Информационные сетевые технологии  

 

3.1 Общие понятия сетевой технологии

 

В начале 60-х годов возникли первые сети ЭВМ, были предприняты попытки объединить сбор, передачу и хранение информации в ЭВМ с помощью технических средств. Одной из первых таких сетей является АРПА, которая объединила около 50 университетов и фирм США. Сейчас она охватывает всю территорию США, часть Европы и Азии. В то время была доказана возможность и целесообразность разработки глобальных сетей для эффективности использования ЭВМ и программного обеспечения.

В 80-е годы в нашей стране была создана система телеобработки статистической информации (СТОСИ), объединившая главные статистические управления во многих городах республик с Центральным статистическим управлением СССР.

Сейчас насчитывается более 200 глобальных сетей во всем мире. С появлением ПЭВМ широкое применение получили локальные вычислительные сети (ЛВС). Объе­динение ЛВС и ГВС позволило получить доступ к мировым информационным ресурсам.

Компьютерной сетью называется совокупность взаимосвязанных через каналы передачи данных компьютеров, обеспечивающих пользователей средствами обмена информацией и коллективного использования ресурсов сети: аппаратных, программных и информационных.

Объединение компьютеров в сеть позволяет совместно использовать дорогостоящее оборудование - диски большой емкости, принтеры, основную память, иметь общие программные средства и данные. Глобальные сети, охватывая миллионы людей, полностью изменили процесс распространения и восприятия информации, сделали обмен информацией через электронную почту самой распространенной услугой сети, а основным ресурсом - информацию.

Основным назначением сети является обеспечение простого, удобного и надежного доступа пользователя к распределенным общесетевым ресурсам и организации их коллективного использования при надежной защите от несанкционированного доступа, а также обеспечение удобных и надежных средств передачи данных между пользователями сети. С помощью сетей эти проблемы решаются независимо от территориального расположения пользователей. В эпоху всеобщей информатизации большие объемы информации хранятся, обрабатываются и передаются в локальных и глобальных компьютерных сетях. В локальных сетях создаются общие базы данных для работы пользователей. В глобальных сетях осуществляется формирование единого научного, экономического, социального и культурного информационного пространства

Существует множество задач, нуждающихся в централизованных общих данных, удаленном доступе к базам данных, передаче данных на расстояние и их распределенной обработке. Примерами являются банковские и другие финансовые структуры; коммерческие системы, отражающие состояние рынка (“спрос- предложение”); системы социального обеспечения; налоговые службы; дистанционное компьютерное обучение; системы резервирования авиабилетов; дистанционная медицинская диагностика. Во всех этих приложениях необходимо, чтобы в сети осуществлялся сбор, хранение и доступ к данным, гарантировалась защита данных от искажений и несанкционированного доступа.

Все ЭВМ в сетях делятся на основные и вспомогательные.

Основными ЭВМ принято считать клиентские ЭВМ (которые занимаются организационной работой, определяют ресурсы сети).

Вспомогательные ЭВМ (сервера) предназначены для преобразования и передачи информации и данных от одной ЭВМ к другой по каналам связи и коммутационным машинам (host-ЭВМ). К качеству и мощности серверов предъявляют повышенные требования, а в роли host-машины могут выступать любые ЭВМ.

Клиент - приложение, посылающее запрос к серверу, он отвечает за обработку, вывод информации и передачу запросов серверу. В качестве ЭВМ-клиента могут вы ступать любые типы компьютеров.

Сервер - персональная или виртуальная ЭВМ, выполняющая функции по обслуживанию клиента, распределяющая ресурсы системы: принтеры, базы данных, программы и т.д.

Сетевые серверы поддерживают выполнение функций сетевой операционной системы.

Терминальные серверы обеспечивают выполнение многопользовательских систем.

Серверы баз данных обеспечивают обработку запросов к базам данных в многопользовательских системах, являются средством решения сетевых задач, в которых ЛВС используются для совместной обработки данных, а не просто для организации коллективного использования удаленных внешних устройств.

Host -ЭВМ – это ЭВМ в узлах сети, решающая вопросы коммутации в сети. Коммутационная сеть образуется множеством серверов и host-ЭВМ, соединенных физическими каналами связи, которые называют магистральными (они могут быть оптоволоконными, коаксиальными и, и на основе "витой пары").

По способу передачи информации вычислительные сети делятся на:

- сети коммутации каналов (появились первыми);

- сети коммутации сообщений;

- сети коммутации пакетов;

- интегральные сети.

В условиях сети коммутации каналов, чтобы передать сообщение между клиентами образуется прямое соединение, которое должно оставаться неизменным в течении всего сеанса.. Легкость реализации такого способа передачи информации имеет при этом следующие  недостатки: низкий коэффициент использования каналов, высокую стоимость передачи данных, увеличение времени ожидания других клиентов.

При коммутации сообщений информация передается порциями, называемыми сообщениями, прямое соединение обычно не устанавливается, а передача сообщений начинается после освобождения первого канала и т.д., пока сообщение не дойдет до адресата. Каждым сервером выполняется прием информации, ее сборка, проверка, маршрутизация и передача сообщения. Недостатками являются: низкая скорость передачи данных, невозможность проведения диалога между клиентами, хотя стоимость передачи при этомотносительно низкая.

К недостаткам сети коммутации пакетов относят малое использование ресурсов, большую стоимость передаваемых данных, большое время ожидания другими клиентами.

