Информационно-вычислительная сеть (ИВС) - два или более компьютеров, соединенных посредством каналов передачи данных (линий проводной или радиосвязи, линий оптической связи) с целью объединения ресурсов и обмена информацией. Под ресурсами понимаются аппаратные средства и программные средства.
Соединение компьютеров в сеть обеспечивает следующие основные возможности: объединение ресурсов - возможность резервировать вычислительные мощности и средства передачи данных на случай выхода из строя отдельных из них с целью быстрого восстановления нормальной работы сети; разделение ресурсов - возможность стабилизировать и повысить уровень загрузки компьютеров и дорогостоящего периферийного оборудования, управлять периферийными устройствами; разделение данных - возможность создавать распределенные базы данных, размещаемые в памяти отдельных компьютеров, и управлять ими с периферийных рабочих мест; разделение программных средств - возможность совместного использования программных средств; разделение вычислительных ресурсов - возможность организовать параллельную обработку данных; используя для обработки данных другие системы, входящие в сеть; многопользовательский режим.
В целом, как показала практика, стоимость обработки данных в вычислительных сетях, за счет расширения возможностей обработки данных, лучшей загрузки ресурсов и повышения надежности функционирования системы, не менее чем в полтора раза ниже по сравнению с обработкой аналогичных данных на автономных компьютерах.
При объединении компьютеров в сеть система должна сохранять надежность, т.е. отказ какого-либо компьютера не должен приводить
к остановке работы системы, и, более того, должна обеспечиваться передача функций отказавшего компьютера на другой компьютер сети.
На сегодняшний день более 130 млн компьютеров, т.е. более 80%, объединены в информационно-вычислительные сети, начиная от малых локальных сетей до глобальных сетей типа Internet. Тенденция к объединению компьютеров в сети обусловлена рядом причин, таких как: необходимость получения и передачи сообщений не отходя от рабочего места; необходимость быстрого обмена информацией между пользователями; возможность быстрого получения разнообразной информации, вне зависимости от ее местонахождения.
Бурное развитие компьютерных сетей и подключение все большего числа персональных компьютеров к глобальным сетям привело в последние десятилетия к формированию основ концепции сетевого компьютера. Суть ее заключается в том, что ПК, работающий в сети, получает определенные преимущества перед автономным ПК: программы загружаются непосредственно из сети; нет необходимости иметь на ПК жесткий диск; экономятся время и средства на покупку и обновление ПО, так как оно устанавливается и обновляется через сеть; имеется доступ к электронной почте и ресурсам Internet.
Все функции по установке и обновлению программного обеспечения сетевого компьютера, наряду с другими функциями по поддержке функционирования сети, берут на себя провайдеры, обслуживающие сеть за небольшую абонентскую плату.
ИВС
среда передачи данных .
ИВС классифицируются по ряду признаков.
В зависимости от расстояния между связываемыми узлами различают вычислительные сети :
1. территориальная , охватывающая значительное географическое пространство. Среди территориальных сетей можно выделить региональные и глобальные , имеющие соответствующие масштабы. Региональные сети иногда называют сетями MAN (городская сеть), а глобальные сети называются WAN.
2. локальные вычислительные сети (ЛВС), охватывающие ограниченную территорию, обычно в пределах удалённости узлов сети не более чем на несколько десятков или сотен метров друг от друга, реже – на несколько км. Локальные сети обозначаются сокращением LAN.
3. Корпоративные сети (масштабные предприятия) – совокупность связанных между собой ЛВС, охватывающая территорию, на которой размещено одно предприятие или учреждение.
Среди глобальных сетей следует выделить единственную в своём роде глобальную сеть – Интернет и реализованную в ней информационную службу World Wide Web.
Различают интегрированные сети, неитегрированные сети и подсети.
Интегрированная вычислительная сеть (Интерсеть) представляет собой взаимосвязанную совокупность многих вычислительных сетей, которые в интерсети называются подсетями . Обычно интерсети приспособлены для различных видов связи: телефонии, электронной почты, передачи видеоинформации, цифровых данных и т.п. В этом случае они называются сетями интегрального обслуживания .
Кабели.
1. Коаксиальный кабель (аналогичным кабелем подключается телевизор к внешней антенне).
Вставить картинку.
2. Витая пара – попросту говоря несколько пар скрученных проводов, помещённых в один общий кабель (медных проводов). Этот кабель обычно экранирован и изолирован от внешних воздействий: электромагнитных волн и т.п.
Вставить картинку.
3. Оптическое волокно – это тонкий и гибкий кабель, по которому данные передаются с помощью световых волн. Такой тип кабеля позволяет передавать данные на расстояние, превышающее 1 км без потери качества передаваемого сигнала. По своему внешнему виду этот кабель похож на коаксиальный. Он состоит из толстого стеклянного волокна, вокруг которого оплетена пластиковая изоляция, не позволяющая выйти лучу света за пределы центрального волокна. И всё это ещё раз оплетено защитной пластиковой изоляцией.
Сетевые топологии.
Топологии локальных сетей можно рассматривать либо с физической, либо с логической точки зрения.
Физическая топология определяет геометрическое расположение элементов, из которых состоит сеть.
Топология – это не просто карта сети, а теоретическое и в какой-то мере графическое описание формы и структуры локальной сети.
Логическая топология определяет возможные связи между объектами сети, которые могут общаться друг с другом. Такой тип топологии удобно использовать, когда необходимо определить, какие пары объектов сети могут обмениваться информацией, и имеют ли эти пары физическое соединение друг с другом.
Базовые топологии.
1. Шина (линейная топология)
При линейной топологии все элементы сети подключены друг за другом при помощи одного кабеля. Концы такой сети должны быть затерминированы при помощи небольших заглушек – терминаторов. Обычно при такой топологии используется один кабель и в нём нет никакого дополнительного сетевого оборудования, которая позволяет соединять компьютеры и другие объекты сети. Все подключённые к такой сети устройства «слушают» сеть и принимают только те проходящие пакеты, которые предназначены для них, остальные игнорируют.
