Дзюбенко А.Л., Ильин А.А., Мишин П.Н. и др. Информационные технологии управления: Учебное пособие

Подождите немного. Документ загружается.

141

бирать необходимые данные в соответствии со своими запросами. При

этом возможны два варианта работы:

• по запросу пользователя записи базы данных последовательно

передаются на рабочую станцию, где в дальнейшем выполняется их обра-

ботка;

• сервер обеспечивает всю необходимую обработку данных и пере-

дает на рабочую станцию результаты выполнения запроса пользователя,

реализуя тем самым технологию клиент-сервер.

Первый вариант в отличие от второго значительно увеличивает за-

грузку линий связи сети; при этом несколько снижаются требования к тех-

ническим характеристикам сервера, но одновременно увеличивает требо-

вания к

рабочим станциям.

Организация технологии

принт-сервер осуществляется подключе-

нием к рабочей станции производительного принтера, что позволяет обес-

печить вывод на печать с любых рабочих станций. При быстром поступ-

лении нескольких заданий на печать формируется очередь заданий, вы-

полняемых в порядке их поступления. Возможен вариант непосредствен-

ного подключения принтера к ЛВС через сетевую карту.

Почтовый сервер обеспечивает хранение получаемых и отправляе-

мых сообщений, что позволяет в удобное для пользователя время отпра-

вить через него собственное сообщение или прочитать принятое.

ЛВС подразделяются на одноранговые сети и сети с выделенным

сервером (иерархические). В

одноранговой сети все рабочие станции рав-

ноправны. Каждая рабочая станция может обслуживать запросы от других

станций и, в свою очередь, направлять им свои запросы. Таким образом,

любая рабочая станция может выполнять функции как клиента, так и сер-

вера. Для каждой рабочей станции сети задается уникальное имя и пароль

для входа. Владелец рабочей

станции имеет возможность преобразовать

локальные ресурсы станции в сетевые ресурсы, доступные другим пользо-

вателям при владении ими соответствующими паролями (при этом уста-

навливаются определенные права доступа к конкретному ресурсу). Одно-

ранговые сети эффективны при небольшом числе рабочих станций (до 10-

15), при увеличении числа станций снижается эффективность работы сети

в целом из-

за создания ими помех друг другу при попытках одновремен-

ной передачи данных (т.е. при увеличении сетевого трафика).

В сетях с

выделенным сервером, по крайней мере, один из компью-

теров не является рабочей станцией, а используется для хранения обще-

доступных данных, сетевых программ и обработки данных. С этого ком-

пьютера - сервера - осуществляется управление работой сети на базе сете-

вой операционной системы. Как правило, сервер представляет собой высо-

142

копроизводительный компьютер, имеющий современный процессор (за-

частую два или более процессоров), винчестеры с большой скоростью и

малым временем доступа (во многих случаях RAID-массив), высокоскоро-

стную сетевую карту(ы). Функции управления сервером возлагаются на

системного администратора. Он организует размещение данных и про-

граммного обеспечение на сервере, регистрирует уникальные имена поль-

зователей

и их пароли, задает права доступа к находящимся на сервере

разделяемым ресурсам. В отличие от одноранговых сетей в сетях с выде-

ленным сервером идентифицируются конкретные пользователи, а не рабо-

чие станции, с которых работают пользователи. Сервер может выполнять

функции клиента только по отношению к другому серверу более высокого

уровня иерархии.

Взаимодействие входящих в состав сети рабочих стан-

ций, как правило, осуществляется через сервер. В сетях с выделенным сер-

вером обеспечивается более высокая эффективность работы сети, практи-

чески снимается ограничение по числу рабочих станций, реализуются

возможности проведения эффективной политики информационной безо-

пасности, однако при этом стоимость сети в целом увеличивается. В по

следние годы сети с выделенным сервером стали наиболее распространен-

ным решением в рамках ЛВС.

Одной из важных характеристик ЛВС является

топология сети, ко-

торая характеризует усредненную геометрическую схему расположения

входящих в состав сети компьютеров, узлов коммутации и каналов связи.

Узел коммутации – это устройство, задающее направление передачи дан-

ных в сети. Для ЛВС характерны три базовых топологии: кольцо (ring),

шина (bus) и звезда (star).

