32. Коммутация каналов, сообщений и пакетов

Известны три способа коммутации: коммутация каналов, коммутация сообщений, коммутация пакетов.

На телефонных сетях наиболее распространенным способом коммутации является коммутация каналов (линий). Он характеризуется тем, что по переданному адресу представляется тракт между передатчиком и приемником на все время передачи информации в реальном масштабе времени. Недостатком этого способа является неэффективное использование тракта, так как информация (речевое сообщение) прерывается длительными паузами. В таких системах коммутации качество обслуживания вызовов оценивается вероятностью отказов в установлении соединения из-за занятости каналов (линий) и приборов коммутации (системы с потерями) или временем ожидания обслуживания вызова (в системах с ожиданием). Перечисленные показатели нормируются.

Способ коммутации сообщений характеризуется тем, что тракт между приемником и передатчиком заранее не устанавливается, а канал в нужном направлении предоставляется (по адресу, приписываемому в начале сообщения), только на время передачи сообщения, а в паузах этот канал используется для передачи других сообщений. Системы коммутации сообщений являются системами с ожиданием. Качество обслуживания вызовов оценивается по среднему времени задержки сообщения. Способ коммутации сообщений используется, когда не требуется работа в реальном масштабе времени. По сравнению с коммутацией каналов коммутация сообщений имеет следующие преимущества: повышается использование каналов; возможно использование разных типов каналов на разных участках; регистрируются и хранятся проходящие через узел сообщения.

При коммутации пакетов сообщение разбивается на части одинакового объема, называемые пакетами. Каждому пакету присваивается номер пакета и адрес получателя. Передача пакетов одного сообщения происходит аналогично передаче в системе с коммутацией сообщений и может осуществляться по одному или разным путям. В оконечном пункте пакеты собираются и выдаются адресату.

Каждый из способов коммутации имеет свои преимущества и недостатки и может быть эффективно использован в определенных условиях и для определенных видов информации.

34. Виды сетей по территориальному расположению.

По территориальной распространенности компьютерные сети подразде-ляются на локальные, глобальные, и региональные.
Локальные компьютерные сети – это сети, перекрывающие территорию не более 10 кв.м. Они являются сетями закрытого типа, доступ к ним разрешен только ограниченному кругу пользователей, для которых работа в такой сети непосредственно связана с их профессиональной деятельностью.
Региональные компьютерные сети – это сети, расположенные на террито-рии города или области
Глобальные компьютерные сети – это сети, расположенные на территории государства или группы государств. Например, всемирная сеть Internet. Они яв-ляются открытыми и ориентированы на обслуживание любых пользователей.
Термин «корпоративная сеть» также используется в литературе для обо-значения объединения нескольких сетей, каждая из которых может быть по-строена на различных технических, программных и информационных принци-пах.
По ведомственной принадлежности различают ведомственные и госу-дарственные сети.
Ведомственные компьютерные сети принадлежат одной организации и располагаются на ее территории.
Государственные компьютерные сети – сети, используемые в государст-венных структурах.

35. Виды локальных сетей
Все современные локальные сети делятся на два вида:

• Одноранговые локальные сети - сети, где все компьютеры равноправны: каждый из компьютеров может быть и сервером, и клиентом. Пользователь каждого из компьютеров сам решает, какие ресурсы будут предоставлены в общее пользование и кому
• Локальные сети с цетрализованным управлением. В сетях с централизованным управлением политика безопасности общая для всех пользователей сети.

В зависимости от назначения и размера локальной сети применяются либо одноранговые сети, либо сети с централизованным управлением.

        Соединение без применения модема принято называть нуль-модемным соединением, а сети псевдосетями. Псевдосети применяются в том случае, когда возникает необходимость передать информацию с компьютера на компьютер. Для этого необходимо иметь специальное программное обеспечение. Такие сети обеспечивают малую скорость при передаче информации. Второй серьезный недостаток это невозможность соединения  между собой большого числа компьютеров. Для устранения подобных недостатков необходимо создавать сети называемые реальными.

