Локальные компьютерные сети. 3

1. Локальные компьютерные сети

Компьютерная сеть представляет собой совокупность компьютеров, объединенных средствами передачи данных.

Основное назначение компьютерных сетей – обеспечение эффективного представления различных компьютерных услуг пользователям сети путем организации их доступа к ресурсам, распределенным в этой сети.

Принципы построения и функционирования аппаратного и программного обеспечения элементов сети определяются архитектурой компьютерной сети.

Архитектура– концепция, определяющая модель, структуру, выполняемые функции и взаимосвязь компонентов сложного объекта. Архитектура компьютерной сети определяет основные элементы сети; характер и топологию взаимодействия этих элементов; логическую, функциональную и физическую организацию технических, программных, организационных и информационных средств сети.

Состав базовых компонентов компьютерной сети

Техническое обеспечение (hardware) – комплекс электронных, электрических и механических устройств, входящих в состав системы либо сети.

Техническое обеспечение включает компьютеры (ЭВМ) и логические устройства. К ним добавляются внешние устройства и диагностическая аппаратура. Вспомогательную, но при этом важную роль играют энергетическое оборудование, батареи и аккумуляторы. Для обеспечения безопасности данных используют аппараты шифрования информации.

Техническое обеспечение предназначено для поддержки работы программного обеспечения.

Его составляют:

· персональный компьютер (ПК), называемый Рабочей станцией (РС или WS (Work Station));

• сервер (-ы);
• система передачи данных;
• периферийное оборудование сети.

Техническое обеспечение компьютерных сетей

Рабочая станция (Work Station) – абонентская система, специализированная на решении определенных задач пользователя. Требования, предоставляемые к составу РС, определяются характеристиками решаемых в сети задач, принципами организации вычислительного процесса, используемой операционной системы и некоторыми другими факторами.

В сетевой среде сервер выделен для выполнения конкретной задачи при поддержке других компьютеров в сети. Один сервер может выполнять множество необходимых задач, либо для конкретных задач выделяются отдельные серверы.

Термин “сервер” имеет два значения:

1. Элемент аппаратуры, предоставляющий совместно используемый сервис в сетевой среде.
2. Программный компонент, предоставляющий общий функциональный сервис другим программным компонентам.

Далее речь пойдет о сервере как об элементе аппаратуры – компьютере, играющем роль сервера.

Файловые серверы предоставляют средства, позволяющие пользователям сети совместно работать с файлами. В зависимости от типа предоставляемого файлового сервиса (передача файлов, хранение и перенос файлов, синхронизация файлов при обновлении, архивация файлов и т.д.) можно выделить:

• Архивационные серверы – серверы, предназначенные для резервного копирования информации на автономные устройства хранения данных.
• Серверы передачи данных – серверы, предназначенные для передачи файлов между клиентами сети.
• Серверы хранения файлов – серверы, предназначенные для хранения редко используемых данных.
• Также файловые серверы можно классифицировать по выполняемым ролям в компьютерной сети: выделенные и невыделенные файловые серверы.
• Выделенный файл-сервер используется только как файл-сервер и не может выступать в качестве рабочей станции.

В отличие от выделенного файл-сервера невыделенный файл-серверможет совмещать в себе как функции файл-сервера, так и рабочей станции.

Серверы печати предоставляют средства совместного использования ресурсов принтера. Эти серверы позволяют совместно работать с принтерами нескольким пользователям, размещать устройства печати там, где удобнее, увеличить производительность рабочих станций, совместно использовать в сети устройства факсимильной передачи данных. При наличии в сервере печати факс-модемных плат пользователи сети могут воспользоваться службами передачи факсимильных сообщений. Факс-сервер позволяет принимать файлы непосредственно на рабочей станции, а программное обеспечение оптического распознавания символов (OCR) способно преобразовать эти факсы в редактируемый текст, экономя немало времени и усилий.

Серверы сообщений предоставляют средства обмена сообщениями, использующие разные методы коммуникаций. Существуют основные типы служб сообщений: электронная почта, приложения для рабочих групп, объектно-ориентированные сообщения, службы каталогов. Поэтому в совокупности серверов сообщений можно выделить:

Серверы электронной почты – серверы, предназначенные для организации электронной почты.

Серверы службы каталогов – серверы, которые помогают пользователя находить, защищать и сохранять информацию в сети.

Требования повышенной производительности привели к созданию суперсерверов. Это серверы высокой производительности, выполняющие обработку данных для большого числа клиентов.

