной емкостью жесткого диска (файловый сервер), на котором все участники сети хранят свои архивы и результаты работы.

Кроме аппаратных ресурсов компьютерные сети позволяют совместно использовать программные ресурсы. Так, например, для выполнения очень сложных и продолжительных расчетов можно подключиться к удаленной большой ЭВМ и отправить вычислительное задание на нее, а по окончании расчетов точно так же получить результат обратно.

Данные, хранящиеся на удаленных компьютерах, образуют информационный ресурс. Роль этого ресурса сегодня видна наиболее ярко на примере Интернета, который воспринимается, прежде всего, как гигантская информационно-справочная система.

Наши примеры с делением ресурсов на аппаратные, программные и информационные достаточно условны. На самом деле, при работе в компьютерной сети любого типа одновременно происходит совместное использование всех типов ресурсов. Так, например, обращаясь в Интернет за справкой о содержании вечерней телевизионной программы, мы безусловно используем чьи-то аппаратные средства, на которых работают чужие программы, обеспечивающие поставку затребованных нами данных.

 

Локальные и глобальные сети. Основные понятия

 

Основной задачей, решаемой при создании компьютерных сетей, является обеспечение совместимости оборудования по электрическим и механическим характеристикам и обеспечение совместимости информационного обеспечения (программ и данных) по системе кодирования и формату данных. Решение этой задачи относится к области стандартизации и основано на так называемой модели OSI (модель взаимодействия открытых систем — Model of Open System Interconnections). Она создана на основе технических предложений Международного института стандартов ISO (International Standards Organization).

Согласно модели ISO/OSI архитектуру компьютерных сетей следует рассматривать на разных уровнях (общее число уровней — до семи). Самый верхний уровень — прикладной. На этом уровне пользователь взаимодействует с вычислительной системой. Самый нижний уровень — физический. Он обеспечивает обмен сигналами между устройствами. Обмен данными в системах связи происходит путем их перемещения с верхнего уровня на нижний, затем транспортировки и, наконец, обратным воспроизведением на компьютере клиента в результате перемещения с нижнего уровня на верхний.

Для обеспечения необходимой совместимости на каждом из семи возможных уровней архитектуры компьютерной сети действуют специальные стандарты, называемые протоколами. Они определяют характер аппаратного взаимодействия компонентов сети (аппаратные протоколы) и характер взаимодействия программ и данных (программные протоколы). Физически функции поддержки протоколов исполняют аппаратные устройства (интерфейсы) и программные средства (программы поддержки протоколов). Программы, выполняющие поддержку протоколов, также называют протоколами.

Протокол (protocol) — в системах передачи данных правила, регламентирующие формат и процедуры обмена информацией между двумя или несколькими независимыми устройствами или процессами. Аппаратура передачи данных (DCE, Data Communication Equipment) обеспечивает соединение с сетью (как локальной, так и распределенной) оконечного терминального оборудования, а также поддержание и разрыв соединения в сети передачи данных. Примерами АПД могут служить модемы, мультиплексоры, приемопередатчики.

Оконечное (терминальное) оборудование (DTE, Data Terminal Equipment) —подключенные к сети устройства (ЭВМ, принтеры, плоттеры) через аппаратуру передачи данных.

Бод (baud) — единица измерения скорости передачи, первоначально введенная для оценки скорости телеграфной связи (для кода Морзе) и названая в честь изобретателя телеграфного аппарата Э. Бодо. Один бод равен одному передаваемому элементарному импульсу в секунду. Элементарные импульсы (или символы) и их характер в сети передачи данных связаны с изменением состояния сигнала (временным интервалом его модуляции), способом кодирования данных (5-, 6-,…16-битные коды), объекта кодирования (буквенно-цифровой символ, пиксель, слово) и другими условиями, не поддающимися однозначной численной оценке. Условно принято считать, что 1 бод = 1 бит/с. При низких скоростях передачи (до 300 бит/с) один бод равен числу бит в секунду. В быстродействующих каналах связи модемы передают много бит на один символ.