топологии Кольцо повторители сигналов (репитеры) с помощью

соединительных кабелей связаны в единую однонаправленную замкнутую

цепь (рис.6.4). К каждому из повторителей подключено по одному компь-

ютеру. Сообщение передается от одного повторителя к другому по кольцу

до повторителя, опознающего адрес сообщения и отправляющего это со-

общение подключенному к данному повторителю компьютеру. Для управ-

ления

передачей сообщений по кольцу передается специальный маркер. В

общем случае маркер представляет собой служебное сообщение, в которое

помещаются сообщения абонентов сети. Топология Кольцо обеспечивает

равенство компьютеров, позволяет наращивать их число, однако последо-

вательный характер обслуживания значительно снижает быстродействие

сети, а выход из строя одного из повторителей приводит к остановке рабо-

ты

сети в целом. В настоящее время топология Кольцо используется очень

редко.

143

РС РС

РС

Центральный

зел комм

та

ии

РС РС

Репитер Репитер

Репитер

РС

Рис.6.3 Сеть с топологией Звезда Рис.6.4. Сеть с топологией

Кольцо

РС РС РС

Рис.6.5. Сеть с топологией Шина

топологии Шина все компьютеры подключены к общей единой

линии связи (рис.6.5). В отличие от топологии Кольцо, допускающей ис-

пользование любых кабелей в качестве передающей сигналы среды, дан-

ная топология ориентирована на применение только коаксиального кабеля

(тонкого или толстого). В наиболее широко используемом варианте с тон-

ким кабелем выходы сетевых карт соседних компьютеров

непосредственно

связываются отрезками кабеля, формируя тем самым шину. Данные от пе-

редающего компьютера одновременно поступают на все компьютеры сети,

однако их воспринимает только тот компьютер, адрес которого указан в

передаваемом сообщении. В любой момент времени осуществлять пере-

дачу данных может только один компьютер. При выходе отдельного ком-

пьютера из строя

сеть продолжает нормально функционировать. Для топо-

логии Шина характерно высокое быстродействие ЛВС, простая процедура

наращивания размера сети, однако при значительном объеме трафика ее

пропускная способность может значительно понизиться.

Топология Звезда предполагает наличие центрального узла комму-

тации, с которым соединяются компьютеры сети посредством отдельных

линий связи (рис.6.3). Данные между компьютерами передаются через

центральный узел. Эта топология обеспечивает простоту расширения и

управления сетью, однако ее работоспособность полностью определяется

144

состоянием центрального узла коммутации. Топология Звезда является бо-

лее гибкой архитектурой позволяющей, строить как простые, так и слож-

ные сегментированные, разветвленные сети. Скорость работы такой сети

существенно выше, кроме того, имеется возможность построения сегмен-

тов с разной скоростью передачи данных в зависимости от ее технического

оснащения и организации. При повреждении

линии связи конкретного лу-

ча от сети отключаются только компьютеры, связанные с этим лучом.

На практике, как правило, реализуют комбинированные варианты

построения локальной сети на основе топологии Звезда (рис.6.6).

Сервер

Концентратор

РС

РС РС РС

Концентратор

РС

РС РС РС

Рис.6.6. Иерархическая структура ЛВС с использованием витой пары

Для расширения числа подключаемых рабочих станций при созда-

нии сетей произвольной конфигурации широко используют специальные

устройства –

концентраторы (hub), фактически выполняющие функцию

многопортовых (со многими входами) повторителей. Задачей концентра-

тора является сбор воедино подходящих к нему сетевых соединений и ор-

ганизация приема и передачи данных между адресатами. Выпускают кон-

центраторы пассивные и активные с автономным питанием. Основными

их параметрами являются: скорость передачи данных и количество пор-

тов. Различные модели

устройств работают на скоростях 10 Мбит/с и

10/100 Мбит/с (в новых моделях максимально возможная скорость дости-

гает 1000 Мбит/с) и имеют 4, 5, 8, 12, 16, 24 и 32 портов.

В локальных сетях реализуют несколько типов сетевых архитектур:

Ethernet, Arcnet, Token Ring и др. В Ethernet и Arcnet реализуют тополо-

гию как Звезда, так и Шина; в Token Ring - топологию Кольцо.

145

В течение последних лет в ЛВС доминирующим решением является

архитектура

Ethernet.

С понятием топологии тесно связано понятие

метода доступа к пе-

редающей среде, представляющего собой совокупность правил получения

различными компьютерами сети доступа к ее ресурсам. Методы доступа

подразделяются на детерминированные и недетерминированные. Детер-

минированные методы доступа предполагают использование определенно-

го механизма управления передающей средой, обеспечивающего возмож-

ность передачи сообщения за малый интервал времени для любого компь-

ютера, при этом

реализуется та или иная процедура доступа. Типичным

представителем этой группы методов является метод передачи права по-

средством маркера, используемый в топологии Кольцо. Существуют мето-

ды доступа, одновременно оперирующие с несколькими маркерами. В не-

детерминированных (случайных) методах доступа реализуется соперниче-

ство за право передачи сообщений в конкретный момент времени, что

приводит к

коллизии.

