Лекция 3: сетевые технологии и интернет услуги

ЛВС, предоставляет ряд преимуществ:
Разделение ресурсов – позволяет экономно использовать ресурсы в ИС.
Разделение данных – позволяет иметь доступ с разных рабочих мест к файлам, которые расположены на других компьютерах.
Разделение программных средств - позволяет пользователям использовать программы, установленные на других компьютерах. По скорости передачи информации компьютерные сети делятся на: низкоскоростные (до 10 Мбит/с), среднескоростные (до 100 Мбит/с), высокоскоростные (100 Мбит/с - до 1 Гбит /с); сверхвысокоскоростные ( до 10 Гбит/с ).
В зависимости от назначения и технических решений сети могут иметь различные конфигурации или топологию. Под топологией вычислительной сети понимается способ соединения отдельных компонентов.
Различают три основные топологии: топология типа звезда; топология типа кольцо; топология общая шина.
1) При топологии ЗВЕЗДА информация между клиентами сети передается через единый центральный узел. Сервер получает и обрабатывает все данные с устройств как активный узел обработки данных. Вся информация между двумя периферийными рабочими местами проходит через сервер. Пропускная способность сети определяется вычислительной мощностью узла и гарантируется для каждой рабочей станции. В качестве центрального узла может выступать сервер или специальное устройство - концентратор (Hub). В центре находится центральный управляющий компьютер, последовательно связывающийся с абонентами и связывающий их друг с другом.

Рис. 3.2. Топологии типа звезда
Топология в виде звезды является наиболее быстродействующей. Производительность сети в первую очередь зависит от мощности центрального файлового сервера. В случае выхода из строя центрального узла (сервера) нарушается работа всей сети.
2) При топологии КОЛЬЦО все компьютеры подключаются к линии, замкнутой в кольцо. Сигналы передаются по кольцу, в одном направлении и проходят через каждый компьютер.

Рис. 3.3. Топология типа кольцо
Сообщения циркулируют регулярно по кругу. Рабочая станция посылает по определенному конечному адресу информацию, предварительно получив из кольца запрос. Пересылка сообщений является очень эффективной, так как большинство сообщений можно отправлять «в дорогу» по кабельной системе одно за другим. Основная проблема при кольцевой топологии заключается в том, что каждая рабочая станция должна активно участвовать в пересылке информации, и в случае выхода из строя хотя бы одной из них вся сеть парализуется. Неисправности в кабельных соединениях локализуются легко. Подключение новой рабочей станции требует краткосрочного выключения сети, так как во время установки кольцо должно быть разомкнуто. Ограничения на протяженность ВС не существует, так как оно, определяется исключительно расстоянием между двумя рабочими станциями.
3) При топологии ОБЩАЯ ШИНА все клиенты подключены к общему каналу передачи данных. При этом они могут непосредственно вступать в контакт с любым компьютером, имеющимся в сети. При шинной топологии среда передачи информации представляется в форме коммуникационного пути, доступного для всех рабочих станций. Это наиболее дешевая схема организации сети, предполагающая непосредственное подключение всех сетевых адаптеров к сетевому кабелю. Все компьютеры в сети подключаются к одному кабелю. Первый и последний компьютер должны быть развязаны. В роли развязки – терминатора, выступает резистор, используемый для гашения сигнала, достигающего конца сети, чтобы предотвратить возникновение помех. Один и только один конец сетевого кабеля должен быть заземлен.

Рис. 3.4. Общая шина
Рабочие станции в любое время, без прерывания работы всей ВС, могут быть подключены к ней или отключены. Функционирование не зависит от состояния отдельной рабочей станции. Благодаря тому, что рабочие станции можно включать без прерывания сетевых процессов и коммуникационной среды, очень легко прослушивать информацию. Самым распространенным типом сети является сеть стандарта Ethernet со скоростью передачи информации 10 - 100 Мбит/сек.
4) Топология ДРЕВОВИДНАЯ ИЛИ ИЕРАРХИЧЕСКАЯ – получается при объединении концентраторов нескольких звезд в иерархическом порядке. При этом возникает древовидная структура с одним путем передачи для каждого из компьютеров.

