Меню

Компьютерная сеть ее характеристики компоненты настройка



РАЗДЕЛ 7. КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ

  • основными понятиями и назначением компьютерных сетей;
  • компонентами компьютерных сетей;
  • видами сетей;
  • видами сетевых топологий;
  • принципами организации взаимодействия компьютеров в сетях.

Оглавление

7.1.1. Представление о компьютерной сети

Объединение компьютеров в одну систему позволяет иметь доступ к общим ресурсам:

  • оборудованию, например, принтерам, дискам, что обеспечивает экономию материальных средств и время, выделяемых для обслуживания устройств;
  • программам и данным, что обеспечивает удобство обслуживания и снижает затраты на закупку программных средств;
  • информационным сервисам.

Объединение ресурсов компьютеров, участвующих в процессах обработки, передачи, хранения информации, позволяет увеличить скорость этих процессов, надежность, организовать взаимодействие участников совместной обработки данных.

При этом пользователь получает возможность работать с оборудованием, сетевыми службами и прикладными процессами, расположенными на других компьютерах.

Важным преимуществом объединения компьютеров является передача информации от одного компьютера к другому, находящихся на любом удаленном расстоянии друг от друга.

Компьютерная сеть это совокупность, соединенных между собой компьютеров, для обмена данными.

Оборудование сети работает под управлением системного и прикладного программного обеспечения.

Компьютеры в сети взаимодействуют друг с другом с помощью аппаратных средств и сетевого программного обеспечения. Основные аппаратные компоненты сети образуют узлырабочие станции и серверы . Рабочими станциями являются компьютеры, установленные на рабочих местах пользователей и оснащенные специализированным программным обеспечением для конкретной предметной области. Серверами, как правило, служат достаточно мощные компьютеры, функциями которых являются обеспечение всех процессов для управления работой сети.

Для соединения узлов используются коммуникационные системы, включающие в себя линии связи, передающую аппаратуру, различное коммуникационное оборудование.

7.1.2. Аппаратные компоненты сети

Основные аппаратные компоненты

Основными аппаратными компонентами компьютерной сети (рис. 1) являются:

  • Серверы;
  • Рабочие станции;
  • Каналы (линии) связи;
  • Аппаратура передачи данных.

Рис. 1. Основные аппаратные компоненты компьютерной сети

Серверы и рабочие станции

Серверы являются достаточно мощными компьютерами, так как должны обеспечить высокую скорость передачи данных и обработки запросов. Сервер — источник ресурсов сети, компьютер с большой емкостью оперативной памяти, жесткими дисками большой емкости и дополнительными накопителями информации. Серверов в сети может быть много.

Сервер работает под управлением сетевой операционной системы, которая обеспечивает одновременный доступ пользователей сети к расположенным на нем данным. Требования к серверу определяются задачами, которые на него возложены в конкретной сети. Успешность выполнения задач сервером зависит от установленного программного обеспечения. Серверы могут осуществлять хранение данных, пересылку почтовых сообщений, управление базами данных, удаленную обработку заданий, доступ к web-страницам, печать заданий и ряд других функций, потребность в которых может возникнуть у пользователей сети.

Компьютер, подключенный к сети и имеющий доступ к ее ресурсам, называется рабочей станцией .

Роли сервера и рабочей станции могут быть различными в сетях.

Например, файл-сервер выполняет следующие функции:

  • хранение данных;
  • архивирование данных;
  • синхронизацию изменений данных различными пользователями;
  • передачу данных.

Файл-сервер получает запрос на доступ к файлу от рабочей станции. Файл отсылается на рабочую станцию. Пользователь на рабочей станции обрабатывает данные. Затем файл возвращается серверу обратно.

Существует и другое разделение ролей между компьютерами в сети, Например, сеть типа Клиент/Сервер.

Клиентом называют рабочую станцию, на которой установлено программное обеспечение, обеспечивающее решение задач, сформированных в процессе работы пользователя.

В процессе обработки данных клиент формирует запрос серверу для выполнения различных задач: пересылки сообщения, просмотр web-страниц, и т. д.

Сервер, выполняет запрос, поступивший от клиента. Результаты выполнения запроса передаются клиенту. Часть задач может выполняться на стороне клиента. Обмен данными, обработка запросов и обработка данных продолжаются между сервером и клиентом, пока они не выполнят задачу. Обработка данных может выполняться как сервером, так и клиентом.

Сервер обеспечивает хранение данных общего пользования, организует доступ к этим данным и передает данные клиенту.