Bps (bits per second, бит в секунду) — единица измерения скорости передачи данных в компьютерных сетях и их пропускной способности. Практически скорость передачи измеряется преимущественно в килобитах и мегабитах в секунду (Кбит/с и Мбит/с).

Поток (streaming) — данные, циркулирующие в сети.

Развитие компьютерной техники и технологий (1982 г.)

 

Так, например, если два компьютера соединены между собой прямым соединением, то на низшем (физическом) уровне протокол их взаимодействия определяют конкретные устройства физического порта (параллельного или последовательного) и механические компоненты (разъемы, кабель и т. п.). На более высоком уровне взаимодействие между компьютерами определяют программные средства, управляющие передачей данных через порты. Для стандартных портов они находятся в базовой системе ввода/вывода (BIOS). На самом высоком уровне протокол взаимодействия обеспечивают приложения операционной системы.

В соответствии с используемыми протоколами компьютерные сети принято разделять на локальные (LAN — Local Area Network) и глобальные (WAN — Wide Area Network). Компьютеры локальной сети используют единый комплект протоколов для всех участников. По территориальному признаку локальные сети отличаются компактностью. Они могут объединять компьютеры одного помещения, этажа, здания, группы компактно расположенных сооружений. Глобальные сети имеют, как правило, увеличенные географические размеры. Они могут объединять как отдельные компьютеры, так и отдельные локальные сети, в том числе и использующие различные протоколы.

Группы сотрудников, работающих над одним проектом в рамках локальной сети, называются рабочими гриппами. В рамках одной локальной сети могут работать несколько рабочих групп. У участников рабочих групп могут быть разные права для доступа к общим ресурсам сети. Совокупность приемов разделения и ограничения прав участников компьютерной сети называется политикой сети. Управление сетевыми политиками (их может быть несколько в одной сети) называется администрированием сети. Лицо, управляющее организацией работы участников локальной компьютерной сети, называется системным администратором.

Создание локальных сетей характерно для отдельных предприятий или отдельных подразделений предприятий. Если предприятие (или отрасль) занимает обширную территорию, то отдельные локальные сети могут объединяться в глобальные сети. В этом случае локальные сети связывают между собой с помощью любых традиционных каналов связи (кабельных, спутниковых, радиорелейных и т. п.). Как мы увидим ниже, при соблюдении специальных условий для этой цели могут быть использованы даже телефонные каналы, хотя они в наименьшей степени удовлетворяют требованиям цифровой связи.

Простейшее устройство для соединения между собой двух локальных сетей, использующих одинаковые протоколы, называется мостом. Мост может быть аппаратным (специализированный компьютер) или программным. Цель моста — не выпускать за пределы локальной сети данные, предназначенные для внутреннего потребления. Вне сети такие данные становятся «сетевым мусором», впустую занимающим каналы связи.

Для связи между собой нескольких локальных сетей, работающих по разным протоколам, служат специальные средства, называемые шлюзами. Шлюзы могут быть как аппаратными, так и программными. Например, это может быть специальный компьютер (шлюзовый сервер), а может быть и компьютерная программа. В последнем случае компьютер может выполнять не только функцию шлюза, но и какие-то иные функции, типичные для рабочих станций.

При подключении локальной сети предприятия к глобальной сети важную роль играет понятие сетевой безопасности. В частности, должен быть ограничен доступ в локальную сеть для посторонних лиц извне, а также ограничен выход за пределы локальной сети для сотрудников предприятия, не имеющих соответствующих прав. Для обеспечения сетевой безопасности между локальной и глобальной сетью уста­навливают так называемые брандмауэры. Брандмауэром может быть специальный компьютер или компьютерная программа, препятствующая несанкционированному перемещению данных между сетями.

