Одноранговые и иерархические сети

С точки зрения организации взаимодействия компьютеров, сети делят на одноранговые (Peer-to-Peer Network) и с выделенным сервером (Dedicated Server Network).

Одноранговые сети

Все компьютеры одноранговой сети равноправны. Любой пользователь сети может получить доступ к данным, хранящимся на любом компьютере.

Одноранговые сети могут быть организованы с помощью таких операционных систем, как LANtastic, windows'3.11, Novell Netware Lite. Указанные программы работают как с DOS, так и с windows. Одноранговые сети могут быть организованы также на базе всех современных 32-разрядных операционных систем - windows 9x\ME\2k, windows NT workstation версии, OS/2) и некоторых других.

Достоинства одноранговых сетей:

· Наиболее просты в установке и эксплуатации.

· Операционные системы DOS и windows обладают всеми необходимыми функциями, позволяющими строить одноранговую сеть.

Недостатки:

В условиях одноранговых сетей затруднено решение вопросов защиты информации. Поэтому такой способ организации сети используется для сетей с небольшим количеством компьютеров и там, где вопрос защиты данных не является принципиальным.

Иерархические сети

В иерархической сети при установке сети заранее выделяются один или несколько компьютеров, управляющих обменом данных по сети и распределением ресурсов. Такой компьютер называют сервером.

Любой компьютер, имеющий доступ к услугам сервера называют клиентом сети или рабочей станцией.

Сервер в иерархических сетях - это постоянное хранилище разделяемых ресурсов. Сам сервер может быть клиентом только сервера более высокого уровня иерархии. Поэтому иерархические сети иногда называются сетями с выделенным сервером.

Серверы обычно представляют собой высокопроизводительные компьютеры, возможно, с несколькими параллельно работающими процессорами, с винчестерами большой емкости, с высокоскоростной сетевой картой (100 Мбит/с и более).

Иерархическая модель сети является наиболее предпочтительной, так как позволяет создать наиболее устойчивую структуру сети и более рационально распределить ресурсы.

Также достоинством иерархической сети является более высокий уровень защиты данных.

К недостаткам иерархической сети, по сравнению с одноранговыми сетями, относятся:

1. Необходимость дополнительной ОС для сервера.

2. Более высокая сложность установки и модернизации сети.

3. Необходимость выделения отдельного компьютера в качестве сервера

Две технологии использования сервера

Различают две технологии использования сервера: технологию файл-сервера и архитектуру клиент-сервер.

В первой модели используется файловый сервер, на котором хранится большинство программ и данных. По требованию пользователя ему пересылаются необходимая программа и данные. Обработка информации выполняется на рабочей станции.

В системах с архитектурой клиент-сервер обмен данными осуществляется между приложением-клиентом (front-end) и приложением-сервером (back-end). Хранение данных и их обработка производится на мощном сервере, который выполняет также контроль за доступом к ресурсам и данным. Рабочая станция получает только результаты запроса. Разработчики приложений по обработке информации обычно используют эту технологию.

Использование больших по объему и сложных приложений привело к развитию многоуровневой, в первую очередь трехуровневой архитектуры с размещением данных на отдельном сервере базы данных (БД). Все обращения к базе данных идут через сервер приложений, где они объединяются.

К средствам организации компьютерных сетей относятся собственно компьютеры, линии связи, устройства подключения компьютеров к линиям связи (в простейшем случае – модемы и сетевые карты) и программное обеспечение.

Какие аппаратные средства необходимы для объединения компьютеров в сеть?

1. Кабели (кабельные системы). Отличаются они физическим устройством, а, следовательно, и скоростью передачи информации (скорость передачи информации - это количество информации, передаваемое в единицу времени; когда говорят о скорости передачи информации физических устройств, имеется в виду максимальная скорость, с которой они могут передавать информацию, реальная же скорость будет зависеть от многих других причин)

· коаксиальный кабель - это кабель, в котором в качестве проводников используются центральная жила и оплетка, разделенные слоем изоляции; в качестве сигнала используется разность потенциалов между оплеткой и жилой (напряжение выше порогового значения - 1, ниже другого порогового значения - 0, иначе - шум , который игнорируется); оплетка коаксиального кабеля, которую положено заземлять, одновременно экранирует центральную жилу от электромагнитных помех и индукционных наводок; скорость передачи данных - 10 Мбит/с (в сети Ethernet), из-за низкой скорости передачи информации в цифровых сетях сейчас практически не используется;

· оптоволоконный кабель - световод или два световода, сигналом являются световые импульсы, скорость передачи информации - более 10 Гбит/с; кроме того, по оптоволоконному кабелю можно осуществлять параллельную передачу информации на различных световых частотах;

· витая пара - восемь изолированных проводников, реально используются, как правило, только четыре, из которых одна пара используется для передачи сигнала, а вторая для приема; в качестве сигнала передаются импульсы электрического тока (сила тока выше определенного значения -1, ниже - 0); скорость передачи данных может быть 10 Мбит/с, 100 Мбит/с или 1 Гбит в сети Ethernet (зависит от использованного сетевого оборудования) или до 622 Мбит/с в ATM.

2. Сетевые карточки (передают информацию, поступающую через шину данных из процессора или оперативной памяти компьютера, в кабельную систему, отличаются способом передачи информации и типом поддерживаемых кабельных систем).

3. В последнее время получает все более широкое распространение беспроводная технология построения локальных сетей. 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. Правда, максимальные скорости 54 Мбит/с и 108 Мбит/с обычно достигаются только, если приемник и передатчик находятся в одном помещении и между их антенами нет никаких посторонних предметов. Преимущества такого подключения: высокая мобильность и минимальные усилия для организации сети (не нужно тянуть кабели и ставить дополнительные розетки для подключения новых устройств). Недостатоки: крайне низкая защищенность сети от взлома или подслушивания; высокая подверженность электромагнитным помехам, да и сама сеть может создавать помехи для работы других устройств, например, радиотелефонов.

