Барабанова М.И., Кияев В.И. Информационные технологии: открытые системы, сети, безопасность в системах и сетях

Подождите немного. Документ загружается.

112

Многозвенная модель (three-tier model) – система клиент-сервер, в ко-

торой промежуточное звено (компьютер) помещается между компьюте-

ром-клиентом и компьютером-сервером двухзвенной модели. Промежу-

точное звено, обычно работающее как монитор обработки транзакций (TP)

или брокер объектных запросов, предоставляет другое место для выпол-

нения программы. C помощью многозвенной модели разработчики могут

обеспечивать работу большего числа клиентов, чем при использовании

двухзвенной модели.

В компьютерных сетях для передачи данных между узлами сети мож-

но использовать три технологии: коммутацию каналов, коммутацию со-

общений и коммутацию пакетов.

Коммутация каналов, обеспечиваемая телефонной сетью общего

пользования, позволяет, с помощью коммутаторов, установить прямое со-

единение между узлами сети.

При коммутации сообщений устройства, называемые коммутаторами

и выполненные на базе универсальных или специализированных компью-

теров, позволяют накапливать (буферизировать) сообщения и посылать их

в соответствии с заданной системой приоритетности и принципами мар-

шрутизации другим узлам сети. Использование коммутации сообщений

может увеличить время доставки сообщений по сравнению с коммутацией

каналов, однако при этом сглаживаются пиковые нагрузки в сети и повы-

шается живучесть сети.

При пакетной коммутации данные пользователя разбиваются на бо-

лее мелкие порции – пакеты, причем каждый пакет содержит служебные

поля и поле данных. Существуют два основных способа передачи данных

при пакетной коммутации:

• виртуальный канал, когда между узлами устанавливается и под-

держивается соединение как бы по выделенному каналу (хотя на

самом деле физический канал передачи данных разделен между не-

сколькими пользователями);

• дейтаграммный режим, когда каждый пакет из набора пакетов,

содержащего данные пользователя, передается между узлами неза-

висимо друг от друга.

Первый способ соединения называют также контактным режимом

(Connection Mode), второй – бесконтактным (Connectionless Vode).

3.6. Принципы построения локальных сетей,

основные компоненты, их назначение и функции

113

Сетевая архитектура, соответствующая реализации физического и

канального уровня модели взаимосвязи открытых систем OSI (гл.1,

п.1.4.2), определяет кабельную систему, кодирование сигналов, скорость

передачи, формат сетевых кадров (фреймов), топологию и метод доступа.

Каждой архитектуре соответствуют свои компоненты – кабели, разъемы,

интерфейсные карты, кабельные центры и т.д.

В локальных и широкомасштабных сетях применяются различные

сетевые технологии, выбор которых зависит от многих факторов. Решаю-

щими факторами являются следующие:

• требования к пропускной способности сети и скорости отклика;

• расположение узлов, расстояния и условия прокладки коммуника-

ций;

• требования надежности и конфиденциальности связи;

• ограничения на стоимость аппаратуры и коммуникаций.

3.6.1. Топология компьютерных сетей

Топология сети характеризует свойства сетей, не зависящие от их

размеров, отражает структуру, образуемую узлами сети и множеством

связывающих их каналов. При этом не учитываются производительность

и принцип работы этих узлов, их типы и длина каналов.

С точки зрения физического расположения функциональных компо-

нентов сети (кабелей, рабочих станций и т.д.) и метода доступа к среде

передачи можно выделить четыре базовые топологии: «общая шина»,

«звезда», «кольцо» и «ячеистая (сотовая)».

1. Сеть с топологией «общая шина» (моноканальная сеть) – сеть,

ядром которой является моноканал. Моноканальная сеть образуется под-

ключением группы абонентских систем к моноканалу (общей шине)

(рис. 3.16).

Рис. 3.16. Схема сети с топологией «общая шина»

«Шинная» топология обладает следующими преимуществами:

• она надежно работает в небольших сетях, проста в использовании и

понятна;

Моноканал

шина

114

• шина требует меньше кабеля для соединения компьютеров и пото-

му дешевле, чем другие схемы кабельных соединений;

• шинную топологию легко расширить;

• достоинством такой топологии является меньшая протяженность

кабелей и более высокая надежность, так как выход из строя одно-

го узла не нарушает работоспособности сети в целом.

Недостатки состоят в следующем:

• обрыв основного кабеля приводит к выходу всей сети из строя;

• интенсивный сетевой трафик значительно снижает производитель-

ность такой сети;

• слабая защищенность информации в системе на физическом уров-

не, так как сообщения, посылаемые одним компьютером другому, в

принципе, могут быть приняты и на любом другом компьютере.

