1.4. Телекоммуникационные системы – основные функции и компоненты

Термин «локальная сеть» характеризует масштаб сети: количество компьютеров в сети максимум несколько сотен, длина каналов связи обычно не превышает нескольких сотен метров, пропускная способность каналов связи достаточно высокая. Основным преимуществом работы в локальной сети по сравнению с работой на отдельных компьютерах является использование в многопользовательском режиме общих ресурсов сети: дисков, принтеров, модемов, программ и данных, хранящихся на общедоступных дисках, а также возможность передавать информацию с одного компьютера на другой. Благодаря вычислительным сетям пользователи полу­чают возможность доступа к ресурсам не только своего, но и остальных компьютеров сети. Понятие локальная вычислительная сеть - относится к географически ограниченным (территориально или производственно) аппаратно-программным реализациям, в которых не­сколько компьютерных систем связанны друг с другом с помощью соответствующих средств коммуникаций. Благодаря такому со­единению пользователь может взаимодействовать с другими рабочими станциями, подключенными к этой ЛВС.

Локальная вычислительная сеть на предприятии должна выполнять следующие функции:

• создание единого информационного пространства, которое способно включать и предоставлять всем пользователям информацию, полученную в разное время и из разных источников;

• распа­раллеливание и контроль выполне­ния работ и обработки данных по ним;

• повышение достоверности информации и надежности ее хранения пу­тем создания устойчивой к сбоям и потерям информации вычислительной системы, а также создание архивов данных, которые можно использовать для аналитической обработки;

• обеспечение эффективной системы накопления, хранения и поиска технологической, технико-экономической и финансово-экономической ин­формации по текущей работе и проделанной некоторое время назад (ин­формация архива) с помощью создания глобальной базы данных;

• обработка документов и построения на базе этого действующей сис­темы анализа, прогнозирования и оценки обстановки с целью принятия оп­тимального решения и выработки глобальных отчетов;

• обеспечение прозрачного доступа к информации авторизованному пользователю в соответствии с его правами и привилегиями.

Существует два подхода к организации сетевого программного обеспечения -сети с централизованным управлением и одноранговые сети.

В сети с централизованным управлением выделяются одна или несколько выделенных машин, управляющих обменом данными по сети. Диски выделенных машин, которые называются файл-серверами, доступны всем остальным компьютерам сети. На файл-серверах должен работать специальный мультизадачный диспетчер, использующий защищённый режим работы процессора. Остальные компьютеры называются рабочими станциями. Рабочие станции имеют доступ к дискам файл-сервера и совместно используемым принтерам, но и только. С одной рабочей станции нельзя работать с дисками других рабочих станций. С одной стороны, это хорошо, так как пользователи изолированы друг от друга и не могут случайно повредить чужие данные. С другой стороны, для обмена данными пользователи вынуждены использовать диски файл-сервера, создавая для него дополнительную нагрузку. Есть, однако, специальные программы, работающие в сети с централизованным управлением и позволяющие передавать данные непосредственно от одной рабочей станции к другой, минуя файл-сервер (например, NetLink). После её запуска на двух рабочих станциях можно передавать файлы с диска одной станции на диск другой. На рабочих станциях устанавливается специальное программное обеспечение, часто называемое сетевой оболочкой. Это обеспечение работает в среде той операционной системы, которая используется на данной рабочей станции.

Файловый сервер выполняет три важные функции:

• хранит часто используемые программы;

• принимает информацию, которую нужно переслать от одной рабочей станции к другой рабочей станции;

• служит шлюзом (передающим устройством) к другим сетям.

Файл-серверы могут быть выделенными или невыделенными. В первом случае файл-сервер не может использоваться как рабочая станция и выполняет только задачи управления сетью. Во втором случае параллельно с задачей управления сетью файл-сервер выполняет обычные пользовательские программы. Однако при этом снижается производительность файл-сервера и надёжность работы всей сети в целом, так как ошибка в пользовательской программе, запущённой на файл-сервере, может привести к остановке работы всей сети.

Программные средства и данные общего назначения (базы данных и клиентские приложения) хранятся в единственном экземпляре на дисках файлового сервера. Благодаря указанной возможности, во-первых, обеспечивается рациональное использование внешней памяти за счёт освобождения локальных дисков рабочих станций, и во-вторых, облегчается поддержка целостности данных, что всегда является проблемой при дублировании информации.

Файловый сервер, связанный с глобальной сетью, может обеспечить доступ пользователя с любого компьютера локальной сети к ресурсам глобальных сетей.

Рабочие станции, входящие в ЛВС, могут быть разделены на рабочие группы. Рабочей группе можно выделить свои ресурсы (накопители, принтеры, программное обеспечение, которые будут недоступны другим рабочим группам).

Существуют различные сетевые операционные системы, ориентированные на сети с централизованным управлением. Самые известные из них - Novel NetWare, Microsoft Lan Manager (на базе OS/2), а также выполненная на базе UNIX сетевая операционная система VINES.

Одноранговые сети не содержат в своём составе выделенных серверов. Функции управления сетью передаются по очереди от одной рабочей станции к другой. Как правило, рабочие станции имеют доступ к дискам (и принтерам) других рабочих станций. Такой подход облегчает совместную работу групп пользователей, но в целом производительность сети может понизиться. Одно из достоинств одно-ранговых сетей - простота обслуживания. Если для обслуживания сети на базе Novel NetWare, как правило, требуется системный администратор, то для поддержания работоспособности одно-ранговой сети не требуется специально выделенный для этого сотрудник.

