Локальные сети. Область применения

Типичная локальная сеть включает:

1). Несколько персональных компьютеров, снабженных сетевым адаптером или сетевыми картами.

2). Среда передачи, объединяющая узлы компьютерной сети.

3). Сетевое программное обеспечение.

Способы подчинения компьютеров в локальной сети:

- Одноранговая сеть (Компьютеры  -  рабочие станции). Доступ к чужим ресурсам в такой сети организован на уровне ресурсов. Каждая РС может одновременно, как представлять свои ресурсы, так и использовать ресурсы других ПК;

- Иерархическая сеть, это сеть в которой имеется мощный компьютер (выделенный сервер), ресурсы которого представляется другим, соединенным с ним компьютеров  -  рабочих станций. Ресурсы РС  -  серверу чаще не доступны.

Компьютеры, объединённые в локальную сеть, называются рабочими станциями или серверами.

Рабочая станция  -  это компьютер, за которым не посредственно работает пользователь.

Сервер  -  это тоже компьютер, выполняющий общие задачи в сети, может быть не оснащён монитором.

Серверы по назначению:

1. Сервер баз данных;

2. Сервер удалённого доступа, оснащается средствами передачи и приёма информации по каналам связи. Позволяет пользователю передавать и получать необходимые данные.

3. Факс сервер хранит и получает факсимильные сообщения

4. Файловый сервер  -  хранилище файлов и программ совместно использовать принтер, накапливает файлы, отправляет на печать.

5. Почтовый сервер  -  хранилище отправления и получения по почте информации.

Среда передачи  -  это функция канала обмена данными.

В сетях, где передача данных осуществляется в виде электрического сигнала, используются электрические кабели. Но есть среды, передача которых осуществляется инфракрасным излучением или радиоволнами. Используется кабель оптико-волокнистый.

 

Преимущество работы в локальной сети. 

 

1) Использование в многопользовательском режиме общих ресурсов в сети (принтер, сканер, информационные ресурсы).

2) Обмен информацией в сети по электронной почте.

3) Использование сетевой среды для методического усовершенствования учебного процесса. 

 

Программное обеспечение локальных сетей.

 

Сетевое программное обеспечение реализует разного рода услуги:

управление ресурсами сети;

предоставление многим пользователям некоторого общедоступного компьютера сети, на дисках которого находятся программные модули и данные;

обеспечении доступа к общим ресурсам (принтер, факс, сканер и т.д.)

Сетевое программное обеспечение реализуется под управлением сетевой операционной системы, которая выполняет следующие функции:

Функции сетевой операционной системы:

1. доступ к дискам;

2. хранение файлов;

3. использование оперативной памяти компьютера;

4. функции защиты данных от несанкционированного доступа;

5. управление правилами пользования;

6. предоставление программного обеспечения для работы в глобальных сетях;

7. предоставление некоторых видов услуг в глобальной сети без специального программного обеспечения. 

Примером сетевых локальных ОС являются: Net Wore; Windows NT; Windows-2000 OS/2, Unix

 

Программные компоненты Управления Сетью

 

Объединенные в сеть компьютеры всегда работают под управлением специальных программ управления сетью (в случае соединения двух ПК такие программы уместнее назвать программами управления взаимодействием ПК). Существуют различные про граммы управления сетью ─ сетевые программы. Заметим, что наибольшее распространение имеют сетевые программы фирм Novell (программы Novell Netware), Мiсгоsoft Windows-NT-сервер, сети Мiсгоsoft), Lantastic.

Способ соединения ПК и используемые программы управления сетью определяют вид сети, предоставляемые ею возможности для пользователя и технологию работы в сети.

Объединение в сеть нескольких компьютеров всегда имеет целью предоставление пользователю возможности доступа с одного ПК к ресурсам другого компьютера в сети. Ресурс одного ПК сети, доступный с другого ПК, называется разделяемым или сетевым. Компьютер сети, предоставляющий свои ресурсы, ─ это сервер (хост), а использующий их ─ клиент. Соответственно программы управления сетью состоят из двух частей:

∙ сетевой операционной системы, установленной на сервере и управляющей его работой и работой всей сети;

∙ клиентской части (программы клиента), расположенной на ПК-клиенте и обеспечивающей взаимодействие с сервером.

