Компьютерные сети и технологии

ОГЛАВЛЕНИЕ



	ОГЛАВЛЕНИЕ	1

	ВВЕДЕНИЕ	2

		1.	КОММУНИКАЦИОННАЯ СРЕДА И ПЕРЕДАЧА  ДАННЫХ	3

		1.1.	Назначение и классификация компьютерных сетей	3

		1.2.	Обобщенная структура компьютерной сети	5

		1.3.	Классификация вычислительных сетей	7

		1.4.	Характеристика процесса передачи данных	8

		1.4.1.	Режимы передачи данных	8

		1.4.2.	Коды передачи данных	10

		1.4.3.	Аппаратная реализация передачи данных	11

		2.	ЛОКАЛЬНЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СЕТИ	16

		2.1.	Функциональные группы устройств в сети	16

		2.2.	Управление взаимодействием устройств в сети	17

		2.3.	Типовые топологии и методы доступа локальных сетей	19

		2.3.1.	Физическая передающая среда локальных сетей	19

		2.3.2.	Основные топологии ЛВС	21

		2.4.	Работа в локальной intranet-сети	23

		2.4.1.	Настройка рабочей станции для работы в intranet-сети	23

		2.4.2.	Настройка и использование ресурсов общего доступа	28

		3.	ЗАКЛЮЧЕНИЕ	32

ЛИТЕРАТУРА…………………………..……………………………………….33


ВВЕДЕНИЕ



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. 


КОММУНИКАЦИОННАЯ СРЕДА И ПЕРЕДАЧА ДАННЫХ



	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.

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 – обработка данных, выполняемая на независимых, но связанных между собой компьютерах, представляющих распределенную систему.

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 – группа установленных рядом вычислительных машин, объединенных с помощью специальных средств сопряжения и совместно выполняющих единый информационно-вычислительный процесс.

Примечание. Под процессом понимается некоторая последовательность действий для решения задачи, определяемая программой.

Многомашинные вычислительные комплексы могут быть:

локальными при условии установки компьютеров в одном помещении, не требующих для взаимосвязи специального оборудования и каналов связи;

дистанционными, если некоторые компьютеры комплекса установлены на значительном расстоянии от центральной ЭВМ и для передачи данных используются телефонные каналы связи.

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 предварительную 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, поступающих 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 центральную ЭВМ. Это дистанционный многомашинный комплекс.

Компьютерная (вычислительная) сеть – совокупность компьютеров и терминалов, соединенных с помощью каналов связи в единую систему, удовлетворяющую требованиям распределенной обработки данных.

Примечание. Под системой понимается автономная совокупность из одной или нескольких ЭВМ, программного обеспечения, периферийного оборудования, терминалов, средств передачи данных, физических процессов и операторов, способная осуществлять обработку информации и выполнять функции взаимодействия с другими системами.



Обобщенная структура компьютерной сети



Компьютерные сети являются высшей формой многомашинных ассоциаций. Выделим основные отличия компьютерной сети от многомашинного вычислительного комплекса.

Первое отличие – размерность. В состав многомашинного вычислительного комплекса входят обычно две, максимум три ЭВМ, расположенные преимущественно в одном помещении. Вычислительная сеть может состоять из десятков и даже сотен ЭВМ, расположенных на расстоянии друг от друга от нескольких метров до десятков, сотен и даже тысяч километров.

Второе отличие – разделение функций между ЭВМ. Если в многомашинном вычислительном комплексе функции обработки, передачи данных и управления системой могут быть реализованы в одной ЭВМ, то в вычислительных сетях эти функции распределены между различными ЭВМ.

Третье отличие – необходимость решения в сети задачи 
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 – объекты, генерирующие или потребляющие информацию в сети. Абонентами сети могут быть отдельные ЭВМ, комплексы ЭВМ, терминалы, промышленные роботы, станки с числовым программным управлением и т.д. Любой абонент сети подключается к станции.

Станция – аппаратура, которая выполняет функции, связанные с передачей и приемом информации.

Совокупность абонента и станции принято называть абонентской системой. Для организации взаимодействия абонентов необходима физическая передающая среда.

Физическая передающая среда – линии связи или пространство, в котором распространяются электрические сигналы, и аппаратура передачи данных.

На базе физической передающей среды строится коммуникационная сеть, которая обеспечивает передачу информации между абонентскими системами.

