Сеть ЭВМ – это группа компьютеров, соединенных между собой при помощи специальной аппаратуры, обеспечивающей обмен данными между любыми компьютерами этой группы.

Основное назначение сетей – это объединение и взаимодействие компьютерных ресурсов (машин, программ, баз данных, принтеров, графопостроителей и т.п.) локально расположенных , например , в пределах здания предприятия, или территориально распределенных, разбросанных по всему миру и разделенных границами стран, «континентов», ведомств в пределах административных ассоциаций с целью наилучшего использования компьютерных и информационных ресурсов. В настоящее время мир вычислительных сетей – это миллионы объединенных компьютеров.

1.1. Сетевые вычислительные услуги

Различают два главных вида услуг, предоставляемых сетями:

• компьютеризованная межперсональная коммуникация;
• услуги доступа к разделяемым ресурсам.

Компьютеризованная межперсональная коммуникация

Компьютеризованная межперсональная коммуникация включает в себя функции организации обмена информацией между пользователями сети. К ним относятся такие службы как: электронная почта, форумы, чат (передача сообщений в реальном времени), видеоконференции и др.

Служба электронной почты имеет следующие виды:

• простая электронная почта (один-один);
• почтовые списки (один- ко многим).
• телеконференция (многие- ко многим).

Простая электронная почта обеспечивает: отправку написанных сообщений; посылку сообщения по нужному адресу; получение сообщения с некоторой задержкой; проверку получения адресатом сообщения.

Почтовые списки обеспечивают: организацию службы подписки; ведение списка рассылки; автоматическую посылку сообщения по всем адресам списка.

Телеконференции обеспечивают: классификацию сообщений и пользователей по темам (секциям) конференции; развитый диалоговый интерфейс для оперативного общения пользователей; ведение архива сообщений и гибкий доступ к архиву.

Общедоступные службы электронной почты приобрели за последние годы миллионы своих постоянных абонентов

Форумы – способ общения в Интернете путём организацией обмена информации и общения между большим количеством собеседников. При организации Интернет форумов не существует строгих ограничений на контингент участников и временных рамок обсуждения темы - процесс продолжается до тех пор, пока тема интересна для собеседников.

Чат – передача сообщений в реальном времени. В сети можно разговаривать не только вдвоем, а целой компанией. Для этого нужно зайти на сервер, который поддерживает чат.

Видеоконференция так же можно осуществлять через Интернет. Обычно передается лишь так называемый дельта - сигнал, т.е. изменения в картинке. Этим снижается избыточность передаваемой информации и требования к задержкам

Talk - даёт возможность открытия разговора с пользователем удалённой ЭВМ. При этом на экране одновременно виден вводимый текст и ответ удалённого пользователя.

Услуги доступа к разделяемым ресурсам

В истории создания вычислительных сетей большинство из них (ARPANET, CYCLADES, Академсеть, IASNet и др.) создавались с главной целью – предоставление набора услуг доступа к разделяемым ресурсам. Различают две основные разновидности услуг доступа к разделяемым ресурсам: интерактивные услуг доступа к разделяемым ресурсам и пакетные услуг доступа к разделяемым ресурсам. Рассмотрим интерактивные услуги как более типичные и важные.

Удаленный терминальный доступ (Remote Login). Сеть используется для доступа с терминала или ПЭВМ к удаленной ЭВМ через процедуру включения (login). Сетевая услуга чаще всего используется для удаленного запуска программ (заданий), интерактивного доступа к базам данных, ввода и вывода данных в сетевом режиме.

Передача файла (File Transfer). Услуга доступа к файловой системе удаленной ЭВМ и выполнения различных операций (удалить, переименовать, скопировать, переслать по сети. Часто соответствующая служба или протокол передачи файла называются FTP.

Удаленный вызов процедур ( Remote Procedure Call). Возможность вызова функции (библиотечной процедуры) на языке программирования . Выполняется в удаленной ЭВМ без повторного терминального доступа. Чаще всего применяется на локальных или высокоскоростных сетях.