В зависимости от вида сети программы на сервере и клиенте могут быть как одинаковыми, так и различными. В принципе, на ПК-клиенте может размещаться несколько разных программ-клиентов, предоставляющих пользователю различные возможности, однако в каждый момент времени может работать только одна из них.

Вид ресурсов, доступных ПК-клиенту, и способ доступа к ним зависят как от способа соединения компьютеров, так и от используемой программы управления сетью. Соответственно различают следующие виды взаимодействия и информационного обмена между ПК в сети:

∙ удаленный доступ, при котором с ПК-клиента можно работать с папками и файлами, размещенными на сервере, а также использовать для печати подключенный к серверу принтер (сетевой принтер). Доступ к информации на сервере в этом режиме осуществляется обычными средствами работы с файлами той операционной системы, которая установлена на ПК-клиенте. При этом программы управления сетью всегда предоставляют хозяину сервера возможность установления прав клиента, определяющих, к какой информации, точнее к каким дискам и папкам, клиент имеет доступ. Права, предоставляемые клиенту, также определяют, что он может делать с информацией на сервере (читать, создавать папки и файлы, редактировать и/или удалять информацию и файлы). Однако в режиме удаленного доступа нельзя запускать программы, размещенные на удаленном ПК, или, например, пользоваться подключенным к нему модемом;

∙ удаленное управление, при котором все ресурсы удаленного ПК доступны с подключенного к нему (соединенного с ним) компьютера-клиента. Так, с ПК-клиента можно даже перезагрузить сервер. Этот режим чаще всего используется для управления удаленным ПК, соединение с которым выполнено с помощью модема, а также для подключения с помощью модема к локальной сети офиса.

Следует особо подчеркнуть, что описанные выше способы взаимодействия ПК основаны на использовании возможностей файловой системы той операционной системы, которая установлена на ПК-клиенте.

Наряду с этим предусмотрены средства информационного обмена между ПК, основанные и на других принципах, которые реализуются с помощью специальных программ и по специальным командам обмена. Таким способом организуется обмен ин формацией в глобальных сетях или при соединении двух обычных ПК с помощью модема.

Назначение протоколов

Протоколы (protocols) — это набор правил и процедур, регулирующих порядок осуществления некоторой связи. Например, дипломаты какой-либо страны четко придерживаются протокола при общении с дипломатами других стран. В компьютерной среде правила связи служат тем же целям. Протоколы — это правила и технические процедуры, позволяющие нескольким компьютерам при объединении в сеть общаться друг с другом. Запомните три основных момента, касающихся протоколов.

1. Существует множество протоколов. И хотя все они участвуют в реализации связи, каждый протокол имеет различные цели, выполняет различные задачи, обладает своими преимуществами и ограничениями.

2. Протоколы работают на разных уровнях модели OSI. Функции протокола определяются уровнем, на котором он работает. Если, например, какой-то протокол работает на Физическом уровне, то это означает, что он обеспечивает прохождение пакетов через плату сетевого адаптера и их поступление в сетевой кабель.

3. Несколько протоколов могут работать совместно. Это так называемый стек, или набор, протоколов. Как сетевые функции распределены по всем уровням модели OSI, так и протоколы совместно работают на различных уровнях стека протоколов. Уровни в стеке протоколов соответствуют уровням модели OSI. В совокупности протоколы дают полную характеристику функциям и возможностям стека.

Работа протоколов

Передача данных по сети, с технической точки зрения, должна быть разбита на ряд последовательных шагов, каждому из которых соответствуют свои правила и процедуры, или протокол. Таким образом, сохраняется строгая очередность в выполнении определенных действий.

Кроме того, эти действия (шаги) должны быть выполнены в одной и той же последовательности на каждом сетевом компьютере. На компьютере-отправителе эти действия выполняются в направлении сверху вниз, а на компьютере-получателе -снизу вверх.

Компьютер - отправитель

Компьютер-отправитель в соответствии с протоколом выполняет следующие действия:

• разбивает данные на небольшие блоки, называемые пакетами, с которыми может работать протокол;

• добавляет к пакетам адресную информацию, чтобы компьютер-получатель мог определить, что эти данные предназначены именно ему;

• подготавливает данные к передаче через плату сетевого адаптера и далее — по сетевому кабелю.

