Что такое компьютерная сеть? Для чего она нужна? Рассмотрим простой пример: пусть в небольшом офисе установлены два компьютера. По роду решаемых офисных задач оба компьютера имеют приблизительно одинаковые конфигурацию, программное и информационное обеспечение. По мере работы дисковое пространство обоих компьютеров заполняется и наступает момент модернизации, то есть покупки дополнительных жестких дисков. Стоимость такой простейшей модернизации составит около 1000 грн. Возможно ли другое решение? Возможно, если соединить два компьютера в сеть с помощью сетевых адаптеров и кабеля. Стоимость такой модернизации около 150 грн. Таким образом, применение сети позволит решать возникающие технические и организационные проблемы с наименьшими затратами.
Разумеется, в реальной жизни не все так тривиально. В данном пособии рассматриваются технические и программные аспекты построения и использования локальных компьютерных сетей, вопросы работы с глобальными компьютерными сетями, современные информационные ресурсы локальных и глобальных сетей, основы публикации документов в Web и основы информационной безопасности.
Работа современного менеджера немыслима без доступа к оперативной информации, современных коммуникационных возможностей. А именно эти возможности и предоставляют компьютерные сети. Кроме того, развитие современного бизнеса неуклонно направляется в сторону электронной коммерции, электронных платежей. В соответствии с прогнозами специалистов в ближайшие годы объемы электронного товарооборота достигнут 7 трлн. долларов в год. По мнению авторов, изложенный в пособии материал, будет полезен студентам экономических и управленческих специальностей как практическое руководство в освоении методов работы с современными сетевыми компьютерными технологиями.
1.1. Назначение и классификация компьютерных сетей
Современное производство требует высоких скоростей обработки информации, удобных форм ее хранения и передачи. Необходимы также динамичные способы обращения к информации, поиска данных в заданные временные интервалы, реализации сложной математической и логической обработки данных. Управление крупными предприятиями и экономикой на уровне страны требуют участия в этом процессе достаточно крупных коллективов. Такие коллективы могут располагаться в различных районах города, регионах страны и даже в различных странах. Для решения задач управления, обеспечивающих реализацию экономической стратегии, становятся важными и актуальными скорость и удобство обмена информацией, а также возможность тесного взаимодействия всех участников в процесса выработки управленческих решений.
Объединение компьютеров в локальную сеть
... Итак, существует два варианта сетей - локальные и глобальные. Принцип объединения в них компьютеров и работы в этих сетях практически идентичный, но масштабы сети накладывают свои ограничения и ... портов, предназначенных для сетевых подключений. Управление потоком для безопасной передачи информации. Коммутатор поддерживает управление потоком 802.3х, что разрешает уменьшить количество откидываемых ...
В эпоху централизованного использования ЭВМ с пакетной обработкой информации пользователи вычислительной техники предпочитали приобретать компьютеры, на которых можно было бы решать задачи почти всех классов. Однако, сложность решаемых задач обратно пропорциональна их количеству, и это приводило к неэффективному использованию вычислительной мощности ЭВМ при значительных материальных затратах. Нельзя не учитывать и тот факт, что доступ к ресурсам компьютеров был затруднен из-за существующей политики централизации вычислительных средств в одном месте.
Принцип централизованной обработки данных (рис. 2) не отвечал высоким требованиям к надежности процесса обработки, затруднял развитие систем и не мог обеспечить необходимые временные параметры при диалоговой обработке данных в многопользовательском режиме. Кратковременный выход из строя центральной ЭВМ приводил к роковым последствиям для системы в целом, т. к. приходилось дублировать функции центральной ЭВМ, значительно увеличивая затраты на создание и эксплуатацию систем обработки данных.
Появление малых ЭВМ, микроЭВМ и, наконец, персональных компьютеров потребовало нового подхода к организации систем обработки данных, к созданию новых информационных технологий. Возникло логически обоснованное требование перехода от использования отдельных ЭВМ в системах централизованной обработки данных к распределенной обработке данных (рис. 3).