Локальные сети (дополнение)

 

Локальная сеть — это компьютерная сел э, расположенная в одном помещении или в одном здании. Как правило, соединения между компьютерами в рамках локальной сети действуют постоянно, и сетевые ресурсы всегда доступны любому из подключенных к сети компьютеров. Другая особенность локальной сети — единство управления: за работоспособность сети и за безопасность работы в ней отвечает определенный человек или определенная группа людей.

Есть два основных типа локальных сетей. В одноранговой сети все подключенные к ней компьютеры имеют равные права. Они и играют роль рабочих станций, и выполняют служебные функции обеспечения работоспособности сети. Одноранговые сети обычно состоят из небольшого числа компьютеров, так что служебные операции незначительно сказываются на эффективности работы. В сети типа клиент-сервер имеются выделенные компьютеры {серверы сети), занимающиеся исключительно обеспечением сетевых операций. Остальные компьютеры (рабочие станции) предоставлены пользователям для автономных и сетевых операций. Такая система используется в больших сетях, включающих многие десятки компьютеров.

Топология сети – это способ соединения сетевого оборудования (устройств, необходимых для работы компьютерной сети. Или ещё способ соединения элементов сети (то есть компьютеров) друг с другом. Топология сети определяет способ физического соединения компьютеров в сеть. При взаимодействии сетевых компьютеров реализованная сетевая топология определяет путь, по которому пакет данных движется от одного сетевого компьютера до другого. При выборе топологии часто приходится учитывать реальное расположение компьютеров в помещении. Синонимы - компоновка, схема

Выбор используемой топологии зависит от условий, задач и возможностей или же определяется стандартом используемой сети.

Компьютеры и другие устройства соединяются по стандарту определенной топологии. Можно часть компьютеров соединить в сеть с одной топологией, а часть в сеть с другой топологией, затем соединить сети между собой, при помощи какого-либо еще способа.

Базовые топологии:

1. Общая шина (BUS)

2. Звезда (STAR)

3. Кольцо (RING)

 

Топология общая шина (BUS)

 

 

Используется один кабель, именуемый единой магистралью или сегментом, к которому подключены все ПК сети. В качестве кабеля используется коаксиальный кабель. Данные в виде электрических сигналов передаются всем ПК сети (т.е. в два направления) Однако информацию принимает только тот компьютер, чей адрес соответствует адресу получателя.

ПК

ПК

ПК

ПК

Терминатор

 

Электрические сигналы распространяются от одного конца кабеля к другому. Если не предпринимать никаких специальных мер, сигнал, достигая конца кабеля, будет отражаться и создавать помехи. Поэтому на концах кабеля электрические сигналы необходимо гасить.

Для того чтобы предотвратить отражение электрических сигналов, на каждом конце кабеля устанавливают терминаторы (terminators), поглощающие эти сигналы.

 

 

Данные в сети в каждый момент передаются лишь одним компьютером.

Преимущества:

 Шина - пассивная топология, Это значит, что компьютеры только "слушают" передаваемые по сети данных, но не перемещают их от отправителя к получателю. Поэтому, если какой - либо компьютер выйдет из строя, то это не скажется на работе сети. (В активных топологиях компьютеры регенерируют сигналы и передают их дальше по сети.).

 Экономный расход кабеля.

 Сравнительно недорогая и несложная в использовании среда передачи.

 Легко расширяется.

Недостатки:

 Так как данные в сети передаются лишь одним компьютером одномоментно, её производительность зависит от количества компьютеров, подключенных к шине. Чем больше компьютеров, тем больше их число ожидает передачи, и тем медленнее сеть.

¨ Нарушение целостности сетевого кабеля приводит к "падению" сети. Трудно локализовать проблемы. Выход из строя кабеля останавливает работу многих пользователей.

Топология звезда

 

 

 

При топологии "звезда" все компьютеры с помощью сегментов кабеля подключаются к центральному компоненту - концентратору (hub). Сигналы от передающего компьютера поступают через концентратор ко всем остальным.