Эти сети способные соединять между собой большое количество компьютеров,  но для этого необходимо устанавливать различные дополнительные устройство. Компьютерные сети могут подразделяться на различные группы. По распространенности сети могут быть местными. Такие сети размещаются на площади не более десяти квадратных метров. Существуют сети, которые размещены по регионам. Они организованы на территории области. Сети глобального масштаба организованы на площади всей страны или группы стран. Местные сети могут располагаться на территории предприятия или даже офиса. В сети глобального масштаба входят все местные сети, а также телекоммуникационные сети. С их помощью могут устанавливать соединение между собой любые компьютерные сети. Местные сети относятся к сетям, имеющим закрытый характер. Доступ к информации разрешен только сотрудникам, работающим в данной организации.

36. Виды серверов

Чаще всего название сервера включает и наименование его основной функции:

• файловый сервер; сервер печати; почтовый сервер; сервер новостей; Web-сервер;
• сервер баз данных;
• факс-сервер и т. д.

Серверы также могут классифицироваться по признаку, указывающему на характер его использования:

• выделенный сервер;
• невыделенный сервер.

Выделенный сервер в локальной сети предназначен исключительно для предоставления своих ресурсов в общее пользование, а не для непосредственной работы на нем, поэтому может полноценно функционировать без монитора и клавиатуры. Обычно он обладает повышенной мощностью и надежностью аппаратуры, а также используемого программного обеспечения. В качестве операционной системы выделенного сервера чаще всего используются:

• Microsoft Windows 2000 Server;
• Microsoft Windows 2003 Server;
• Linux, FreeBSD, Sun Solaris и другие разновидности Unix;
• Novell NetWare;

Невыделенный сервер совмещает функции сервера и рабочей станции. Иными словами, это рабочая станция, некоторые ресурсы которой выделены для совместного доступа к ним по сети. На рабочей станции (не выделенном сервере) операционной системой может быть, например:

• Microsoft Windows 98/ME;
• Microsoft Windows XP Professional;
• Microsoft Windows 2000 Workstation;
• Linux.

В одноранговых локальных сетях компьютеры объединены в рабочие группы (Workgroups), где они функционируют в качестве рабочих станций или невыделенных серверов, предоставляя часть своих ресурсов для использования своей рабочей группе. Одноранговые сети проще в администрировании, но не обеспечивают высокой степени защиты информации.

Локальные сети с выделенным сервером, напротив, имеют повышенную надежность и защищенность информации, которая хранится на сервере.

 

37. Компоненты сети

Компьютерная сеть состоит из трех основных аппаратных компонент и двух программных, которые должны работать согласованно. Для корректной работы устройств в сети их нужно правильно инсталлировать и установить рабочие параметры.

Основные компоненты

Основными аппаратными компонентами сети являются следующие:

1. Абонентские системы:
   компьютеры (рабочие станции или клиенты и серверы); 
   принтеры; 
   сканеры и др.
2. Сетевое оборудование: 
   сетевые адаптеры; 
   концентраторы (хабы); 
   мосты; 
   маршрутизаторы и др.
3. Коммуникационные каналы: 
   кабели; 
   разъемы; 
   устройства передачи и приема данных в беспроводных технологиях.

Основными программными компонентами сети являются следующие:

1. Сетевые операционные системы, где наиболее известные из них это:
   Windows NT;
   Windows for Workgroups;
   LANtastic;
   NetWare;
   Unix;
   Linux и т.д.
2. Сетевое программное обеспечение (Сетевые службы):
   клиент сети;
   сетевая карта;
   протокол;
   служба удаленного доступа.

В ЛВС каждый ПК называется рабочей станцией, за исключением одного или нескольких компьютеров, которые предназначены для выполнения функций файл-серверов. Каждая рабочая станция и файл-сервер имеют сетевые карты (адаптеры), которые посредством физических каналов соединяются между собой. В дополнение к локальной операционной системе на каждой рабочей станции активизируется сетевое программное обеспечение, позволяющее станции взаимодействовать с файловым сервером.

Компьютеры, входящие в ЛВС клиент – серверной архитектуры, делятся на два типа: рабочие станции, или клиенты, предназначенные для пользователей, и файловые серверы, которые, как правило, недоступны для обычных пользователей и предназначены для управления ресурсами сети.

Аналогично на файловом сервере запускается сетевое программное обеспечение, которое позволяет ему взаимодействовать с рабочей станцией и обеспечить доступ к своим файлам.

