Вопрос 2. Локальные вычислительные сети

Типичная локальная сеть состоит из нескольких рабочих станций и сервера, на котором могут работать файловая служба, служба печати и другие сетевые программные средства (сервис сети). Рабочие станции и серверы соединены некоторой средой передачи данных (media), например коаксиальным кабелем.

Основными аппаратными компонентами ЛВС являются:

Рабочие станции – персональные ЭВМ, которые являются рабочими местами пользователей сети.

Иногда в PC, непосредственно подключенной к сетевому кабелю, могут отсутствовать накопители на магнитных дисках. Такие PC называют бездисковыми рабочими станциями. Основным преимуществом бездисковых PC является низкая стоимость, а также высокая защищенность от несанкционированного проникновения в систему пользователей и компьютерных вирусов. Недостаток бездисковой PC заключается в невозможности работать в автономном режиме (без подключения к серверу) и иметь собственные архивы данных и программ.

Серверы в ЛВС выполняют функции распределения сетевых ресурсов. Обычно его функции возлагают на достаточно мощный ПК, мини-ЭВМ, большую ЭВМ или специальную ЭВМ-сервер. Файловый (сетевой) сервер играет важную роль в управлении ЛВС. Он управляет накопителями на жестких дисках (файловый сервер), и поддерживает коллективные периферийные устройства, такие как устройства печати (сервер печати), графопостроители, стримеры и сканеры. Емкость дисков файлового сервера должна быть больше, чем на обычном компьютере, т. к. он используется многими компьютерами. В одной сети может быть один или несколько серверов. Каждый из серверов может быть отдельным или совмещенным с PC. В последнем случае только часть ресурсов сервера оказывается общедоступной.

При наличии в ЛВС нескольких серверов, каждый из них управляет работой подключенных к нему PC. Совокупность компьютеров сервера и относящихся к нему PC часто называют доменом. Иногда в одном домене находится несколько серверов. Обычно один из них является главным, а другие – выполняют роль резерва (на случай отказа главного сервера) или логического расширения основного сервера.

Сетевой адаптер (сетевой интерфейс, модуль, карта) – устройство сопряжения, с помощью которого один ПК подключается к другому, а также центральный процессор соединяется с периферийным оборудованием и обеспечивает передачу и прием информации по каналам сети. Используемые сетевые адаптеры имеют три основные характеристики: тип шины компьютера, к которому они подключаются (ISA, EISA, Micro Channel и пр.), разрядность (8, 16, 32, 64) и используемый метод доступа к сетевому каналу данных. На одной линии, которая в локальных сетях обычно называется сегментом, могут быть подключены однотипные адаптеры. В большей части локальных сетей используют сетевые адаптеры стандарта Ethernet. Адаптеры Ethernet используют множественный доступ с контролем передачи и обнаружением столкновений CSMA/CD.

Любой установленный в компьютере адаптер должен иметь специфический драйвер, т. е. программу, которая стандартные команды может передать, принять и другие преобразует в специфические для данного адаптера коды – это программа, непосредственно взаимодействующая с сетевым адаптером.

Операционная система вычислительной сети. В настоящее время можно выделить 4 основные 32-разрядные сетевые ОС: Net Ware 4.1. фирмы Novell, Windows NT Server 4.0 фирмы Microsoft, Vines 6.0 фирмы Banyan, OS/2 Warp Advanced Server фирмы IBM, UNIX.

Основные возможности сетевой ОС:

• совместное использование файлов и принтеров при высокой производительности;

• эффективное выполнение прикладных программ;

• работа на различных платформах (с различными топологиями) и с различным сетевым оборудованием;

• обеспечение интеграции с INTERNET;

• дистанционный доступ к сети;

• организация внутренней электронной почты, групповых дискуссий;

• доступ к ресурсам в территориально разбросанных многосерверных сетях с помощью служб каталогов и имен.

Сетевая операционная система выполняет на файловом сервере помимо функций, присущих обычной ОС (доступ к диску, хранение файлов, использование памяти), функции защиты данных, размещаемых на файловом сервере, от несанкционированного доступа и управляет правами пользователя. Кроме того, сетевая ОС обеспечивает работу со всеми рабочими станциями, на которых могут быть установлены различные ОС.

Кабельные системы – основные средства коммуникации:

а) Витая пара – двужильное проводное соединение. Преимущества витой пары: низкая цена, беспроблемная установка, легко наращивается. Недостатки: помехонезащищенная. Для повышения помехозащищенности информации используют экранированную витую пару, помещенную в экранированную оболочку. Это увеличивает стоимость витой пары.