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



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 вычислительная сеть объединяет абонентов, расположенных в различных странах, на различных континентах. Взаимодействие между абонентами такой сети может осуществляться на базе телефонных линий связи, радиосвязи и систем спутниковой связи. Глобальные вычислительные сети позволят решить проблему объединения информационных ресурсов всего человечества и организации доступа к этим ресурсам.

Региональная вычислительная сеть связывает абонентов, которые находятся на значительном расстоянии друг от друга. Она может включать абонентов внутри большого города, экономического региона, отдельной страны. Обычно расстояние между абонентами региональной вычислительной сети составляет десятки и сотни километров.

Локальная вычислительная сеть объединяет абонентов, расположенных в пределах небольшой территории. В настоящее время не существует четких ограничений на территориальный разброс абонентов локальной вычислительной сети. Обычно такая сеть привязана к конкретному месту. К классу локальных вычислительных относятся сети отдельных предприятий, фирм, банков, офисов и т.д. Протяженность такой сети можно ограничить пределами 2 – 2,5 км.

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 различными 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.



Характеристика процесса передачи данных



Режимы передачи данных

Любая коммуникационная сеть должна включать следующие основные компоненты: передатчик, сообщение, средства передачи, приемник.

Передатчик – устройство, являющееся источником данных.

Приемник – устройство, принимающее данные. Приемником могут быть компьютер, терминал или какое-либо цифровое устройство. 



ИЕРАРХИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ





Рис. 5



Сообщение – цифровые данные определенного формата, предназначенные для передачи. Это может быть файл базы данных, таблица, ответ на запрос, текст или изображение

Средства передачи – физическая передающая среда и специальная аппаратура, обеспечивающая передачу сообщений. Для этого в вычислительных сетях используются различные типы каналов связи. Наиболее распространены выделенные телефонные каналы и специальные каналы для передачи цифровой информации. Применяются также радиоканалы и каналы спутниковой связи.

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. Существуют три режима передачи: симплексный, полудуплексный и дуплексный.

Симплексный режим – передача данных только в одном направлении.

Примером симплексного режима передачи является система, в которой информация, собираемая с помощью датчиков, передается для обработки на ЭВМ. В вычислительных сетях симплексная передача практически не используется,

Полудуплексный режим – попеременная передача информации, когда источник и приемник последовательно меняются местами.

Яркий пример работы в полудуплексном режиме – разведчик, передающий в центр информацию, а затем принимающий инструкции из центра.

Дуплексный режим – одновременные передача и прием сообщений. Это – наиболее скоростной режим работы. Он позволяет эффективно использовать вычислительные возможности быстродействующих ЭВМ в сочетании с высокой скоростью передачи данных по каналам связи. Пример дуплексного режима – телефонный разговор (рис. 6).



СИМПЛЕКСНЫЙ РЕЖИМ ПЕРЕДАЧИ



ПОЛУДУПЛЕКСНЫЙ РЕЖИМ ПЕРЕДАЧИ



ДУПЛЕКСНЫЙ РЕЖИМ ПЕРЕДАЧИ





Рис. 6



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 28=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. Интерфейсный кабель – это набор проводов, по которым передаются сигналы от одного устройства компьютера к другому. Чтобы обеспечить быстродействие, для каждого сигнала выделен отдельный провод. Сигналы передаются в определенной последовательности и в определенных комбинациях.

Для передачи кодовой комбинации используются столько линий, сколько битов эта комбинация содержит. Каждый бит передается по отдельному проводу. Это параллельная передача или передача параллельным кодом. Предпочтение такой передаче отдается при организации локальных МВК, для внутренних связей ЭВМ и при небольших расстояниях между абонентами сети. Передача параллельным кодом обеспечивает высокое быстродействие, но требует повышенных затрат на создание физической передающей среды и обладает плохой помехозащищенностью. В вычислительных сетях передача параллельными кодами не используется.

Для передачи кодовой комбинации по двухпроводной линии группа битов передается по одному проводу бит за битом. Это передача информации последовательным кодом. Она, естественно, медленнее, так как требует преобразования данных в параллельный код для дальнейшей обработки в ЭВМ, но экономически более выгодна для передачи сообщений на большие расстояния.



Аппаратная реализация передачи данных

2.4.3.1. Характеристики коммуникационной сети можно использовать для оценки ее качества:

скорость передачи данных по каналу связи;

пропускную способность канала связи;

достоверность передачи информации;

надежность канала связи и модемов.