2. Сеть с топологией «звезда» – древовидная сеть, в которой имеет-

ся ровно один промежуточный узел (рис. 3.17). В качестве центральной

части выступает мультиплексор (устройство, преобразующее несколько

сигналов входа в отдельный сигнал вывода; при этом сохраняется воз-

можность восстановления всех сигналов ввода) или концентратор (уст-

ройство, позволяющее средству передачи данных обслуживать большее

количество источников данных по меньшему количеству каналов пере-

дачи данных), который полностью управляет ЭВМ, подключенными к

нему.

Рис. 3.17. Схема сети с топологией «звезда»

Сеть имеет один центральный узел и расходящиеся от него лучами

станции и периферийные от него устройствами на концах. В такой сети

все станции напрямую связаны с центральным компьютером (ЦК), кото-

рый управляет потоком сообщений в сети, и сообщения от одной станции

к другой можно передавать только через ЦК.

115

Расширять звездообразную топологию можно путем подключения

вместо одного из компьютеров еще одного концентратора и присоедине-

ния к нему дополнительных машин. Так создается гибридная звездообраз-

ная сеть (рис. 3.18).

Рис. 3.18. Схема гибридной звездообразной сети

Преимущества сети с топологией «звезда»:

• такая сеть допускает простую модификацию и добавление компью-

теров, не нарушая остальной ее части;

• центральный концентратор звездообразной топологии удобно ис-

пользовать для диагностики;

• отказ одного компьютера не всегда приводит к остановке всей сети;

• в одной сети допускается применение нескольких типов кабелей.

Недостатки сети со звездообразной топологией:

• при отказе центрального концентратора становится неработоспо-

собной вся сеть;

• обычно большая протяженность кабелей (зависит от расположения

центрального компьютера) и, следовательно, такие сети обходятся

дороже, чем сети с иной топологией.

3. Сеть с топологией «кольцо» – сеть, при которой каждый узел свя-

зан с двумя другими (рис.3.19). Эта сеть является подсистемой старшей

сети. В этой сети каждая станция выступает в роли центрального компью-

тера и прямо связана с двумя соседними.

116

Рис. 3.19. Схема сети с топологией «кольцо»

Преимущества сети с кольцевой топологией:

• поскольку всем компьютерам предоставляется равный доступ к

маркеру, ни один из них не сможет монополизировать сеть;

• более высокая надежность системы при разрывах кабелей, так

как к каждому компьютеру есть два пути доступа;

• совместное использование сети обеспечивает постепенное сни-

жение ее производительности в случае увеличения числа поль-

зователей и перегрузки.

Недостатки сети с кольцевой топологией:

• большая протяженность кабеля;

• слабая защищенность информации;

• невысокое быстродействие по сравнению с топологией «звезда»

(но сравнимое с топологией «шина»),

4. Физическая сотовая топология (ячеистая топология) – сеть, в кото-

рой есть непосредственные соединения между всеми ее узлами (рис. 3.20).

Эта сеть характеризуется наличием избыточных связей между устройства-

ми. Для большого числа устройств такая схема оказывается неприемлемой.

Рис. 3.20. Сеть с топологией «сотовая»

5. Сеть гибридной топологии – применяется для соединения между

собой нескольких сетей, каждая из которых может иметь различную топо-

логию, или для создания конгломератов локальных, региональных и гло-

бальных вычислительных сетей.

Топология реальной сети может повторять одну из приведенных

выше или включать их различные комбинации.

117

3.6.2. Архитектуры локальных компьютерных сетей

Наиболее распространенными решениями для локальных сетей яв-

ляются архитектуры Ethernet и Token Ring, нередко еще используется

ARCnet. Для Macintosh характерно использование Apple Talk и Ether Talk.

Различия между названными тремя архитектурами весьма значи-

тельны. Существенны различия и в используемом оборудовании (в ка-

бельных соединениях, контроллерах, электрических характеристиках и

т.п.) в соответствующих сетях. Поэтому эти три типа сетей образовали от-

дельные области в промышленности локальных сетей.

Ethernet – архитектура сетей с разделяемой средой и широковеща-

тельной передачей (все узлы получают пакет одновременно) и методом

доступа CSMA/CD. Стандарт определен документом IEEE 802.3. Физиче-

ская архитектура Ethernet была разработана в середине 70-х в Исследова-

тельском центре фирмы Xerox и используется многими поставщиками се-

тей. Согласно данной архитектуре, компьютер выдает в сеть сообщение

без предварительных запросов на передачу. Сообщение передается в сети

во всех направлениях и доходит до каждого подключенного компьютера.

Однако реагирует на него только тот компьютер, которому это сообщение

адресовано, поскольку сообщение содержит его сетевой адрес. Затем

«принимающий» компьютер, распознав и приняв сообщение, передает в

сеть подтверждение приема, снабдив его сетевым адресом «передававше-

го» компьютера (этот адрес также присутствует в исходном сообщении).

