Локальные компьютерные сети

Мосты. Производительность сети, использующей один файл-сервер, может  оказаться невысокой, даже при увеличении размера расширенной памяти на файл-сервере. При установке второго файл-сервера  сеть наверняка будет работать быстрее. Зачастую выгоднее полностью раз  делить сети — тогда каждая сеть будет пользоваться своим собственным  файл-сервером.

Для связи  двух отдельных (в основном одинаковых, но имеющих не которые физические различия) сетей в единую сеть используются так называемые мосты.

Мосты разделяются  на внутренние и внешние.

Внутренний  мост прост в изготовлении. В один из файл-серверов вставляется несколько  сетевых адаптеров. К каждому  сетевому адаптеру подключается свой сегмент сети. Если объединяемые сети пользуются различными методами доступа, то для каждого метода доступа  нужен свой адаптер, а для каждого  адаптера нужен свой драйвер.

Внешний мост нуждается в собственном компьютере. В этот отдельный компьютер также  вставляются несколько сетевых  адаптеров (для каждой из объединяемых сетей нужен свой адаптер) и устанавливается  специальное программное обеспечение  моста.

Маршрутизатор (роутер) — это устройство, которое взаимосвязывает три нижних уровня двух различных сетей, устанавливая при этом соединение на транспортном уровне. При использовании маршрутизатора верхние уровни соединяемых сетей должны быть одинаковы.

Маршрутизаторы работают медленнее, чем мосты. Однако маршрутизаторы имеют определенные преимущества: безопасность, надежность, увеличение производительности в пределах индивидуальной сети и большой диапазон действия сети.

Шлюз —  это устройство для соединения различных  сетей. Шлюзы выполняют протокольное преобразование для всех семи уровней  сети. Обычно шлюзы применяются для  соединения сетей, преобразования протоколов и передачи пакетов между двумя  различными системами. При прочих равных условиях шлюз пропускает информацию медленнее, чем маршрутизатор.

1.2.2 Аппаратура связи

Кабели. В локальных сетях традиционными и наиболее распространенными кабельными передающими средами являются коаксиальный кабель и витая пара.

Такие типы кабеля обладают многими достоинствами:

широкая полоса рабочих частот (возможность переносить множество потоков данных, благодаря  чему можно создавать высокоскоростные сети);

высокая помехоустойчивость;

способность переносить сигналы на большие расстояния.

Витая пара требует сравнительно малого расстояния между компьютерами, поэтому ее удобно применять в небольших сетях, но, кроме того, витая пара может  использоваться в структурированных  кабельных системах как для локальных сетей, так и для телефонной связи.

Существенным  различием для типов витых  пар является наличие или отсутствие изоляции (экранированная или неэкранированная пара).

Оптоволоконные  кабели. Более современной передающей средой является оптоволоконный кабель, обладающий огромными преимуществами:

невосприимчив к электромагнитным помехам;

имеет очень  широкую полосу пропускания;

способен передавать информацию на огромные расстояния в виде звуковых сигналов, видеосигналов и данных.

Правда, оптоволоконные кабели несколько сложнее  устанавливать, особенно затруднено сращивание.

Телефонные каналы. Телефонные каналы часто применяются в качестве среды передачи данных на дальние расстояния. Обычно предлагаются два типа телефонных каналов — линии автоматической телефон ной связи (АТС) и арендуемые каналы. При наборе номера в линии АТС создается временное соединение между двумя пунктами, существующее до отбоя какой-либо сторон. Арендуемый канал обеспечивает постоянное соединение двух пунктов.

Спутниковые каналы. Спутниковые радиосистемы служат для передачи данных на большие расстояния. Спутники связи находятся на  экваториальной орбите на высоте около 37500 км. По сравнению с наземными системами спутниковая связь гораздо надежнее, стоимость каналов не зависит от расстояний, наконец, спутниковые системы просто устанавливать. Однако спутниковые каналы тоже не идеальны: из-за большого расстояния между антенной и спутником естественны задержки передачи сигналов со спутника, а для увеличения скорости передачи данных нужно увеличивать диаметр антенны.

1.2.3 Физическая передающая среда ЛВС

Физическая  среда обеспечивает перенос информации между абонентами вычислительной сети. Как уже упоминалось, физическая передающая среда ЛВС представлена тремя типами кабелей: витая пара проводов, коаксиальный кабель, оптоволоконный кабель.