Скорость передачи данных по каналу связи измеряется количеством битов информации, передаваемых в единицу времени – секунду (bps – bit per second).

Примечание. Часто используется единица измерения скорости – бод, т.е. число изменений состояния среды передачи в секунду. Так как каждое изменение состояния может соответствовать нескольким битам данных, то реальная скорость в битах в секунду может превышать скорость в бодах.

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.

Для пользователей вычислительных сетей значение имеют не абстрактные биты в секунду, а информация, единицей измерения которой служат байты или знаки. Поэтому более удобной характеристикой канала является его пропускная способность, которая оценивается количеством знаков, передаваемых по каналу за единицу времени – секунду. При этом в состав сообщения включаются и все служебные символы. Теоретическая пропускная способность определяется скоростью передачи данных. Реальная пропускная способность зависит от ряда факторов, среди которых и способ передачи, и качество канала связи, и условия его эксплуатации, и структура сообщений. Единица измерения пропускной способности канала связи – знак в секунду (cps – character per second).

Существенной характеристикой коммуникационной системы любой сети является достоверность передаваемой информации. Так как на основе обработки информации о состоянии объекта управления принимаются решения о том или ином ходе процесса, то от достоверности информации в конечном счете может зависеть судьба объекта. Достоверность передачи информации оценивают как отношение количества ошибочно переданных знаков к общему числу переданных знаков. Требуемый уровень достоверности должны обеспечивать как аппаратура, так и канал связи. Нецелесообразно использовать дорогостоящую аппаратуру, если относительно уровня достоверности канал связи не обеспечивает необходимых требований. Единица измерения достоверности: количество ошибок на знак – ошибок/знак.

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.

Наконец, надежность коммуникационной системы определяется либо долей времени исправного состояния в общем времени работы, либо средним временем безотказной работы. Вторая характеристика позволяет эффективнее оценить надежность системы. Единица измерения надежности: среднее время безотказной работы в часах.

Для вычислительных сетей среднее время безотказной работы должно быть достаточно большим и составлять, как минимум, несколько тысяч часов.



2.4.3.2. Протоколы компьютерной сети – набор правил, определяющий взаимодействие двух одноименных уровней модели взаимодействия открытых систем в различных абонентских ЭВМ.

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 layer (уровень приложений, прикладной уровень) – представляет набор интерфейсов для приложений, позволяющий получить доступ к сетевым службам. Примеры протоколов, используемых на этом уровне: HTTP – доступ к ресурсам World Wide Web; FTP – протокол передачи/приема файлов; SMTP – протокол передачи электронной почты и др.

Presentation layer (уровень представления) – преобразует данные в общий формат для передачи по сети.

Session layer (сеансовый уровень) – позволяет двум сторонам поддерживать по сети продолжительное взаимодействие, называемое сеансом.

Transport layer (транспортный уровень) – управляет передачей по сети. Примеры: NetBIOS/NetBEUI; SPX, TCP. 

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. Чтобы обеспечить передачу информации из ЭВМ в коммуникационную среду, необходимо  согласовать сигналы внутреннего интерфейса ЭВМ с параметрами сигналов, передаваемых по каналам связи. При этом должно быть выполнено как физическое согласование (форма, амплитуда и длительность сигнала), так и кодовое.

Технические устройства, выполняющие функции сопряжения ЭВМ с каналами связи, называются адаптерами или сетевыми адаптерами (NIC – Network Interface Card). Один адаптер обеспечивает сопряжение с ЭВМ одного канала связи. Как правило, установка и настройка современного сетевого адаптера не вызывает затруднений, 
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).

Кроме одноканальных адаптеров используются и многоканальные устройства – мультиплексоры передачи данных или просто мультиплексоры.

Мультиплексор передачи данных – устройство сопряжения ЭВМ с несколькими каналами связи.

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.

Для передачи цифровой информации по каналу связи необходимо поток битов преобразовать в аналоговые сигналы, а при приеме информации из канала связи в ЭВМ выполнить обратное действие – преобразовать аналоговые сигналы в поток битов, которые может обрабатывать ЭВМ. Аналоговый сигнал представляет собой специальным образом обработанный (модулированный) сигнал несущей частоты. Такие преобразования выполняет специальное устройство – модем.

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.).