2. Топология кольцо.
При кольцеобразной топологии каждая рабочая станция соединяется с двумя своими ближайшими соседями. Такая взаимосвязь образует локальную сеть в виде петли или кольца. Данные передаются по кругу в одном направлении, а каждая станция играет роль повторителя, который принимает и отвечает на пакеты, адресованные ему, и передаёт другие пакеты следующей работающей станции вниз.
3. Топология звезда.
В сетях со звездообразной топологией рабочие станции подключаются к центральным устройствам – концентраторам. В отличие от кольцеобразной топологии (физической или виртуальной) каждое устройство звездообразной топологии получает доступ к сети независимо от других, и общая скорость работы сети ограничена только пропускной способностью концентратора.
Звездообразная топология является доминирующей в современных локальных сетях. Такие сети довольно гибкие, легко расширяемые и относительно недорогие по сравнению с более сложными сетями, в которых строго фиксированы методы доступа к сети. Таким образом, звёзды вытеснили устаревшие и редко использующиеся линейные и кольцеобразные топологии. Более того, они стали переходным звеном к последнему виду топологии – коммутируемой звезде .
Д/з: зачёт.
Маршрутизатор.
Маршрутизация – это более сложный процесс, чем коммутация. Здесь мы отдаляемся от физических частей сети. Каждый компьютер в маршрутизируемой сети имеет свой собственный адрес, соответствующий тому протоколу, с которым работает такая сеть.
С точки зрения локальных сетей маршрутизаторы используются редко. Коммутаторы и концентраторы в данном случае отлично справляются со своей задачей. Если же сеть разрастается до размеров глобальной сети (WAN), то в такой случае без маршрутизаторов не обойтись.
Тут схема типо.
Т.к. маршрутизатору не нужно подключать каждый компьютер сети, а только большие её сегменты, в ней нет такого кол-ва портов, как в коммутаторе или концентраторе. Для него достаточно числа портов соответствующее кол-ву соседних сегментов сети. Каждый маршрутизатор ведёт свою таблицу маршрутизации, отдельно напоминающая таблицу коммутации коммутатора. В ней указываются группы сетей и интерфейсы маршрутизатора, к которым они подключены. Таким образом устройство знает на какой порт отправить принятый пакет. По сути, маршрутизатор – это узко специализированный компьютер, в котором как и в обычном компьютере работает специальная ОС, которую можно соответствующим образом настроить.
Мост.
Мост – это устройство, соединяющее вместе 2 локальные сети. Оно передаёт кадры по сети, используя физические мак.адреса сетевых устройств.
Термин «маршрутизаторы» может показаться более привычным, поэтому часто мост называют «низкоуровневым маршрутизаторам». Так как маршрутизаторы оперируются логическими адресами, мосты более приближёнными к аппаратной части сети – физическими.
На рисунке изображена схема сети с использованием мостов. Удалённый мост соединяет 2 удалённые локальные сети (мост 1 и мост 2 на рисунке). По низкоскоростному каналу, например, по телефонной линии, локальный мост соединяет 2 соседние локальные сети (мост 3) .
Для локального моста основной задачей является повышение производительности между двумя сетями, когда как для удалённого моста первоочередной задачей является соединение двух удалённых сетей.
Мостами часто сложнее управлять, чем маршрутизаторами. В таких протоколах, как IP, используются сложные протоколы маршрутизации, позволяющие сетевым администраторам управлять процессом марщрутизации.
Протокол IP так же позволяет логически разбить сеть на сегменты (используя методы распределения адресов по подсетям). Мосты же изначально плохо поддаются управлению, т.к. в для настройки используются только мак.адреса и параметры физической топологии. Поэтому мосты лучше подходят для использования в небольших и простых сетях.
Построение сетевой инфраструктуры.
Ethernet – одна из старейших, простейших и самых дешёвых технологий локальных сетей. Её типы различаются на основе использования среды передачи или, иным словами, по типу кабеля:
¨ 10 Base-5 (толстый коаксиальный кабель) – это самый старинный тип кабеля.
¨ 10 Base-2 (тонкий коаксиальный кабель)
¨ 10 Base-Т (витая пара)
¨ 10 Base-F (оптическое стекловолокно)
Архитектура всех этих типов приблизительно одинакова. Они передают данные по локальной сети со скоростью до 10 Мбит/с. Для отправки данных по сети используется
CSMA/CD и на сегодняшний день самым распространенным типом Интернет является сеть, построенная на базе медной витой пары.
CSMA/CD.
Сердцем технологии Ethernet является протокол CSMA/CD (множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов). Контроль несущей обозначает, что каждый компьютер проверяет, передаёт ли какой-либо другой компьютер данные в сеть. Если это так, компьютер не обнаруживает несущую и не начинает передачу своих данных. Компьютер будет проверять наличие несущей до тех пор, пока не освободится сеть и несущая станет свободной. Обнаружение конфликтов означает, что если 2 компьютера одновременно начинают передать данные в сеть и их сигналы сталкиваются (происходит коллизия или другими словами конфликт), они прекращают передачу и возобновляют её только по истечении случайного промежутка времени. Множественный же доступ просто означает, что каждая машина подключена к одной линии сети.
TOKEN RING.
Устаревшая технология локальный сетей основана на кольцеобразной топологии. Эта технология работает следующим образом: ведущий компьютер создаёт в сети специальный информационный объект, который называется маркером, и отправляет его по сетевому кольцу. Этот маркер решает, какой из компьютеров имеет право на передачу данных в сеть. Достигая компьютера, у которого есть что-то для передачи, маркер захватывает его и меняет статус на «занят». Далее компьютер прикрепляет к нему ту информацию, которую он хочет передать и отправляет дальше по сети. Маркер циркулирует по сети до тех пор, пока не попадает к тому компьютеру, к которому эту информация предназначается.