Компьютер - получатель

Компьютер-получатель в соответствии с протоколом выполняет те же действия, но только в обратном порядке:

• принимает пакеты данных из сетевого кабеля;

• через плату сетевого адаптера передает пакеты в компьютер;

• удаляет из пакета всю служебную информацию, добавленную компьютером-отправителем;

• копирует данные из пакетов в буфер — для их объединения в исходный блок данных;

• передает приложению этот блок данных в том формате, который оно использует.

И компьютеру-отправителю, и компьютеру-получателю необходимо выполнять каждое действие одинаковым способом, с тем чтобы пришедшие по сети данные совпадали с отправленными.

Если, например, два протокола будут по-разному разбивать данные на пакеты и добавлять информацию (о последовательности пакетов, синхронизации и для проверки ошибок), тогда компьютер, использующий один из этих протоколов, не сможет успешно связаться с компьютером, на котором работает другой протокол.

Маршрутизируемые и немаршрутизируемые протоколы

До середины 80-х годов большинство локальных сетей были изолированными. Они обслуживали один отдел или одну компанию и редко объединялись в крупные системы. Однако, когда локальные сети достигли высокого уровня развития и объем передаваемой ими коммерческой информации возрос, ЛВС стали компонентами больших сетей.

Данные, передаваемые из одной локальной сети в другую по одному из возможных маршрутов, называются маршрутизированными. Протоколы, которые поддерживают передачу данных между сетями по нескольким маршрутам, называются маршрутизируемыми (routable) протоколами. Так как маршрутизируемые протоколы могут использоваться для объединения нескольких локальных сетей в глобальную сеть, их роль постоянно возрастает.

Протоколы в многоуровневой архитектуре

Несколько протоколов, которые работают в сети одновременно, обеспечивают следующие операции с данными:

• подготовку;

• передачу;

• прием;

• последующие действия.

Работа различных протоколов должна быть скоординирована так, чтобы исключить конфликты или незаконченные операции. Этого можно достичь с помощью разбиения на уровни.

Стеки протоколов

Стек протоколов (protocol stack) — это комбинация протоколов. Каждый уровень определяет различные протоколы для управления функциями связи или ее подсистемами. Каждому уровню присущ свой набор правил.

Прикладной		Инициализация или прием запроса
Представительский		Добавление в пакет фирматирующей, отображающей или шифрующей информации
Сеансовый		Добавление информации о трафике с указанием момента отправки пакета
Транспортный		Добавление информации для обработки ошибок
Сетевой		Добавление адресной информации и информации о месте пакета в последовательности передаваемых пакетов
Канальный		Добавление информации для проверки ошибок и подготовка данных для передачи по физическому соединению
Физический		Передача пакета как потока битов

Так же как и уровни в модели OSI, нижние уровни стека описывают правила взаимодействия оборудования, изготовленного разными производителями. А верхние уровни описывают правила для проведения сеансов связи и интерпретации приложений. Чем выше уровень, тем сложнее становятся решаемые им задачи и связанные с этими задачами протоколы.

Привязка

Процесс, который называется привязка, позволяет с достаточной гибкостью настраивать сеть, т.е. сочетать протоколы и платы сетевых адаптеров, как того требует ситуация. Например, два стека протоколов, IPX/SPX и TCP/IP, могут быть привязаны к одной плате сетевого адаптера. Если на компьютере более одной платы сетевого адаптера, то стек протоколов может быть привязан как к одной, так и к нескольким платам сетевого адаптера.

Порядок привязки определяет очередность, с которой операционная система выполняет протоколы. Если с одной платой сетевого адаптера связано несколько протоколов, то порядок привязки определяет очередность, с которой будут использоваться протоколы при попытках установить соединение. Обычно привязку выполняют при установке операционной системы или протокола. Например, если TCP/IP — первый протокол в списке привязки, то именно он будет использоваться при попытке установить связь. Если попытка неудачна, компьютер попытается установить соединение, используя следующий по порядку протокол в списке привязки.

