Берри Нанс. Компьютерные сети
Подождите немного. Документ загружается.
ГЛАВА 1. ОБЗОР ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ
Аббревиатура ЛВС расшифровывается как локальная вычислительная
сеть. Внутри здания или в пределах небольшой территории ЛВС позволяет
соединить между собой группу ПК для совместно использования информации.
Без ЛВС для обмена данными вам пришлось бы копировать файлы на дискеты
и передавать их другому пользователю. Метод дискет не позволяет нескольким
пользователям одновременно работать с одними и теми же файлами данных.
ЛВС предоставляет такую возможность, если вы используете
многопользовательское прикладное программное обеспечение. Кроме простого
разделения файлов пользователи сети могут разделять принтер, накопитель для
компакт-дисков, модем или даже факсимильный аппарат.
В этой главе вы вначале выясните возможности ЛВС. Затем вы узнаете
основы того, из чего состоит ЛВС. При этом вы познакомитесь с рабочими
станциями, файловыми серверами, сетевыми кабелями и картами сетевых
адаптеров, таких как LANtastic, ARCnet, EtherNet и Token Ring. После
знакомства с аппаратной частью ЛВС мы перейдем к программным средствам.
Вы изучите сетевые операционные системы, такие как NetWare, OS/2 LAN
Server, LAN Manager, LANtastic, NetWare Lite и Personal NetWare. После
короткого обсуждения прикладного программного обеспечения вы
ознакомитесь с возможностями защиты информации от несанкционированного
доступа, резервного копирования файлов в ЛВС, восстановления информации и
защиты от сбоев источника питания. В завершении главы содержатся
некоторые советы по поводу того, в каких случаях вы должны обращаться за
помощью к экспертам.
ПРЕДСТАВЛЕНИЕ О ВОЗМОЖНОСТЯХ ЛВС
ЛВС предоставляет пользователям практически те же возможности, что и
большая ЭВМ или миникомпьютер, но при этом имеет гораздо меньшую
стоимость. Люди могут разделять ресурсы компьютера и информацию;
находясь далеко друг от друга, они могут совместно работать над проектами и
задачами, которые требуют тесной координации и взаимодействия. К тому же,
даже если компьютерная сеть выйдет из строя, вы все же сможете продолжить
работу на вашем ПК. (Поломка большой ЭВМ или миником-пьютера обычно
останавливает работу всего отдела или компании). В следующей главе
"Разделение ресурсов компьютера" подробно объясняются возможности ЛВС.
Здесь же мы лишь коснемся общих вопросов.
Ниже перечислены семь задач, которые решаются с помощью ПК,
работающего в составе ЛВС, и которые достаточно трудно решить с помощью
отдельного ПК.
1. Разделение файлов. ЛВС позволяет многим пользователям
одновременно работать с одним файлом, хранящимся на центральном файл-
сервере. К примеру, в офисе адвоката может иметься набор документов, к
которому необходим одновременный доступ нескольких секретарей.
2. Передача файлов. ЛВС позволяет быстро копировать файлы любого
размера с одной машины на другую без использования дискет.
3. Доступ к информации и файлам. ЛВС позволяет запускать прикладные
программы с любой из рабочих станций, где бы она ни была расположена.
4. Разделение прикладных программ. ЛВС позволяет двум пользователям
использовать одну и ту же копию программы, например, текстового процессора
MS Word. При этом, конечно, два пользователя не могут одновременно
редактировать один и тот же документ.
5. Одновременный ввод данных в прикладные программы. Сетевые
прикладные программы позволяют нескольким пользователям одновременно
вводить данные, необходимые для работы этих программ. Например, вести
записи в бухгалтерской книге так, что они не будут мешать друг другу. Однако
только специальные сетевые версии программ позволяют одновременный ввод
информации. Обычные компьютерные программы позволяют работать с
набором файлов только одному пользователю.
6. Разделение принтера. ЛВС позволяет нескольким пользователям на
различных рабочих станциях совместно использовать один или несколько
дорогостоящих лазерных принтеров.
ЗАМЕЧАНИЕ. Если все, что вам нужно – это размещение принтера
между несколькими пользователями, то простой коммутатор может
также решить задачу.