Получающий компьютер забирает данные и отправляет маркер дальше. Когда он попадает к компьютеру-отправителю (который прикрепил к нему данные), маркер удаляется из сети, затем создаётся новый маркер, после чего цикл повторяется.
Архитектура сети TOKEN RING является упорядоченной и эффективной. Существуют 2 её типа: один работает на скорости 1 Мбит/с, а другой на 16.
FAST ETHERNET.
Как и технология ETHERNET, архитектура FAST ETHERNET имеет несколько видов, отличающихся друг от друга типами используемых кабелей:
¨ 100 BASE-T4 (витая пара, используется 4 пары проводов)
¨ 100 BASE-TХ (витая пара, используются только 2 пары проводов)
¨ 100 BASE-FX (оптическое стекловолокно)
Сама же технология FAST ETHERNET является только скоростной сестрой технологии ETHERNET.
В сетях FAST ETHERNET скорость передачи данных достигает 100 Мбит/с.
FDDI (распределённый интерфейс передачи данных по волоконно-оптическим каналам) – это устойчивая среда передачи данных, поостренная на базе оптического стекловолокна и обеспечивающая скорость передачи данных до 100 Мбит/с. Такая среда часто используется в качестве магистральных каналов к большим локальным сетям, а так же в качестве соединительного канала между локальными сетями и высокоскоростными компьютерами.
Технология FDDI основана на топологии TOKEN RING, но вместо одного основного кольца для передачи информации в ней используются 2. Первое кольцо обычно является основным, а второе необходимо в качестве резерва. Кольца посылают навстречу друг другу маркеры, чтобы уменьшить кол-во возникающих ошибок в сети. В некоторых типах этой технологии второе кольцо используется не как резервное, а как дополнительное к основному. Таким образом, скорость передачи данных увеличивается в 2 раза.
Технология SDDI (распределённый проводной интерфейс передачи данных) была создана чтобы снизить высокую стоимость оптического стекловолокна использующегося при реализации в сети на базе технологии FDDI.
Для SDDI используется обычная экранированная витая пара проводов.
Волоконно-оптический канал.
(FIBRE SHANNLE ) – интеллектуальная схема соединения, которая работает не только со своим протоколом, но и с таким протоколами как FDDI, SCSI, IP и многими другими.
Она была создана в виде единого стандарта для организации сети хранения информации и передачи данных. Изначально созданная для глобальных сетей схема с волоконно-оптическим каналом легко преобразуется для стандартов локальной сети с помощью коммутаторов. В ней так же поддерживаются как электрические, так и оптические среды передачи данных, что позволяет достигать скорости от 133 до 1062 Мбит/с. Ключевой частью волоконно-оптического канала является так называемый фундамент – абстрактный объект, являющийся промежуточным сетевым устройством, будто то закороченная петля, активный концентратор или канальный коммутатор.
Технология ATM (асинхронный режим передачи) была создана в виде стандарта для международных цифровых сетей.
ATM – это высокопроизводительная технология, которая подходит как для глобальных, так и для локальных сетей.
Для её реализации необходим специальный скоростной коммутатор, который подсоединяется к компьютерам оптическими кабелями (один для передачи и один для приёма).
ATM так же поддерживает одновременную передачу голоса данных и видео по одной сетевой технологии. Скорость передачи данных такой сети может быть 25 Мбит/с и выше и даже террабита скоростей.
Гигабит Ethernet.
Обычно Ethernet-сети работают на скорости 10 Мбит/с либо 100. Гигабитные сети увеличивают эту цифру в 10 раз, позволяя передавать информацию со скоростью до 1000 Мбит/с. Существующие сети Ethernet и Fast-Ethernet полностью совместимы и легко могут быть расширены до гигабитной архитектуры. Это архитектура поддерживает протокол CSMA/CD и может работать как с оптическим стекловолокном, так и с витой парой и даже с коаксиальным кабелем.
Классификация стандартов.
В работе по стандартизации телекоммуникационных сетей принимает участие большое число различных организаций, фирм изготовителей оборудования и ПО, а так же научных учреждений, ассоциаций, министерств и ведомостей.
Выделяют 4 группы стандартов:
1. международные , к которым относятся стандарты международной организации по стандартизации (ISO), международного союза электросвязи ITY.
2. национальные – отечественные стандарты, стандарты американского национального института стандартов (ANSI); стандарты, разработанные национальным центром компьютерной защиты (NCSC) министерства обороны США и другие.
3. специальных комитетов и объединений , создаваемых несколькими компаниями, например, стандарты, разрабатываемые специально созданным объединением (ATM FORM), насчитывающем около 100 коллективных участиях, или станларты союза PAST ETHERNET ALLIANCE.
4. отдельных фирм , например, стек протоколов архитектуры сетевых систем (SNA) компании IBM или графический интерфейс OPEN LOOK для UNIX-систем компании SUN.
Классификация информационно-вычислительных сетей (ИВС).
ИВС – сеть, в которой продуктом генерирования, переработки, хранения и использования является информация, а узлами сети – вычислительное оборудование.
Компонентами ИВС могут быть ЭВМ и периферийные устройства, являющиеся источниками и приёмниками данных.
Пересылка информации происходит с помощью средств, объединяемых под названием среда передачи данных .
Причины для объединения отдельных компьютеров в сеть:
- в сети можно организовать доступ для всех пользователей к единому информационному ресурсу (например, база данных) расположенному на одном компьютере. При этом возрастает мобильность и оперативность работы, упрощаются процессы обеспечения целостности информационного ресурса и его резервного копирования.