Привязка (binding) не ограничивается установкой соответствия стека протоколов плате сетевого адаптера. Стек протоколов должен быть привязан (или ассоциирован) к компонентам, уровни которых и выше, и ниже его уровня. Так, TCP/IP наверху может быть привязан к Сеансовому уровню NetBIOS, а внизу — к драйверу платы сетевого адаптера. Драйвер, в свою очередь, привязан к плате сетевого адаптера.

Стандартные стеки

В компьютерной промышленности в качестве стандартных моделей протоколов разработано несколько стеков. Вот наиболее важные из них:

• набор протоколов ISO/OSI;

• IBM System Network Architecture (SNA);

• Digital DECnet™;

• Novell NetWare;

• Apple AppleTalk®;

• набор протоколов Интернета, TCP/IP.

Протоколы этих стеков выполняют работу, специфичную для своего уровня. Однако коммуникационные задачи, которые возложены на сеть, приводят к разделению протоколов на три типа:

• прикладной;

• транспортный;

• сетевой.

Прикладной	Добавление информации о трафике с указанием момента отправки пакета
Представительский
Сеансовый
Транспортный	Добавление информации для обработки ошибок
Сетевой	Передача пакета как потока битов
Канальный
Физический

Как видите, схема расположения этих типов соответствует модели OSI.

Прикладные протоколы

Прикладные протоколы работают на верхнем уровне модели OSI. Они обеспечивают взаимодействие иру\лож^л\мй vi обмен данными между ними. К наиболее популярным прикладным протоколам относятся:

• APPC(Advanced Program-to-Program Communication) — одноранговый SNA-протокол фирмы IBM, используемый в основном на AS/400®;

• FTAM (File Transfer Access and Management) — протокол OSI доступа к файлам;

• Х.400 — протокол CCITT для международного обмена электронной почтой;

• Х.500 — протокол CCITT служб файлов и каталогов на нескольких системах;

• SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) — протокол Интернета для обмена электронной почтой;

• FTP (File Transfer Protocol) — протокол Интернета для передачи файлов;

• SNMP (Simple Network Management Protocol) — протокол Интернета для мониторинга сети и сетевых компонентов;

• Telnet — протокол Интернета для регистрации на удаленных хостах и обработки данных на них;

• Microsoft SMBs (Server Message Blocks, блоки сообщений сервера) и клиентские оболочки или редиректоры;

• NCP (Novell NetWare Core Protocol) и клиентские оболочки или редиректоры фирмы Novell;

• Apple Talk и Apple Share® — набор сетевых протоколов фирмы Apple;

• AFP (AppleTalk Filling Protocol) — протокол удаленного доступа к файлам фирмы Apple;

• DAP (Data Access Protocol) — протокол доступа к файлам сетей DECnet.

Транспортные протоколы

Транспортные протоколы поддерживают сеансы связи между компьютерами и гарантируют надежный обмен данных между ними. К популярным транспортным протоколам относятся:

• TCP (Transmission Control Protocol) — TCP/IР-протокол для гарантированной доставки данных, разбитых на последовательность фрагментов;

• SPX— часть набора протоколов IPX/SPX (Internetwork Packet Exchange/Sequential Packet Exchange) для данных, разбитых на последовательность фрагментов, фирмы Novell; NWLink — реализация протокола IPX/SPX от фирмы Microsoft;

• NetBEUI [NetBIOS (Network Basic Input/Output System) Extended User Interface — расширенный интерфейс пользователя] — устанавливает сеансы связи между компьютерами (NetBIOS) и предоставляет верхним уровням транспортные услуги (NetBEUI);

• ATP (AppleTalk Transaction Protocol), NBP (Name Binding Protocol) — протоколы сеансов связи и транспортировки данных фирмы Apple.

Сетевые протоколы

Сетевые протоколы обеспечивают услуги связи. Эти протоколы управляют несколькими типами данных: адресацией, маршрутизацией, проверкой ошибок и запросами на повторную передачу. Сетевые протоколы, кроме того, определяют правила для осуществления связи в конкретных сетевых средах, например Ethernet или Token Ring. К наиболее популярным сетевым протоколам относятся:

• IP (Internet Protocol) — TCP/IР-протокол для передачи пакетов;

• IPX (Internetwork Packet Exchange) — протокол фирмы NetWare для передачи и маршрутизации пакетов;

• NWLink — реализация протокола IPX/SPX фирмой Microsoft;

• NetBEUI — транспортный протокол, обеспечивающий услуги транспортировки данных для сеансов и приложений NetBIOS;

• DDP (Datagram Delivery Protocol) — AppleTalk-протокол транспортировки данных.

