Згадзай О.Э. Информатика для юристов: Под ред. С.Я. Казанцева

Подождите немного. Документ загружается.

Таблица

Характеристики топологий вычислительных сетей

Характеристика

Стоимость

расширения

Присоединение

абонентов

Защита от

отказов

Защита от

прослушивания

Поведение при

высоких

нагрузках

Работа в режиме

реального

времени

Разводка кабеля

Топология

Звезда

Низкая

Пассивное

Низкая

Хорошая

Хорошее

Хорошая

Кольцо

Средняя

Активное

Низкая

Хорошая

Плохое

Хорошая

Плохая

Шина

Средняя

Пассивное

Высокая

Плохая

Плохое

Плохая

Хорошая

Древовидная топология. Образуется путем различных комбина-

ций рассмотренных выше топологий ЛВС. Основание дерева (ко-

рень) располагается в точке, в которой собираются коммуника-

ционные линии (ветви дерева).

Сети с древовидной структурой применяются там, где невоз-

можно непосредственное применение базовых сетевых структур. Для

подключения рабочих станций применяют концентраторы.

Существуют две разновидности таких устройств. Устройства, к

которым можно подключить максимум три станции, называют пас-

сивными концентраторами. Для подключения большего количе-

ства устройств необходимы активные концентраторы с возможно-

стью усиления сигнала (см. выше)

Типы построения ЛВС по методам передачи информации. Сеть

Token Ring. Этот стандарт разработан фирмой IBM. В качестве пе-

редающей среды применяются неэкранированная или экраниро-

ванная витая пара или оптоволокно. Скорость передачи данных от

4 Мбит/с до 16 Мбит/с. В качестве метода управления доступом

рабочих станций к передающей среде используется

маркерное кольцо

(Token Ring). Основные положения метода:

• используется кольцевая топология ЛВС;

• рабочая станция может передавать данные, только получив

маркер,

т.

е.

разрешение на передачу информации;

111

• в любой момент времени только одна станция в сети обладает

таким правом.

В ЛВС Token Ring используются три основных типа пакетов:

• пакет управление/данные (Data/Command Frame);

• маркер (Token);

• пакет сброса (Abort).

Пакет Управление/Данные. С помощью такого пакета выполня-

ется передача данных или команд управления работой сети.

Маркер. Станция может начать передачу данных только после

получения такого пакета. В кольце может быть только один маркер

и, соответственно, только одна станция с правом передачи данных.

Пакет Сброса. Посылка такого пакета вызывает прекращение

передачи информации.

Сеть Token Ring допускает подключение компьютеров по звез-

дообразной топологии.

Локальная сеть Arknet. Arknet (Attached Resource Computer

NETWork) — простая, недорогая, надежная и гибкая архитектура

ЛВС.

Разработана корпорацией Datapoint в 1977 г. Впоследствии

лицензию на Arcnet приобрела корпорация SMC (Standard Micro-

sistem Corporation), которая стала основным разработчиком и про-

изводителем оборудования для сетей Arcnet. В качестве передаю-

щей среды используются витая пара, коаксиальный кабель с вол-

новым сопротивлением 93 Ом и оптоволоконный кабель. Ско-

рость передачи данных составляет 2,5 Мбит/с. При подключении

устройств в сеть

применяют топологии

шина и

звезда.

Метод

управ-

ления доступом станций к передающей среде — маркерная шина

(Token Bus). Метод предусматривает следующие правила:

• устройства, подключенные к сети, могут передавать данные,

только получив разрешение на передачу (маркер);

• в любой момент времени только одна станция в сети обладает

таким правом;

• данные, передаваемые одной станцией, доступны всем стан-

циям сети.

Принципы

работы.

Передача каждого байта в Arcnet выполняется

посылкой ISU (Information Symbol Unit

—

единица передачи инфор-

мации), состоящей из трех служебных старт/стоповых битов и вось-

ми

битов

данных.

начале каждого пакета передается начальный разде-

литель

АВ

(Alert Burst), который состоит из шести служебных битов.

Начальный разделитель выполняет функции преамбулы пакета.

В Arcnet определены 5 типов пакетов:

• пакет ITT (Information To Transmit)

—

приглашение к передаче.

Эта посылка передает управление от одного узла сети другому. Стан-

ция, принявшая пакет ITT, получает право на передачу данных;

• пакет FBE (Free Buffer Enquiries) — запрос о готовности к

приему данных. Этим пакетом проверяется готовность узла к при-

ему данных;

112

• пакет

данных —

с помощью этой посылки производится пере-

дача данных;

• пакет АСК(ACKnowledgments)

—

подтверждение приема. Под-

тверждение готовности к приему данных или подтверждение при-

ема пакета данных без ошибок,

т.

е.

ответ на FBE и пакет данных;

• пакет NAK (Negative AcKnowledgments)

—

неготовность к при-

ему. Неготовность узла к приему данных в ответ на FBE или при-

нятие пакета с ошибкой.

Локальная сеть

Ethernet.

