 |
Применение компьютерных сетей
|
|
|
|
Определение, назначение и классификация компьютерных сетей
В каждом из трех прошедших столетий преобладала какая-то одна господствующая технология. 18 век был веком индустриальной революции и механизации. В 19 веке наступила эпоха паровых двигателей. В 20 веке главной технологией стали сбор, обработка и распространение информации. Среди прочих разработок этого столетия следует отметить создание глобальных телефонных сетей, изобретение радио и телевидения, рождение и небывалый рост компьютерной индустрии, запуск спутников связи.
Благодаря высокой скорости технологического прогресса различия между сбором, транспортировкой, хранением и обработкой информации продолжают быстро исчезать. Организации с сотнями контор, разбросанных по всему миру, должны иметь возможность получать информацию о текущем состоянии дел в своем самом отдаленном офисе мгновенно нажатием кнопки. Поэтому потребности в средствах еще более сложной обработки информации постоянно растут.
Хотя компьютерная индустрия еще довольно молода по сравнению с другими производствами, прогресс в сфере производства компьютеров был весьма впечатляющим. Объединение компьютеров и средств связи оказало глубокое влияние на принцип организации компьютерных систем. Модель, в которой один компьютер выполнял всю необходимую работу по обработке данных, уступила место модели, представляющей собой большое количество отдельных, но связанных между собой компьютеров. Такие системы называются компьютерными сетями. Два компьютера называются связанными между собой, если они могут обмениваться информацией.
В литературе часто возникает путаница между понятиями компьютерная сеть и распределенная система. Основное их различие заключается в том, что в распределенной системе наличие многочисленных автономных компьютеров незаметно для пользователя. Он может ввести команду для запуска некоторой программы, и программа запустится. Однако какой выбрать процессор, где расположены необходимые для работы программы файлы, как их транспортировать и куда поместить результат, будет решать операционная система (ОС). Другими словами, пользователь распределенной системы не знает о существовании нескольких процессоров. Система выглядит как единый виртуальный процессор. Назначение заданий процессорам, перемещение файлов к месту использования, а также другие системные функции должны быть автоматическими.
|
|
|
В сети пользователь должен явно зарегистрироваться на одной машине, явно указывать удаленные задания, явно перемещать файлы и управлять работой сети. В распределенной системе ничего не должно делаться явно, все производится системой автоматически.
На самом деле распределенная система является программной системой, построенной на базе сети. Таким образом, различие между компьютерной сетью и распределенной системой заключается в программном обеспечении (особенно в ОС), а не в аппаратуре. Тем не менее, у них много общего. Например, как компьютерная сеть, так и распределенная система занимаются перемещением файлов. Разница в том, кто вызывает перемещение – система или пользователь.
Применение компьютерных сетей
Для каких же целей могут быть использованы компьютерные сети?
Первая цель – предоставление доступа к программам, оборудованию и особенно данным для любого пользователя сети. Это называется совместное использование ресурсов. Тот факт, что пользователь находится на расстоянии 1000 км от данных, не должно помешать ему воспользоваться этими данными так же, как если бы он находился рядом. То есть целью сетей является борьба с тиранией географии.
|
|
|
Вторая цель – обеспечение высокой надежности при помощи альтернативных источников информации. Например, все файлы могут быть расположены на двух или трех машинах одновременно, так что, если одна из них недоступна по какой-либо причине, то используются другие копии. Кроме того, наличие нескольких процессоров означает, что если один из них выйдет из строя, другие смогут выполнить его работу, хотя и с уменьшенной производительностью. Возможность продолжать работу, несмотря на аппаратные проблемы, имеет чрезвычайно большое значение для военных и банковских задач, в управлении воздушным транспортом и безопасностью ядерного реактора, и т.п.
Третья цель – экономия средств. Небольшие компьютеры обладают значительно лучшим соотношением цена–производительность, нежели большие. Это несоответствие заставляет разработчиков создавать системы на основе клиент-серверной модели, в которой обмен информацией обычно принимает форму запроса от клиента к серверу на выполнение каких-либо действий. Сервер выполняет работу и отсылает обратно ответ. Обычно в сети количество клиентов значительно больше числа используемых ими серверов.