4. Для соединения машин, находящихся далеко друг от друга, может использоваться телефонная сеть и модемы. Модем (происходит от слов модулятор и демодулятор) - это устройство, предназначенное для преобразования цифрового сигнала, используемого в компьютере, в аналоговый (на нем работает телефонная сеть) 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.

5. 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, причем устанавливать телефонное соединение (то есть набирать номер) не требуется. Преимущество такого способа связи очевидно - он доступен везде, где работает мобильный телефон пользователя. Недостаток - высокая стоимость приема и передачи информации, особенно если абонент находится в роуминге в "неродной" телефонной сети.

6. Телефонный провод от АТС к абонентскому телефону должен обладать пропускной способностью не ниже 64 Кбит/с. В действительности такие провода обычно способны на большее - от 250 Кбит/с до 7 Мбит/с, так что 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 (чаще всего встречается асимметричный DSL - ADSL, в нем скорость приема данных абонентом в 2-10 раз выше, чем скорость передачи). Преимущество технологии DSL - использование уже существующих телефонных проводов для скоростной цифровой связи

7. Может использоваться спутниковая связь - либо в режиме выделенного канала связи, либо в одностороннем режиме. В последнем случае абонент передает своему провайдеру запросы через модем, а данные в ответ приходят через спутниковую антенну с намного более высокой скоростью. Иногда применяется push-технология, когда провайдер передает сразу всем абонентам некоторую информацию, не дожидаясь их запросов и не требуя подтверждения приема.

8. Радиосвязь.

· Выделенный канал связи. Два приемопередатчика, две параболические антенны, передающие и принимающие радиосигналы, направленные друг на друга; с помощью таких устройств вычислительные машины могут связываться так же, как они связались бы по кабельной линии, но требуется более дорогое и, вообще говоря, менее надежное оборудование; связь может осуществляться только в пределах прямой видимости или через ретрансляторы. Преимущества: связь не требует проведения строительных работ и прокладки кабеля.

· 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 команде с компьютера модем подключается к телефонной линии и "набирает номер". Далее он ждет, пока телефонная станция установит соединение и модем с другой стороны ответит на вызов. С помощью обмена специальными звуковыми сигналами модемы согласуют протокол обмена информацией. Слово протокол в дальнейшем понимаем как определенное соглашение о способах представления и передачи информации. В данном случае модемы "договариваются" о частоте приема и передачи (несущая частота или частоты), скорости передачи, протоколе коррекции ошибок и протоколе сжатия данных (к сожалению, модемы не могут компрессировать данные более чем в 4 раза). В последних версиях модемных протоколов предусмотрена возможность изменения скорости передачи данных "на ходу" для адаптации к меняющимся условиям линии.

Далее каждый из модемов сообщает своему компьютеру что-то типа "Связь установлена, давайте работать", после чего модемы переходят в режим ретрансляции, т.е. кодирования уходящей информации и декодирования приходящей. Компьютер может дать сигнал на отключение; кроме того, связь может быть нарушена, тогда модем сообщит, что соединения больше нет. В этом случае вычислительная машина либо дает команду на повторное соединение, либо прекращает работу с каналом связи.

Основной характеристикой модема является набор поддерживаемых протоколов модуляции и демодуляции данных. Каждый поддерживаемый протокол позволяет модему вести передачу в некотором диапазоне скоростей; чем больше протоколов поддерживает модем, тем лучше он может настроиться на конкретную ситуацию при установке соединения, в зависимости от качества линии и характеристик модема на противоположном конце. Максимальная скорость, указываемая в технической характеристике модема, может вообще не достигаться в зависимости от вида поддерживаемых протоколов и качества телефонных линий.

Максимальная декларируемая на данный момент скорость работы модемов - 56 Кбит/с. Она достигается на "полуцифровых" модемах. Для установки полуцифровой связи необходимо, чтобы все используемые телефонные станции были цифровыми (то есть преобразовали аналоговый сигнал абонентских телефонов в цифровой для обработки и передачи по каналам связи), были бы соединены между собой цифровыми каналами, а на одном конце линии стоял бы специальный "серверный" модем, подключенный к своей телефонной станции не обычным аналоговым, а специально проведенным цифровым каналом (и цифровой канал, и серверный модем стоят значительно дороже обычной телефонной линии и аналогового оборудования).

При такой схеме, когда аналоговым является только один провод от одного из модемов до его ближайшей АТС, аналоговый модем может принимать данные на высоких скоростях. Заметим, что увеличивается только скорость приема данных, передача же в любом случае будет не быстрее 33.6 Кбит/с.

Для работы с модемами используются специальные программы. Как правило, они сообщают следующие параметры установленного соединения: скорость (в битах в секунду, такую единицу измерения скорости передачи информации иногда называют бод), протокол передачи данных, протокол коррекции ошибок.

Для того чтобы несколько машин действительно объединились в сеть (предположим, что физически они уже связаны) в первую очередь необходимо, чтобы идущие на них программы знали о существовании друг друга. То есть, чтобы машина была готова принять данные с другой машины, послать ей данные или ответить на запрос. А эти задачи выполняют сетевые программы или сетевые операционные системы.

Компьютер, чьи ресурсы используются совместно несколькими машинами, называется сервером. Причем сервер может не заниматься никакими другими задачами, такой сервер называется выделенным. Машины, которые получают ресурсы от сервера,называются клиентами.

В сети необходим многопользовательский режим и разграничение прав доступа, так как там работает много народа, и один из пользователей не должен иметь возможности мешать работе других даже в случае ошибки или злого умысла.