Клиент обрабатывает полученные данные и представляет результаты обработки в виде, удобном для пользователя.

Каналы связи

Канал связи (или линия связи) — физическая среда, по которой передаются информационные сигналы аппаратуры передачи данных.

Среда передачи данных может базироваться на различных физических принципах действия. Например, это может быть кабель и соединительные разъемы. Физической средой передачи данных может служить земная атмосфера или космическое пространство, через которые распространяются информационные сигналы.

В телекоммуникационных системах данные передаются с помощью электрического тока, радиосигналов или световых сигналов. Все эти физические процессы представляют собой колебания электромагнитного поля различной частоты и природы. Основной характеристикой физических каналов служит скорость передачи данных, измеряемая в количестве бит (Кбит, Мбит) в секунду.

В зависимости от физической среды линии связи могут быть классифицированы в виде следующих групп: проводные линии, кабельные линии, радиоканалы наземной и спутниковой связи.

Проводные линии — это неэкранированные провода, проложенные над землей по воздуху. По ним, в основном, передаются телефонные или телеграфные сигналы, но их можно использовать и для передачи данных, посылаемых от одного компьютера к другому. Скорость передачи данных по таким линиям измеряется десятками Кбит/сек.

Читайте также:  Vmware workstation настройка сети между двумя виртуальными машинами

Кабельные линии — это совокупность изолированных разными слоями проводников. В основном, используются волоконно-оптические кабели и кабели на основе медных проводов: витая пара (скорость от 100 Мбит/сек до 1Гбит/сек) и коаксиальный кабель (скорость – десятки Мбит/сек). Кабели используются для внутренней и внешней проводки. Внешние кабели подразделяются на подземные, подводные и кабели воздушной проводки.

Наиболее качественным кабелем является волоконно-оптический кабель. Он состоит из гибких стеклянных волокон, по которым распространяются световые сигналы. Он обеспечивает передачу сигнала с очень высокой скоростью (до 10 Гбит/сек и выше). Этот тип кабеля является надежным, так как хорошо защищает данные от внешних помех.

Радиоканалы наземной и спутниковой связи , представляют собой канал, образованные между передатчиком и приемником радиоволн. Радиоканалы различаются используемыми частотными диапазонами и дальностью канала. Они обеспечивают различную скорость передачи данных. Спутниковые каналы и радиосвязь используются в случаях, когда нельзя использовать кабельный канал, например, в малонаселенных местностях, для связи с пользователями мобильной радиосети.

В компьютерных сетях применяются все описанные типы физических сред передачи данных, но волоконно-оптический кабель представляется наиболее перспективным. Его уже начали широко использовать в качестве магистралей территориальных, городских сетей, а также используют на высокоскоростных участках локальных сетей.

Аппаратура передачи данных

Аппаратура передачи данных служит для непосредственного присоединения компьютеров к линии связи. К ней относятся устройства передачи данных, которые отвечают за передачу информации в физическую среду (линию связи) и прием из нее данных: сетевая карта (адаптер), модемы, устройства подключения к цифровым каналам, терминальные адаптеры сетей ISBN, мосты, маршрутизаторы, шлюзы и пр.

Сетевая карта (адаптер) указывает адрес компьютера. Компьютер, работающий в сети, должен быть правильно опознан, то есть, его адрес должен быть уникальным. Поэтому, производителям сетевых карт выделяют некоторое количество разных адресов, которые не совпадают между собой.

Рис. 2. Сетевой адаптер (карта)

Модемы — устройства для преобразования цифровых сигналов компьютера в аналоговые сигналы телефонной линии и обратно. Распространенная скорость передачи данных – 56 Кбит/сек.

Терминальные адаптеры сетей ISBN ( Integrated Services Digital Network ) – телефонная сеть с интеграцией услуг. Основой такой сети является цифровая обработка сигналов. Абоненту предоставляется два канала для голосовой связи и передачи данных со скоростью 64 Кбит/сек.

Устройства подключения к цифровым каналам предназначены для улучшения качества сигналов и создания постоянного составного канала между двумя абонентами сети. Используются, в основном, на линиях связи большой протяженности.

Мосты — устройства, соединяющие две сети и использующие одинаковые методы передачи данных.

Маршрутизаторы или роутеры — устройства, соединяющие сети разного типа, но использующие одну операционную систему.

Шлюзы — устройства, позволяющие организовать обмен данными между двумя сетями, использующими различные правила взаимодействия, например, подключить локальную вычислительную сеть к глобальной.