Четвертая цель – масштабируемость, то есть способность увеличивать производительность системы по мере роста нагрузки за счет простого добавления процессоров. В случае клиент-серверной модели новые клиенты и новые серверы могут добавляться по мере необходимости.
И пятая цель – ускорение передачи информации. Компьютерная сеть является мощным средством связи между удаленными друг от друга сотрудниками организации. При помощи сети два или более удаленных друг от друга сотрудника могут легко составить совместный отчет. Если один из них изменяет документ, находящийся на сервере, в режиме on-line, остальные могут немедленно увидеть эти изменения, а не ждать письма несколько дней. На длительном отрезке времени использование сетей для общения между людьми может оказаться даже важнее, чем любая из технических целей.
Сетевое оборудование
Единой общепринятой системы, которой удовлетворяют все сети, не существует, но имеется два важнейших параметра: технология передачи и размеры. Рассмотрим их по очереди.
|
|
|
Существует два типа технологии передачи:
1. Широковещательные сети.
2. Сети с передачей от узла к узлу.
Широковещательные сети обладают единым каналом связи, совместно используемым всеми машинами сети. Короткие сообщения, называемые пакетами, посылаемые одной машиной, получаются всеми машинами. Поле адреса в пакете указывает, кому направляется сообщение. При получении пакета машина проверяет его адресное поле. Если пакет адресован этой машине, она обрабатывает пакет. Пакеты, адресованные другим машинам, игнорируются. Например, на громкий зов одного человека откликается только тот, чье имя называется. Широковещательные сети также позволяют адресовать пакет одновременно всем машинам с помощью специального кода в поле адреса. Такая операция называется широковещанием. В некоторых широковещательных системах существует также возможность посылать сообщения, называемые многоадресной передачей, подмножеству машин.
Сети с передачей от узла к узлу состоят из большого количества соединенных пар машин. В такой сети пакету необходимо пройти через ряд промежуточных машин, чтобы добраться до пункта назначения. Часто при этом существует несколько возможных путей от источника до получателя, поэтому алгоритмы вычисления таких путей играют очень важную роль в сетях с передачей от узла к узлу. Обычно небольшие сети используют широковещательную передачу, тогда как в более крупных сетях применяется передача от узла к узлу.
Другим критерием классификации сетей является их размер. Сети можно разделить на локальные (расположенные в одной комнате, одном здании, на одной территории), муниципальные, расположенные в одном городе, и глобальные (находящиеся в одной стране, на одном континенте). И, наконец, существуют объединения двух и более сетей. Хорошо известным примером такого объединения является Internet. Размеры сетей являются весьма важным классификационным фактором, поскольку в сетях различного размера применяется различная техника.
|
|
|
Иерархия протоколов
Для упрощения структуры большинство сетей организуется в наборы уровней или слоев, каждый последующий из которых возводится над предыдущим. Количество уровней, их названия, содержание и назначение разнятся для разных сетей. Однако во всех сетях целью каждого уровня является предоставление неких служб для верхнего уровня, скрывая от него детали реализации предоставляемого сервиса.
Уровень n одной машины поддерживает связь с уровнем n другой машины. Правила и соглашения, используемые в данном общении, называются протоколом уровня n. Протокол является договоренностью общающихся сторон о том, как должно происходить общение.
На рисунке показана пятиуровневая сеть. Объекты, включающие в себя элементы соответствующих уровней на различных машинах, называются одноранговыми или равноправными узлами или сущностями сети. Именно они общаются при помощи протокола.
Хост 1 Хост 2
Протокол уровня 5
Междууровневый интерфейс Протокол уровня 4 Междууровневый интерфейс
Протокол уровня 3
Протокол уровня 2
Протокол уровня 1
В действительности, данные не пересылаются с уровня n одной машины на уровень n другой машины. Вместо этого каждый уровень передает данные и управление уровню, лежащему ниже, и так до самого нижнего уровня. Ниже первого уровня располагается физический носитель, по которому и производится обмен информацией. На рисунке виртуальное общение показано пунктиром, а физическое – сплошными линиями.