Рис. 3.5. Древовидная структура
5) Смешанная топология, возникает при объединение различных топологий, поэтому большие сети строятся на основе Смешанной топологии.

Рис. 3.6. Смешанная топология
Существует две модели локальных вычислительных сетей: одноранговая сеть; сеть типа клиент-сервер - иерархическая или выделенная.
Все компьютеры ОДНОРАНГОВОЙ СЕТИ равноправны. При этом вся информация в системе распределена между отдельными компьютерами. Любой пользователь может разрешить или запретить доступ к данным, которые хранятся на его компьютере. В одноранговой сети пользователю, работающему за любым компьютером доступны ресурсы всех других компьютеров сети. Они могут быть организованы также на базе всех современных 32-64 разрядных ОС - Windows 9x\Me\2k, Windows Nt Workstation версии, OS/2.
В ИЕРАРХИЧЕСКОЙ СЕТИ при установке сети заранее выделяются один или несколько компьютеров, управляющих обменом данных по сети и распределением ресурсов называют сервером. Любой компьютер, имеющий доступ к услугам сервера называют клиентом сети или рабочей станцией.
Сервер в иерархических сетях - это постоянное хранилище разделяемых ресурсов, представляют собой высокопроизводительные компьютеры, возможно, с несколькими параллельно работающими процессорами, с винчестерами большой емкости, с высокоскоростной сетевой картой. Иерархическая модель сети является наиболее предпочтительной, так как позволяет создать наиболее устойчивую структуру сети и рационально распределить ресурсы. Достоинством является более высокий уровень защиты данных - наличие единой системы безопасности, высокое быстродействие сети; наличие единой информационной базы.

Рис. 3.7. Иерархическая сеть
К недостаткам иерархической сети, относятся: необходимость дополнительной ОС для сервера; более высокая сложность установки и модернизации сети; необходимость выделения отдельного компьютера в качестве сервера.
Различают две технологии использования сервера:
технология ФАЙЛ-СЕРВЕРА и архитектура КЛИЕНТ-СЕРВЕР.
В первой модели используется файловый сервер, на котором хранится большинство программ и данных. По требованию пользователя, пересылаются необходимая программа и данные. Обработка информации выполняется на рабочей станции. В системах с архитектурой клиент-сервер обмен данными осуществляется между приложением-клиентом и приложением-сервером. Рабочая станция получает только результаты запроса. Использование больших по объему и сложных приложений привело к развитию многоуровневой, и трехуровневой архитектуры с размещением данных на отдельном сервере БД. Все обращения к БД идут через сервер приложений.
Структурированная система несколько дороже традиционной сети за счет значительной избыточности при проектировании, она обеспечивает возможность эксплуатации в течение многих лет. Для сетей, построенных по этому принципу, появляется необходимость в специальном электронном оборудовании. Одно из таких устройств — хаб — является коммутационным элементом сети. Каждый хаб имеет от 8 до 30 разъемов (портов) для подключения либо компьютера, либо другого хаба. К каждому порту подключается только одно устройство. Хабы являются сердцем системы и во многом определяют ее функциональность и возможности.
Для построения простой ЛВС, используются дополнительные устройства - мосты, концентраторы маршрутизаторы, коммутаторы, точки беспроводного доступа, беспроводные маршрутизаторы, модемы и сетевые адаптеры, преобразователи (конвертеры) среды, усилители сигнала (повторители) и специальные антенны.
К средствам организации компьютерных сетей относятся компьютеры, линии связи, устройства подключения компьютеров к линиям связи – модемы и сетевые карты и ПО. Аппаратные средства необходимые для объединения компьютеров в сеть – это КАБЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ.
1. КАБЕЛИ – отличаются физическим устройством и скоростью передачи информации. Скорость передачи информации - это количество информации, передаваемое в единицу времени, т.е максимальная скорость, с которой могут передавать информацию. Различают: витая пара, коаксиальный кабель, оптоволоконный кабель.
ВИТАЯ ПАРА – внутри кабеля каждая пара проводов скручена с большим шагом. Подобная конструкция кабеля позволяет обеспечить хорошую помехозащищенность. Стандартный кабель содержит 4 - витые пары. Применяется при построение звездообразной топологии Сети на основе "витой пары" в зависимости от категории кабеля обеспечивают передачу со скоростью от 10 Мбит/с – 1 Гбит/с.