Наиболее дорогой компонент вычислительной сети – канал связи. Поэтому при построении ряда вычислительных сетей стараются сэкономить на каналах связи, коммутируя несколько внутренних каналов связи на один внешний. Для выполнения функции коммутации используются специальные устройства – концентраторы.

Концентратор – устройство, коммутирующее несколько каналов связи и один путем частотного разделения в сетевой конфигурации «звезда» (см. ниже), действует на физическом уровне сетевой модели OSI. Различают три основных типа концентраторов: пассивные, активные и интеллектуальные. Пассивный концентратор представляет собой только точку разветвления сети. Активный концентратор (hub) не только разветвляет сеть, но и усиливает сигнал, а, следовательно, требует дополнительной энергии. Интеллектуальные концентраторы (switch), кроме того, осуществляют функции маршрутизации.

В ЛВС, где физическая передающая среда представляет собой кабель ограниченной длины, для увеличения протяженности сети используются специальные устройства – повторители.

Повторитель – устройство, действующее на физическом уровне сетевой модели OSI и обеспечивающее сохранение формы и амплитуды сигнала при передаче его на большее, чем предусмотрено данным типом физической передающей среды, расстояние.

Существуют локальные и дистанционные повторители. Локальные повторители позволяют соединять фрагменты сетей, расположенные на расстоянии до 50 м, а дистанционные – до 2000 м.

Маршрутизатор (router) – устройство, работающее на сетевом уровне сетевой модели OSI и связывающее два и более сетевых сегмента (или подсети). Маршрутизатор получает информацию о сетевом адресе пакета и сравнивает его с элементами таблицы маршрутизации. Если имеется совпадение, пакет направляется по нужному адресу. Маршрутизаторы могут выполняться в виде отдельных устройств. Но роль маршрутизатора может выполнять и специальное программное обеспечение, установленное на сервере.

Шлюз (gateway) – метод осуществления связи между двумя или несколькими сетевыми сегментами. Другой функцией шлюза является преобразование протоколов, например, IPX/SPX в TCP/IP и наоборот. В качестве шлюзов обычно выступают компьютеры со специальным программным обеспечением.


ЛОКАЛЬНЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СЕТИ 



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 – персональный компьютер, подключенный к сети, через который пользователь получает доступ к ее ресурсам.

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, удаленную 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 – обеспечивает правильную доставку информационных ресурсов рабочей станции, запрашивающей эти ресурсы;

шлюз – обеспечивает передачу информации между интерфейсами разного типа, преобразовывает информацию при передаче ее между сетями разного типа, то есть объединяет разнотипные сети;

DNS-сервер – обеспечивает преобразование доменных имен рабочих станций в цифровые адреса, и наоборот (см. ниже), а также взаимодействие с аналогичными службами в глобальной сети;

file-сервер – хранит данные пользователей сети и обеспечивает им доступ к этим данным (см. ниже);

mail-сервер – обеспечивает прием/передачу электронных сообщений в сети, а также взаимодействие с аналогичными серверами в других сетях (см. ниже);

web-сервер – обеспечивает хранение и доставку гипертекстовых документов в сети (см. ниже);

proxy-сервер – позволяет организовать совместный доступ к ресурсам глобальной сети для рабочих станций локальной сети, не имеющих «реальных адресов» для работы в этой сети; кроме того, этот сервер обеспечивает кэширование получаемой информации для повышения скорости обмена  и снижение суммарного трафика во внешних каналах связи;

ftp-сервер – обеспечивает прием/передачу файлов в локальных и глобальных сетях;

print-сервер – обеспечивает возможность совместного использования печатающих устройств для всех рабочих станций сети.



Управление взаимодействием устройств в сети



Информационные системы, построенные на базе компьютерных сетей, обеспечивают решение следующих задач: хранение и обработка данных, организация доступа пользователей к данным, передача данных и результатов обработки данных пользователям.

В системах централизованной обработки эти функции выполняла центральная ЭВМ (mainframe, host).

Компьютерные сети реализуют распределенную обработку данных. В этом случае обработка данных распределена между двумя объектами: 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 обрабатывает полученные данные и представляет результаты обработки в удобном для пользователя виде. В принципе обработка данных может быть выполнена и на сервере. Для подобных систем приняты термины: системы клиент-сервер или архитектура клиент-сервер.

Архитектура клиент-сервер может использоваться как в одноранговых локальных вычислительных сетях, так и в сети с выделенным сервером.