- при объединении компьютеров в сеть снижаются затраты на аппаратное обеспечение в расчёте на одного пользователя. Это достигается за счет совместного использования дискового пространства, дорогих внешних устройств (лазерные принтеры, плоттеры и т.д.), при этом правильная организация совместного доступа повышает надёжность системы в целом, поскольку при поломке одного устройства исполнение его функций может взять на себя другое.
- совместное использование дискового пространства позволяет разместить сетевые версии прикладного ПО на диске одного компьютера, что кроме значительной экономии места на дисках позволяет снизить затраты на ПО.
Структура информационно-вычислительной сети . Для создания крупномасштабных систем обработки данных вычислительные центры (ВЦ) и ЭВМ, обслуживающие отдельные предприятия и организации, объединяются с помощью средств передачи данных в информационно-вычислительные сети ИВС, где приняты такие обозначения: БД – банк данных; ГВМ – главная ЭВМ; ВЦКП – вычислительный центр коллективного пользования; ПЭВМ – персональная ЭВМ; АС – администратор сети; УМПД – удаленный ПТД – процессор телеобработки данных; УК – узел коммутации; ЦК – центр коммутации; МПД – мультиплексор ПД; ТВМ – терминальная ЭВМ; мультиплексор ПД.
В самом общем случае ИВС включает в себя три класса логических модулей:
– модули обработки данных пользователя, обеспечивающие абоненту доступ к различным вычислительным ресурсам. Эти модули позволяют реализовать главную целевую функцию ИВС – обработку данных пользователя;
– терминальные модули, обеспечивающие пользователю обращение к модулям обработки;
– модули взаимодействия и соединения, обеспечивающие местное или удаленное взаимодействие терминальных модулей с модулями обработки данных, а также терминальных модулей между собой.
Перечисленным логическим модулям соответствуют определенные физические объекты в ИВС. Так, модулям обработки данных соответствуют главные ЭВМ сети, собственно и создающие информационно-вычислительные ресурсы ИВС. Оконечные пункты или АП реализуют терминальные модули, а коммутационные центры (коммутационные ЭВМ) соответствуют модулям взаимодействия.
ИВС подразделяются на четыре взаимосвязанных объекта:
– базовая сеть передачи данных;
– сеть ЭВМ;
– терминальная сеть;
– администратор сети.
Сеть ЭВМ – совокупность ЭВМ, объединенных базовой сетью ПД. Сеть ЭВМ включает в себя главные ЭВМ (ГВМ), банки данных (БД), вычислительные центры коллективного использования (ВЦКП), а также терминальные ЭВМ (ТВМ). Основная задача ТВМ – сопряжение терминалов с базовой сетью ПД. Эту функцию могут выполнять также ПТД (процессоры телеобработки данных) и УМПД (удаленные мультиплексоры ПД). Кроме того, терминалы могут подключаться даже к главным ЭВМ.
Терминальная сеть – совокупность терминалов и терминальных сетей ПД. Под терминалом понимаются устройства, с помощью которых абоненты осуществляют ввод/вывод данных. В качестве терминалов могут использоваться интеллектуальные терминалы (ПЭВМ) и АП (абонентские пункты). Для подключения терминалов к сети ЭВМ, кроме, естественно, каналов связи, применяются терминальные ЭВМ (ТВМ), УМПД (удаленные мультиплексоры ПД), ПТД (процессоры телеобработки данных).
Административная система обеспечивает контроль состояния ИВС и управление ее работой в изменяющихся условиях. Данная система включает специализированные ЭВМ, терминальное оборудование и программные средства, с помощью которых:
– включается или выключается вся сеть или ее компоненты;
– контролируется работоспособность сети;
– устанавливается режим работы сети и ее компонентов;
– устанавливается объем услуг, предоставляемых абонентам сети, и т.д.
Шлюзовые элементы ИВС обеспечивают совместимость как базовой сети ПД, так и всей ИВС с другими внешними сетями. Протоколы внешних ИВС могут отличаться от имеющихся протоколов. Поэтому шлюзы при необходимости обеспечивают преобразование и согласование интерфейсов, форматов, способов адресации и т.п. Шлюзы реализуются на специализированных ЭВМ.
ИВС можно условно разделить на два класса:
– территориальные, т.е. имеющие большую площадь обслуживания;
– локальные – размещающиеся, как правило, внутри одного здания.
Основные характеристики информационно-вычислительных сетей . Основными характеристиками ИВС являются: операционные возможности, производительность, время доставки сообщений, стоимость обработки данных.
Рассмотрим эти характеристики подробнее.
Операционные характеристики (возможности) сети – перечень основных действий по обработке данных. ГВМ, входящие в состав сети, обеспечивают пользователей всеми традиционными видами обслуживания (средствами автоматизации программирования, доступом к пакетам прикладных программ, базам данных и т.д.). Наряду с этим ИВС может предоставлять следующие дополнительные услуги:
– удаленный ввод заданий – выполнение заданий с любых терминалов на любых ЭВМ в пакетном или диалоговом режимах;
– передачу файлов между ЭВМ сети;
– доступ к удаленным файлам;
– защиту данных и ресурсов от несанкционированного доступа;
– передачу текстовых и, возможно, речевых сообщений между терминалами;
– выдачу справок об информационных и программных ресурсах сети;
– организацию распределенных баз данных, размещаемых на нескольких ЭВМ;
– организацию распределенного решения задач на нескольких ЭВМ.
Производительность сети – представляет собой суммарную производительность главных ЭВМ. При этом обычно производительность ГВМ означает номинальную производительность их процессоров.
Время доставки сообщений определяется как среднее время от момента передачи сообщения в сеть до момента получения сообщения адресатом.