Рабочие станции

Рабочая станция (workstation) – это абонентская система, специализированная для решения определенных задач и использующая сетевые ресурсы. К сетевому программному обеспечению рабочей станции относятся следующие службы:

• клиент для сетей;
• служба доступа к файлам и принтерам;
• сетевые протоколы для данного типа сетей;
• сетевая плата;
• контроллер удаленного доступа.

Рабочая станция отличается от обычного автономного персонального компьютера следующим:

• наличием сетевой карты (сетевого адаптера) и канала связи;
• на экране во время загрузки ОС появляются дополнительные сообщения, которые информируют о том, что загружается сетевая операционная система;
• перед началом работы необходимо сообщить сетевому программному обеспечению имя пользователя и пароль. Это называется процедурой входа в сеть;
• после подключения к ЛВС появляются дополнительные сетевые дисковые накопители;
• появляется возможность использования сетевого оборудования, которое может находиться далеко от рабочего места.

Сетевые адаптеры

Для подключения ПК к сети требуется устройство сопряжения, которое называют сетевым адаптером, интерфейсом, модулем, или картой. Оно вставляется в гнездо материнской платы. Карты сетевых адаптеров устанавливаются на каждой рабочей станции и на файловом сервере. Рабочая станция отправляет запрос через сетевой адаптер к файловому серверу и получает ответ через сетевой адаптер, когда файловый сервер готов.

Сетевые адаптеры вместе с сетевым программным обеспечением способны распознавать и обрабатывать ошибки, которые могут возникнуть из-за электрических помех, коллизий или плохой работы оборудования.

Последние типы сетевых адаптеров поддерживают технологию Plug and Play (вставляй и работай). Если сетевую карту установить в компьютер, то при первой загрузке система определит тип адаптера и запросит для него драйверы.

Различные типы сетевых адаптеров отличаются не только методами доступа к каналу связи и протоколами, но еще и следующими параметрами:

• скорость передачи;
• объем буфера для пакета;
• тип шины; 
• быстродействие шины;
• совместимость с различными микропроцессорами;
• использованием прямого доступа к памяти (DMA); 
• адресация портов ввода/вывода и запросов прерывания; 
• конструкция разъема.

Файловые серверы

Сервер – это компьютер, предоставляющий свои ресурсы (диски, принтеры, каталоги, файлы и т.п.) другим пользователям сети.

Файловый сервер обслуживает рабочие станции. В настоящее время это обычно быстродействующий ПК на базе процессоров Pentium, работающие с тактовой частотой 500 Мгц и выше, с объемом ОЗУ 128Мбт или более. Чаще всего файловый сервер выполняет только эти функции. Но иногда в малых ЛВС файл–сервер используется еще и в качестве рабочей станции. На файловом сервере должна стоять сетевая операционная система, а также сетевое программное обеспечение. К сетевому программному обеспечению сервера относятся сетевые службы и протоколы, а также средства администрирования сервера.

Файловые серверы могут контролировать доступ пользователей к различным частям файловой системы. Это обычно осуществляется разрешением пользователю присоединить некоторую файловую систему (или каталог) к рабочей станции пользователя для дальнейшего использования как локального диска.

По мере усложнения возлагаемых на серверы функций и увеличения числа обслуживаемых ими клиентов происходит все большая специализация серверов.

Сетевые операционные системы

Сетевые операционные системы (Network Operating System – NOS) – это комплекс программ, обеспечивающих в сети обработку, хранение и передачу данных. Для организации сети кроме аппаратных средств, необходима также сетевая операционная система. Операционные системы сами по себе не могут поддерживать сеть. Для дополнения какой-нибудь ОС сетевыми средствами необходима процедура инсталляции сети.

Сетевая операционная система необходима для управления потоками сообщений между рабочими станциями и файловым сервером. Она является прикладной платформой, предоставляет разнообразные виды сетевых служб и поддерживает работу прикладных процессов, реализуемых в сетях. NOS используют архитектуру клиент–сервер или одноранговую архитектуру.

NOS определяет группу протоколов, обеспечивающих основные функции сети. К ним относятся:

• адресация объектов сети;
• функционирование сетевых служб;
• обеспечение безопасности данных; 
• управление сетью.

Сетевое программное обеспечение

Клиент для сетей обеспечивает связь с другими компьютерами и серверами, а также доступ к файлам и принтерам.

Сетевая карта является устройством, физически соединяющим компьютер с сетью. Для каждой сетевой карты устанавливаются свои драйверы, значение IRQ (требования к прерыванию) и адреса ввода/вывода.