В сети коммутации пакетов обмен данными происходит короткими пакетами фиксированной структуры, пакет - часть сообщения, удовлетворяющего стандарту. Малая длина пакета предотвращает блокировку линии связи, не дает расти очереди в узлах коммутации,что обеспечивает быстрое соединение, малое число ошибок, надежность, эффективность использования сети, но при передаче пакета возникает проблема маршрутизации, решаемой программно-аппаратными методами.

Самыми распространенными методами маршрутизации являются:

- метод фиксированной маршрутизации;

- маршрутизация способом кратчайшей очереди.

Фиксированная маршрутизация предполагает наличие таблицы маршрутов, в которой закрепляется маршрут от одного клиента к другому. Этим обеспечивается простота реализации, но недостатком может являться неравномерная загрузка сети.

В методе кратчайшей очереди применяется несколько таблиц, в которых каналы расставлены по приоритетам. Приоритет - функция обратная расстоянию до адресата. Передача начинается по первому свободному каналу с высоким приоритетом. При этом методе задержка передачи пакета минимальная.

Сейчас разработаны следующие программно-аппаратные средства маршрутизации:

Повторитель - простой тип устройства для соединения однотипных ЛВС, применяется для ретрансляции всех принимаемых пакетов из одной ЛВС в другую.

Мост - устройство связи, соединяющее ЛВС с одинаковыми и разными системами сигналов.

Маршрутизатор - устройство связи аналогичное мосту, выполняет передачу пакетов в соответствии с определенными протоколами, обеспечивает соединение ЛВС на сетевом уровне.

Шлюз - устройство связи, применяемое для соединения ЛВС с глобальной сетью.

 Сети, обеспечивающие коммутацию каналов, сообщений и пакетов называют интегральными. Они объединяют несколько коммутационных сетей. Часть интегральных каналов используется монопольно, т.е. для прямого соединения. Прямые каналы создаются на время проведения сеанса связи между различными коммутационными сетями. По окончании сеанса прямой канал распадается на независимые магистральные каналы. Интегральная сеть эффективна при объеме передаваемой информации не более 10-15%.

При разработке сетей ЭВМ возникает задача согласования взаимодействия ЭВМ клиентов, серверов, линий связи и т.д. Она решается посредством установки определенных правил, называемых протоколами. Реализация протоколов совместно с реализацией управления серверами называется операционной системой. Часть протоколов реализуется программно, часть – аппаратно. Для стандартизации протоколов была создана международная организация по стандартизации (МОС) – ISO. Было введено понятие архитектуры открытых систем, что означает возможность взаимодействия систем по определенным правилам, хотя сами системы могут быть созданы на различных технических средствах. Основой архитектуры открытых систем является понятие уровня логической декомпозиции сложной информационной сети.

Система разбивается на ряд подсистем, или уровней, каждая из которых выполняет свои функции (согласно ISO их всего 7):

1 – физический,

2 – канальный,

3 – сетевой,

4 – транспортный,

5 – сеансовый,

6 – представительный,

7 –прикладной.

Стандартизация распространяется на логический уровень передаваемой информации, т.е. стандарт на форму передаваемых документов. Принципиальным моментом при использовании стандартов на документацию является их официальное признание, т.е. чтобы документы, передаваемые по каналам связи, были юридически полноценными. 

Каждый уровень сети решает свои задачи и обеспечивает сервисом расположенный над ним уровень. Правила взаимодействия разных систем одного уровня называют протоколом, а правила взаимодействия соседних уровней в одной системе - интерфейсом. Каждый протокол должен быть прозрачным для соседних уровней. Прозрачность - свойство передачи информации, закодированной любым способом, быть понятным взаимодействующим уровням.

Сетевые технологии позволяют создавать геосистемы для доступа к любым мировым хранилищам информации любых типов.

 

 

Классификация сетей

 

Компьютерные сети можно классифицировать по ряду признаков, в том числе по степени территориальной распределённости. При этом различают: глобальные, региональные и локальные сети.

Глобальные сети объединяют пользователей расположенных по всему миру, и часто используют спутниковые каналы связи, позволяющие соединять узлы сети связи и ЭВМ, находящиеся на расстоянии 10-15 тыс. км друг от друга.

Региональные сети объединяют пользователей города, области. Небольших стран. В качестве каналов связи чаще всего используются телефонные линии. Расстояние между узлами сети составляют 10-1000 км.

Локальные сети ЭВМ связывают абонентов одного или нескольких близлежащих зданий одного предприятия, учреждения. Локальные сети получили очень широкое распространение, так как 80-90% информации циркулирует вблизи мест ее появления и только 10-20% связано с внешним взаимодействием. Локальные сети могут иметь любую структуру. Но чаще всего компьютеры в локальной сети связаны единым высокоскоростным каналом передачи данных. Расстояния между ЭВМ в локальной сети небольшие – до 20 км. Каналы в локальных сетях являются собственностью организаций и это упрощает их эксплуатацию.

Сети подразделяются на:

- общественные;

- частные;

- коммерческие.

Локальные вычислительные сети (ЛВС) делятся на централизованные и одно ранговые. Централизованные ЛВС используют файл-сервер. Рабочие станции не контактируют друг с другом. Число пользователей больше десяти. В одноранговых ЛВС (сетевое управление построено так, что каждый узел может выступать и как рабочая станция, и как файл-сервер). Рабочие станции можно объединить и совместно использовать базы на файл-сервере. Такие сети недорогие, но число пользователей невелико.