Цена обработки данных формируется с учетом стоимости средств, используемых для ввода/вывода, передачи и обработки данных. Эта стоимость зависит от объема используемых ресурсов ИВС, а также режима передачи и обработки данных.
Основные параметры ИВС зависят не только от используемых технических и программных средств, но и в значительной степени, от нагрузки, создаваемой пользователями.
Лекция 6. Информационно-вычислительные сети
Понятие и виды информационно-вычислительных сетей
Определение
. Информационно-вычислительная сеть
– это система компьютеров, объединенных каналами передачи данных.
Основная задача существования ИВС – информационное обслуживание пользователей, в том числе:
Хранение и обработка данных;
Предоставление данных пользователям.
Ср. с определением информационной системы. Современные ИС, как правило, являются распределенными. Таким образом, ИВС представляет собой комплекс технических средств, обеспечивающих функционирование ИС (техническую обеспечивающую подсистему).
Показатели качества ИВС:
Полнота функциональности;
Производительность (среднее количество запросов, обрабатываемых за единицу времени). Важным показателем производительности является пропускная способность сети – количество данных, передаваемых через сеть за единицу времени.
Надежность (устойчивость к помехам и отказам)
Защищенность информации , передаваемой по сети;
Прозрачность для пользователя – он должен использовать ресурсы сети точно так же как и локальные ресурсы собственного компьютера.
Масштабируемость и универсальность – возможность расширения сети без существенного снижения производительности, а также возможность подключать и использовать разнообразное техническое и программное обеспечение.
Виды ИВС:
Локальные (ЛВС, LAN – Local Area Network);
Региональные (РВС, MAN – Metropolitan Area Network);
Глобальные (ГВС, WAN – World Area Network).
Современные тенденции развития ИВС:
Конвергенция используемых технологий;
Объединение сетей в единую структуру (многосетевую иерархию).
Основы архитектуры ИВС
Концептуальное описание информационно-вычислительной сети часто называют ее архитектурой
.
Понятие Архитектура ИВС обычно включает в себя описание следующих элементов:
Геометрию построения (топологию) сети;
Протоколы передачи данных;
Техническое обеспечение информационно-вычислительных сетей.
Определение . Топология – это схема соединения сетевых компьютеров, кабельной системы и других сетевых компонентов.
Топологии ИВС принято разделять на 2 основных класса:
широковещательные;
последовательные.
В широковещательных конфигурациях каждый компьютер передает сигналы, которые могут быть восприняты всеми остальными компьютерами.
К таким конфигурациям относятся:
общая шина;
дерево (соединение общих шин);
звезда с пассивным центром.
В последовательных конфигурациях каждый физический подуровень передает информацию только одному компьютеру.
К таким конфигурациям относятся:
звезда с интеллектуальным центром;
кольцо;
цепочка;
иерархическое соединение;
снежинка;
произвольное соединение (ячеистая конфигурация);
Сети с шинной топологией используют линейный общий канал связи, к которому все узлы присоединяются через интерфейсные устройства посредством коротких соединительных линий.
В сети с кольцевой топологией все узлы соединены в единую замкнутую петлю (кольцо) каналами связи. Выход одного узла соединяется со входом другого узла. Информация передается от узла к узлу и при необходимости (если сообщение адресовано не ему) ретранслируется им по сети дальше. Передача данных осуществляется с использованием специальной интерфейсной аппаратуры и ведется в одном направлении.
Основу сети с радиальной топологией составляет специальное сетевое устройство, к которому подключаются компьютеры – каждый по своей линии связи. Таким устройством может выступать активный или пассивный концентратор, через который рабочие станции сети, например, осуществляют взаимодействие с сервером.
Существуют также иные виды топологий, которые являются развитием базовых: цепочка, дерево, снежинка, сеть и т.д. Топология реальной сети может совпадать с одной из указанных выше, либо представлять собой их комбинацию.
В различных топологиях реализуются различные принципы передачи информации :
в широковещательных – селекция информации;
в последовательных – маршрутизация информации.
Определение . Сетевой протокол – это набор правил и методов взаимодействия объектов вычислительной сети, охватывающий основные процедуры, алгоритмы и форматы преобразования и передачи данных в сети.
Международная организация по стандартизации разработала систему стандартных протоколов, которые охватывают все уровни сетевого взаимодействия – от физического до прикладного. Эта система протоколов получила название модели взаимодействия открытых систем (OSI, Open System Interconnection).
Модель OSI включает в себя 7 уровней взаимодействия:
1 – физический (формирует физическую среду передачи данных). Пример : Ethernet;
2 – канальный (организация и управление физическим каналом передачи данных);
3 – сетевой (обеспечивает маршрутизацию передачи данных в сети, устанавливает логический канал передачи данных). Пример : IP;
4 – транспортный (обеспечивает сегментирование данных и их надежную передачу от источника к потребителю). Пример : TCP;
5 – сеансовый (инициализация сеансов связи между приложениями, управление очередностью и режимами передачи данных) Пример : RPC;
6 – Представления (обеспечивает представление передаваемых данных в удобном для прикладных программ виде, включая шифрование/дешифрование, синтаксис и т.п.) Практическое применение ограничено;
7 – прикладной (обеспечивает средства сетевого доступа для прикладных программ). Пример : FTP, HTTP, Telnet.
С точки зрения технического обеспечения ИВС содержит:
Компьютеры
Рабочие станции;
Сетевые компьютеры (NetPC) – ЭВМ максимально упрощенно конфигурации, иногда без внешней памяти, предназначены для решения узкоспециализированных задач (классический «тонкий клиент» сети);
Серверы – высокопроизводительные многопользовательские компьютеры, выделенные для обработки запросов пользователей сети. К специализированным серверам относятся:
Файл-серверы (например, на RAID-массивах);
Серверы резервного копирования;
Факс-серверы (для организации эффективной факсимильной связи);
Почтовые серверы;
Серверы печати (для эффективного использования устройств вывода информации);
Серверы-шлюзы в Интернет (обеспечивают защищенный выход в Интернет);
Прокси-серверы (обеспечивают фильтрацию и временное хранение данных при работе в глобальной сети).