Одноранговая сеть. В такой сети нет единого центра управления взаимодействием рабочих станций и нет единого устройства для хранения данных. Сетевая операционная система распределена по всем рабочим станциям. Каждая станция сети может выполнять функции как клиента, так и сервера. Она может обслуживать запросы от других рабочих станций и направлять свои запросы на обслуживание в сеть.

Пользователю сети доступны все устройства, подключенные к другим станциям (диски, принтеры).

Достоинства одноранговых сетей: низкая стоимость и высокая надежность.

Недостатки одноранговых сетей:

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 операционных систем Windows’9x, Windows 2000 Prof-fesional, LANtastic.

Сеть с выделенным сервером. В сети с выделенным сервером один из компьютеров выполняет функции хранения данных, предназначенных для использования всеми рабочими станциями, управления взаимодействием между рабочими станциями и ряд сервисных функций.

Такой компьютер обычно называют сервером сети. На нем устанавливается сетевая операционная система, к нему подключаются все разделяемые внешние устройства – жесткие 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 сети с выделенным сервером:

надежная система защиты информации;

высокое быстродействие;

отсутствие ограничений на число рабочих станций;

простота управления по сравнению с одноранговыми сетями.

Недостатки сети:

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.



Типовые топологии и методы доступа локальных сетей



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 pair) состоит из двух изолированных проводов, свитых между собой. Скручивание проводов уменьшает влияние внешних электромагнитных полей на передаваемые сигналы. 

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) был первым типом кабеля, использованным для соединения компьютеров в сеть Ethernet. 



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. 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 – идеальная передающая среда. Он не подвержен действию электромагнитных полей и сам практически не имеет излучения. Последнее свойство позволяет использовать его в сетях, требующих повышенной секретности информации.

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) используют в случае невозможности применения традиционных кабельных соединений (большие расстояния, мобильность, трудности прокладки и др.). Для создания такого рода каналов связи применяется специальное оборудование (радиомодемы, радио-Ethernet, спутниковое и инфракрасное оборудование). 

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.



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 – это усредненная геометрическая схема соединений узлов сети. Существуют четыре основные топологии: «шина», «кольцо», «звезда» и «ячеистая». Рассмотрим топологии шина и звезда, а также их комбинацию, так как в чистом виде топологии встречаются редко. Топология кольцо  обычно используется в сетях технологии Token Ring и в волоконно-оптических линиях связи, здесь же рассматриваются сети Ethernet. Ячеистая топология строится в тех сетях, в которых необходимо обеспечить высокую устойчивость  от сбоев, но она значительно удорожает сеть.



3.3.2.1. Шина.В этой топологии сеть состоит из единственного кабеля, к которому присоединены все компьютеры сети (рис. 9). 

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 этой топологии – в быстром и простом способе установки. Данная сеть самая дешевая, содержит минимальное количество оборудования и материалов. Это хороший способ сооружения сетей, а также одноранговых сетей.

Недостатки: неполадки одного компонента сети приводят к выходу из строя всей сети. Кроме того, если происходит повреждение магистрального кабеля, то обнаружить место повреждения достаточно сложно.



3.3.2.2. Звезда. В данной топологии все компьютеры соединены между собой через центральный концентратор (рис. 10).



Рис. 10



Такая сеть строится на основе кабеля «витая пара» или опто-волоконного кабеля.

Главное достоинство этой топологии состоит в том, что выход из строя одного компонента сети (за исключением концентратора) не выводит из строя всю сеть. В данной сети гораздо проще находить повреждения, значительно упрощается добавление компьютера и изменение конфигурации сети.

Недостатки: большой расход кабельного материала, следовательно, более высокая стоимость, а также факт наличия резервного концентратора, необходимого для быстрого восстановления сети в случае выхода из строя основного концентратора.



3.3.2.3. Шина-звезда. Данная топология призвана объединить достоинства двух предыдущих, а также снизить их недостатки. Здесь концентраторы соединяются между собой по схеме «шина» либо с помощью коаксиального кабеля через BNC-коннекторы, либо через каскадирующие порты RJ-45. 



Рис. 11



На каждом концентраторе создается сеть по схеме «звезда» 
(рис. 11), но в случае применения коаксиального кабеля его также можно использовать для включения рабочих станций.