Протоколы используются для установления правил обмена информацией в сетях.

Служба удаленного доступа позволяет делать файлы и принтеры доступными для компьютеров в сети.

Применение многопользовательских версий прикладных программ резко увеличивают производительность. Многие системы управления базами данных позволяют нескольким рабочим станциям работать с общей базой данных. Большинство деловых прикладных программ также являются многопользовательскими.

Сетевые карты

Являются одной из важнейших компонент любой компьютерной сети. Сетевые карты выступают в качестве физического интерфейса для соединения, между компьютером и сетевым кабелем. Сетевая карта вставляется в свободный слот расширения на материнской плате компьютера и различаются по типу используемого разъема: ISA, EISA, PCI.
Основное назначение сетевой карты:

• подготовка данных, поступающих от компьютера, к передаче по сетевому кабелю;
• передача данных другому компьютеру;
• управление потоком данных между компьютером и кабельной системой.

Кроме того, сетевая плата, принимает данные из кабеля и переводит их в форму, понятую центральному процессору компьютера. Также каждая сетевая карта имеет уникальный адрес (MAC). Сетевые адреса определены комитетом IEEE, этот комитет закрепляет за каждым производителем некий интервал адресов. Производители «зашивают» эти адреса в микросхемы сетевой карты.

Концентратор

Является центральной частью компьютерной сети в случае реализации топологии "звезда". И является самым простым устройством при создании компьютерных сетей. У него отсутствует возможность управления и применяется, как правило в сетях малых офисов или подразделений.

Коммутатор

Выступает в качестве ведущего элемента компьютерной сети. Обеспечение связи с базовой магистралью или группой серверов по высокоскоростным каналам, может соединять сегменты сети, служит также для изоляции трафика в сети, что способствует более высоким скоростям передачи информации.

Коммутаторы решают следующие проблемы:

• увеличивают размеры сети;
• увеличивают максимальное количество компьютеров в сети;
• устраняют узкие места, появляющиеся в результате подключения избыточного числа компьютеров и, как следствие, возрастание трафика.

Коммутатор при работе выполняет следующие действия:

• "слушает» весь трафик;
• проверяет адреса источника и получателя пакетов Ethernet;
• строит таблицу маршрутизации, состоящую из MAС адресов;
• передает пакеты Ethernet.

Можно сказать, что коммутаторы обладают некоторым «интеллектом», поскольку изучают, куда следует направлять данные. В начале работы таблица маршрутизации пуста, но затем она наполняется и концентратор изучая эти данные знает расположение компьютеров в сети. На сегодняшний день использование коммутаторов самый перспективный способ построения компьютерных сетей.

Маршрутизатор

Это элемент компьютерной сети объединяющей несколько сетевых сегментов с различными протоколами и архитектурами. Маршрутизаторы могут выполнять следующие функции:

• фильтровать и изолировать трафик;
• соединять сегменты сети;

Таблица данных которая находится в маршрутизаторе содержит сетевые адреса. Она включает следующую информацию:

• все известные сетевые адреса;
• способы связи с другими сетями;
• возможные пути между маршрутизаторами;
• стоимость передачи данных по маршруту.

На основании этих данных маршрутизатор выбирает наилучший маршрут для данных, сравнивая стоимость и доступность различных вариантов. Маршрутизаторы требуют специальной адресации: им понятны только номера сетей и адреса локальных сетевых карт. К удаленным компьютерам маршрутизаторы обращаться не могут.

Маршрутизаторы могут работать не со всеми протоколами, а только с маршрутизируемыми, к ним относятся:

• DECnet; 
• TCP/IP;
• IPX/SPX;
• OSI; 
• XNS.

К не маршрутизируемым протоколам относятся:

• LAT; 
• NetBEUI.

Маршрутизаторы объединяют сети и обеспечивают фильтрацию пакетов. Они также определяют наилучший маршрут для передачи данных. Перед применением маршрутизаторов необходимо убедится, что в сети отсутствуют не маршрутизируемые протоколы. Использование маршрутизаторов оправдано, если сеть имеет выход в глобальные сети или при использовании в качестве узлового элемента сети, уровня корпорации.

Спец оборудованием называются специальное терминальное оборудование для доступа к глобальным сетям. Более подробный обзор этого оборудования будет приведен в следующих материалах.