7. Электронная почта. Вы можете использовать ЛВС как почтовую
службу и рассылать служебные записки, доклады, сообщения другим
пользователям. Телефон, конечно, быстрее и более удобен, но электронная
почта передаст ваше сообщение даже в том случае, если в данный момент
абонент отсутствует на своем рабочем месте, и для этого ей не требуется
бумаги.
ПРЕДСТАВЛЕНИЕ О КОМПОНЕНТАХ ЛВС
ЛВС - это совокупность компьютеров, кабелей, сетевых адаптеров,
работающих под управлением сетевой операционной системы и прикладного
программного обеспечения. Для сетевой операционной системы часто
используется аббревиатура NOS (Network Operating System). В ЛВС каждый ПК
называется рабочей станцией, за исключением одного или нескольких
компьютеров, которые предназначены для выполнения функций файл-
серверов. Каждая рабочая станция и файл-сервер содержат карты адаптеров,
которые с помощью сетевых кабелей соединяются между собой. В дополнение
к локальной операционной системе (обычно DOS) на каждой рабочей станции
активизируется сетевое программное обеспечение, позволяющее станции
взаимодействовать с файловым сервером. Аналогично, на файловом сервере
запускается сетевое программное обеспечение, которое позволяет ему
взаимодействовать с рабочей станцией и обеспечивать ей доступ к своим
файлам. Сетевые прикладные программы на каждой рабочей станции
взаимодействуют с файловым сервером для чтения или записи файлов. На рис.
1.1 показаны компоненты, составляющие ЛВС.
Рис. 1.1. Компоненты локальной вычислительной сети
РАБОЧИЕ СТАНЦИИ
Компьютеры, входящие в ЛВС, делятся на два типа: рабочие станции,
предназначенные для пользователей, и файловые серверы, которые, как
правило, недоступны для обычных пользователей. С рабочей станцией работает
только пользователь, сидящий перед ней, в то время как файловый сервер
позволяет многим пользователям разделять его ресурсы. В качестве рабочей
станции, как правило, применяются среднего класса ПК типа IBM PC/AT на
базе процессоров 80286 или 80386
. Они оснащены ОЗУ объемом от 1М до 4М,
часто имеют хороший цветной или черно-белый монитор типа VGA и
высококачественную клавиатуру. Однако эти характеристики нужны лишь для
повышения удобства использования рабочей станции и не влияют на качество
работы ЛВС. Обычно рабочие станции также имеют недорогой НЖМД
небольшого объема.
Некоторые рабочие станции, называемые бездисковыми рабочими
Компьютеры на базе процессоров 80286 в настоящее время практически не выпускаются. - Прим. ред.
станциями, не имеют собственных дисководов. Для таких рабочих станций
доступ к файлам полностью определяется ЛВС.
Когда вы пользуетесь рабочей станцией, она почти во всех отношениях
ведет себя как автономный ПК. Однако, если вы приглядитесь к ней
повнимательнее, то обнаружите четыре отличия от обычного ПК.
На экране во время загрузки операционной системы появляются
дополнительные сообщения, которые информируют вас о том, что сетевая
операционная система загружается в рабочую станцию.
Вы должны сообщить сетевому программному обеспечению ваше имя
пользователя (или идентификационный номер ID) и пароль перед началом
работы. Это называется процедурой входа в систему.
После подключения к ЛВС вы видите дополнительные буквы (на
компьютере Macintosh - дополнительные папки, в системе UNIX -
дополнительные файловые системы), обозначающие дополнительные дисковые
накопители, ставшие вам доступными.
Когда вы распечатываете служебные записки или сообщения, они
печатаются на принтере, который может находиться далеко от вашего рабочего
места.
Более подробно рабочие станции рассмотрены в главе 6 "Рабочие
станции".
ФАЙЛОВЫЕ СЕРВЕРЫ
В противоположность рабочей станции файловый сервер - это компьютер,
который обслуживает все рабочие станции. Он осуществляет совместное
использование файлов, размещаемых на его дисках. Файловые серверы - это,
обычно, быстродействующие компьютеры на базе процессоров 80386, 80486
или Pentium, работающие с тактовой частотой 25 и выше, с объемом ОЗУ 8М
или более
. Файловые серверы часто оснащены только монохромным
монитором и недорогой клавиатурой, потому что они, как правило, не
используются интерактивно пользователями ЛВС. Однако файловый сервер
почти всегда содержит не менее одного быстродействующего накопителя
большой емкости.