Маршрутизаторы и коммутирующие устройства. Устройства коммутации необходимы для использования одних и тех же каналов связи для передачи информации между различными пользователями. Если при этом сеть относится к классу сетей с маршрутизацией, то необходимо также осуществлять выбор оптимального маршрута. Для этого используются указанные устройства. В настоящее время известно три вида коммутации при передаче данных:
Коммутация каналов – организация непосредственного физического соединения между пунктам отправления и назначения данных. Такой сквозной физический канал устанавливается в начале сеанса связи и поддерживается все время его жизни. При этом образованный канал недоступен для других абонентов. Пример : телефонная связь.
Коммутация сообщений – передача данных в виде дискретных порций разной длины, при этом установления физического канала между источником и адресатом данных не происходит. Узлы коммутации передают сообщение по свободному на данный момент каналу на ближайший узел сети в сторону получателя.
Коммутация пакетов – похожа на коммутацию сообщений, но применяется технология разбиения длинных сообщений на множество пакетов одинаковой (стандартной) длины. Это позволяет повысить эффективность использования каналов, уменьшить емкость запоминающих устройств узлов коммутации, обеспечить более высокий уровень надежности передачи данных. Развитие этой технологии: организация виртуальных каналов , то есть разделение по времени ресурса канала между всеми пользователями.
Кабельная система (каналы связи).
Модемы и сетевые карты.
Модем – устройство прямого и обратного преобразования сигналов к виду, принятому для использования в определенном канале связи.
Аналоговые модемы – в настоящее время широко используются для передачи данных через телефонную линию. Первые версии протоколов передачи данных по телефонными проводам появились в середине 60-ых годов. Действующий с 1998 года протокол V.90 обеспечивает скорость передачи данных до 56 000 бит/с. Современные модемы поддерживают не только протоколы передачи данных, но и их кодирования, сжатия, коррекции. Аналоговые модемы бывают двух классов: программные и аппаратные. В первых выполнение работ по приему и передаче данных компьютером осуществляется с использованием соответствующего программного обеспечения (Пример : Win-модемы). Ко второму классу относятся устройства, в которых перечисленные функции реализованы аппаратно.
Цифровые модемы – это устройства, обеспечивающие согласование и правильность передачи данных по цифровым линиям. Для каждой конкретной сетевой технологии (относящейся к нижним уровням модели OSI) выпускается свой цифровой модем. Примеры : ISDN-модемы, ADSL-модемы, сотовые модемы, спутниковые радиомодемы.
Сетевые карты (сетевые адаптеры) – устройства, служащие для подключения компьютера к локальной сети.
Иное сетевое оборудование, используемое для соединения между собой сетевых сегментов и сетей, в том числе:
Повторители – устройства, усиливающие электрические сигналы и обеспечивающие его сохранение при передаче на большие расстояния;
Концентраторы – устройства, обеспечивающие коммутацию в сетях. Могут также выполнять роль повторителей (активные концентраторы);
Мосты – регулируют трафик и осуществляют фильтрацию информационных пакетов в соответствии с адресами получателей при соединении нескольких сетей с различной топологией но под управлением однотипных ОС.
Маршрутизаторы – интеллектуальные устройства, обеспечивающие соединение разнотипных сетей и предлагающие оптимальный маршрут для движения информационных пакетов.
Шлюзы – обеспечивают объединение разнородных сетей, использующих различные протоколы на всех 7 уровнях OSI. Кроме маршрутизации выполняют преобразование формата информационных пакетов и их перекодирование.
Локальные ИВС
Определение
. Локальной вычислительной сетью
(ЛВС) называют сеть, элементы которой – вычислительные машины, терминалы и связная аппаратура – располагаются на сравнительно небольшом удалении друг от друга.
Виды ЛВС:
Одноранговые;
С выделенным сервером.
С «толстым клиентом»;
С «тонким клиентом»
Этапы проектирования ЛВС:
Анализ исходных данных;
Выбор основных сетевых решений;
Анализ финансовых затрат на проект и принятие окончательного решения;
Прокладка кабельной системы;
Организация силовой электрической сети;
Установка оборудования и сетевого программного обеспечения;
Конфигурирование (настройка параметров) сети.
Первые три этапа касаются непосредственно процесса проектирования и являются основополагающими. В результате их выполнения формулируется технико-экономическое обоснование (ТЭО), которое включает в себя анализ предметной области и обоснование необходимости создания в организации локальной информационно-вычислительной сети. Кроме того, ТЭО обязательно должно содержать расчеты экономической эффективности, а также итоговое заключение о целесообразности и получаемых перспективах от реализации проекта (в данном случае, создания ЛВС)
Определение исходных данных
На этом этапе на основе анализа предметной области определяются те базовые требования, которым должна удовлетворять проектируемая локальная сеть.
Анализ предметной области необходимо начинать с определения целей разработки ЛВС. В качестве общих можно назвать такие цели как: обеспечение связи, совместная обработка информации, совместное использование данных и файлов, централизованное управление компьютерами, контроль за доступом к важным данным. Разумеется, в каждом конкретном случае перечень целей должен быть уточнен и дополнен. Следует помнить, что всякая цель проектирования и реализации ЛВС возникает не сама по себе, а как одна из целей функционирования некоторой информационной системы.