СИСТЕМА ЦЕНТРАЛИЗОВАННОЙ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ
Рис. 2
СХЕМА РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ
Рис. 3
Распределенная обработка данных
Для реализации распределенной обработки данных были созданы многомашинные ассоциации, структура которых разрабатывалась по одному из следующих направлений:
- многомашинные вычислительные комплексы (МВК);
- компьютерные (вычислительные) сети.
Многомашинный вычислительный комплекс
Примечание.
Многомашинные вычислительные комплексы могут быть:
локальными
дистанционными,
Пример 1 . К ЭВМ типа мэйнфрейм, обеспечивающей режим пакетной обработки информации, подключена с помощью устройства сопряжения мини-ЭВМ. Обе ЭВМ находятся в одном машинном зале. Мини-ЭВМ обеспечивает подготовку и предвари-тельную обработку данных, которые в дальнейшем используются при решении сложных задач на мэйнфрейме. Это локальный многомашинный комплекс.
Пример 2. Три ЭВМ объединены в комплекс для распределения заданий, поступаю-щих на обработку. Одна из них выполняет диспетчерскую функцию и распределяет задания. Это локальный многомашинный комплекс.
Пример 3. ЭВМ, осуществляющая сбор данных по некоторому региону, выполняет их предварительную обработку и по телефонному каналу связи передает для дальнейшего использования на цент-ральную ЭВМ. Это дистанционный многомашинный комплекс.
Конспект лекций Технологии обработки данных
... специальных методов обработки данных, использующих комплекс вычислительных, коммуникационных и ... технологии и исторические этапы развития информационных технологий., Технология –, Информационная технология Цель информационной технологии ... и др. Функциональная структура объединений, концернов, отраслей ... сетях больших объемов данных, общедоступность этих данных, а также программных средств обработки ...
Компьютерная (вычислительная) сеть
Примечание.
1.2. Обобщенная структура компьютерной сети
Компьютерные сети являются высшей формой многомашинных ассоциаций. Выделим основные отличия компьютерной сети от многомашинного вычислительного комплекса.
Первое отличие, Второе отличие, Третье отличие
маршрутизации сообщений. Сообщение от одной ЭВМ к другой в сети может быть передано по различным маршрутам в зависимости от состояния каналов связи, соединяющих ЭВМ.
Объединение в один комплекс средств вычислительной техники, аппаратуры связи и каналов передачи данных предъявляет специфические требования со стороны каждого элемента многомашинной ассоциации, а также требует формирования специальной терминологии.
Абоненты сети
Станция — аппаратура, которая выполняет функции, связанные с передачей и приемом информации.
абонентской системой.
Физическая передающая среда
коммуникационная сеть,
Такой подход позволяет рассматривать любую компьютерную сеть как совокупность абонентских систем и коммуникационной сети. Обобщенная структура компьютерной сети приведена на рис. 4.
ОБОБЩЕННАЯ СТРУКТУРА КОМПЬЮТЕРНОЙ СЕТИ
Рис. 4
1.3. Классификация вычислительных сетей
В зависимости от территориального расположения абонентских систем вычислительные сети можно разделить на три основных класса:
- глобальные (WAN — Wide Area Network);
- региональные (MAN — Metropolitan Area Network);
- локальные (LAN — Local Area Network).
Глобальная, Региональная, Локальная
Объединение глобальных, региональных и локальных вычислительных сетей позволяет создавать многосетевые иерархии. Они обеспечивают мощные, экономически целесообразные средства обработки огромных информационных массивов и доступ к неограниченным информационным ресурсам. На рис. 5 приведена одна из возможных иерархий вычислительных сетей. Локальные вычислительные сети могут входить как компоненты в состав региональной сети, региональные сети — объединяться в составе глобальной сети и, наконец, глобальные сети могут также образовывать сложные структуры.
Пример 4. Компьютерная сеть Internet является наиболее популярной глобальной сетью. В ее состав входит множество свободно соединенных сетей. Внутри каждой сети, входящей в Internet, существует конкретная структура связи, поддерживается определенная дисциплина управления. Внутри Internet структура и методы соединений между раз-личными сетями для конкретного пользователя не имеют никакого значения.
Персональные компьютеры, ставшие в настоящее время непременным элементом любой системы управления, привели к буму в области создания локальных вычислительных сетей. Это, в свою очередь, вызвало необходимость в разработке новых информационных технологий.