Каждый из указанных типов архитектур характеризуется специфиче-

скими методами доступа к каналам связи. В сети Ethernet используется ме-

тод CSMA/CD – множественный случайный доступ с прослушиванием не-

сущей и разрешением конфликтов (коллизий), любая рабочая станция на-

чинает передачу только при свободном состоянии канала. При его реали-

зации компьютер перед передачей сообщения посредством

сетевой карты

анализирует занятость передающей среды, и после ее освобождения начи-

нает свою передачу. При одновременной попытке двух компьютеров пере-

дать свои сообщения (это есть коллизия) они оба прекращают сеанс и

предпринимают повторные попытки через различные, малые временные

задержки (для каждой рабочей станции задается случайное время ожида-

ния перед повторной передачей

В сетях Arcnet и Token Ring для передачи сообщений используется

так называемый маркер. При необходимости передачи сообщения кон-

кретная рабочая станция должна дождаться прихода пустого маркера (он

не содержит данных и может находиться в свободном или занятом состоя-

нии) и затем присоединить к нему свое сообщение с адресом получателя

(при этом маркер переходит

в состояние занято). Станция-получатель за-

бирает предназначенное ей сообщение, тем самым инициируется освобож-

дение маркера для последующего использования. В сети Token Ring до-

полнительно используется механизм приоритета, позволяющий обеспечить

более быстрое получение маркера одними станциями по сравнению с дру-

гими.

146

ЛВС структурных подразделений корпорации являются базой по-

строения единой корпоративной компьютерной сети. Она служат основой

автоматизированной системы управления корпорацией, и обеспечивает ор-

ганизацию информационной системы. Значительный рост числа корпора-

тивных сетей (в 2000 году в корпоративных сетях имелось более 4 млн.

серверов) объясняется присущими им возможностями совместного исполь-

зования распределенных сетевых ресурсов

, реализацией режима удаленно-

го доступа, обеспечение сложившейся традиционной технологии работы

пользователей. Корпоративные сети, использующие в своей основе техно-

логию построения сети Интернет (протокол TCP/IP, систему адресации ре-

сурсов, гипертекст), получили название

Интранет (Intranet). Как и Интер-

нет, сеть Интранет реализует технологию клиент-сервер, при которой кли-

енты запрашивают у серверов различного рода услуги, а серверы предос-

тавляют их. Для развертывания Интранет-сетей необходимо наличие уни-

фицированных аппаратных и программных средств, поддерживающих

технологию Интернет. Эффективность корпоративных сетей во многом за-

висит от решения организационных

вопросов ориентированных на созда-

ние условий инициативной работы сотрудников по максимальному ис-

пользованию реализованных в сети возможностей.

Современным решением организации доступа пользователей в кор-

поративную сеть является организация в ее структуре единого информаци-

онного портала. В целом

портал представляет собой интегрированную

систему управления информационными ресурсами, реализующую доступ

различных категорий пользователей (сотрудников корпорации, клиентов и

др.) с единой точки входа, и использующую общие унифицированные пра-

вила представления и обработки информации. При этом сам портал устро-

ен так, что сотрудник получит доступ к информации определенного на-

правления для выполнения служебных

обязанностей, партнеры по бизнесу

увидят другую информацию, а покупателям будут предложены прайс-

листы и условия взаимодействия.

Целями внедрения информационных порталов являются:

• организация эффективного централизованного управления ин-

формационными ресурсами;

• минимизация затрат на внедрение новых информационных сер-

висов;

• повышение эффективности поиска требуемых информационных

ресурсов;

• обеспечение совместимости с приложениями различной направ-

ленности;

147

• реализация единой процедуры авторизации для доступа к различ-

ным информационным ресурсам.

Дальнейшим развитием направления информационных порталов

стало создание

мультипорталов, нацеленных на создание максимально

комфортной среды для работы с информацией. Характерным примером

является мультипортал KM.ru – наиболее информативное электронное из-

дание в российском сегменте сети Интернет, ежедневно предоставляющее

общественно-политические, экономические, а также специализированные

новости. Мультипортал формируется из более чем 20 тематических порта-

лов, включая порталы KMmnews.ru (новости), Vschool.ru (виртуальная

школа Кирилла и Мефодия), Megabook.ru (крупнейший

русскоязычный

энциклопедический ресурс), Shopping.ru (торговля) и др.