Ethernet имеет шинную или звездообразную топологию.

В сети Ethernet на физическом уровне применяются многие типы ка-

беля. Кабель может прокладываться отрезками. Однако сеть Ethernet мо-

жет включать любое число отрезков кабеля, соединенных специальными

«повторителями». При этом необходимо выполнение одного условия: ме-

жду двумя ПЭВМ должен быть один соединяющий их путь, при этом его

длина не должна превышать 1500 м и на нём не должно быть более двух

повторителей. При расширении сети Ethernet и увеличении числа станций

локальной сети ее производительность может существенно снизиться. Это

связано с тем, что в данной сети реализуется совместно используемая сре-

да передачи данных, и когда информацию передает множество станций,

возникает перегрузка сети (число конфликтов превышает число успешных

передач).

Физическая архитектура Arcnet была разработана в начале 70-х фир-

мой Datapoint Corporation.

118

В данной сети используется схема передачи маркера со звездообраз-

ной, шинной или древовидной топологией. Применяются три типа кабе-

лей: коаксиальный, UTP и волоконно-оптический.

Согласно данной архитектуре, компьютер может передать свое со-

общение в сеть только после получения специального служебного марке-

ра. Маркер представляет собой специальную последовательность битов.

Маркер перемещается по сети от компьютера к компьютеру в порядке

возрастания их системных номеров. Системные номера компьютеров в се-

ти Arcnet находятся в диапазоне 0 - 255. Достигнув старшего номера, мар-

кер переходит к младшему, и снова движется в сторону возрастания номе-

ров. Получив маркер, компьютер может передавать в сеть один пакет дан-

ных общим объемом до 512 байт: к маркеру добавляется сетевой номер

(адрес) компьютера, которому передается сообщение, собственный сете-

вой номер и 508 байт данных. Этот пакет далее последовательно перехо-

дит в сети от одного компьютера к другому, пока не достигнет адресата.

Если объема одного пакета окажется недостаточно для передачи сообще-

ния, то передача выполняется за несколько проходов маркера по сети. По-

этому метод Arcnet называют методом доступа с эстафетной передачей в

сетях со звездообразной топологией.

Архитектура Token Ring была разработана в 1984 году фирмой IBM.

Эта сеть оказала большое влияние на промышленность локальных сетей.

Поставщиками сетевого программного обеспечения для сетей Token Ring

являются такие фирмы, как Novell, 3Com. В сети Token Ring также ис-

пользуется передача маркера. Сеть Token Ring имеет кольцевую тополо-

гию при соединении компьютеров. Согласно данному методу, компьютер,

получив пустой маркер, может заполнить его сообщением любой длины.

Сформированное сообщение (кадр) перемещается по сети, и каждый ком-

пьютер копирует кадр в свою память, а затем помечает его пометкой

«принято». Передававший компьютер, получив свой кадр уже обработан-

ным, удаляет его из сети. Сети Token Ring имеют механизм приоритета,

что позволяет выделять определенные компьютеры для ускоренного об-

служивания. Предусмотрена возможность отключения неисправного ком-

пьютера от сети.

В заключение отметим, что выбор конкретной архитектуры и топо-

логии локальной сети обусловлен вычислительными и коммуникацион-

ными задачами, для которых создаётся сеть, и конкретными наборами

программно-аппаратных средств, на базе которых строится эта сеть. При

этом обязательно выполнение и соблюдение требований международных

и региональных стандартов, реализующих исполнение принципов созда-

ния открытых систем.

119

Библиографический список к главе 3

3-1. Интернет – среда обитания. (www.citforum.ru/internet/ com-

er/gl1.shtml).

3-2. Каян Э. Информационные технологии: Толковый словарь аббревиа-

тур. – М.: БИНОМ; Лаборатория знаний, 2003. – 646 с.

3-3. Артемьев В.И. Разработка INTRANET-приложений: Учебное посо-

бие. – Ярославль: Изд-во ЯрГПУ, 1998. – 233 с.

3-4. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, техноло-

гии, протоколы: Учебник для вузов. – СПб.: Питер, 2005. – 460 с.

Вопросы к главе 3

1. Какие два основных значения имеет термин Internet?

2. Какие информационные услуги реализуют Internet-службы?

3. Что такое пространство Intranet и чем оно отличается от пространства

Internet?

4. Перечислите основные архитектуры компьютерных сетей.

5. Приведите классификацию компьютерных сетей по различным класси-

фикационным признакам.

6. Какие топологии локальных компьютерных сетей существуют? Опре-

делите преимущества и недостатки каждой топологии.