После определения списка целей необходимо выделить функционально-независимые группы пользователей локальной сети и указать для каждой из групп перечень их функций в ЛВС. Например , для пользователей группы «Клиенты туристической фирмы» можно предусмотреть функцию ознакомления с электронными презентациями новых маршрутов, а для пользователей «Менеджер туристической фирмы» – функции доступа к внутренней базе данных фирмы, подключения к глобальным сетям бронирования, связи с другими менеджерами и т.п. Следует помнить, что реализация каждой пользовательской функции должна способствовать достижению ранее заявленных целей разработки локальной сети.
Проведенный анализ целей и функций позволяет выдвинуть общие требования к проектируемой ЛВС:
Размер сети (количество компьютеров и расстояние между ними в настоящее время, а также в ближайшем будущем и в перспективе);
Структура сети (иерархия и основные части – по подразделениям, комнатам, этажам и т.п.);
Основные направления, характер (данные, изображения, звук, видео) и интенсивность информационных потоков;
Необходимость подключения к глобальным или другим локальным сетям.
Типовые характеристики компьютеров ЛВС.
Требования к программному обеспечению, устанавливаемому на компьютерах, объединяемых в сеть.
На основе выдвинутых требований проектировщик осуществляет поиск оптимального варианта ЛИВС.
Выбор основных сетевых решений
Выбор сетевых решений для локальной компьютерной сети осуществляется на основе следующих принципов:
Сеть должна соответствовать требованиям, сформулированным на этапе анализа исходных данных.
Предложенный вариант проекта ЛВС должен быть наиболее оптимальным с точки зрения некоторого критерия.
Архитектура сети должна обеспечивать возможность дальнейшего развития сети.
Управление используемым оборудованием должны быть как можно более простым.
К основным сетевым решениям, которые проектировщик должен выбрать для проектируемой компьютерной сети, относятся:
Выбор сетевой архитектуры, что подразумевает:
Выбор топологии сети, то есть схемы соединения компьютеров, кабельной системы и других сетевых компонентов;
Выбор протокола передачи данных;
Выбор типа кабельной системы;
Выбор сетевого оборудования.
Определение параметров серверного оборудования.
Определение характеристик рабочих станций.
Планирование мер по обеспечению информационной безопасности.
Планирование мер защиты от перебоев электропитания.
Выбор концепции совместного использования периферийных устройств.
Выбор сетевого ПО.
Обеспечение безопасности информации в сетях
Три базовых принципа информационной безопасности
Целостность данных (защита от сбоев, ведущих к потере информации, а также неавторизованного создания или уничтожения информации);
Конфиденциальность информации;
Доступность информации для всех авторизованных пользователей.
Аспекты рассмотрения вопросов информационной безопасности:
Угрозы безопасности;
Сервисы (службы) безопасности (СБ);
Механизмы реализации функций служб безопасности.
Угрозы безопасности описываются следующими показателями:
Характер проникновения (несанкционированного доступа в сеть): преднамеренное или случайное, кратковременное или долговременное, разовое или многократное.
Воздействие проникновения на информационную среду:
Неразрушающее (сеть продолжает функционировать нормально);
Разрушающее.
Вид воздействия на информацию:
Уничтожение (физическое удаление) информации;
Разрушение данных и программ;
Искажение информации;
Подмена программ;
Копирование информации (особенно опасно в случаях промышленного шпионажа);
Добавление новых компонентов;
Заражение вирусом.
Иные угрозы безопасности: несанкционированный обмен информацией между пользователями, отказ от информации, отказ в обслуживании.
Объекты воздействия: сетевая ОС, служебные таблицы и файлы, программы и таблицы шифровки информации, ОС рабочих станций сети, таблицы и файлы с секретной информацией конечных пользователей, прикладные программы, текстовые файлы, сообщения электронной почты и т.д.
Субъекты проникновения:
Взломщики сетей – хакеры (из корыстных или бескорыстных побуждений);
Уволенные или обиженные сотрудники сети;
Специалисты по промышленному шпионажу;
Недобросовестные конкуренты.
Некомпетентные и/или халатные администраторы и пользователи сети, а также разработчики используемого ПО (при случайном проникновении).
Службы безопасности (определяются в соответствии с документацией ISO):
Аутентификация подтверждение подлинности);
Обеспечение целостности передаваемых данных;
Засекречивание данных;
Контроль доступа;
Защита от отказов.
Механизмы реализации СБ:
Шифрование;
Цифровая подпись;
Контроль доступа;
Обеспечение целостности данных;
Обеспечение аутентификации (проверка подлинности пользователей);
Подстановка трафика (генерация объектами сети фиктивной передачи данных для засекречивания потоков конфиденциальной информации);
Управление маршрутизацией (выбор безопасных и надежных маршрутов передачи секретных сведений);
Арбитраж (подтверждение подлинности отправителя и других характеристик передаваемых данных некоторой третьей стороной – арбитром).
Корпоративные компьютерные сети
Корпоративные сети – это сети масштаба корпорации, активно использующие технологии сети Интернет для информационного обмена. Их относят к особому классу локальных сетей, имеющих значительную территорию охвата.
Определение
. Интранет
– это частная внутрифирменная или межфирменная компьютерная сеть, обладающая расширенными возможностями благодаря использованию в ней технологий Интернета, имеющая доступ в сеть Интернет, но защищенная от обращений к своим ресурсам со стороны внешних пользователей.
Элементы современной интранет-сети
:
Сетевое управление;
Сетевой каталог, отражающий все сетевые службы и ресурсы;
Сетевая файловая система;
Корпоративная база данных;
Интегрированная передача сообщений (электронная почта, факс и др.);
Средства работы в WWW;
Сетевая печать;
Защита информации от несанкционированного доступа.
Корпоративные компьютерные сети являются основой для построения корпоративных информационных систем .
Определение . Информационно-вычислительная сеть – это система компьютеров, объединенных каналами передачи данных.
Соединение компьютеров в сеть обеспечивает следующие основные возможности:
> Объединение ресурсов - возможность резервировать вычислительные мощности и средства передачи данных на случай выхода из строя отдельных из них с целью быстрого восстановления нормальной работы сети.