Практика применения персональных компьютеров в различных отраслях науки, техники и производства показала, что наибольшую эффективность от внедрения вычислительной техники обеспечивают не отдельные автономные ПК, а локальные вычислительные сети.
1.4. Характеристика процесса передачи данных
1.4.1. Режимы передачи данных
Любая коммуникационная сеть должна включать следующие основные компоненты: передатчик, сообщение, средства передачи, приемник.
Передатчик
Приемник — устройство, принимающее данные. Приемником могут быть компьютер, терминал или какое-либо цифровое устройство.
ИЕРАРХИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ
Рис. 5
Сообщение, Средства передачи
Особняком в этом отношении стоят ЛВС, где в качестве передающей среды используются витая пара проводов, коаксиальный кабель и оптоволоконный кабель.
Для характеристики процесса обмена сообщениями в вычислительной сети по каналам связи используются следующие понятия: режим передачи, код передачи, тип синхронизации.
Режим передачи., Симплексный режим
Примером симплексного режима передачи является система, в которой ин-формация, собираемая с помощью датчиков, передается для обработки на ЭВМ. В вычисли-тельных сетях симплексная передача практически не используется,
Полудуплексный режим
Яркий пример работы в полудуплексном режиме — разведчик, передающий в центр информацию, а затем принимающий инструкции из центра.
Дуплексный режим, СИМПЛЕКСНЫЙ РЕЖИМ ПЕРЕДАЧИ, ПОЛУДУПЛЕКСНЫЙ РЕЖИМ ПЕРЕДАЧИ, ДУПЛЕКСНЫЙ РЕЖИМ ПЕРЕДАЧИ
Рис. 6
1.4.2. Коды передачи данных
Для передачи информации по каналам связи используются специальные коды. Они стандартизованы и определены рекомендациями ISO (International Organization for Standardization) — Международной организации по стандартизации (МОС) или Международного консультативного комитета по телефонии и телеграфии (МККТТ).
Наиболее распространенным кодом передачи по каналам связи является код KOI-7, принятый для обмена информацией практически во всем мире. KOI-7 позволяет кодировать 128-символьные таблицы, т. е. фактически кодирует только англоязычные и числовые данные. Для кодирования символов национальных алфавитов применяют модификацию кода KOI-7, которую называют KOI-8. Это восьмибитная кодовая таблица, кодирующая 2 8 =256 символов английского и национальных алфавитов, а также числовые данные. Для русского языка применяют таблицу KOI-8R, украинского — KOI-8U и т.д. Кроме того, в последние годы широкое развитие получила также передача данных в кодовых таблицах ASCII, Win-1251, Unicode.
Следует обратить внимание еще на один способ связи между ЭВМ, когда ЭВМ объединены в комплекс с помощью интерфейсного кабеля и с помощью двухпроводной линии связи.
Примечание.
параллельным кодом.
последовательным кодом.
1.4.3. Аппаратная реализация передачи данных
2.4.3.1. Характеристики коммуникационной сети
- скорость передачи данных по каналу связи;
- пропускную способность канала связи;
- достоверность передачи информации;
- надежность канала связи и модемов.
Скорость передачи данных
Примечание.
Скорость передачи данных зависит от типа и качества канала связи, типа используемых модемов и принятого способа синхронизации. Так, для асинхронных модемов и телефонного канала связи диапазон скоростей составляет 300 — 57600 бит/с, а для синхронных — до 2 Мбит/с.
пропускная способность,
достоверность
Для вычислительных сетей этот показатель должен лежать в пределах 10 -6 — 10-7 ошибок/знак, т.е. допускается одна ошибка на миллион переданных знаков или на десять миллионов переданных знаков.
надежность
Для вычислительных сетей среднее время безотказной работы должно быть достаточ-но большим и составлять, как минимум, несколько тысяч часов.
2.4.3.2. Протоколы компьютерной сети
Протокол — это не программа. Правила и последовательность выполнения действий при обмене информацией, определенные протоколом, должны быть реализованы в программе. Обычно функции протоколов различных уровней реализуются в драйверах для различных вычислительных сетей.
