Принципы построения вычислительных сетей

Основное назначение каждой компьютерной сети – предоставление информационных и вычислительных ресурсов за счёт разделения локальных ресурсов каждого компьютера между всеми пользователями сети. Но для этого недостаточно соединить компьютеры между собой. Необходимы ещё некоторые добавления к их операционным системам. На тех компьютерах, ресурсы которых должны быть доступны всем пользователям сети, необходимо добавить модули, которые будут находиться в режиме ожидания запросов от других компьютеров. Такие модули называются программными серверами (server), так как их главная задача – обслуживать запросы от других компьютеров. На компьютерах, пользователи которых хотят получить доступ к ресурсам других компьютеров, также нужно добавить к операционной системе некоторые специальные программные модули, которые должны вырабатывать запросы на доступ к удалённым ресурсам. Такие модули называют программными клиентами (client). Пара модулей «клиент-сервер» обеспечивает совместный доступ пользователей к определённому типу ресурсов, например к файлам. Обычно поддерживается несколько видов сетевых служб (service – сервис, услуга) – файловая служба, служба печати, служба электронной почты, служба удалённого доступа и т. п.

Термины «клиент» и «сервер» используются не только для обозначения программных модулей, но и компьютеров, подключенных к сети. Если компьютер предоставляет ресурсы другим компьютерам сети, то он называется сервером, а если их потребляет – клиентом. Иногда один и тот же компьютер может одновременно играть роли и сервера, и клиента.

Серверы хранят данные и являются источниками ресурсов сети. Клиент формирует запрос на сервер, а сервер выполняет запрос. Результаты выполнения запроса передаются клиенту. Для подобных систем принята терминология клиент-сервер.

Компьютерные сети подразделяются на два типа: одноранговые сети и сети на основе выделенного сервера. Между этими двумя типами сетей существуют принципиальные различия. В одноранговой сети нет единого центра управления взаимодействием рабочих станций и нет единого устройства для хранения данных. Все компьютеры в такой сети равноправны. Пользователю сети доступны все устройства, подключенные к другим станциям. Такая сеть высоконадежна и имеет сравнительно небольшую стоимость. Одноранговые сети, как правило, объединяют не более десятка компьютеров. К недостаткам относятся следующие обстоятельства: эффективность работы сети зависит от количества станций, управлять такой сетью сложно, также сложно обеспечить качественную защиту информации, кроме того, в такой сети трудно модифицировать и обновлять программное обеспечение.

В сетях с выделенным сервером один из компьютеров (сервер) выполняет функции хранения данных, управления взаимодействием между рабочими станциями и ряд сервисных функций. На сервере устанавливается сетевая операционная система, к нему подключаются все выделяемые внешние устройства— жёсткие диски, принтеры, модемы. Взаимодействие между рабочими станциями устанавливается через сервер. В такой сети возможно построить надежную систему защиты информации, она обеспечивает высокое быстродействие, просто управляема, в ней отсутствует ограничение на число рабочих станций. К недостаткам надо отнести высокую стоимость сети, зависимость быстродействия и надежности работы сети от сервера, меньшую гибкость системы по сравнению с одноранговой сетью.

В общем случае компьютерная сеть представляется совокупностью трёх вложенных друг в друга подсистем: сети рабочих станций, сети серверов и базовой сети передачи данных.

Рабочая станция (клиентская машина, рабочее место, абонентский пункт, терминал) — это компьютер, за которым непосредственно работает абонент компьютерной сети. Сеть рабочих станций представлена совокупностью рабочих станций и средств связи, обеспечивающих взаимодействие рабочих станций с сервером и между собой.

Сервер — это компьютер, выполняющий общие задачи компьютерной сети и предоставляющий услуги рабочим станциям. Сеть серверов — это совокупность серверов и средств связи, обеспечивающих подключение серверов к базовой сети передачи данных.

Базовая сеть передачи данных — это совокупность средств передачи данных между серверами. Она состоит из каналов связи и узлов связи. Узел связи — это совокупность средств коммутации и передачи данных в одном пункте. Узел связи принимает данные, поступающие по каналам связи, и передает данные в каналы, ведущие к абонентам.

Задачи надежного обмена двоичными сигналами по линиям связи в локальных сетях решают сетевые адаптеры (устройства сопряжения компьютера с каналами связи), а в глобальных сетях – аппаратура передачи данных. Это оборудование кодирует и декодирует информацию, синхронизирует передачу электромагнитных сигналов по линиям связи и проверяет правильность передачи.

Наиболее часто применяются следующие устройства:

· мультиплексоры – это устройства сопряжения компьютера с несколькими каналами связи. Сейчас вместо них применяют специальные связные процессоры;

· модемы — устройства, выполняющие модуляцию и демодуляцию информационных сигналов при передаче их из компьютера в каналы связи и при приёме их в компьютер из канала связи;

· концентраторы — устройства, коммутирующие несколько каналов связи на один путем частотного разделения. Это делается для экономии каналов связи;

· повторители — устройства, обеспечивающие сохранение формы и амплитуды сигнала при передаче его на большее, чем предусмотрено данным типом физической передающей среды, расстояние. Локальные повторители удлиняют сеть на расстояние около 50 м, дистанционные до 2000 м.

Подробнее эти устройства будут рассмотрены ниже.