В сети иногда возникают конфликты при попытке разных станций передать данные по одному каналу связи. Это приводит к перебоям в передаче и в конечном счете к уменьшению пропускной способности сети. Поэтому важной характеристикой сети служат методы разрешения конфликтных ситуаций.

Пользователи локальной сети обычно получают и передают информацию разной степени важности, поэтому более важное сообщение должно иметь возможность передаваться по каналу связи вне очереди. Третьим критерием можно считать систему приоритетов.

При большой загрузке сети необходимо как можно более полное использование каналов связи, что обеспечивается правильным управлением сетью и возможностью работы в загруженных сетях.

Один из подходов к управлению сетью заключается в том, что один из компьютеров сети выделяется в качестве главного узла. Главный узел управляет всеми остальными компьютерами, подключенными к сети, и сам определяет, какие устройства и когда производят передачу информации.

Второй подход реализуется на основе равнорангового (одноуровнего) протокола. При этом подходе все компьютеры сети имеют в принципе одинаковый статус (хотя фактически они могут иметь разные права доступа). Возможно и применение гибридных (смешанных) систем.

Поскольку для ЛВС характерны небольшие значения времени распространения сигналов и высокие скорости работы каналов, а также небольшое количество ошибок, не требуется, чтобы в локальной сети использовались сложные протокольные механизмы соединения, опроса, выбора, положительного (или отрицательного) подтверждения.

При организации взаимодействия узлов в локальных сетях основная роль отводится протоколу канального уровня. Наиболее популярный протокол канального уровня - Ethernet - рассчитан на параллельное подключение всех узлов сети к общей для них шине - отрезку коаксиального кабеля. Подход, заключающийся в использовании простых структур кабельных соединений между компьютерами локальной сети, являлся следствием основной цели, которую ставили перед собой разработчики первых локальных сетей во второй половине 70-х годов. Эта цель заключалась в нахождении простого и дешевого решения для объединения нескольких десятков компьютеров, находящихся в пределах одного здания, в вычислительную сеть. Решение должно было быть недорогим, потому что в сеть объединялись недорогие компьютеры. Количество их в одной организации было небольшим, поэтому предел в несколько десятков (максимум - до сотни) компьютеров представлялся вполне достаточным для роста практически любой локальной сети.

Для упрощения и, соответственно, удешевления аппаратных и программных решений разработчики первых локальных сетей остановились на совместном использовании кабелей всеми компьютерами сети в режиме разделения времени. Наиболее явным образом режим совместного использования кабеля проявляется в сетях Ethernet, где коаксиальный кабель физически представляет собой неделимый отрезок кабеля, общий для всех узлов сети. Но и в сетях Token Ring, где каждая соседняя пара компьютеров соединена, казалось бы, своими индивидуальными отрезками кабеля, эти отрезки не могут использоваться компьютерами, которые непосредственно к ним подключены, в произвольный момент времени. Эти отрезки образуют кольцо, доступ к которому как к единому целому может быть получен только по вполне определенному алгоритму, в котором участвуют все компьютеры сети. Использование кольца как общего разделяемого ресурса упрощает алгоритмы передачи по нему кадров, так как в каждый конкретный момент времени кольцо используется только одним компьютером.

Такой подход позволяет упростить логику работы сети. Например, отпадает необходимость контроля переполнения узлов сети кадрами от многих станций, решивших одновременно обменяться информацией. В глобальных сетях, где отрезки кабелей, соединяющих отдельные узлы, не рассматриваются как общий ресурс, такая необходимость возникает, и для решения этой проблемы в алгоритмы обмена информацией вводятся весьма сложные процедуры, предотвращающие переполнение каналов связи и узлов сети.

Использование в локальных сетях очень простых конфигураций (общая шина и кольцо) наряду с положительными имело и негативные стороны, из которых наиболее неприятными были ограничения по производительности и надежности. Наличие только одного пути передачи информации, разделяемого всеми узлами сети, в принципе ограничивало пропускную способность сети пропускной способностью этого пути (к тому же разделенной на число компьютеров сети), а надежность сети - надежностью этого пути. Поэтому по мере повышения популярности локальных сетей и расширения их сфер применения все больше стали применяться специальные коммуникационные устройства - мосты и маршрутизаторы - которые в значительной мере снимали ограничения единственной разделяемой среды передачи данных. Базовые конфигурации в форме общей шины и кольца превратились в элементарные структуры локальных сетей, которые можно теперь соединять друг с другом более сложным образом, образуя параллельные основные или резервные пути между узлами.

Тем не менее, внутри базовых структур по-прежнему работают все те же протоколы разделяемых единственных сред передачи данных, которые были разработаны более 15 лет назад. Это связано с тем, что хорошие скоростные и надежностные характеристики кабелей локальных сетей удовлетворяли в течение всех этих лет пользователей небольших компьютерных сетей, которые могли построить сеть без больших затрат только с помощью сетевых адаптеров и кабеля. К тому же колоссальная инсталляционная база оборудования и программного обеспечения для протоколов Ethernet и Token Ring способствовала тому, что сложился следующий подход - в пределах небольших сегментов используются старые протоколы в их неизменном виде, а объединение таких сегментов в общую сеть происходит с помощью дополнительного и достаточно сложного оборудования.