Распределенная файловая система (Distributed File System). Доступ к файлам, размещенным в узлах сети, организуется общей файловой системой вычислительной сети. На каждой узловой ЭВМ доступ к локальным и сетевым файлам поддерживается единообразно.

Блокирование удаленных файлов (Remote File Locking). Услуга позволяет закрыть файлы от совместного доступа или для определенных групп пользователей.

Удаленный доступ к устройствам( Remote Device Access). Услуга сетевого использования таких устройств как принтеры, магнитные ленты, графопостроители и т.п.

Разделяемая память (Shared Memory). Доступ к оперативной или дисковой памяти на том же логическом уровне, что и возможности доступа к локальной памяти.

Распределенная операционная система (Distributed Operating System). Системная и многофункциональная организация услуг доступа ко всем сетевым ресурсам.

1.2. Основные характеристики

1.2.1 Методы коммутации в сетях

Коммутация это образование единого канала связи между абонентами на основе совместно используемых линий связи. Например, для образования единого канала связи между абонентами сети должны быть выполнены соединения по принципу связи между АТС.

Образование канала может производиться только на время непродолжительного сеанса связи по требованию одного из пользователей или на более продолжительный срок (выделенные линии). В первом случае коммутация называется динамической, во втором – постоянной.

В современных сетях используются методы коммутации каналов и коммутации пакетов.

Коммутация каналов – это образование непрерывного физического канала связи между абонентами. Как правило, линии связи, использованные для образования составного канала используются для одновременной передачи информации нескольких абонентов, поэтому коммутация проводится на основе мультиплексирования.

Коммутация пакетов – это способ передачи информации пользователя с разделением на небольшие информационные блоки. Каждый из пакетов снабжается заголовком, включающим адрес назначения и номер пакета, и транспортируется по сети как отдельное сообщение. Коммутаторы в сетях с коммутацией пакетов производят выбор маршрута и перенаправление пакетов.

В целом коммутация пакетов более эффективна для передачи компьютерного трафика, чем коммутация каналов, так как при коммутации каналов каналы предоставляются абонентам на все время соединения, в течении которого случаются простои. Ресурсы сети с коммутацией пакетов используются только тогда, когда действительно происходит передача информации.

1.2.2 Режимы работы. Дуплексный, полудуплексный и симплексный

В зависимости от направления возможной передачи данных способы передачи данных по линии связи делятся на следующие типы:

• симплексный – передача осуществляется по линии связи только в одном направлении;
• полудуплексный – передача ведется в обоих направлениях, но попеременно во времени, примером такой передачи служит технология Ethernet;
• дуплексный – передача ведется одновременно в двух направлениях.

Дуплексный режим – наиболее универсальный и производительный способ работы канала. Самым простым вариантом организации дуплексного режима является использование двух независимых физических каналов (двух пар проводников или двух световодов) в кабеле, каждый из которых работает в симплексном режиме, то есть передает данные в одном направлении. Именно такая идея лежит в основе реализации дуплексного режима работы во многих сетевых технологиях, например Fast Ethernet или АТМ.

Модемы для организации дуплексного режима работы на двухпроводной линии применяют технику частотной модуляции (FDM). Модемы, использующие частотную модуляцию, работают на четырех частотах: две частоты - для кодирования единиц и нулей в одном направлении, а остальные две частоты - для передачи данных в обратном направлении.

1.3. Типы сетей

Вычислительные сети можно классифицировать по различным признакам:

• распределение сетевых функций по компьютерам;
• территориальное распространение.

1.3.1 Типы сетей по распределению сетевых функций по компьютерам.

Сеть может быть построена по одной из трех схем:

• одноранговая сеть;
• сеть с выделенными серверами;
• гибридная сеть.

Каждая из этих схем имеет свои достоинства и недостатки, определяющие их области применения.

Одноранговую сеть организуют, как не дорогую с индивидуальным управлением сетевых функций, и когда не требуется специальное программное обеспечение.

Сеть на основе сервера организуют там, где важен полный контроль над всеми рабочими местами. Это может быть и небольшая домашняя сеть, и объемная корпоративная система сетей, объединенных в одну общую.