Между каждой парой смежных уровней находится интерфейс, определяющий набор операций, предоставляемых нижним уровнем верхнему. Одной из важнейших задач является определение ясных интерфейсов между уровнями. Каждый уровень должен выполнять особый набор хорошо понятных функций. Ясно разграниченные интерфейсы также значительно упрощают изменение реализации уровня, при этом лишь требуется, чтобы новая реализация предоставляла такой же набор услуг вышестоящему уровню, что и предыдущая.
Локальные сети
Локальными сетями (ЛВС или LAN – Local Area Network) называют сети, размещающиеся, как правило, в одном здании или на территории какой-либо организации размерами до нескольких километров. Их часто используют при объединении компьютеров и рабочих станций для предоставления совместного доступа к ресурсам (например принтерам) и обмена информацией. Локальные сети отличаются от других сетей тремя характеристиками: размерами, технологией передачи данных и топологией. Обычные ЛВС имеют пропускную способность канала связи от 10 до 100 Мбит/с, небольшую задержку – десятые доли мксек и очень мало ошибок.
|
|
|
Муниципальные сети
Муниципальные сети (MAN – Metropolitan AN), также называемые региональными сетями, являются увеличенными версиями локальных сетей и обычно используют схожие технологии. Такая сеть может объединять несколько предприятий корпорации или город. Муниципальная сеть может поддерживать передачу цифровых данных, звука и может включать в себя кабельное телевидение. Обычно муниципальная сеть не содержит переключающих элементов для переадресации пакетов во внешние линии, что упрощает структуру сети.
Глобальные сети
Глобальная сеть (Wide AN или ГВС) охватывает значительную географическую область, часто целую страну или даже континент. Она объединяет множество машин, предназначенных для выполнения приложений. Эти машины называются хостами. Хосты соединяются коммуникационными подсетями или просто подсетями. Задачей подсети является передача сообщений от хоста хосту, подобно тому, как телефонная система переносит слова от говорящего слушающему. Таким образом, коммуникативный аспект сети – подсеть отделен от прикладного аспекта – хостов, что значительно упрощает структуру сети.
Подсеть состоит из двух раздельных компонентов: линий связи и переключающих элементов. Линии связи – каналы или магистрали – переносят данные от машины к машине.
Переключающие элементы являются специализированными компьютерами, используемыми для соединения двух или более линий связи. Когда данные появляются на входной линии, переключающий элемент, называемый маршрутизатором, должен выбрать выходную линию для дальнейшего маршрута этих данных.
Глобальные сети содержат большое количество кабелей и телефонных линий, соединяющих пару маршрутизаторов. Если какие-либо два маршрутизатора не связаны линией связи напрямую, то они должны общаться при помощи других маршрутизаторов, то-есть пакет посылается от одного маршрутизатора другому через несколько промежуточных маршрутизаторов. Подсеть, работающая по такому принципу, называется точка-точка (point-to point), подсеть с промежуточным хранением (store-and-forward) или подсеть с коммутацией пакетов (packed-switched).
Второй возможностью соединить маршрутизаторы глобальной сети является радиосвязь, как с использованием спутников, так и при помощи наземных ретрансляторов. Каждый маршрутизатор снабжается антенной, при помощи которой он может принимать и посылать сигнал.
Рекомендуемая литература
1. Компьютерные сети. Учебный курс/Пер. с англ. – М.: Изд. отдел "Русская редакция" ТОО "Channel Trading Ltd". – 1997. – 696 с.: ил.
2. Компьютерные сети +. Учебный курс: официальное пособие MS для самостоятельной подготовки/ Пер. с англ. – М.: Издательско-торговый дом "Русская редакция". – 2000. – 552 с.: ил.
3. Таненбаум Э. Компьютерные сети. – СПб.: Питер. – 2002. – 848 с.: ил.
4. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. Учебник. – СПб.: Питер. – 2001. – 672 с.: ил.
|
|
|