Витая пара состоит из двух изолированных проводов, свитых между собой. Скручивание проводов уменьшает влияние внешних электромагнитных полей на передаваемые сигналы. Самый простой вариант витой пары — телефонный кабель.

 Витые  пары имеют различные характеристики, определяемые размерами, изоляцией  и шагом скручивания. Дешевизна  этого вида передающей среды  делает ее достаточно популярной  для ЛВС.

 

 Вытая пара проводов

                                             

Основной  недостаток витой пары — плохая помехозащищенность и низкая скорость передачи информации — 0,25 — 1 Мбит/с. Технологические  усовершенствования позволяют повысить скорость передачи и помехозащищенность (экранированная витая пара), но при  этом возрастает стоимость этого  типа передающей среды.

Коаксиальный кабель по сравнению с витой парой обладает более высокой механической прочностью, помехозащищенностью и обеспечивает скорость передачи информации до 10— 50 Мбит/с. Для промышленного использования выпускаются два типа коаксиальных кабелей: толстый и тонкий. Толстый кабель более прочен и передаст сигналы нужной амплитуды на большее расстояние, чем тонкий. В то же время тонкий  кабель значительно дешевле. Коаксиальный кабель так же, как и витая пара, является одним из популярных типов передающей среды для ЛВС.

                                                                                                                                                                                          

                                                                           

Коаксиальный кабель

 

 

 

Оптоволоконный кабель  

Оптоволоконный кабель — идеальная передающая среда. Он не подвержен действию электромагнитных полей и сам практически не имеет излучения. Последнее свойство позволяет использовать его в сетях, требующих повышенной секретности информации.

Скорость  передачи информации по оптоволоконному  кабелю более 50 Мбит/с. По сравнению с предыдущими типами передающей среды он более дорог, менее технологичен в эксплуатации.

ЛВС, выпускаемые  различными фирмами, либо рассчитаны на один из типов передающей среды, либо могут быть реализованы в различных  вариантах, на базе различных передающих сред.

1.3 ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЛОКАЛЬНЫХ СЕТЕЙ

Для работы компьютеров в сети необходимо специальное  программное обеспечение, которое, в сущности, обеспечивает реализацию отдельных уровней семиуровневой  архитектуры и семиуровневой  архитектуры в целом. С точки  зрения сетевого программного обеспечения  сети подразделяются на два основных типа:

сети с  централизованным управлением;

одноранговые сети;

3.1 Сети с централизованным управлением

Модель  сети типа «файл-сервер». В сети с централизованным управлением компьютеры функционально разделяются на две группы: одна или более машин, управляющих обменом данными (так называемые файл-серверы) и рабочие станции. Файл-серверы бывают выделенными

— такой файл-сервер выполняет  только функции управления сетью  и никогда не используется в качестве рабочей станции, и невыделенными — такой файл-сервер, кроме своих специфических задач управления сетью, решает также задачи, свойственные рабочей станции.

На файл-серверах устанавливается специальная сетевая  операционная система, как правило, многозадачная. Рабочие станции  могут работать с дисками файл-серверов и с совместно используемыми  принтерами, но не более того, рабочие  станции не могут работать с дисками  друг друга. Таким образом, данные на различных рабочих станциях не могут  быть как-то повреждены или уничтожены, поскольку пользователи изолированы  друг от друга. Однако при необходимости  обмена данными приходится пользоваться услугами файл-сервера, что создает  для него дополнительную нагрузку.

 Поэтому  созданы специальные программы  для сетей с централизованным  управлением, позволяющие передавать  данные от одной рабочей станции  к другой без помощи файл-сервера.  В свою очередь, на рабочих  станциях устанавливается специальное  программное обеспечение (программная  оболочка), работающее в среде  операционной системы, которая  используется на данной рабочей  станции.

Модель  сети типа «клиент-сервер». К сожалению, даже сеть с мощным центральным файл-сервером не предоставляет многих необходимых гарантий и возможностей производительности, конфиденциальности (ограничения доступа) и целостности баз данных, действующих в сети. Такая сеть подвержена серьезным перегрузкам.