Эти два разных типа имеют общие корни и принципы функционирования, что в случае необходимой модернизации позволяет перейти от более простого варианта (одноранговой сети) к более сложному (сети на основе сервера).

Одноранговая сеть

Одноранговую сеть построить достаточно просто. Особенность такой сети в том, что все входящие в ее состав компьютеры работают сами по себе, то есть ими никто не управляет. Одноранговая сеть выглядит как некоторое количество компьютеров, объединенных определенным образом в одну рабочую группу (рис. 1.1). Именно отсутствие управляющей машины (сервера) делает ее построение дешевым и эффективным мероприятием.

Рис. 1.1. Пример одноранговой сети

Любой компьютер в такой сети можно назвать как рабочим, так и сервером, поскольку нет какой-либо конкретной выделенной машины, которая осуществляла бы административный или другой контроль. За компьютером такой сети следит сам пользователь (или пользователи), который работает на нем. В этом кроется главный недостаток одноранговой сети – ее пользователь должен не просто уметь работать на компьютере, но и иметь представление об администрировании. Кроме того, ему в большинстве случаев приходится самому справляться с возникающими внештатными ситуациями и защищать себя от разнообразных неприятностей, начиная с вирусов и заканчивая программными и аппаратными неполадками.

Как и полагается, одноранговая сеть позволяет использовать общие файлы, принтеры, модемы и т. п. Однако из-за отсутствия управляющего компьютера каждый пользователь разделяемого ресурса должен самостоятельно устанавливать права доступа к нему. Для работы с одноранговыми сетями можно использовать любую современную операционную систему. Одноранговую сеть обычно применяют тогда, когда нужно связать несколько (как правило, до десяти) компьютеров и не нужно использовать строгую защиту данных. Большее количество компьютеров подключать не рекомендуется.

Перечислим основные преимущества и недостатки одноранговой сети.

Преимущества: дешевая в создании; не нужен выделенный сервер (или серверы); не требуется специальное программное обеспечение; не нужен человек, который будет поддерживать сеть и клиентские места.

Недостатки: недостаточный контроль над клиентскими местами; отсутствие механизма настраиваемого доступа нескольких пользователей к разным ресурсам на одном компьютере; низкая безопасность и защищенность сети от вирусных атак; отсутствие нормального механизма резервного копирования данных; необходимость подготовленности пользователя к разным административным мерам – обновлению антивирусной базы, архивированию данных, определению механизмов доступа к раздаваемым ресурсам и т. д.; для предоставления пользователям общего ресурса, который будет интенсивно использоваться, требуется достаточно мощный компьютер; ограниченная расширяемость сети.

Сеть на основе сервера

Сеть на основе сервера — наиболее часто встречающийся тип, который используют как в полноценных домашних сетях и в офисах, так и на крупных предприятиях (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Пример сети на основе сервера

Как ясно из названия, данная сеть использует сервер, контролирующий работу всех подключенных клиентских компьютеров. Главная его задача – создание, настройка и обслуживание учетных записей пользователей, настройка прав доступа к общим ресурсам, механизма авторизации и смены паролей доступа и многое другое. Как правило, сервер характеризуется большой мощностью и быстродействием, необходимым. для выполнения поставленных задач: будь то работа с базой данных или обслуживание других запросов пользователей. Сервер оптимизирован для быстрой обработки запросов пользователей, обладает специальными механизмами программной защиты и контроля. Достаточная мощность сервера позволяет снизить требования к мощности клиентской машины. За работой сети на основе сервера обычно следит специалист – системный администратор. Он отвечает за регулярное обновление антивирусных баз, устраняет возникшие неполадки, разделяет общие ресурсы и т. п. Количество рабочих мест в такой сети может быть разным – от нескольких до сотен или тысяч компьютеров. С целью поддержки производительности сети на необходимом уровне при возрастании количества подключенных пользователей устанавливают дополнительное или более скоростное сетевое оборудование, серверы и т. д.

Не все серверы выполняют одинаковую работу. Существуют следующие специализированные машины, позволяющие автоматизировать или просто облегчить выполнение тех или иных задач:

файл_сервер – используется в основном для хранения разнообразных данных, а также личных папок пользователей.