Для работы в составе ЛВС на компьютер необходимо установить

се-

тевую карту

(сетевой адаптер), предназначенную для выполнения ряда

функций по организации передачи данных из рабочей станции в сеть и

приема данных из сети: формирование пакетов данных, преобразование

передаваемых данных из параллельной формы в последовательную и об-

ратное преобразование для принимаемых данных, согласование скоростей

передачи (буферизация), проверку правильности передачи, разрешение

коллизий. Обычно, сетевые

карты реализуют функции физического и ка-

нального уровней сетевой модели OSI. Они выполняются в виде интер-

фейсного модуля, устанавливаемого в слот системной платы (в ряде моде-

лей системных плат сетевые модули изначально интегрированы в их

структуру). Следует отметить, что конкретная модель сетевой карты под-

держивает работу компьютера только в сети соответствующей архитекту

ры.

В ЛВС для соединения устройств между собой обычно используют

кабели нескольких видов, а в ряде случаев, радиоканал и инфракрасный

канал. Среди различных типов кабелей наиболее часто применяют витую

пару, реже коаксиальный и оптоволоконный кабель. В качестве беспро-

водных способов организации ЛВС в настоящее время наиболее распро-

странена технология Wi-Fi передачи

по радиоканалу (она же IEEE 802.11).

В простейшем случае

витая пара (VTP) может быть образована

двумя свитыми (скрученными) изолированными проводниками. Сущест-

вует несколько категорий витой пары, отличающихся максимально воз-

можной скоростью передачи и помехозащищенностью. Для повышения

помехозащищенности используют экранированную витую пару (STR). В

последние годы витая пара является наиболее широко используемым ви-

дом передающей среды в сетях с топологией Звезда; она проста при

мон-

таже, нетребовательна при эксплуатации. Основным недостатком является

148

небольшая длина луча (до 100 м). Стандарт Gigabit Ethernet на витой паре

5 категории (включает в себя 4 пары проводов) обеспечивает скорость пе-

редачи до 1000 Мбит/с.

Коаксиальный кабель на срезе представляет собой совокупность

изолированной центральной жилы (проводника) и окружающей ее защит-

ной металлической оплетки, обеспечивающей высокую помехозащищен-

ность от внешних электромагнитных полей. В сетях используют два вида

коаксиального кабеля: толстый и тонкий. Толстый кабель характеризуется

более высокими значениями эксплуатационных параметров. При построе-

нии новых сетей коаксиальный кабель практически

не применяется из-за

малых для современных сетей скоростей передачи данных.

Оптоволоконный кабель является наиболее современным техниче-

ским решением, обеспечивающим наибольший уровень помехозащищен-

ности. По сравнению с электрическими кабелями он не излучает электро-

магнитных колебаний при передаче данных, что актуально для сетей с по-

вышенными требованиями информационной безопасности, нечувствите-

лен к внешним электромагнитным полям. Оптоволоконный кабель харак-

теризуется высокой скоростью передачи (до 1000 Мбит/

с) и большой дли-

ной луча (до сотни км), однако, в то же время, он является наиболее доро-

гим решением по стоимости как оборудования, так и монтажа, а также

требует сложных переходных (стыковочных) устройств для преобразова-

ния электрических сигналов в световые и обратно.

В течение последних лет в ЛВС доминирующим решением

является архи-

тектура Ethernet. В качестве передающей среды в различных специфика-

циях могут использоваться витая пара, толстый и тонкий коаксиальный

кабель, оптоволоконный кабель.

Так, например, спецификация 10BaseT определяет скорость передачи

в 10 Мбит/с по неэкранированной витой паре с топологией сети типа

Звезда. Современная спецификация 100BaseХ Ethernet (Fast Ethernet) по-

зволяют достичь скорости передачи в 100 Мбит/

с, при этом обеспечивает-

ся совместимость со спецификацией 10BaseТ. Максимальную скорость

передачи определяет стандарт Gigabit Ethernet со скоростью передачи 1

Гбит/с. Технология Gigabit Ethernet является относительно новой и ис-

пользуется в локальных сетях с большим трафиком. Для большинства се-

тевых приложений, включая задачи финансовых подразделений организа-

ций, наиболее часто применяют технологии Ethernet и Fast Ethernet.

В ряде случаев

при невозможности или нецелесообразности про-

кладки кабелей используют радиосети, включающие в свой состав необхо-

димое количество установленных на компьютерах радиотрансиверов (ком-

плект приемник-передатчик), обменивающихся данными по радиоканалу.