Рис. 3.8. Простая витая пара (слева), Экранированная ( справа).
КОАКСИАЛЬНЫЙ КАБЕЛЬ –в котором в качестве проводников используются центральная жила и оплетка, разделенные слоем изоляции; в качестве сигнала используется разность потенциалов между оплеткой и жилой, скорость передачи данных - 10 Мбит/с (в сети Ethernet), из-за низкой скорости передачи в цифровых сетях сейчас практически не используется. Недостатки: дорогостоящий, тяжелый, плохо изгибается, трудно монтируется, организует передачу данных на расстояние до 500 метров.
.
Рис. 3.9. Коаксиальный кабель
ОПТОВОЛОКОННЫЙ КАБЕЛЬ – световод или два световода, сигналом являются световые импульсы, скорость передачи информации - более 10 Гбит/с; по кабелю можно осуществлять параллельную передачу информации на различных световых частотах; представляет нить из оптически прозрачного материала. Они представляют современную кабельную технологию, обеспечивающую высокую скорость передачи данных на большие расстояния, устойчивую к интерференции и прослушиванию. Скорость передачи - от 100 Мбит/c до 2 Гбит/с. Ограничение по длине сегмента составляет 2 км.

Рис. 3.10. Волоконно - оптический кабель.
Сетевые карточки - передают информацию, поступающую через шину данных из процессора или оперативной памяти, в кабельную систему.
Широкое распространение получает беспроводная технология построения ЛВС2. Для этого используются беспроводные сетевые карточки, например стандарта Wi-Fi, и специальное оборудование точки доступа, которое обеспечивает связь беспроводных карточек между собой и с кабельной системой. Существуют стандарты, обеспечивающие скорость передачи данных до 11 Мбит/с, до 54 Мбит/с и до 108 Мбит/с. - приемник и передатчик находятся в одном помещении, между антенами нет никаких посторонних предметов. Преимущества такого подключения: высокая мобильность и минимальные усилия для организации сети. Недостаки: крайне низкая защищенность сети от взлома или подслушивания; высокая подверженность электромагнитным помехам. Для соединения, может использоваться телефонная сеть и модемы. Модем - модулятор и демодулятор - это устройство, предназначенное для преобразования цифрового сигнала, используемого в компьютере, в аналоговый и обратно. В качестве модема может выступать мобильный телефон, но скорость модемного соединения через мобильную телефонную сеть обычно невелика - для стандарта GSM она не превышает 9.6 Кбит/с, поэтому в цифровых мобильных телефонных сетях вместо модемного соединения чаще используется протокол GPRS.
Цифровые мобильные телефоны могут быть использованы для передачи данных по протоколу GPRS (General Packet Radio Service). Этот режим позволяет связаться с провайдером, имеющим свою аппаратуру на базовых станциях мобильной телефонной сети, и обмениваться информацией с достаточно высокой скоростью - до 171 Кбит/с. Преимущество - он доступен везде, где работает мобильный телефон. Недостаток - высокая стоимость приема и передачи информации, особенно если абонент находится в роуминге.
Телефонный провод, от АТС к абонентскому телефону, должен обладать пропускной способностью от 250 Кбит/с до 7 Мбит/с. Если установить на телефонной станции, дополнительное оборудование для цифровой связи, а у абонента поставить специальный цифровой модем, то можно оставить 64 Кбит/с для работы обычного телефона, а остальную полосу использовать для передачи данных. На этом принципе основано семейство технологий xDSL (DSL - ADSL). Преимущество технологии DSL - использование уже существующих телефонных проводов для скоростной цифровой связи.