.

 

Преимущества:

 Централизованный контроль и управление.

 Если выйдет из строя любой компьютер или кабель, соединяющий его с концентратором, то лишь этот компьютер не сможет передавать или принимать данные по сети. На остальные компьютеры в сети этот сбой не повлияет.

 Легко модифицировать сеть, добавляя новые компьютеры.

 Легко расширить, подключив дополнительные концентраторы.

Недостатки:

 Так как все компьютеры подключены к центральной точке, для больших сетей значительно увеличивается расход кабеля.

 Если центральный компонент выйдет из строя, то остановится вся сеть.

 

1.4. Концентраторы:

 

 

Концентраторы (хабы) - связующий компонент, к которому подключаются все компьютеры в сети топологии "звезда" и обеспечивающий координацию передачи данных от всех сетевых устройств.

Наиболее распространенное применение - сети на основе витой пары или. Но бывают также хабы для сетей на основе коаксиального кабеля и для сетей на основе волоконной-оптики. Многие 10Mbit хабы имеют разъемы как под витую пару, обычно называемый (RJ-45), так и под коаксиальный кабель (BNC) или AUI. Что позволяет использовать сегменты коаксиального или оптического кабеля в качестве главной магистрали между хабами.

В хабах под витую пару используются порты MDI-X типа, что позволяет подключать компьютеры напрямую. Для соединения хабов между собой один из его портов имеет разводку MDI. Этот порт каким-либо образом выделен на корпусе устройства. Применяются различные названия: "Cascading" или "In", или "Cross-over", или "Uplink". Нередко имеется переключатель, позволяющий переключать режим порта из MDI в MDI-X и наоборот, что позволяет использовать этот порт не для каскадирования, а для подключения обычных компьютеров

.

Пример 5-ти портового 10Base-T Hub-а.

6-й порт используется для каскадирования и имеет обозначение "In" (в, внутрь, вход).

Виды концентраторов:

Среди концентраторов выделяются активные (active) и пассивные (passive).

Активные концентраторы

Активные концентраторы регенерируют и передают сигналы так же, как повторители. Не случайно их называют многопортовыми повторителями - обычно они имеют от 8 до 24 портов для подключения компьютеров. Активные концентраторы надо обязательно подключать к электросети.

Пассивные концентраторы

Некоторые типы концентраторов (например, монтажные панели или коммутирующие блоки) являются пассивными. Они пропускают через себя сигнал как узлы коммутации, не усиливая и не восстанавливая его. Пассивные концентраторы не надо подключать к электросети.

Гибридные концентраторы

Гибридными (hybrid) называются концентраторы, к которым можно подсоединить кабели различных типов.

 

Топология кольцо

 

 

При топологии "кольцо" компьютеры подключается к кабелю, замкнутому в кольцо. Поэтому у кабеля просто не может быть свободного конца, на который надо поставить терминатор. Сигналы передаются по кольцу в одном направлении и проходят через каждый компьютер.

Преимущества:

 В отличие от пассивной топологии "шина", здесь каждый компьютер выступает в роли повторителя, усиливая сигналы и передавая их следующему компьютеру.

 Количество рабочих станций не оказывает значительного влияния на производительность всей сети.

Недостатки:

 Выход из строя одного компьютера или сегмента кабеля выводит из строя всю сеть. Трудно локализовать проблемы.

 Изменение конфигурации сети требует остановки всей сети.