Существует классификация серверов, определяемая масштабом сети, в которой они используются: сервер рабочей группы, сервер отдела или сервер масштаба предприятия (корпоративный сервер). В зависимости от числа пользователей и характера решаемых задач требования к составу оборудования и программного обеспечения сервера, его надежности и производительности сильно варьируются.

Система передачи данных

Система передачи данных – это совокупность средств, служащих для передачи информации.

Технические средства передачи данных представляют собой физические средства соединения для передачи данных между системами.

Сетевой адаптер позволяет подключить локальную машину в сеть (подключить компьютер к кабелю сети), то есть создать новую РС. Сетевой адаптер называют сетевым интерфейсом или сетевой картой.

Для объединения компьютеров в локальную сеть необходимы сетевые адаптеры для подключения компьютера к кабелю, разъемы, сам кабель и, возможно, концентратор для объединения компьютеров при использовании топологии “звезда”. Сетевой адаптер вставляют в материнскую плату компьютера. Он имеет один или два разъема для подключения кабеля.

Передачей сигналов называется способ пересылки данных в носителе (среде передачи). Среды передачи данных разбиваются на две большие категории:

• - кабельная среда передачи данных;
• - беспроводная среда передачи данных.

Кабельная среда передачи данных предполагает наличие определенных видов кабелей. Тремя распространенными типами кабеля являются:

• витая пара;
• коаксиальный кабель;
• оптоволоконный кабель.

Витая пара (Twisted Pair) содержит две или более пар скрученных медных проводников, заключенных в одну оболочку. Максимальная длина одного сегмента витой пары составляет около 100 метров при скорости передачи данных до 10 Мбит/сек.

Различают два типа витых пар: неэкранированную витую пару (UTP) и экранированную витую пару (STP).

Достоинством сети на базе витой пары является низкая стоимость оборудования и возможность использования имеющейся телефонной сети. Длина кабеля не может превышать 1000 метров при скорости передачи данных 1Мбит/сек.

Коаксиальный кабель(Coax) имеет два проводника с общей центральной осью. В центре такого кабеля проходит сплошной медный проводник или многожильный провод. Он заключен в пластиковый вспененный изолированный слой. Скорость передачи данных по коаксиальному кабелю – до 300 Мбит/сек. Недостатками данного кабеля являются неудобство работы с ним и довольно высокая стоимость такого провода

Волоконно-оптический кабель (Fiber Optic) производится из светопроводящего стекла или пластиковых волокон. Максимальная длина кабеля на основе оптоволокна существенно больше, чем для кабеля на основе витой пары или коаксиал. С другой стороны, цена оптоволоконных кабелей достаточно высока по сравнению с другими типами кабелей.

Беспроводная среда передачи данных применятся в случае, когда большое расстояние или препятствия затрудняют применение другого носителя. Существует два основных типа беспроводной среды передачи данных: микроволновое и инфракрасное излучение.

В свою очередь, микроволновые системы передачи данных можно разделить на наземные микроволновые коммуникации и спутниковые микроволновые коммуникации (передают сигнал между направленными параболическими антеннами). Стоимость наземных микроволновых систем относительно невысокая при использовании их на небольших расстояниях (сотни метров), а стоимость спутниковых микроволновых систем очень высокая (несколько миллионов долларов).

В инфракрасных средах передачи данных применяется свет. Стоимость зависит от вида используемого оборудования. Системы, действующие на большом расстоянии, где обычно применяются мощные лазеры, могут быть очень дорогими. В последнее время наиболее эффективным способом связи в сетях является беспроводная среда передачи данных.

Выбор сетевой среды передачи данных диктуется типом сети и выбранной топологией. Сегодня практически все сети проектируются на базе UTP и волоконно-оптических кабелей, коаксиальный кабель применяют лишь в исключительных случаях.

Модем (МОдулятор-ДЕМодулятор) – устройство прямого (модулятор) и обратного (демодулятор) преобразования сигналов к виду, принятому для использования в определенном канале связи, предназначенное для преобразования цифровых сигналов в аналоговые и обратно.

Чаще всего модемы используются для передачи информации от компьютера к компьютеру, управления удаленными компьютерами и локальными сетями, другим электронным оборудованием, при работе с удаленными терминалами в многопользовательских системах.

Программные средства передачи данных

Программные средства передачи данных – это комплекс программ, обеспечивающий передачу данных.

Программное обеспечение системы передачи данных можно разделить на программы общего назначения и специализированные программы. Программы общего назначения предназначены для организации передачи данных между пользователями и доступны любым пользователям системы, а программы специального назначения предназначены для ограниченного круга пользователей.