Работа в локальной intranet-сети



Настройка рабочей станции для работы в intranet-сети

Если компьютер оснащен сетевой картой Ethernet, то после ее настройки (см. п. 2.4.3.3) на рабочем столе появляется специальная системная папка Сетевое окружение. Открыв ее двойным щелчком, получаем окно, представленное на рис. 12. Попытавшись открыть пиктограмму Вся сеть в этом окне, получим результат, показанный на рис. 13. Это говорит о том, что доступ к локальной сети отсутствует и причина этого, скорее всего, заключается в том, что рабочая станция не настроена для работы в сети. 

Порядок настройки сети следующий.

щелчком правой клавиши мыши на папке Сетевое окружение вызвать контекстное меню и выбрать команду Свойства;





Рис. 12





Рис. 13



в открывшемся окне Сеть (рис.14) на вкладке Конфигурация  проверить, какие устройства и протоколы установлены на данной рабочей станции. Если компьютер из сетевых устройств имеет только сетевую карту, то вкладка должна содержать одну строку, соответствующую этому устройству, одну строку, соответствующую протоколу TCP/IP, и строку, соответствующую программе-клиенту для работы в сети Microsoft. Кроме того, здесь может содержаться строка: Служба доступа к файлам и принтерам сетей Microsoft. Если этой строки нет, то нажимают кнопку Доступ к файлам и принтерам и в открывшемся окне (рис.15), устанавливают флажки, отвечающие за то, чтобы файлы и принтеры данной рабочей станции были доступны другим компьютерам в сети;

для настройки сетевых адресов, выделяемых администратором сети, выделяют строку TCP/IP и нажимают кнопку Свойства. В открывшемся окне Свойства TCP/IP (рис. 16) имеется несколько вкладок. Если данная сеть не имеет сервера DHCP, автоматически выделяющего адреса рабочим станциям, то на вкладке IP-адрес (рис. 16) заполняют поля IP-адреса и маски подсети. Если адреса в сети выделяются автоматически, то необходимо установить соответствующий селектор;



Рис.14







Рис.15

на вкладке Шлюз (рис. 17) заполняют поле адреса сервера, выполняющего роль шлюза и нажимают кнопку  Добавить;

на вкладке Конфигурация DNS (рис. 18) включают селектор Включить DNS, записывают имена рабочей станции и домена, распознаваемых сервером DNS, а также IP-адрес сервера DNS и закрывают окно Свойства TCP/IP;

на вкладке Идентификация окна Сеть (рис. 19) заполняют поля Имя компьютера, Рабочая группа и Описание компьютера. Имя компьютера – это сетевое имя ком-пьютера, то есть имя, под которым данная рабочая станция будет видна в сети. Рабочая группа – это объединение рабочих станций, относящихся к одному подразделению организации. Описание компьютера – это комментарий, который позволит определить принадлежность рабочей станции, если сетевое имя недостаточно информативно;

кнопка Применить вводит в действие произведенные настройки.

После перезагрузки компьютера открытая папка Сетевое окружение принимает вид, представленный на рис. 20а. Здесь показаны компьютеры, относящиеся к той же рабочей группе, что и данная рабочая станция, и имеющие ресурсы для общего использования в сети (диски, папки и принтеры). Открытие пиктограммы Вся сеть, позволяет увидеть все рабочие группы сети (рис. 20б) и получить к ним доступ.





Рис. 16





Рис. 17









Рис. 18





Рис. 19







б

Рис. 20



Настройка и использование ресурсов общего доступа

Доступными для общего использования в сети могут быть только ресурсы (диски, папки и принтеры), предназначенные для этого их владельцем, то есть пользователем, работающим с компьютером, на котором эти ресурсы находятся.

Чтобы открыть ресурс для общего пользования, необходимо в соответствующем окне (Мой компьютер или Проводник для дисков и папок, Принтеры для принтеров) вызвать контекстное меню щелчком правой клавиши мыши (рис. 21) и выбрать в нем команду Доступ. Вид окон представлен на рис. 22.



Рис. 21



а





б

Рис. 22



Чтобы ресурс стал общим, сети необходимо переключить селектор Локальный ресурс на Общий ресурс (см. рис. 22). Соответственно, обратная операция приводит к тому, что ресурс в сети не виден. Процедуру открытия ресурса для общего доступа часто называют компьютерным жаргонизмом «расшаривание» (от английского share – разделять).