Для организации надежного сетевого взаимодействия необходима стандартизация. Она реализована в виде особой спецификации OSI Reference Model (сетевая модель OSI).
Данная модель представляет семиуровневый подход к сетевому взаимодействию (рис. 7):
|
1. Application layer |
|
|
2. Presentation layer |
|
|
3. Session layer |
|
|
4. Transport layer |
|
|
5. Network layer |
|
|
6. Data Link layer |
|
|
7. Physical layer |
|
Рис. 7
Application
Presentation
- Session layer (сеансовый уровень) — позволяет двум сторонам поддерживать по сети продолжительное взаимодействие, называемое сеансом.
Transport
- Network layer (сетевой уровень) — осуществляет адресацию сообщений для доставки, а также преобразует логические сетевые адреса и имена в соответствущие им физические. Примеры: IPX, IP
- Data Link layer (канальный уровень) — посылает специальные пакеты данных с сетевого уровня на физический.
- Physical layer (физический уровень) — осуществляет преобразование потока битов в сигналы, и наоборот.
В современных сетях используются так называемые семейства протоколов. Наиболее известны из них: IPX/SPX и TCP/IP .
Протоколы IPX/SPX разработаны для локальных сетей стандарта Novell Net Ware, но релизованы и для сетей стандарта Microsoft. В их основе транспортный протокол SPX и сетевой протокол IPX.
Семейство протоколов TCP/IP на основе транспортного протокола TCP и сетевого протокола IP включает в себя множество протоколов разного уровня: протокол управления сетью SNMP ; протокол динамической конфигурации сети DHCP : служба имен Windows в Internet-протоколах WINS ; доменная служба имен DNS; вышеупомянутые прикладные протоколы HTTP, SMTP, FTP , а также протоколы доступа к электронной почте POP3 и IMAP , к телеконференциям USENET NNTP и др.
Первоначально протоколы TCP/IP использовались только в глобальной сети Internet, но со временем стали основой для локальных сетей типа intranet . В сети этого типа используются не только те же протоколы, что и в Internet, но и такие же информационные ресурсы, а следовательно, и прикладное программное обеспечение. Пользователь intranet-сети может даже не заметить, из какой сети он получает информацию, из локальной или глобальной, так как intranet-сети, как правило, соединены с Internet.
В дальнейшем мы будем рассматривать только intranet-сети.
2.4.3.3. Аппаратные средства.
адаптерами
т. к. они поддерживают стандарт Plug and Play. Поэтому процедура установки и настройки сводится лишь к установке драйвера устройства, да и то, если операционная система «не знакома» с этим типом устройств. Если же применяются устаревшие конструкции (они размещаются в слотах типа ISA), то возможны конфликты с другим оборудованием (чаще всего это звуковые карты или последовательный порт COM1 или COM2).
мультиплексоры передачи данных
Мультиплексор передачи данных
Мультиплексоры передачи данных использовались в системах телеобработки данных — первом шаге на пути к созданию вычислительных сетей. В дальнейшем при появлении сетей со сложной конфигурацией и с большим количеством абонентских систем для реализации функций сопряжения стали применяться специальные связные процессоры.
модулированный
Модем — устройство, выполняющее модуляцию и демодуляцию несущих сигналов при передаче их из ЭВМ в канал связи и при приеме ЭВМ из канала связи. В качестве несущего сигнала может использоваться практически любой аналоговый сигнал (телефонный, телеграфный, телевизионный и т.д.).
В соответствии с типом несущего сигнала различают и типы модемов. Наиболее распространенными из них являются телефонные, но в последнее время все более широкое распространение получают DSL-модемы, позволяющие передавать информацию по кабельным сетям с высокой скоростью (это может быть и обычный телефонный кабель, кабельное телевидение и т.п.).
концентраторы.
Концентратор
повторители.
Повторитель, Локальные, Маршрутизатор (router)
Шлюз (gateway)
2.1. Функциональные группы устройств в сети
Основное назначение любой компьютерной сети — предоставление информационных и вычислительных ресурсов подключенным к ней пользователям.
С этой точки зрения локальную вычислительную сеть (ЛВС) можно рассматривать как совокупность серверов и рабочих станций.