149

Обычно радиоканал организуют на расстояние до 5 км (известны решения

с дальностью действия до 40 км и скоростью передачи до 11 Мбит/с). Для

такой технологии характерна высокая стоимость, кроме того, для ее при-

менения необходимо получать соответствующее разрешение в Государст-

венной комиссии по радиочастотам.

В последние годы в связи с широким применением

ЛВС типичной

стала задача соединения ряда автономных сетей в единое целое с целью

объединения ресурсов и организации единой транспортной сети. Подобная

необходимость возникает практически всегда при организации корпора-

тивных сетей.

Простейший вариант объединения нескольких сегментов сети с

шинной топологией для увеличения ее общей протяженности реализуется

с помощью приемопередатчиков (трансиверов) и

повторителей (репите-

ров).

Приемопередатчик представляет собой устройство, предназначен-

ное для приема пакетов от сетевых карт и последующей их передачи в ши-

ну.

Повторитель (устройство с автономным питанием) выполняет функ-

цию усилителя мощности сигналов, передающих пакеты данных между

сегментами определенной длины.

В случае объединения однотипных близкорасположенных сетей ис-

пользуют наиболее простое техническое решение -

мост, предполагающий

использование в обеих сетях одинаковых методов передачи данных. Объе-

диняемые сети должны иметь одинаковые сетевые уровни модели OSI, од-

нако при этом допускаются некоторые различия на физическом и каналь-

ном уровнях. Мост позволяет объединять и сети с различной топологией

при использовании однотипных сетевых операционных систем. Различают

локальные и удаленные мосты.

В отличие от локальных удаленные мосты

позволяют посредством внешних каналов и модемов связать территори-

ально разнесенные сети.

Более сложным техническим решением является использование

шлюза, представляющего собой устройство для организации обмена дан-

ными между сетями с различными протоколами взаимодействия. Непо-

средственное назначение шлюза заключается в согласовании протоколов,

используемых в объединяемых сетях. Функции шлюза реализуются на всех

уровнях модели OSI выше сетевого уровня. Именно шлюзы позволяют

реализовать подключение ЛВС к глобальной сети.

В сетях со сложной конфигурацией

или в объединенных сетях широ-

ко применяют

маршрутизаторы (router), представляющие собой устрой-

ства для оптимизации управления передачей сообщений в сетях различно-

го типа, использующих одинаковые операционные системы. Маршрутиза-

тор определяет наиболее эффективный путь передачи сообщения (пакетов)

150

конкретному абоненту сети, обеспечивая при этом балансировку загрузки

сети (оптимизацию) с подключением к работе свободных каналов связи.

Маршрутизатор пропускает в конкретную сеть только те сообщения, кото-

рые адресованы ее абонентам. Адрес конкретного абонента определяется

его собственным адресом в рамках сети и адресом этой сети. Функции

маршрутизатора реализуются на сетевом и

транспортном уровнях модели

OSI, при этом более высокие уровни объединяемых сетей должны быть

одинаковы.

При построении сложных сетей для обеспечения необходимой ин-

тенсивности и оптимизации работы вместо концентратора используют бо-

лее интеллектуальное устройство –

коммутатор (switch). Его принципи-

альным отличием от концентратора является наличие внутренней логики и

микропрограммы, которые более оптимально используют ресурсы сети,

разгружая ее и повышая общую производительность. Они обладают боль-

шей пропускной способностью и малым временем задержки, что обеспе-

чивает в сетях поддержку интерактивного трафика между взаимодейст-

вующими рабочими станциями.

Различные виды коммутационного

оборудования (мосты, маршру-

тизаторы и коммутаторы) по назначению и функциональным возможно-

стям близки друг другу. Мосты обеспечивают сегментацию сети на ниж-

нем (физическом) уровне, поэтому их “интеллектуальные” возможности

малы. Маршрутизаторы, объединяя физические и логические сегменты се-

ти в единое целое, выполняют при этом ряд “интеллектуальных” функций,

но они вносят заметные задержки

, что негативно сказывается на оператив-

ности управления трафиком. Коммутаторы обеспечивают меньшее время

задержки и наиболее эффективны в сетях с небольшим числом пользовате-

лей. Однако в сложных сетях с большим числом коммутационных уст-

ройств маршрутизаторы обеспечивают более эффективное управление

трафиком, чем коммутаторы.

6.4. Глобальные сети

6.4.1. Назначение и технология функционирования глобальных сетей

В последние десятилетия глобальные сети стали эффективным сред-

ством осуществления программ сотрудничества между странами. Множе-

ство функционирующих компьютерных сетей используется в научных и

образовательных целях, в финансово-экономической деятельности, реали-

зации совместных научно-технических программ и др. Особое место в