Сетевое имя ресурса обычно предлагается системой и не отличается от имени этого ресурса на локальном компьютере (см. рис. 22), но при необходимости может быть задано произвольно. Заметки – это комментарий к ресурсу, облегчающий ориентацию в сети.

Для дисков и папок могут быть заданы два режима доступа (см. рис. 22а): Полный или Только для чтения. Каждый из ресурсов (диск или папка) может также открываться в режиме, задаваемом паролем.

При вводе пароля его отображение в поле заменяется символом * для обеспечения скрытности. При вводе пароля система потребует его повторного ввода для подтверждения.

Для принтеров (см. рис. 22б) существует только один режим, но он также может защищаться паролем.

Каждый «расшаренный» ресурс имеет уникальное сетевое имя, имеющее следующий синтаксис:

\\ <имя компьютера> \<сетевое имя ресурса>\…

Например: \\server2000\slavio – это папка slavio, находящаяся на компьютере server2000; или \\class101\c\files - это папка files, находящаяся на диске с компьютера class101, открытом для общего доступа.

Большинство современных приложений Windows позволяют получить доступ к файлам, хранящимся на «расшаренных» ресурсах, таким же образом, как и к файлам, хранящимся на локальных ком-пьютерах через команду Открыть (Open) в меню Файл (File) с использованием папки Сетевое окружение. Однако некоторые приложения не позволяют сделать это. Выход из такой ситуации заключается в подключении сетевых дисков (рис. 23). Для выполнения этой операции вызывают контекстное меню папки Сетевое окружение (рис. 23а), выбирают команду Подключить сетевой диск и в окне (рис. 23б) вводят сетевое имя подключаемого ресурса.





а



б

Рис. 23



Если подключаемый ресурс будет использоваться часто, а предоставляющий его компьютер постоянно включен, то имеет смысл установить флажок Автоматически подключать при входе в систему. Если подключаемый ресурс защищен паролем, то откроется окно для ввода (рис. 24).





Рис. 24



Вновь подключенный сетевой диск будет обозначен буквой, следующей за именем последнего дискового устройства локального компьютера. Например, если компьютер имеет устройство для чтения компакт-дисков CD ROM, обозначенный буквой E:, то первый подключенный сетевой диск будет обозначен буквой F:, следующий G: и так далее (рис. 25).





Рис. 25

Если локальный компьютер не оснащен принтером, но имеются доступные принтеры в сети, то в процессе установки принтера (Пуск – Настройка – Принтеры – Установка принтера) необходимо в качестве способа подключения принтера к компьютеру выбрать селектор Сетевой принтер (рис. 26).

Сетевое имя принтера записывается по образцу рис. 27. Его также можно выбрать с помощью кнопки Обзор. На рис. 28 представлен вид окна Принтеры, в котором видно, что к компьютеру подключены два принтера: локальный Epson FX-1170 (используется по умолчанию и доступен к использованию в сети) и сетевой Canon LBP-810.





Рис. 26



Рис. 27





Рис. 28


ЗАКЛЮЧЕНИЕ



В заключение необходимо отметить, что современные компьютерные технологии тесно связаны с сетевыми технологиями. Время автономной работы компьютеров и пользователей прошло. Вместе с тем, данный факт выдвигает новые качественные требования к подготовке пользователей, так как надежная и безопасная работа всей сети зачастую зависит от уровня квалификации каждого. Данный реферат является попыткой комплексного изложения материала, необходимого при подготовке к работе в сети. Именно здесь затронуты программно-технические аспекты работы в сети, приведен материал, классифицирующий современные информационные ресурсы, даны практические рекомендации по их применению.


ЛИТЕРАТУРА



		Титтел Э., Хадсон К., Стюарт Дж. М. Networking Essentials. Сертификационный экзамен – экстерном (экзамен 70-058). – Спб.: Питер Ком, 1999. – 384 с.: ил.

		Персональные компьютеры в сетях TCP/IP. – Киев: издательская группа BHV, 1997.

		Оптимизация и настройка Windows NT4 для профессионалов.– СПб: Питер Ком, 1998.

		Бесстужев И.Н. Организация локальных сетей  на базе персональных компьютеров.– М.: СК Пресс, 1995.

		COMPUTERCLUB: ежемесячный журнал по компьютерам и телекоммуникациям. 1999.– № 11. 

		http://www.citforum.ru – описание компьютерных технологий, аналитическая информация

		http://astu.secna.ru/russian/students/personal/

1