Может использоваться спутниковая связь - либо в режиме выделенного канала связи, либо в одностороннем режиме - абонент передает своему провайдеру запросы через модем, а данные в ответ приходят через спутниковую антенну с намного более высокой скоростью.
Радиосвязь.- Выделенный канал связи. Два приемопередатчика, две параболические антенны, передающие и принимающие радиосигналы, направленные друг на друга.
RadioEthernet. - Имеется один центральный узел с мощным передатчиком и ненаправленной антенной, у клиентов передатчики небольшой мощности с направленными антеннами, устанавливающими связь с центральным узлом. Прием и передача данных одновременно невозможны, как и одновременная передача пакетов несколькими клиентами.
По Типам построения, сети делятся :
1) Локальная сеть Token Ring - стандарт разработан фирмой IBM. В качестве передающей среды применяется неэкранированная или экранированная витая пара (UPT или SPT) или оптоволокно. Скорость передачи данных 4 Мбит/с или 16Мбит/с. В качестве метода управле­ния доступом станций к передающей среде, используется метод - маркерное кольцо (Тоken Ring).
2) Локальная сеть Arknet - (Attached Resource Computer NETWork ) - простая, недорогая, надежная и достаточно гибкая архитектура локальной сети. В качестве передающей среды используются витая пара, коаксиальный кабель (RG-62) с волновым сопротивлением 93 Ом и оптоволоконный кабель. Скорость передачи данных - 2,5 Мбит/с. При подключении устройств в Аrcnet применяют топологии шина и звезда. Метод управления доступом станций к передающей среде - маркерная шина (Тоken Bus).
3) Локальная сеть Ethernet - построены на технологиях Ethernet или Wi-Fi. Ethernet – изначально коллизионная технология, основанная на общей шине, к которой компьютеры подключаются и “борются” между собой за право передачи пакета. Основной протокол – CSMA/CD (множественный доступ с чувствительностью несущей и обнаружению коллизий). Ethernet различается по скоростям и методам кодирования для различной физической среды, а также по типу пакетов (Ethernet II, 802.3, RAW, 802.2 (LLC), SNAP); по скоростям: 10 Мбит/с, 100 Мбит/с, 1000 Мбит/с (Гигабит)
Основное направление развития современных Сетевых ОС (Network Operation System - NOS ) - перенос вычислительных операций на рабочие станции, создание систем с распределенной обра­боткой данных. Внедрение мощных многозадачных ОС: OS/2, Windows NТ, Windows 95-98, объектно-ориентированных технологий (ОLЕ, DСЕ, IDAPI) позволяет упростить организацию распределенной обработки данных. Основной задачей NOS становится объединение неравноценных ОС рабочих станций и обеспечение транспортного уровня: обработка БД, передача сообщений, управление распределенными ресурсами.
Организация сети – это объединение локальных сетей отделов и “рабочих групп”, информационно связанных по функциональному взаимодействию, используются следующие сетевые потоколы - IEEE 802.2, IEEE 802.3 CSMA/CD. Сетевая ОС необходима для управления потоками сообщений между рабочими станциями и серверами. Компоненты сетевой ОС на каждой рабочей станции и файловом сервере взаимодействуют друг с другом посредством языка, называемым протоколом. Одним из общих протоколов является протокол фирмы IBM NetBIOS (Network Basic Input Output System - Сетевая ОС ввода-вывода). Другим распространенным протоколом является IPX (Internet-work Packet Exchange - Межсетевой обмен пакетами) фирмы Novell. Используются следующие сетевые потоколы - IEEE 802.2, IEEE 802.3 CSMA/CD. Транспортные протоколы - IPX/SPX - для NetWare-серверов, TCP/IP - со своими правами и привилегиями.

2.