Серверы должны быть высококачественными и высоконадежными
машинами, потому что при обслуживании всей компьютерной сети они
многократно выполняют работу обычной рабочей станции. Их накопители
также должны быть высоконадежными и иметь большой срок службы.
Чаще всего файловый сервер выполняет только эти функции. Но иногда в
малых ЛВС файл-сервер используется еще и в качестве рабочей станции.
Однако, если пользователь такой рабочей станции выключит ее, то вся
сеть также будет выключена, к тому же, обслуживание всей компьютерной сети
В настоящее время большинство продаваемых сетей используют для сервера 80486 и Pentium с
тактовой частотой не менее 60. - Прим. ред.
- большая работа, которая почти не оставляет ресурсов для работы в качестве
рабочей станции.
Файловый сервер может использовать иную операционную систему, чем
рабочие станции. ОС NetWare фирмы Novell является примером сетевой
операционной системы, которая работает только на файловом сервере. (Часть
NetWare, которая работает на рабочей станции и которую пользователи
называют драйвером, оболочкой, NETX, VLM, лишь дополняет DOS, a не
заменяет ее.)
При большой нагрузке на сеть, к примеру, когда в ней работают двадцать
рабочих станций и один файловый сервер, каждая рабочая станция может
использовать лишь 1/20 от ресурса сервера. На практике, однако, большинство
рабочих станций в течение большей части времени пассивны, по крайней мере,
с точки зрения доступа к файлам на накопителе. Поэтому пока другие рабочие
станции не используют сервер, ваша может использовать 100% его ресурсов.
СЕТЕВЫЕ КАБЕЛИ
Существуют множество различных модификаций кабелей для ЛВС.
Используются как тонкие коаксиальные кабели (называемые Thinnet или
CheaperNet), так и толстые коаксиальные кабели (ThickNet), а также
экранированные витые пары (STP - Shielded Twisted Pair), которые выглядят как
электрическая проводка, вмонтированная в стены вашего дома, и
неэкранированные витые пары (UTP - Unshielded Twisted Pair), которые
напоминают телефонные провода. Применяются даже оптоволоконные кабели,
которые могут работать на больших расстояниях и с большей скоростью, чем
другие типы кабелей. Однако их прокладка и сетевые адаптеры для них
довольно дороги. Тип используемого кабеля в значительной степени зависит от
карты сетевого адаптера, выбранного вами. Карты сетевых адаптеров будут
рассмотрены в следующем разделе.
При помощи кабеля каждая рабочая станция соединяется с другими
рабочими станциями и с файловым сервером. В одних случаях единый кабель
проходит от узла к узлу, последовательно соединяя все рабочие станции и все
файловые серверы. Такая конфигурация называется топологией шина или
топологией дейзи-цепи, рис. 1.2 (топология - это просто описание способа, при
помощи которого рабочие станции и серверы физически соединяются между
собой).
В других случаях к каждой рабочей станции подходит собственный
кабель из центрального узла, например, файлового сервера. На рис. 1.3
показана такая конфигурация, называемая звездой. Иногда кабели
периодически разветвляются в узловых точках, образуя звездообразное дерево,
показанное на рис. 1.4. Конфигурация дейзи-цепи требует наименьшего
количества кабеля, но труднее поддается диагностике и ремонту при сбоях.
Если нужно проводить кабели через стены или потолок, то их прокладка может
оказаться наиболее дорогостоящей частью установки ЛВС. В каждой точке
ветвления необходимо использовать специальные соединители для
расходящихся кабелей. Иногда необходимо также использование
дополнительных "черных ящиков", таких как разветвители, повторители или
устройства доступа.
Рис. 1.2 Топология линейной шины, в которой все рабочие станции
присоединены к общему кабелю
Рис. 1.3. Топология звезды, в которой все рабочие станции и сетевые
устройства присоединены с помощью кабелей, радиально расходящихся из
центра. Таким, центром обычно является файловый сервер
Ведущие компании, например, Motorola, проводят поисковые работы по
созданию беспроводных ЛВС. Такие беспроводные ЛВС используют
инфракрасные лучи или радиоволны для передачи сетевых сигналов между
компьютерами.