Мосты, маршрутизаторы, шлюзы могут работать как в режиме полного выделения функций, так и в режиме совмещения их с функциями рабочей станции вычислительной сети.

К аппаратуре передачи данных относятся также:

  • Усилители — устройства, повышающие мощность сигналов;
  • Регенераторы, восстанавливающие форму импульсных сигналов, искаженных при передаче на большие расстояния;
  • Коммутаторы – аппаратура для создания между двумя абонентами сети долговременного непрерывного составного канала из отрезков физической среды с усилителями.

Невидимая пользователям сеть с промежуточной аппаратурой канала связи образует сложную сеть, которая называется первичной сетью. Она не поддерживает никаких служб для пользователя, а лишь служит основой для построения других сетей.

7.1.3. Виды сетей

Компьютерные сети принято классифицировать по разным признакам. Наиболее распространенной является классификация по размеру в зависимости от занимаемой территории (рис.3):

  • локальная компьютерная сеть – LAN ( Local Area Network );
  • региональная компьютерная сеть — MAN ( M е tropolitan Area Network );
  • глобальная компьютерная сеть — WAN ( Wide Area Network ).

Локальная вычислительная сеть объединяет абонентов, расположенных на небольших расстояниях. Обычно локальная сеть используется для решения задач отдельных предприятий, например, локальная сеть поликлиники, магазина или учебного заведения. Ресурсы локальной сети недоступны пользователям других сетей.

Региональные компьютерные сети объединяют узлы на значительных расстояниях друг от друга. Они могут включать в себя локальные сети и других абонентов внутри большого города, экономического региона, отдельной страны. Обычно, расстояния между абонентами региональной вычислительной сети составляют десятки — сотни километров. Пример такой сети – региональная сеть библиотек области.

Глобальные компьютерные сети объединяют ресурсы компьютеров, удаленных на большие расстояния. Глобальная вычислительная сеть объединяет абонентов, расположенных в различных странах на различных континентах. Взаимодействие между абонентами такой сети может осуществляться на базе телефонных линий связи, радиосвязи и систем спутниковой связи.

Рис. 3. Объединение компьютерных сетей различных видов

Глобальные вычислительные сети позволят решить проблему объединения информационных ресурсов всего человечества и организации доступа к этим ресурсам.

Сети имеют иерархическую организацию (рис. 3). Они могут входить одна в другую, объединяя локальные сети в региональные, а региональные в глобальные. Глобальные вычислительные сети включают региональные сети и могут объединять другие глобальные сети. Примером такого объединения сетей является сеть Интернет, где пользователи сети имеют единый интерфейс для доступа к ресурсам глобальных сетей. В настоящее время широко распространены корпоративные сети , которые с одной стороны решают задачи локальных сетей, соединяя компьютеры для обмена внутрикорпоративной информацией, с другой стороны они используют технологии глобальных сетей. Корпоративная сеть — сеть смешанной топологии, в которую входят несколько локальных вычислительных сетей. Она объединяет филиалы корпорации и является собственностью предприятия. Корпоративная сеть, использующая единые сетевые технологии, единые способы взаимодействия и приложения для выхода в глобальные сети и для решения внутренних задач называется Интранет ( Intranet ) .

Читайте также:  Базовая настройка сети в ubuntu

7.1.4. Топологии компьютерных сетей

Под топологией сетей понимают конфигурацию физических связей сети. Существует несколько видов топологий: полносвязная, кольцевая, звездообразная, шинная, смешанная.

Полносвязная топология предполагает взаимосвязь каждого компьютера (рис.4). Полносвязная топология применяется редко, так как требует выделения физического канала отдельно для каждой пары компьютеров.

Рис. 4. Полносвязная топология сети

Рис. 5. Кольцевая топология сети

Кольцевая топология (рис.5) обеспечивает передачу данных по кольцу от одного компьютера к другому. Любая пара компьютеров связана в такой конфигурации двумя путями — по часовой стрелке и против. Однако, в такой сети выход из строя одного компьютера разрывает канал связи между другими компьютерами.

Звездообразная топология (рис.6) образуется подключением каждого компьютера к общему центральному устройству, которым может быть компьютер, повторитель или маршрутизатор, концентратор. В настоящее время звездообразная топология является наиболее распространенной.

Рис. 6. Звездообразная топология сети

Шинная топология (рис.7) обеспечивает распространение информации по общей шине. Если это беспроводная связь, то роль общей шины вместо кабеля играет радиосреда. Передаваемая по шине информация доступна одновременно всем компьютерам, подсоединенным к ней. Реализация этой топологии недорога и проста в наращивании. Недостаток — в ненадежности кабеля.