б) Коаксиальный кабель имеет среднюю цену, хорошо помехозащищен и применяется для связи на большие расстояния (несколько километров).

в) Широкополосный коаксиальный кабель невосприимчив к помехам, легко наращивается, но цена его высокая.

г) Ethernet – кабель (толстый или желтый) с волновым сопротивлением 50 Ом. Он является дорогой альтернативой обычным коаксиальным кабелям.

д) Cheaper net – кабель (тонкий). Это также 50-омный коаксиальный кабель, но дешевле Ethernet – кабеля.

е) Оптоволоконные линии (стекловолоконный кабель). Являются наиболее дорогими. Скорость распространения информации по ним достигает несколько гигабит (у остальных несколько мегабит). Допустимое удаление более 50 км.

Периферийное оборудование – устройства печати, графопостроители, устройства факсимильной связи, – которое подключается к файловому серверу.

Прикладное программное обеспечение.

К дополнительному оборудованию ЛВС относят источники бесперебойного питания, модемы, трансиверы, повторители, а также различные разъемы (конвекторы, терминаторы).

Современный подход к построению локальных сетей состоит в использовании специального концентрирующего оборудования для ветвления. Устройства, транслирующее кадры данных во все имеющиеся сетевые интерфейсы, называются концентратором (Hub). Устройство с внутренним буфером, фильтрующее пакеты данных (кадры данных) по имеющейся таблице адресов (MAC адресов) получателей, называется маршрутизатором (Switch).

Существует два основных метода (принципа) управления в ЛВС: централизованное и децентрализованное. В централизованных сетях одна или несколько ПЭВМ являются центральными (компьютер-сервер (КС)), а остальные – рабочими станциями (РС).

В первом случае говорят о выделенном КС, а во втором – о совмещенном КС.

В выделенном режиме сервер не может одновременно использоваться как рабочая станция. Такое включение имеет то преимущество, что на сервере выполняются только системные программы и никакие прикладные программы не могут вмешаться и нарушить его работу. В этом случае все ресурсы сервера используются для управления ЛВС. Вероятность несанкционированного доступа к данным сервера в выделенном режиме исключена.

Основное назначение КС – управление передачей данных в сети и хранение файлов, используемых многими PC. Исходя из этого, под КС обычно выделяют наиболее производительную и имеющую значительную память ПЭВМ. Кроме того, к КС обычно подключается дорогостоящее оборудование (лазерные принтеры, факсы, модемы, сканеры и т. д.).

Существует множество сетевых ОС, реализующих централизованное управление. Среди них Microsoft Windows NT Server, Novell NetWare (версии 3.Х и 4.Х), Microsoft Lane Manager, OS/2 Warp Server Advanced, VINES 6.0 и другие.

Преимуществом централизованных сетей является высокая защищенность сетевых ресурсов от несанкционированного доступа, удобство администрирования сети, возможность создания сетей с большим числом узлов. Основной недостаток состоит в уязвимости системы при нарушении работоспособности файл-сервера (это преодолевается при наличии нескольких серверов или принятии других мер), а также в предъявлении довольно высоких требований к ресурсам серверов.

Сети с децентрализованным управлением (одноранговые сети) не содержат КС. В них функции управления сетью в соответствии с некоторой дисциплиной поочередно передаются от одной PC к другой.

В невыделенном режиме файловый сервер можно использовать, как для решения задач управления, так и в роли рабочей станции. Благодаря этому ЛВС получает в свое распоряжение дополнительно еще одну рабочую станцию, но в этом случае имеется возможность отказа в работе сервера.

Децентрализованное управление, как правило, применяется в сетях со слабыми компьютерами и простейшими обменами между ними на уровне файлов, а также без серьезного контроля прав доступа к ресурсам сети. Основные ресурсы всех PC обычно оказываются общедоступными, хотя система не всегда обеспечивает корректное их совместное использование на прикладном уровне.

Наиболее распространенными программными продуктами, позволяющими строить одноранговые сети, являются следующие программы и пакеты: Novell NetWare Lite, Windows for Workgroups, Windows 95/98, Artisoft LANtastic, LANsmart, Invisible Software NET-30 и другие.

Развертывание одноранговой сети для небольшого числа PC часто позволяет построить более эффективную и живучую распределенную вычислительную среду. Сетевое программное обеспечение в них является более простым по сравнению с централизованными сетями. Здесь не требуется установка файл-сервера (компьютера и соответствующих программ), что существенно удешевляет систему. Однако такие сети слабее с точки зрения защиты информации и администрирования.