7. Назовите основные физические архитектуры локальных компьютерных

сетей.

120

Глава 4. СЕТЕВОЙ СЕРВИС И СЕТЕВЫЕ СТАНДАРТЫ.

ПРОГРАММЫ ДЛЯ РАБОТЫ В СЕТИ INTERNET

4.1. Понятие сетевых протоколов глобальных сетей

Компьютеры, подключенные к сети Internet, могут быть различной

архитектуры и с различным программным обеспечением. Их совмести-

мость и эффективная работа в сети достигается за счет использования

коммуникационных протоколов (набор правил, касающихся передачи ин-

формации по сетям).

Стек протоколов – разделенный на уровни набор протоколов, кото-

рые работают совместно, реализуя определенную коммуникационную ар-

хитектуру. Обычно задачи того или иного уровня реализуются одним или

несколькими протоколами.

Стек Transmission Control Protocol / Internet Protocol (TCP/IP) – про-

мышленный стандарт стека протоколов, разработанных для обеспечения

взаимосвязи различных устройств в глобальных сетях. Стек TCP/IP под-

держивают все современные операционные системы, и он служит основой

для работы в сети Internet.

Протокол TCP (протокол управления передачей) разбивает информа-

цию на порции (пакеты) и нумерует их. Затем протокол IP (протокол In-

ternet) добавляет к каждой порции служебную информацию с адресами

отправителя и получателя и обеспечивает доставку всех пакетов.

Благодаря такому способу передачи информации в Internet, как и в

обычной почте, нет понятия «занято» – каждый компьютер может одно-

временно принимать пакеты от большого количества других компьюте-

ров. В этом случае нет необходимости устанавливать отдельный канал

связи межу двумя компьютерами.

Протоколы и службы Internet можно использовать и в рамках локаль-

ной сети. В этом случае такая сеть имеет название Intranet (гл. 3, п. 3.1).

В терминах модели взаимосвязи открытых систем OSI в стеке прото-

колов TCP/IP используются (рис. 4.1):

1. Протокол Telnet (протокол эмуляции терминала) – протокол досту-

па к удаленному компьютеру и обработки данных на нем. Данный прото-

кол обеспечивает передачу потока байтов между процессами, а также ме-

жду процессом и терминалом.

2. Протокол FTP (File Transmission Protocol) – протокол пересылки

файлов (предоставляет возможность интерактивной работы с удаленной

машиной, выполняет аутентификацию пользователей и др.).

3. Протокол SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) – протокол передачи

почтовыми серверами электронной почты. Сервер IIS поддерживает рабо-

ту с протоколом SMTP для обработки почтовых сообщений.

121

4. Протокол DNS (Domain Name System) – протокол поддержки сете-

вого адреса.

5. Протокол RIP (Routing Internet Protocol) – протокол межсетевого

взаимодействия, предназначенный для сбора маршрутной информации.

6. Протокол SNPM (Simple Network Management Protocol) – протокол

централизованного управления узлами сети, например серверами, рабо-

чими станциями, маршрутизаторами, мостами и концентраторами. Кроме

того, SNMP можно использовать для конфигурирования удаленных уст-

ройств, мониторинга производительности сети, выявления ошибок сети и

попыток несанкционированного доступа, а также для аудита использова-

ния сети.

7. Протокол TCP (Transmission Control Protocol) – протокол управле-

ния передачей, который обеспечивает надежную передачу сообщений ме-

жду удаленными прикладными процессами за счет образования виртуаль-

ных соединений.

8. Протокол UDP (User Datagram Protocol) – протокол дейтаграмм

пользователя, который обеспечивает передачу прикладных процессов дей-

таграммным способом и выполняет только функции связующего звена ме-

жду сетевым протоколом и многочисленными прикладными процессами.

Рис. 4.1. Стек протоколов TCP/IP в терминах модели OSI

Модель OSI

ТРАНСПОРТНЫЙ

ур

овень

СЕТЕВОЙ

ур

овень

КАНАЛЬНЫЙ

ур

овень

ФИЗИЧЕСКИЙ

ур

овень

Модель TCP/IP

Семейство протоколов TCP/IP

TCP UDP

ARP

IGMP ICMP

Etherne

Token Rin

Frame Rela

Уровень

ПРИЛОЖЕНИЙ

Уровень

ПРЕ

СТАВЛЕНИЯ

АННЫХ

СЕАНСОВЫЙ

ур

овень

Уровень

ПРИКЛАДНЫХ

ПРОГРАММ

ТРАНСПОРТНЫЙ

уровень

МЕЖСЕТЕВОЙ

ровень

Уровень

СЕТЕВОГО ИН-

ТЕРФЕЙСА

Telnet FTP SMPT

DNS RIP SNMP