Планирование кабельной разводки, обрезка кабеля, его прокладка и
монтаж соединителей - это работа, которую лучше предоставить
профессионалам. Если соединители выполнены некачественно, то в сети могут
возникнуть эхо-сигналы, которые будут являться причиной ошибок при
передаче данных. Цена коаксиального кабеля составляет около 45 центов за
метр, а экранированной витой пары более 3 долларов за метр. На первый взгляд
это слишком дорого, однако стоимость прокладки этого кабеля, составляющая
около 45 долларов в час, заметно превосходит расходы собственно на кабель.
Только в одном случае вы можете пытаться проложить кабель для ЛВС
самостоятельно - если все компьютеры, которые вы собираетесь объединять в
сеть, расположены на смежных столах в одном помещении и вам не нужно
будет сверлить отверстия для кабелей в стенах и потолке.
Рис. 1.4. Топология звездообразное дерево, в которой все рабочие
станции и устройства присоединены к одному или нескольким общим
узлам или устройствам коллективного доступа
Правила эксплуатации производственных зданий почти всегда требуют
использовать пожаробезопасные кабели с низким уровнем выделения
токсичных газов при горении. В главе 5 под названием "Протоколы, кабели и
адаптеры" кабели для компьютерных сетей будут рассмотрены более детально.
А пока вы должны запомнить, что кабели с кодом plenum являются наиболее
пожаробезопасными. Учитывая это, лучше избежать ситуации, когда после
прокладки обычного кабеля вам придется извлекать его по требованию
пожарной инспекции и прокладывать новый, пожаробезопасный.
СЕТЕВЫЕ АДАПТЕРЫ
Карты сетевых адаптеров, также как и карты адаптеров дисплеев,
устанавливаются в каждой рабочей станции и в файловом сервере. Ваша
рабочая станция отправляет запрос через сетевой адаптер к файловому серверу
и получает ответ через сетевой адаптер, когда файловый сервер готов передать
очередную порцию файла. Такие запросы и ответы аналогичны чтению и
записи файлов на диск в вашем ПК.
Одновременно только два сетевых адаптера могут обмениваться
информацией друг с другом. Это означает, что другие рабочие станции в это
время должны ждать своей очереди. К счастью, такие задержки обычно
незаметны, поэтому при работе в ЛВС создается впечатление, что доступ всех
пользователей к файл-серверу осуществляется одновременно.
На картах адаптеров LANtastic имеются два разъема, один из которых
предназначен для входного кабеля, а другой для выходного. На картах
адаптеров EtherNet имеются: либо Т-образный разъем, либо 15-контактный
разъем, по форме напоминающий букву D, либо разъем типа телефонной
розетки, а иногда - комбинация всех трех перечисленных разъемов. На картах
адаптеров Token Ring имеется 9-контактный разъем, а иногда еще
дополнительно телефонный разъем. На рис. 1.5 показана карта скоростного
адаптера Token Ring с двумя типами разъемов.
Рис. 1.5. Адаптер Token Ring 16/4 фирмы Thomas-Conrad (с 9-
контактным разъемом и разъемом для телефонного кабеля)
Карты с двумя или более типами разъемов предоставляют возможность
выбора из широкого ассортимента сетевых кабелей. Например, карта адаптера
Token Ring с двумя разъемами допускает использование в качестве сетевого
кабеля экранированной витой пары (STP) или неэкранированной витой пары
(UTP или телефонного провода).
Карта адаптера принимает все сообщения, которые передаются по кабелю
и отбирает из них только те, которые непосредственно адресованы данной
рабочей станции. Полученное сообщение задерживается адаптером до тех пор,
пока рабочая станция не будет готова принять это сообщение. В случае, когда
рабочая станция собирается послать запрос на файловый сервер, адаптер
дожидается перерыва в потоке данных (графике) сети и выставляет свое
сообщение в образовавшееся окно. Адаптер также автоматически производит
проверку того, что сообщение было передано без ошибок и если это не так, то
передача повторяется.
СКОРОСТЬ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В ЛВС
Для измерения быстродействия сети в технике введена специальная
величина - мегабит в секунду. Так как один байт информации состоит из;
восьми бит, то для того, чтобы определить, сколько символов (байт) и в
секунду теоретически способна пропустить ЛВС, необходимо: величину
быстродействия сети разделить на восемь. Предположим, что вы хотите
передать все содержимое 3,5 дюймовой дискеты емкостью 1,44М, через
сеть. Максимальное быстродействие сети равно четырём мегабитам в
секунду. Разделив 4 мегабита в секунду на 8, вы определите, что сеть
способна передать 500К данных за 1 сек. Это сравнимо со скоростью:
передачи данных среднего НЖМД. Таким образом, процедура передачи
данных с дискеты могла бы занять лишь несколько секунд, как это следует
из наших простых оценок.