Стандарты протоколов

Модель OSI помогает определить, какие протоколы нужно использовать на каждом уровне. Продукты от разных производителей, которые соответствуют этой модели, могут вполне корректно взаимодействовать друг с другом.

	Прикладной	Представительский	Сеансовый	Транспортный	Сетевой	Канальный	Физический
Windows NT	Редиректоры Сервер	TDI	TCP/IP NWLink NBT DLC	NDIS 3.0	NDIS: Оболочка Драйверы плат сетевого адаптера		Физический
Internet	NFS XDR RPC SNMP FTP Telnet SMTP		TCP	IP	ЛВС-драйверы	Управление доступом к среде (MAC)	Физический
NetWare	NetWare Core Protocol (NCP)		Именованные каналы NetBIOS SXP	IPX	ЛВС-драйверы	NDIS	Физический
Apple	Apple Share	Apple Talk Filing Protocol (AFP)	ASP ADSP ZIP PAP ATP NBP AEP RTMP	DDP (Datagram Delivery Protocol)	ЛВС-драйверы	LocalTalk TokenTalk EtherTalk	Физический

ISO, IEEE, ANSI (American National Standards Institute), CCITT (Comite Consultatif Internationale de Telegraphie et Telephonie), сейчас называемый ITU (International Telecommunications Union), и другие организации по стандартизации разработали протоколы, соответствующие некоторым уровням модели OSI.

IEEE-протоколы Физического уровня:

• 802.3 (Ethernet). Это сеть «логическая шина», скорость передачи данных — 10 Мбит/с. Данные передаются по кабелю каждому компьютеру, но принимают их только те, кому они адресованы. Протокол CSMA/CD регулирует трафик сети, разрешая передачу только тогда, когда кабель не занят и другой компьютер не передает информацию.

• 802.4 (передача маркера). Это сеть топологии «шина», использующая схему передачи маркера. Каждый компьютер принимает данные, но реагируют на них только те, кому они адресованы. Маркер, передаваемый от компьютера к компьютеру, определяет тот компьютер, которому разрешена передача.

• 802.5 (Token Ring). Это сеть «логическое кольцо», скорость передачи данных — 4 или 16 Мбит/с. Хотя эта сеть и называется кольцом, выглядит она как звезда, поскольку все сетевые компьютеры подключены к концентратору (MAU). Впрочем, кольцо реализуется внутри концентратора. Маркер, передаваемый по кольцу, определяет тот компьютер, которому разрешена передача.

IEEE-протоколы Канального уровня поддерживают связь на подуровне Управления доступом к среде.

• Прикладной уровень

• Представительский уровень

• Сеансовый уровень

• Транспортный уровень

• Сетевой уровень

• Канальный уровень

  • Управление логической связью (LLC)

  • Управление доступом к среде (MAC)

• Физический уровень

Драйвер управления доступом к среде — это драйвер устройства, расположенный на подуровне Управления доступом к среде. Этот драйвер называют также драйвером платы сетевого адаптера. Он предоставляет низкоуровневый доступ к сетевым адаптерам, обеспечивая поддержку передачи данных и некоторые основные функции по управлению адаптером.

Протокол управления доступом к среде определяет, какой именно компьютер может использовать сетевой кабель, если несколько компьютеров одновременно пытаются получить к нему доступ. CSMA/CD, протокол 802.3, разрешает компьютеру начинать передачу лишь тогда, когда на данный момент нет других передающих компьютеров. Если два компьютера начинают передачу одновременно, происходит своего рода столкновение — коллизия (collision). Протокол обнаруживает коллизию и запрещает передачу до тех пор, пока кабель не освободится. Затем, через случайный интервал времени, каждый компьютер вновь пытается начать передачу.