Рис. 7. Шинная топология

Смешанная топология – использование всех топологий в одной сети. Типовые топологии (звезда, кольцо, шина) имеют применение в небольших сетях. В крупных сетях можно выделить отдельные участки, имеющие произвольно выбранную типовую топологию. Поэтому топологию крупных сетей можно назвать смешанной. На рисунке 8 схематично представлен участок сети со смешанной топологией.

Рис. 8. Смешанная топология сети

7.1.5. Виды коммутации в сетях

Сообщения могут передаваться от компьютера к компьютеру не напрямую, а транзитом – посредством специальных узлов.

Если топология сети не полносвязная, то обмен данными между произвольной парой конечных узлов (абонентов) должен идти в общем случае через транзитные узлы.

Последовательность транзитных узлов на пути от отправителя к получателю называется маршрутом .

Соединение конечных узлов через сеть транзитных узлов называется коммутацией .

При этом для коммутации решаются такие задачи как:

  • определение информационных потоков, для которых требуется провести обмен данными;
  • формирование адресов рабочих станций;
  • определение маршрутов для потоков и выбор оптимального из них;
  • распознавание потоков и их коммутация на каждом транзитном узле.

Информационный поток образует последовательность байтов, объединенная набором общих признаков. Признаком могут быть адреса компьютеров.

Узел коммутации – это специальное устройство или универсальный компьютер со встроенным программным механизмом коммутации (программный коммутатор). По типу коммутации сети различаются следующим образом:

  • сеть с коммутацией каналов;
  • сеть с коммутацией пакетов;
  • сеть с коммутацией сообщений.

Сети с коммутацией каналов происходят от первых телефонных сетей. Коммутация каналов представляет собой процесс организации соединения последовательности каналов между парой абонентских систем.

Коммутация каналов образует между конечными узлами непрерывный физический канал из последовательно соединенных коммутаторами промежуточных канальных участков с равными скоростями передачи данных. Устанавливается соединение между конечными узлами и начинается передача данных. По окончании передачи канал ликвидируется. Для коммутации в сети используются коммутаторы

На рисунке 9 представлена сеть с коммутацией каналов. Узлы коммутации (УК1–УК5) обслуживают подключенные к ним рабочие станции. (РС1–РС5). Например, для передачи данных от рабочей станции 1 (РС1) к рабочей станции 2 (РС2) должен быть установлен канал между узлами 1 (УК1) и 4 (УК4). Этот канал может быть установлен по маршрутам УК1-УК3-УК2-УК4 или УК1-УК5-УК4. Для организации передачи данных РС1 передает запрос на установление соединения узлу коммутации (УК1) с указанием адреса назначения (РС2). Узел коммутации (УК1) должен выбрать маршрут образования составного канала, а затем передать запрос следующему узлу, например УК3, а тот – следующему, пока не будет передан запрос от узла УК4 к РС2. Если запрос принят конечным компьютером, то направляется ответ исходному компьютеру по уже установленному каналу например, УК1–УК2–УК4. Считается, что канал между РС1 и РС2 установлен. После этого по нему могут направляться данные. По окончании передачи данных канал ликвидируется.

Рис. 9. Коммутационная сеть

Сети с коммутацией пакетов появились в результате экспериментов в глобальных компьютерных сетях. Коммутация пакетов представляет собой технологию доставки сообщений, разделенных для передачи данных на порции (отдельные пакеты), которые могут пересылаться из исходного пункта в пункт назначения разными маршрутами. Конкретный маршрут выбирается передающим и принимающим компьютерами, исходя из наличия соединения и объема трафика.

Читайте также:  Настройка udp в локальной сети

Сети с коммутацией сообщений. Этот вид коммутации устанавливает логический канал для передачи сообщения от одного компьютера к другому через узлы коммутации. Каждое промежуточное устройство на пути этого маршрута принимает сообщение, локально его сохраняет до тех пор, пока следующий участок канала не освободится, и отправляет его к следующему устройству, как только канал связи освобождается.

7.1.6. Эталонная модель взаимодействия открытых систем

Появление сетей, в которых функционировали разнотипные компьютеры, привело к необходимости разработки стандартов для обмена информацией. Функционирование компьютеров в сетях возможно, благодаря правилам взаимодействия, называемым протоколами. При передаче информации происходит их взаимодействие на разных уровнях.

Связи и процессы в открытых сетях происходят согласно стандартной модели ISO OSI, описывающей правила взаимодействия систем с открытой архитектурой от различных производителей.