Рабочая станция
Рабочая станция сети функционирует как в сетевом, так и в локальном режиме. Она оснащена собственной операционной системой (MS DOS, Windows, Linux и т.д.), обеспечивает пользователя всеми необходимыми инструментами для решения прикладных задач.
Сервер — компьютер, подключенный к сети, управляющий сетью и обеспечивающий ее пользователей определенными услугами и ресурсами.
Серверы могут осуществлять хранение данных, управление базами данных, уда-ленную обработку заданий, печать заданий и ряд других функций, потребность в которых может возникнуть у пользователей сети.
Различают следующие типы серверов:
- маршрутизатор;
- шлюз;
- DNS-сервер;
- файловый сервер (file-сервер);
- почтовый сервер (mail-сервер);
- web-сервер;
- proxy-сервер;
- ftp-сервер;
- сервер печати (print-сервер) и т.д.
В разветвленных сетях, содержащих большое количество рабочих станций, может существовать несколько компьютеров, выполняющих функции одного или нескольких серверов. В небольших сетях один компьютер может выполнять функции всех серверов одновременно.
Рассмотрим функции вышеуказанных серверов.
Маршрутизатор
шлюз — обеспечивает передачу информации между интерфейсами разного типа, преобразовывает информацию при передаче ее между сетями разного типа, то есть объединяет разнотипные сети;
DNS-сервер
file-сервер
mail-сервер —
web-сервер
proxy-сервер
ftp-сервер — обеспечивает прием/передачу файлов в локальных и глобальных сетях;
print-сервер
2.2. Управление взаимодействием устройств в сети
Информационные системы, построенные на базе компьютерных сетей, обеспечивают реше-ние следующих задач: хранение и обработка данных, организация доступа пользова-телей к данным, передача данных и результатов обработки данных пользователям.
В системах централизованной обработки эти функции выполняла центральная ЭВМ (mainframe, host).
клиентом и сервером.
Клиент — задача, рабочая станция или пользователь компьютерной сети. В процессе обработки данных клиент может сформировать запрос на сервер для выполнения сложных процедур, чтения файлов, поиска информации в базе данных и т. д.
Сервер, определенный ранее, выполняет запрос, поступивший от клиента. Результаты выполнения запроса передаются клиенту. Сервер обеспечивает хранение данных общего пользования, организует доступ к этим данным и передает данные клиенту.
клиент-сервер
Архитектура клиент-сервер может использоваться как в одноранговых локальных вычислительных сетях, так и в сети с выделенным сервером.
Одноранговая сеть.
Пользователю сети доступны все устройства, подключенные к другим станциям (диски, принтеры).
Достоинства, Недостатки
- зависимость эффективности работы сети от количества станций;
- сложность управления сетью;
- сложность обеспечения защиты информации;
- трудности обновления и изменения программного обеспечения станций.
Наибольшей популярностью пользуются одноранговые сети на базе сетевых операци-онных систем Windows9x, Windows 2000 Prof-fesional, LANtastic.
Сеть с выделенным сервером.
Такой компьютер обычно называют сервером сети. На нем устанавливается сетевая операционная система, к нему подключаются все разделяемые внешние устройства — жест-кие диски, принтеры и модемы.
Взаимодействие между рабочими станциями в сети, как правило, осуществляется через сервер. Но в сетях с централизованным управлением существует возможность обмена информацией между рабочими станциями, минуя файл-сервер.
Достоинства
- надежная система защиты информации;
- высокое быстродействие;
- отсутствие ограничений на число рабочих станций;
- простота управления по сравнению с одноранговыми сетями.
Недостатки
- высокая стоимость из-за выделения одного компьютера под сервер;
- зависимость быстродействия и надежности сети от сервера;
- меньшая гибкость по сравнению с одноранговой сетью.
Сети с выделенным сервером наиболее распространены у пользователей компьютерных сетей. Сетевые операционные системы для таких сетей — Novell NetWare, Windows NT Server, Windows 2000 Server, Unix, Linux.
2.3. Типовые топологии и методы доступа локальных сетей
2.3.1. Физическая передающая среда локальных сетей
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.
3.3.3.1. Кабель типа «витая пара» (twisted
Различают неэкранированную и экранированную витую пару.