Отличия локальных сетей от глобальных

Рассмотрим основные отличия локальных сетей от глобальных более детально. Так как в последнее время эти отличия становятся все менее заметными, то будем считать, что в данном разделе мы рассматриваем сети конца 80-х годов, когда эти отличия проявлялись весьма отчетливо, а современные тенденции сближения технологий локальных и глобальных сетей будут рассмотрены в следующем разделе.

• Протяженность, качество и способ прокладки линий связи. Класс локальных вычислительных сетей по определению отличается от класса глобальных сетей небольшим расстоянием между узлами сети. Это в принципе делает возможным использование в локальных сетях качественных линий связи: коаксиального кабеля, витой пары, оптоволоконного кабеля, которые не всегда доступны (из-за экономических ограничений) на больших расстояниях, свойственных глобальным сетям, В глобальных сетях часто применяются уже существующие линии связи (телеграфные или телефонные), а в локальных сетях они прокладываются заново.

• Сложность методов передачи и оборудования. В условиях низкой надежности физических каналов в глобальных сетях требуются более сложные, чем в локальных сетях, методы передачи данных и соответствующее оборудование. Так, в глобальных сетях широко применяются модуляция, асинхронные методы, сложные методы контрольного суммирования, квитирование и повторные передачи искаженных кадров. С другой стороны, качественные линии связи в локальных сетях позволили упростить процедуры передачи данных за счет применения немодулированных сигналов и отказа от обязательного подтверждения получения пакета.

• Скорость обмена данными. Одним из главных отличий локальных сетей от глобальных является наличие высокоскоростных каналов обмена данными между компьютерами, скорость которых (10,16и100 Мбит/с) сравнима со скоростями работы устройств и узлов компьютера - дисков, внутренних шин обмена данными и т. п. За счет этого у пользователя локальной сети, подключенного к удаленному разделяемому ресурсу (например, диску сервера), складывается впечатление, что он пользуется этим диском, как «своим». Для глобальных сетей типичны гораздо более низкие скорости передачи данных - 2400,9600,28800,33600 бит/с, 56 и 64 Кбит/с и только на магистральных каналах - до 2 Мбит/с.

• Разнообразие услуг. Локальные сети предоставляют, как правило, широкий набор услуг - это различные виды услуг файловой службы, услуги печати, услуги службы передачи факсимильных сообщений, услуги баз данных, электронная почта и другие, в то время как глобальные сети в основном предоставляют почтовые услуги и иногда файловые услуги с ограниченными возможностями - передачу файлов из публичных архивов удаленных серверов без предварительного просмотра их содержания.

• Оперативность выполнения запросов. Время прохождения пакета через локальную сеть обычно составляет несколько миллисекунд, время же его передачи через глобальную сеть может достигать нескольких секунд. Низкая скорость передачи данных в глобальных сетях затрудняет реализацию служб для режима on-line, который является обычным для локальных сетей.

• Разделение каналов. В локальных сетях каналы связи используются, как правило, совместно сразу несколькими узлами сети, а в глобальных сетях - индивидуально.

• Использование метода коммутации пакетов. Важной особенностью локальных сетей является неравномерное распределение нагрузки. Отношение пиковой нагрузки к средней может составлять 100:1 и даже выше. Такой трафик обычно называют пульсирующим. Из-за этой особенности трафика в локальных сетях для связи узлов применяется метод коммутации пакетов, который для пульсирующего трафика оказывается гораздо более эффективным, чем традиционный для глобальных сетей метод коммутации каналов. Эффективность метода коммутации пакетов состоит в том, что сеть в целом передает в единицу времени больше данных своих абонентов. В глобальных сетях метод коммутации пакетов также используется, но наряду с ним часто применяется и метод коммутации каналов, а также некоммутируемые каналы - как унаследованные технологии некомпьютерных сетей.

• Масштабируемость. «Классические» локальные сети обладают плохой масштабируемостью из-за жесткости базовых топологий, определяющих способ подключения станций и длину линии. При использовании многих базовых топологий характеристики сети резко ухудшаются при достижении определенного предела по количеству узлов или протяженности линий связи. Глобальным же сетям присуща хорошая масштабируемость, так как они изначально разрабатывались в расчете на работу с произвольными топологиями.