ISO – International Standart Organisation — Международная Организация Стардартов.

OSI — аббревиатура, которая расшифровывается двумя вариантами:

  • Open System Interconnection — Взаимодействие Открытых Систем — ВОС;
  • Optimum Scale Integration — Информационная система с оптимальной степенью интеграции.

Взаимодействие осуществляется на основе набора структур, правил и программ, обеспечивающих обработку событий в сетях. Эти наборы называются в модели OSI уровнями . Каждый уровень описывается протоколами (совокупностью правил передачи). В модели OSI выделено семь уровней взаимодействия для выполнения на каждом из них определенной совокупности функций обмена.

Уровень 1 – физический. Описывает передачу двоичной информации по линии связи: напряжения, частоты, природу передающей среды. Протоколы этого уровня обеспечивают поддержание связи, прием и передачу битового потока.

Уровень 2 – канальный. Обеспечивает доступ к среде, управление каналом связи, передачу данных блоками (кадрами). На этом уровне формируются блоки, определяется начало и конец кадра в битовом потоке, происходит контроль правильности их передачи, наличие и исправление ошибок.

Уровень 3 – сетевой. Обеспечивает связь любых двух точек в сети. На этом уровне происходит маршрутизация, т.е. определение пути, по которому происходит передача данных через разные линии связи, обработка адресов.

На этом уровне происходит преобразование информации в пакеты для передачи их в точку назначения. Передача данных происходит после установки виртуального канала связи. После передачи данных канал закрывается. Пакеты передаются по различным физическим маршрутам, т.е. канал определяется динамически. Адрес определяется во время установления связи. Данные также могут передаваться не только пакетами, но и другими методами.

Распространенный протокол сетевого уровня IP (Internet Protocol).

Уровень 4 – транспортный. Задача транспортного уровня передать информацию из одной точки сети в другую и обеспечить качество транспортировки. Этот уровень контролирует поток данных, правильность передачи блоков, правильность доставки в пункт назначения, порядок следования, собирает информацию из блоков в ее прежний вид. Может подтверждать прием и правильность доставки при передаче другими методами.

Распространенный транспортный протокол TCP (Transmission Conrtol Protocol). Часто протоколы сетевого и транспортного уровня называют вместе TCP/IP, подразумевая под этим целое семейство протоколов, потому что они реализуют технологию межсетевого взаимодействия.

TCP делит пересылаемую информацию на несколько частей и нумерует каждую часть, чтобы восстановить их порядок при получении. TCP-пакет помещается в IP-пакет. При получении распаковывается сначала IP-пакет, а затем TCP-пакет. Затем данные собираются согласно номерам пакетов.

На этом уровне действуют также и другие стандартные протоколы.

Уровень 5 – сеансовый. Устанавливает, поддерживает, разрывает соединения. Координирует взаимодействия во время сеанса связи: начинает сеанс, заканчивает, восстанавливает аварийно завершенные сеансы. На этом уровне доменные сетевые имена преобразовываются в числовые и наоборот.

Уровень 6 – представительный (представления данных). Отвечает за синтаксис и семантику передаваемой информации, шифрование, кодирование и сжатие данных. Например, на этом этапе происходит перекодировка текстовой информации, изображений, сжатие, распаковка.

Уровень 7 – прикладной. Обеспечивает передачу информации между программами. Этот уровень связывает пользователя с сетью, делая доступными различные услуги, например передачу файлов, электронных сообщений, просмотр информации Интернет. На этом уровне используются протоколы: FTP (передачи файлов), HTTP (HyperText Transfer Protocol) – протокол передачи гипертекста.

Каждый уровень предоставляет сервис смежному с ним верхнему уровню, получает сервис от смежного с ним нижнего уровня, обменивается блоками данных для выполнения своих задач.

Взаимодействия осуществляются последовательно уровень за уровнем. Передаваемая информация, исходящая от пользователя должна быть обработана сначала прикладным (седьмым) уровнем правил, затем должна пройти обработку на представительном, потом сеансовом, транспортном уровне. Затем последовательно информация проходит обработку сетевого, канального уровня и отдается в физическую среду сети. После обработки на физическом уровне и передачи ее к другому компьютеру, информация обрабатывается в обратном порядке от нижних уровней к последующим и, наконец, после прикладного уровня обработки ее получает пользователь.

Задача каждого уровня при передаче информации готовить данные в соответствии со стандартом и передавать на следующий нижний уровень. При получении информации – на следующий верхний.

Источник