В зависимости от количества проводов различают пять типов кабеля «неэкранированная витая пара» (UTP — Unshielded Twisted Pair): level1 — level5. Возможности каждого типа представлены в табл. 1.
Таблица 1
|
Тип кабеля |
level1 |
level2 |
level3 |
level4 |
level5 |
|
|
Максимальная скорость, Мбит/с |
только голос (телефонный кабель) |
4 |
10 |
16 |
100 |
|
Из таблицы видно, что для применения в современных ЛВС допустимы только кабели типа level3-level5, причем последний предпочтительнее. Для соединения кабеля с сетевым адаптером и концентраторами используется специальный соединитель типа RJ-45 — восьмипроводный (четыре пары) соединитель. Его конструкция аналогична стандартному четырехпроводному телефонному соединителю RJ-11.
Основной недостаток витой пары — плохая помехозащищенность. Технологические усовершенствования позволяют повысить помехозащищенность (экранированная витая пара), но при этом возрастает стоимость этого типа передающей среды. Кроме того, существует ограничение (100 м) на протяженность сети, поэтому обязательно применение хотя бы активных концентраторов. Кабели «витая пара» применяют для создания сетей стандартов 10BaseT (10 Мбит/с) и 100BaseT (100 Мбит/с).
3.3.1.2. Коаксиальный кабель
Рис. 8
Коаксиальный кабель может передавать данные со скоростью 10 Мбит/с на максимальное расстояние от 185 до 500 метров. Коаксиальный кабель сопротивлением 50 Ом/м (RG-58) применяется в сетях передачи данных, а кабель сопротивлением 75 Ом (RG-59) — в сетях кабельного телевидения Если в качестве адаптера использовать DSL-модемы, то по сетям кабельного телевидения наряду с телевизионным сигналом можно передавать данные.. Для соединения кабеля с адаптерами применяют специальные T-образные коннекторы (соединители) BNC. На концах кабеля обязательно должны располагаться специальные 50-омные заглушки.
Известны две разновидности коаксиального кабеля, используемого в ЛВС: «толстый Ethernet» (Thick Ethernet, Thicknet) и «тонкий Ethernet» (Thin Ethernet, Thinnet).
Оба кабеля применяются для создания сетей стандарта 10Base5.
Кабель «толстый Ethernet» в основном использовался в магистральных сетях. Сейчас он потерял свое значение из-за низкой скорости передачи и заменяется оптоволоконным. Кабель «тонкий Ethernet» широко использовался в сетях зданий. В последние годы практически не применяется, так как применение витой пары level5 может обеспечить более высокую скорость. Кроме того, через каждые 185 м в сети должен размещаться повторитель или усилитель сигнала, а кабель чувствителен к механическому воздействию, менее технологичен в прокладке.
3.3.1.3. Оптоволоконный кабель
Скорость передачи информации по оптоволоконному кабелю находится в диапазоне от 100 Мбит/с до 2 Гбит/с. Расстояние, на которое могут быть переданы данные без применения повторителей, достигает 2 км.
Для соединения оптоволоконного кабеля с обычной Ethernet-сетью применяют специальные оптические конвертеры, которые позволяют включать кабель в сетевые адаптеры или концентраторы.
В основном оптоволоконные кабели применяют для создания магистралей.
3.3.1.4. Беспроводные технологии (радиосвязь, микроволновая связь, инфракрасная связь)
Применение беспроводных технологий требует повышенного внимания к вопросам безопасности, может быть очень дорогим. В большинстве случаев регулируется государством, но иногда бывает, чуть ли, не единственным средством решения задачи организации связи.
2.3.2. Основные топологии ЛВС
Вычислительные машины, входящие в состав ЛВС, могут быть расположены самым случайным образом на территории, где создается вычислительная сеть. Следует заметить, что для способа обращения к передающей среде и методов управления сетью небезразлично, как расположены абонентские ЭВМ. Поэтому имеет смысл говорить о топологии ЛВС.
Топология ЛВС
3.3.2.1. Шина.
Такая сеть изготавливается либо на кабеле «толстый Ethernet», либо «тонкий Ethernet», т. е. магистраль (шина) требует установки на своих концах 50-омных заглушек.
Рис.9
Достоинства
