Назначение и преимущества сетей

На основе локальных (реже расширенных) компьютерных сетей строятся информационные системы, предназначенные для управления предприятием. Преимущество использования сетей заключается в следующем.

¨ Все управляющие действия на рабочих местах выполняются, как правило, одной программой, по единым правилам и похожими средствами.

¨ Использование сетей позволяет расположить все данные системы на одном (реже нескольких компьютерах), обеспечивая доступ к ним со всех рабочих мест. Это позволяет не только сэкономить дисковое пространство, но и имеет ряд преимуществ, главным из которых является возможность обеспечить пользователям информационной системы доступ к информации в режиме реального времени. Под доступом в режиме реального времени имеется в виду то, что информация, введенная в систему одним пользователем, сразу же становится доступной всем остальным пользователям. Здесь подразумевается, что пользователи работают с данными одновременно.

¨ Работа в сети позволяет пользователям работать с данными независимо друг от друга, то есть работа в сети всегда многопользовательская.

¨ Сети позволяют пользователям сообща использовать периферийные устройства. Чаще всего пользуются общими печатающими устройствами и общими магнитными дисками.

Перечисленные функции называют разделением программ, разделением данных и разделением ресурсов. Кроме того, сети могут обеспечивать разделение ресурсов процессора, что делает возможным использование вы­числительных мощностей одного компьютера для обработки данных вместо другого, менее мощного компьютера. Существенным также оказывается сокращение бумажных потоков за счет организации обмена информации в электронном виде. Кроме того, централизованное размещение данных позволяет эффективно решать задачи дифференциации доступа к информации.

Всеобщее распространение сетей способствовало появлению новых видов информационных услуг. Прежде всего это касается глобальных сетей и услуг, связанных с сетью Internet. Широко распространены электронная почта, передача файлов по сети, доступ к удаленным базам данных и программам, проведение видеоконференций, служба телефонных звонков через Internet. Наконец, Internet как социальное явление оказывает громадное влияние на весь уклад жизни в современном обществе (не меньшее, чем телевидение).

Основные понятия и сетевая терминология

При установлении связи между компьютерами в первую очередь необходимо наличие физического соединения между компьютерами – каналов связи. Каналы связи бывают проводные и беспроводные. Проводной канал – это электрический коаксиальный кабель, оптоволоконный кабель или обычная телефонная сеть. Беспроводной канал характеризуется частотой электромагнитного излучения, которое служит для передачи сообщений. Беспроводной канал на низкой частоте связывает близко расположенные компьютеры (например, Wi-Fi). Беспроводной канал на средней частоте может связывать локальные сети с наземной станцией. Беспроводной канал на высокой частоте может связывать локальные сети со спутником.

Спутники отличаются высотой орбиты. Наиболее высоко летают геостационарные спутники. Орбита геостационарного спутника лежит в экваториальной плоскости, она круговая, и высота ее (около 35800 км) подобрана таким образом, чтобы время обращения спутника составляло ровно одни сутки. В результате спутник висит над постоянной точкой экватора. Для покрытия всего земного шара достаточно четырех спутников. Они практически не тормозятся атмосферой и могут находиться на орбите десятки лет. В частности, такие спутники используются для спутникового телевидения.

Среднеорбитные спутники летают на высоте 4-20 тыс. км. Они находятся в пределах видимости одной точки земного шара 4-8 часов, поэтому для выполнения своих функций их должно быть много. Например, для GPS используется 24 спутника, которые летают на 6 орбитах (по 4 спутника на орбите), на высоте около 20 тыс. км. Для системы Глонасс предусмотрено 30 спутников на высоте около 19 тыс. км. В этом случае в каждой точке Земли в каждый момент времени будет видно не менее 4 спутников, что необходимо для точного определения координат точки.

Спутники на низких орбитах характеризуются высотой орбиты от 100 до 1500 км. Они предназначены для сотовой связи, для Интернета. На этих высотах летают управляемые аппараты и космические станции. Низкоорбитные спутники к нам ближе, и для того, чтобы связываться с ними, нужна более слабая аппаратура, чем для геостационарных спутников. Они движутся в атмосфере, и из-за этого их век недолог.

При передаче информации происходит физическое преобразование сигнала, так как сетевой кабель или телефонный провод имеет другие электрические характеристики, чем сигналы внутри компьютера. Поэтому необходимо обеспечить правильное преобразование информации в точке подключения сети. Для этого в компьютере используется сетевой адаптер (модем в случае соединения по телефону). Кроме функции преобразования сетевой адаптер может задерживать передачу данных с помощью буфера, проверять правильность передачи сообщения по сети и в случае неудачи повторять сообщение.

Отдельные компьютеры вычислительной сети называются узлами сети, а линии передачи данных – каналами связи. Более точно, узлом сети считается сетевой адаптер. Если к компьютеру подсоединено несколько сетевых адаптеров, этот компьютеру соответствует несколько узлов сети.