На практике максимальное быстродействие сети никогда не
реализуется. Фактически ЛВС не может работать быстрее, чем самая
медленная ее компонента. Если осуществляется передача 1,44М данных
от дискового накопителя рабочей станции к файловому серверу,
затраченное время будет включать не только время на передачу данных,
но и время чтения этих данных с диска рабочей станции, время на
оперирование данными в рабочей станции и, конечно же, время
оперирования данными и их, записи на диск сервера. Скорость передачи
данных вашего дискового накопителя, который в данном случае вероятнее
всего окажется наиболее медленной компонентой, будет определять
скорость, с которой данные передаются на сервер. Запросы других
пользователей ЛВС, работающих одновременно с вами, будут
перемежаться с вашими запросами, и суммарное время передачи будет
ещё больше.
Если же вы производите: передачу данных с дискеты емкостью 1,44М на
сервер, то вы убедитесь, что этот процесс займет еще больше времени.
Накопители на гибких дисках, как вы знаете, являются очень медленными
устройствами. Ваша рабочая станция будет обращаться к сети изредка,
небольшими порциями по мере чтения дискеты. Таким образом, рабочая
станция не может передавать данные по сети быстрее, чем она
считывает их с дискет.
Цены на адаптеры находятся в диапазоне от менее чем 100 до более чем
1000 долларов, в зависимости от их быстродействия. Адаптер с большим
быстродействием будет быстрее передавать данные по кабелю, а
следовательно, и раньше получать ответ.
В небольшой ЛВС, например содержащей всего четыре рабочие станции
и один сервер, погоня за скоростью не имеет большого значения. Однако, если
к одному кабелю будут присоединены сто рабочих станций, быстродействие
адаптера становится важным фактором.
Адаптер LANtastic
Фирма Artisoft наряду с адаптерами типа EtherNet производит также и
адаптеры собственной разработки. Собственная модель адаптера фирмы
Artisoft называется LANtastic, что вносит некоторую путаницу, так как фирма
Artisoft производит сетевую операционную систему с таким же названием.
Адаптер LANtastic работает со скоростью 2 миллиона бит в секунду (2 Мбит/с)
и использует четырехпроводный кабель, который поочередно соединяет
рабочие станции в сети друг с другом. Процедура установки очень проста, если
нет необходимости протягивать кабель сквозь стены или потолок.
Заметим, что адаптеры типа EtherNet или Token Ring соответствуют
общепринятым промышленным стандартам, в то время как адаптеры LANtastic
являются оригинальной разработкой, поэтому большинство пользователей при
создании новой ЛВС выбирают именно EtherNet или Token Ring.
Адаптеры ARCnet
Адаптер ARCnet является одним из старейших представителей сетевых
аппаратных средств. Вначале он был собственным фирменным продуктом
компании Datapoint Corporation, но в настоящее время многие фирмы
выпускают ARCnet-совместимые карты. Адаптеры ARCnet имеют невысокое
быстродействие, но зато они не критичны к небольшим ошибкам при
установке. Они известны своей высокой надежностью, а возникающие
проблемы с кабелем и адаптерами легко поддаются диагностике. Адаптеры
ARCnet дешевле, чем EtherNet и работают примерно по такому же принципу,
как адаптеры Token Ring, но при гораздо меньшей скорости равной 2,5 Мбит/с.
В параграфе "Адаптеры Token Ring" этой главы будут изложены основные
принципы работы адаптеров ARCnet и Token Ring.
Адаптеры EtherNet
ЛВС, использующие адаптеры EtherNet, могут связывать широкий спектр
систем, включая UNIX-компьютеры, компьютеры Macintosh фирмы Apple, ПК
фирмы IBM и совместимые с ними. Адаптеры EtherNet производятся
множеством конкурирующих между собой компаний и имеют три
модификации (ThinNet, UTP и ThickNet), в зависимости от толщины
используемого кабеля. Адаптеры модификации ThickNet могут работать на
ольщие расстояния, чем другие, но они значительно дороже. Скорость Работы
ЛВС с EtherNet равна 10 миллионам бит в секунду (10 Мбит/с).