> Разделение ресурсов - возможность стабилизировать и повысить уровень загрузки компьютеров и дорогостоящего периферийного оборудования, управлять периферийными устройствами.
> Разделение данных - возможность создавать распределенные базы данных, размещаемые в памяти отдельных компьютеров, и управлять ими с периферийных рабочих мест
> Разделение программных средств - возможность совместного использования программных средств.
> Разделение вычислительных ресурсов - возможность организовать параллельную обработку данных; используя для обработки данных другие системы, входящие в сеть.
> Многопользовательский режим.
Основная задача существования ИВС – информационное обслуживание пользователей, в том числе:
Хранение и обработка данных;
Предоставление данных пользователям.
Современные ИС, как правило, являются распределенными. Таким образом, ИВС представляет собой комплекс технических средств, обеспечивающих функционирование ИС (техническую обеспечивающую подсистему).
Показатели качества ИВС:
Полнота функциональности;
Производительность (среднее количество запросов, обрабатываемых за единицу времени). Важным показателем производительности является пропускная способность сети – количество данных, передаваемых через сеть за единицу времени.
Надежность (устойчивость к помехам и отказам)
Защищенность информации , передаваемой по сети;
Прозрачность для пользователя – он должен использовать ресурсы сети точно так же как и локальные ресурсы собственного компьютера.
Масштабируемость и универсальность – возможность расширения сети без существенного снижения производительности, а также возможность подключать и использовать разнообразное техническое и программное обеспечение.
12.1. Архитектура ивс. Территориальные и локальные вычислительные сети. Протоколы ивс.
Концептуальное описание информационно-вычислительной сети часто называют ее архитектурой .
Понятие Архитектура ИВС обычно включает в себя описание следующих элементов:
Геометрию построения (топологию) сети;
Протоколы передачи данных;
Техническое обеспечение информационно-вычислительных сетей.
Определение . Топология – это схема соединения сетевых компьютеров, кабельной системы и других сетевых компонентов.
Топологии ИВС принято разделять на 2 основных класса:
широковещательные;
последовательные.
В широковещательных конфигурациях каждый компьютер передает сигналы, которые могут быть восприняты всеми остальными компьютерами.
общая шина;
дерево (соединение общих шин);
звезда с пассивным центром.
Широковещательные топологии применяются в основном для ЛВС.
В последовательных конфигурациях каждый физический подуровень передает информацию только одному компьютеру.
К таким конфигурациям относятся:
иерархическое соединение;
снежинка;
произвольное соединение (ячеистая конфигурация);
звезда с интеллектуальным центром;
Последовательные топологии применяются для глобальных сетей.
Сети с шинной топологией используют линейный общий канал связи, к которому все узлы присоединяются через интерфейсные устройства посредством коротких соединительных линий.
В сети с кольцевой топологией все узлы соединены в единую замкнутую петлю (кольцо) каналами связи. Выход одного узла соединяется со входом другого узла. Информация передается от узла к узлу и при необходимости (если сообщение адресовано не ему) ретранслируется им по сети дальше. Передача данных осуществляется с использованием специальной интерфейсной аппаратуры и ведется в одном направлении.
Основу сети с радиальной топологией составляет специальное сетевое устройство, к которому подключаются компьютеры – каждый по своей линии связи. Таким устройством может выступать активный или пассивный концентратор, через который рабочие станции сети, например, осуществляют взаимодействие с сервером.
Существуют также иные виды топологий, которые являются развитием базовых: цепочка, дерево, снежинка, сеть и т.д. Топология реальной сети может совпадать с одной из указанных выше, либо представлять собой их комбинацию.
В различных топологиях реализуются различные принципы передачи информации :
в широковещательных – селекция информации;
в последовательных – маршрутизация информации.
ИВС классифицируются по ряду признаков. Зависимо от расстояний меж связываемыми узлами различают вычислительные сети:
территориальные - обхватывающие существенное географическое место. Посреди территориальных сетей можно выделить сети региональные и глобальные, имеющие соответственно региональные либо глобальные масштабы; региональные сети время от времени именуют сетями MAN (Metropolitan Area Network), а общее английское заглавие для территориальных сетей - WAN (Wide Area Network);
локальные (ЛВС) - обхватывающие ограниченную местность (обычно в границах удаленности станций менее чем на несколько 10-ов либо сотен метров друг от друга, пореже - на 1.2 км). Локальные сети обозначают LAN (Local Area Network);
Определение . Сетевой протокол – это набор правил и методов взаимодействия объектов вычислительной сети, охватывающий основные процедуры, алгоритмы и форматы преобразования и передачи данных в сети.
Международная организация по стандартизации разработала систему стандартных протоколов, которые охватывают все уровни сетевого взаимодействия – от физического до прикладного. Эта система протоколов получила название модели взаимодействия открытых систем (OSI, Open System Interconnection).
Модель OSI включает в себя 7 уровней взаимодействия:
1 – физический (формирует физическую среду передачи данных). Пример : Ethernet;
2 – канальный (организация и управление физическим каналом передачи данных);
3 – сетевой (обеспечивает маршрутизацию передачи данных в сети, устанавливает логический канал передачи данных). Пример : IP;
4 – транспортный (обеспечивает сегментирование данных и их надежную передачу от источника к потребителю). Пример : TCP;
5 – сеансовый (инициализация сеансов связи между приложениями, управление очередностью и режимами передачи данных) Пример : RPC;
6 – Представления (обеспечивает представление передаваемых данных в удобном для прикладных программ виде, включая шифрование/дешифрование, синтаксис и т.п.) Практическое применение ограничено;
7 – прикладной (обеспечивает средства сетевого доступа для прикладных программ). Пример : FTP, HTTP, Telnet.