Многие недостатки сети с централизованным управлением  типа «файл-сервер» устранены в  более современной модели взаимодействия — модели типа «клиент-сервер».

В этой модели прикладная система делится на две  части: внешняя, обращенная к пользователю часть называется «клиент», а внутренняя, обслуживающая часть, называется «сервер». Сервер-это маши на, предоставляющая ресурсы, а клиент — это потенциальный потребитель ресурсов.

Здесь сервер играет более активную роль благодаря  программному обеспечению. Предотвращены  перегрузки сети, поскольку сервер обрабатывает поступающие запросы  таким образом, что клиент получает только то, что ему действительно  нужно. Соблюдается большая безопасность данных, поскольку сервер контролирует допустимость обращения к записям  на индивидуальной основе. Кроме того, для обеспечения сохранности  информации предоставляется множество  дополнительных программных возможностей.

Современная модель типа «клиент-сервер» обычно обладает следующими свойствами:

сеть включает множество серверов и клиентов;

обычно основу вычислительной системы составляют рабочие станции, каждая из которых  функционирует в качестве клиента  и запрашивает информацию, находящуюся  на серверах;

обычно пользователь системы не обязан точно знать, где  нужная ему информация, он просто запрашивает  то, что ему нужно;

возможна  и удобна реализация системы «клиент-сервер»  в виде открытой архитектуры, объединяющей компьютеры различных классов и  типов с различными операционными  системами.

3.2 Одноранговые сети

Одноранговые  сети отличаются от сетей с централизованным управлением тем, что функции  управления сетью передаются от одной рабочей станции к другой, по очереди, то есть здесь нет выделенных серверов.

Следовательно, обычно рабочие станции имеют  доступ к дискам и разделяемым  ресурсам других рабочих станций. В  этом случае совместная работа нескольких пользователей легче и удобнее, обслуживание одноранговых сетей проще, но производительность сети в целом, как правило, ниже.

1.3.1 Программные средства обеспечения надежности работы одноранговых сетей

Зеркальные  диски. Зеркальный диск использует те же, канал, контроллер и блок питания что и основной диск. Операционная система может резервировать каналы, тогда используют два контроллера и, соответственно, подключают к ним два диска; для используемых контроллеров и дисков применяют два блока питания.

Резервирование  дисков и каналов. При самом бережном отношении диски все-таки могут быть повреждены. В таких случаях применяют резервирование дисков: к одному дисковому контролеру подключают два абсолютно идентичных винчестера и, соответственно, настраивают операционную систему; тогда информация с основного диска будет автоматически дублироваться на второй — зеркальный диск. Если основной диск будет поврежден, специальная процедура полностью восстанавливает данные с зеркального диска. Кроме того, на диске выделяется некая область горячего резервирования дорожек: если в процессе работы выявляется дефектная дорожка, она автоматически заменяется дорожкой из области резервирования.

Горячее резервирование серверов. Время восстановления данных с зеркального диска может достигать нескольких часов, на протяжении которых сеть отключена. Чтобы избежать этого, применяется горячее резервирование серверов. Резервный сервер включается автоматически; файлы на дисках резервного сервера идентичны файлам основного сервера (поскольку серверы соединены высокоскоростной линией связи), поэтому не нужно восстанавливать данные и ремонт сервера не требует остановки системы.

1.3.2 Сетевые операционные системы

Сетевые операционные системы помогают осуществлять основные работы, производимые в сети, а именно:

файловая  поддержка (создание, разделение и поиск  файлов);

коммуникация (все, что происходит при взаимообмене данными);

услуги поддержки  оборудования.

Каждая локальная  вычислительная система работает под  управлением распределенной операционной системы, которая и занимается распределением ресурсов и обменом между компьютерами; все работы сетевых операционных систем основаны на общих фундаментальных  принципах.

Распределенные  операционные системы подразделяются на следующие структуры:

каждый компьютер  в сети может реализовать все  функции распределенной операционной системы;

копии программ часто используемых функций распределенной операционной системы установлены  на всех компьютерах, а копии редко  используемых программ только на одном  или, во всяком случае, на немногих; каждый компьютер выполняет определенный набор функций распределенной операционной системы, причем этот набор на разных компьютерах может быть различным, одинаковым или частично совпадающим.