Отдельные узлы локальной сети могут играть разную роль в этой сети. Часто сеть строится в форме центрального узла большей мощности и быстродействия, на котором хранится большинство данных, и менее мощных рядовых компьютеров, которые обращаются к центральному узлу за информацией. При подобной организации сети центральный компьютер называется сервером, а остальные компьютеры – рабочими станциями. Рабочие станции общаются только с сервером и не могут непосредственно обмениваться информацией между собой.

При более сложной организации локальной сети она может содержать несколько серверов, которые могут выполнять как сходные, так и различные функции. В зависимости от функции сервер может иметь разное название. Например, сервер телекоммуникаций обеспечивает связь данной локальной сети с внешним миром. Вычислительный сервер дает возможность производить вычисления, которые невозможно выполнить на рабочих станциях из-за их небольшой мощности. Дисковый сервер обладает расширенными ресурсами внешней памяти и предоставляет их в пользование рабочим станциям и, возможно, другим серверам. Файловый сервер предназначен для хранения файлов для всех рабочих станций. Если в сети функционирует информационная система, содержащая базу данных, и эта база содержится на сервере, то этот сервер называется сервером баз данных.

Сообщения, передаваемые по сети, состоят из наборов двоичных разрядов. По содержанию наборы разделяются на основные данные и служебную информацию. Прежде, чем сообщения физически будут переданы по каналу связи, они подвергаются многократному преобразования: сообщения дополняются служебной информацией, разрезаются на части, склеиваются и т.д.. На разных этапах фрагменты сообщений могут называться по-разному: датаграммы, пакеты, кадры.

Для расшифровки полученного набора необходимо наличие заранее утвержденных соглашений о способах оформления блоков данных, передаваемых по сети. Эти соглашения носят название коммуникационных протоколов. Используемых протоколов очень много. Многие протоколы описывают разные уровни обслуживания процесса передачи данных и выполняют разные функции. Существуют разные протоколы для выполнения сходных функций, устроенных по-разному. Формально протокол включает описание полей служебной информации, которые добавляются к отправляемому пакету для выполнения различных функций обслуживания передачи данных, и алгоритмов заполнения этих полей. Поэтому часто под протоколом понимают как собственно соглашения о структуре передаваемого пакета, так и программные модули, которые осуществляют обработку информации согласно тому или иному протоколу.

Сетевым драйвером называется программа, непосредственно взаимодействующая с сетевым адаптером. Сетевым модулем называется программа, которая осуществляет обработку пакетов согласно тому или иному протоколу. Сетевой модуль взаимодействует с сетевым драйвером, программами сетевой операционной системы или другими сетевыми модулями. Драйвер сетевого адаптера и, возможно, другие модули, специфичные для физической сети передачи данных, составляют сетевой интерфейс.

Адресация узлов сети заключается в присвоении узлу уникального идентификатора. В локальных сетях это присваиваемый администратором сети номер компьютера, в сети Интернет это IP-адрес. Структура каналов связи в сети часто достаточно сложна. Пакет, адресованный некоторому абоненту (то есть компьютеру), передается по этим каналам связи от одного узла сети к другому. Маршрут пакета определяется правилами, являющимися частью используемого сетью информационного протокола.

Обнаружение ошибок при передаче сообщения ошибок осуществляется за счет дополнительных битов четности и вы­числения контрольных сумм до и после передачи. Несовпадение контрольных сумм свидетельствует об ошибках передачи.

Шлюзом называется компьютер локальной сети вместе со специальной программой, через который проходят все сообщения, адресованные извне в данную ЛВС или вовне из данной сети. В зависимости от функционального назначения шлюз может иметь дополнительное наименование. Например, шлюз прикладного обеспечения может преобразовывать сообщения электронной почты из одного формата в другой. Брандмауэром называется такой шлюз локальной сети, который анализирует входящие и исходящие сообщения, защищая сеть от несанкционированного доступа и не давая возможности передавать вовне секретную служебную информацию.

Трафиком сети называется собственно процесс прохождения сигналов по линиям связи. Иногда трафиком сети называют общий объем переданной по сети информации. Быстродействие сети – это максимальный объем, который может быть передан по каналу связи в единицу времени.

Необходим механизм защиты сообщений, передаваемых по каналу связи и предназначенных определенному адресату, от прочтения его другим адресатом. Для этого аппаратное и программное обеспечение, управляющее распределением и контролем передачи данных в сети, должно иметь механизм обеспечения доступа к приему и передаче сообщений.

Методы восстановления используются после прерывания процесса передачи данных вследствие сбоя или ошибки для того, чтобы вернуться к определенному положению для повтор­ной передачи инфор­мации.