 

Компьютер, на котором установлена операционная система Windows XP, может работать в любой сети, как локальной, так и глобальной. В большинстве случаев для этого не требуется дополнительного программного обеспечения. Однако больше всего эта операционная система подходит для домашних или небольших офисных сетей. Предполагается, что такая сеть содержит небольшое число компьютеров (от 2 до 8), а также другие устройства (например, принтеры, сканеры), к которым полезно было бы обеспечить общий доступ. Возможен также общий доступ к Интернету с использованием одного модема или другого устройства доступа. В такой среде наиболее удобно использование одноранговой сети. Чем больше компьютеров соединено в сеть, тем сложнее управлять ею. В небольшой одноранговой сети, содержащей до 5-6 компьютеров, когда все пользователи знакомы друг с другом и занимаются одним делом, можно обойтись без специально выделенного администратора. Если число компьютеров увеличивается, контроль состояния сети усложняется. В таком случае необходим человек, задача которого состоит только в обеспечении работоспособности и защищенности сети, в разрешении проблем, которые возникают в ходе работы. Такой администратор также необходим в клиент-серверных сетях, в сетях, где выполяются особо ответственные задачи и поэтому недопустимы сбои, а также в тех случаях, когда сетевые ресурсы ограничены и должны распреде;яться с учетом квот.

Наиболее распространены сети, в которых компьютеры соединены с использованием кабелей. В этом случае на каждом компьютере должен быть установлен сетевой адаптер (чаще всего применяются внутренние адаптеры в виде плат, хотя существуют и внешние модели, подключаемые обычно через разъем USB~). Для подключения нескольких компьютеров к сети стандарта Ethernet обычно используется концентратор — отдельное устройство, к которому подключаются все компьютеры. Для соединения сетевых адаптеров с концентратором нужны соответствующие кабели. Локальная сеть дает возможность использования сетевых средств связи (например, электронной почты) и позволяет организовать обмен файлами между компьютерами без использования съемных носителей. Но основное достоинство сети — возможность совместного использования ресурсов. Это означает возможность хранения программ и данных на компьютерах, включенных в сеть, в одном экземпляре, благодаря доступу к ним через сеть. Доступ к некоторым ресурсам может ограничиваться для обеспечения сохранности ценной или конфиденциальной информации. Каждый компьютер сети имеет сетевое имя, используемое при доступе к совместно используемым ресурсам. Чтобы определить имя своего компьютера или изменить его, надо открыть диалоговое окно Свойства системы (Пуск > Настройка >

• Панель управления > Система) и выбрать вкладку Имя компьютера. Имя компьютера указывается в поле Полное имя, Обратите внимание и; то, что здесь же имеется поле Описание, в котором также хранится текст, напоминающий имя. Однако описание компьютера предназначено д/я удобства опознавания компьютера и обращения к нему. В частности, компьютеры в сети могут иметь одинаковые описания, но не могут иметь одинаковых имен.

Для больших сетей поиск нужного компьютера или нужных данных может представлять существенную проблему. Для упрощения поиска объектов в таких сетях вводят объединение компьютеров, называемое рабочей группой. В небольших сетях все компьютеры обычно относят к одной рабочей группе. Впервые имя компьютера задается уже при установке операционной системы. Изменение имени и названия рабочей группы может производить только пользователь, имеющий права администратора. Откройте диалоговое окно Свойства системы (Пуск > Настройка > Панель управления > Система) и выберите вкладку Имя компьютера. Щелкните на кнопке Изменить. Новое имя компьютера вводится в поле Имя компьютера, а имя рабочей группы — в поле Является членом рабочей группы. Имя компьютера и название рабочей группы не должны совпадать между собой. Как выполнить первичную настройку небольшой сети?

Для домашней или небольшой офисной сети ее первичную настройку удобнее всего выполнить при помощи Мастера настройки сети. Этот мастер должен быть поочередно запущен на всех компьютерах, входящих в сеть. Операционная система Windows XP предполагает, что один из компьютеров сети может использоваться обеспечения общего доступа к Интернету. В этом случае на таком компьютере Мастер настройки следует запустить в первую очередь. Также предполагается, что сеть может содержать компьютеры, использующие более старые операционные системы семейства Windows. В этом случае можно подготовить гибкий диск, который позволит запустить этот мастер на компьютере со старой операционной системой,