принт-сервер. Главная его задача – обслуживание очереди печати сетевых принтеров и обеспечение доступа к ним. Очень часто с целью экономии средств файл-сервер и принт-сервер совмещают.

сервер базы данных – обеспечивает поиск и запись нужных данных в базу данных или получения информации из нее с последующей передачей конечному пользователю сети.

сервер приложений – промежуточный сервер между пользователем и сервером базы данных. Кроме перечисленных выше, существуют другие серверы, например почтовые, коммуникационные, серверы-шлюзы и т. д.

Преимущества: практически неограниченная расширяемость; контроль над клиентскими местами; наличие четкого механизма доступа к общим ресурсам; единая антивирусная база; высокая производительность; централизованное резервное копирование всей информации; низкие требования к мощности клиентских; машин.

Недостатки: достаточно дорогая в создании и обслуживании; необходимо специальное программное обеспечение, способное работать в сети; нужен постоянный системный администратор, который будет поддерживать сеть и клиентские места; сложный процесс расширения сети (прокладка кабеля).

Гибридная сеть.

В настоящее время существует тенденция к объединению двух типов сетей, т.е. создаются сети с выделенными серверами, поверх которых строятся одноранговые сети (например, на основе операционных систем Microsoft). Это позволяет реализовать преимущества каждого класса сетей. Такие сети называются гибридными.

1.3.2. Тип сетей по территориальному распространению.

По территориальной распространенности различают:

• локальные сети (диаметр сети до 1-2 км);
• территориально-распределенные или глобальные.

Если компьютеры расположены недалеко друг от друга и соединяются в сеть при помощи высокоскоростных адаптеров, то такие сети мы будем называть локальными. При этом локальная сеть (LAN) связывает компьютеры и принтеры в пределах одной комнаты, одного здания или нескольких близко расположенных зданий.

Если сеть представляет собой объединение компьютеров, или локальных сетей, расположенных на значительном удалении друг от друга (в различных районах города, в различных городах, странах, континентах) при помощи модемов, спутниковых линий и других средств дальней связи, то такие сети мы будем называть территориально-распределенными (WAN) или глобальными.

Локальные сети

Локальные сети (ЛС) представляющие собой самую элементарную форму сетей, соединяют вместе группу ПК или связывают их с более мощным компьютером, выполняющим роль сетевого сервера (см. рисунок). Все ПК в локальной сети могут использовать специализированные приложения, хранящиеся на сетевом сервере, и работать с общими устройствами: принтерами, факсами и другой периферией. Каждый ПК в локальной сети называется рабочей станцией или сетевым узлом.

Локальные сети позволяют отдельным пользователям легко и быстро взаимодействовать друг с другом. Вот лишь некоторые задачи, которые позволяет выполнять ЛС:

• совместная работа с документами;
• упрощение документооборота: вы получаете возможность просматривать, корректировать и комментировать документы не покидая своего рабочего места, не организовывая собраний и совещаний, отнимающих много времени;
• сохранение и архивирование своей работы на сервере, чтобы не использовать ценное пространство на жестком диске ПК;
• простой доступ к приложениям на сервере;
• облегчение совместного использования в организациях дорогостоящих ресурсов, таких как принтеры, накопители CD-ROM, жесткие диски и приложения (например, текстовые процессоры или программное обеспечение баз данных).

Территориально-распределенные или глобальные сети

Территориально-распределенные сети обеспечивают те же преимущества, что и локальные, но при этом позволяют охватить большую территорию. Обычно для этого используется коммутируемая телефонная сеть общего пользования (PSTN, Public Switched Telephone Network) с соединением через модем или линии высокоскоростной цифровой сети с предоставлением комплексных услуг (ISDN, Integrated Services Digital Network). Линии ISDN часто применяются для передачи больших файлов, например содержащих графические изображения или видео. Встраивая в базовые локальные сети функциональность территориально-распределенных сетей, реализуемую с помощью модема или сервера удаленного доступа, можно выгодно использовать технологии внешних коммуникаций, в том числе: передачу и прием сообщений с помощью электронной почты (e-mail); доступ к Internet.