Программное обеспечение (ПО) компьютерных сетей отличается большим многообразием как по своему составу, так и по выполняемым функциям. Оно автоматизирует процессы программирования задач обработки информации, осуществляет планирование и организацию коллективного доступа к телекоммуникационным, вычислительным и информационным ресурсам сети, динамическое распределение и перераспределение этих ресурсов с целью повышения оперативности и надежности удовлетворения запросов пользователей и т.д.

2. Программное обеспечение компьютерных сетей
1. Программное обеспечение компьютерных сетей  состоит из трех составляющих: 
   автономных операционных систем (ОС), установленных на рабочих станциях;
2. сетевых операционных систем, установленных на выделенных серверах, которые являются основой любой вычислительной сети;
3. сетевых приложений или сетевых служб.

Автономные ОС

В качестве автономных ОС для рабочих станций, как правило, используются современные 32-разрядные операционные системы – Windows 95/98, Windows 2000, Windows XP, Windows VISTA, Windows 7 (Seven)  
 

Сетевые ОС

В качестве сетевых ОС в вычислительных сетях применяются: 

• ОС Unix; 
  
• ОС NetWare фирмы Novell; 
  
• Сетевые ОС фирмы Microsoft (ОС Windows NT, Microsoft Windows 2000 Server, Windows Server 2003, Windows Server 2008) 
   
  Эти сетевые ОС подробно изложены в разделе. Программное обеспечение компьютерных сетей  
  Сетевые операционные системы необходимы для управления потоками сообщений между рабочими станциями и серверами. Они организуют коллективный доступ ко всем ресурсам сети.  
   
  Получение доступа к ресурсам локальных компьютерных сетей  предусматривает выполнение трех процедур: идентификация, аутентификация и авторизация:

1. Идентификация - присвоение  пользователю уникального имени  или кода (идентификатора).

2. Аутентификация - установление  подлинности пользователя, представившего  идентификатор. Наиболее распространенным  способом аутентификации является  присвоение пользователю пароля  и хранение его в компьютере.

3. Авторизация - проверка  полномочий или проверка права  пользователя на доступ к конкретным  ресурсам и выполнение определенных  операций над ними. Авторизация  проводится с целью разграничения  прав доступа к сетевым и  компьютерным ресурсам.

 
Средства аутентификации, авторизации и идентификации предназначены для управления информационной безопасностью компьютерных сетей . 
 
В большинстве сетевых операционных систем встроена поддержка протоколов: TCP/IP, IPX/SPX, NetBEUI. 

TCP/IP - эти протоколы были разработаны для сети Министерства обороны США ARPAnet, они поддерживаются сетевыми операционными системами Unix, Windows и т.д. Протоколы TCP/IP - это базовые протоколы сети Интернет.

IPX/SPX - протоколы, разработанные фирмой Novell, поддерживаются операционной системой NetWare разработанной также фирмой Novell, Windows и др. Novell была одной из первых компаний, которые начали создавать ЛВС. Основным элементом локальной сети Novell NetWare является файловый сервер. На нем размещается сетевая операционная система, база данных и прикладные программы пользователей. В настоящее время наиболее распространенными являются локальные сети на базе сетевых плат Ethernet с операционной системой Novell NetWare.

NetBEUI - разработчик этого протокола фирма IBM. Протокол предназначен для небольших локальных компьютерных сетей , в нем отсутствует маршрутизация, его поддерживают операционные системы фирм IBM и Microsoft.

Сетевые приложения

Для пользователей локальных компьютерных сетей большой интерес представляет набор сетевых служб, с помощью которых он получает возможность просмотреть список имеющихся в сети компьютеров, прочесть удаленный файл, распечатать документ на принтере, установленном на другом компьютере в сети или послать почтовое сообщение. 
 
Реализация сетевых служб осуществляется программным обеспечением (программными средствами). Файловая служба и служба печати предоставляются операционными системами, а остальные службы обеспечиваются сетевыми прикладными программами или приложениями. К традиционным сетевым службам относятся: Telnet, FTP, HTTP, SMTP, POP-3. 
 
Служба Telnet позволяет организовывать подключения пользователей к серверу по протоколу Telnet. 
Служба FTP обеспечивает пересылку файлов с Web-серверов. Эта служба обеспечивается Web-обозревателями (Internet Explorer, Mozilla Firefox, Opera и др.)  
HTTP - служба, предназначенная для просмотра Web-страниц (Web-сайтов), обеспечивается сетевыми прикладными программами: Internet Explorer, Mozilla Firefox, Opera и др. 
SMTP, POP-3 - службы входящей и исходящей электронной почты. Реализуются почтовыми прикладными программами: Outlook Express, The Bat и др.