Спецификацию Ethernet в конце семи-

десятых годов предложила компания Xerox. Позднее к этому про-

екту присоединились компании Digital Equipment Corporation

(DEC) и Intel. В 1982 г. была опубликована спецификация на Ethernet

версии 2.0. На базе Ethernet разработан стандарт IEEE

802.3.

Основные принципы работы:

• шинная топология на логическом уровне;

• все устройства, подключенные к сети, равноправны,

т.

е.

лю-

бая станция может начать передачу в любой момент времени (если

передающая среда свободна);

• данные, передаваемые одной станцией, доступны всем стан-

циям сети.

3.5.

ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ ЛВС

Для сетей с централизованным управлением важным компо-

нентом является сетевая операционная система, которая устанав-

ливается на сервере сети, и клиентские части, устанавливаемые на

рабочих станциях.

Основное направление развития современных сетевых опера-

ционных систем (Network Operation System) — поддержка систем

распределенной обработкой

данных и перенос операций обработ-

ки на рабочие станции. Это в основном связано с ростом вычисли-

тельных возможностей ПК и внедрением многозадачных операци-

онных систем: OS/2, Windows NT, Windows

95/98.

Внедрение объек-

тно-ориентированных технологий обработки данных (OLE, DCE,

IDAPI) также позволяет упростить организацию распределенной

обработки данных.

такой ситуации основной задачей сетевой опе-

рационной системы становится объединение разнородных опера-

ционных систем рабочих станций и поддержка протоколов транс-

портного уровня для широкого круга задач: обработка баз данных,

передача сообщений, управление

распределенными ресурсами

сети.

В современных сетевых операционных системах применяются

три подхода к организации управления ресурсами сети.

Таблицы

Объектов

(Bindery) используются в операционных си-

стемах Novell NetWare v3.1x. Таблицы находятся на каждом файло-

вом сервере сети. Они содержат информацию о пользователях, груп-

пах, их правах доступа к ресурсам сети (данным, сервисным услу-

113

гам и т.п.). Такая организация работы удобна, если в сети имеется

только один сервер. В этом случае требуется определить и контро-

лировать только одну информационную базу. При расширении сети,

добавлении новых серверов объем задач по управлению ресурсами

сети резко возрастает. Администратор системы вынужден на каж-

дом сервере сети определять и контролировать работу пользовате-

лей. Абоненты сети, в свою очередь, должны знать, где располо-

жены те или иные ресурсы, и для получения доступа к этим ре-

сурсам регистрироваться на выбранном сервере. Для информаци-

онных систем, состоящих из большого количества серверов, такая

организация работы сети неэффективна.

Структура Доменов (Domain) используется в LANServer и

LANMahager. Все ресурсы сети и пользователи объединены в груп-

пы.

Домен можно рассматривать как аналог таблиц объектов

(bindery), только в данном случае такая таблица является общей

для нескольких серверов, а ресурсы серверов являются общими

для всего домена. Поэтому пользователю, для того чтобы получить

доступ к сети, достаточно подключиться к домену (зарегистриро-

ваться), после чего ему становятся доступны все ресурсы домена,

т.е.

ресурсы всех серверов и устройств, входящих в состав домена.

Однако и при использовании этого подхода также возникают про-

блемы при построении информационной системы с большим ко-

личеством пользователей, серверов и доменов, например, сети мас-

штаба предприятия. Проблемы связаны с организацией управле-

ния несколькими доменами.

Служба Каталогов (Directory Name Service) предполагает, что

все ресурсы сети: серверы, пользователи, сетевая печать, хране-

ние данных и

т.

п. рассматриваются как ветви или директории од-

ной общей информационной системы. Таблицы, определяющие

DNS,

находятся на каждом сервере. Это, во-первых, повышает на-

дежность операционной системы и, во-вторых, упрощает обраще-

ние к ресурсам сети. Зарегистрировавшись на одном сервере, пользо-

ватель получает доступ ко всем ресурсам сети. Управление такой

системой проще, чем при использовании доменов, так как суще-

ствует одна таблица, характеризующая все ресурсы сети, в то время

как при доменной организации необходимо определять ресурсы,

пользователей, их права доступа отдельно для каждого домена.

Рассмотрим более подробно характеристики некоторых сетевых

операционных систем и требования, которые они предъявляют к

программному и аппаратному обеспечению ЛВС.

Novell NetWare 3.11.

Отличительные

черты:

• эффективная файловая система;

• самый широкий выбор аппаратного обеспечения.

Основные

характеристики и требования к аппаратному обеспе-

чению:

• центральный процессор: 386 и выше;

114

• минимальный объем жесткого диска: 9 Мбайт;

• объем оперативной памяти (ОП) на сервере: 4 Мбайт

—

4 Гбайт;

• минимальный объем рабочей станции (ОП PC) клиента:

640 Кбайт;

• операционная система: собственная разработка Novell;

• протоколы: IPX/SPX;

• мультипроцессорность: нет;

• количество пользователей: 250;

• максимальный размер файла: 4 Гбайт;

• шифрование данных: нет,

• управление распределенными ресурсами сети: таблицы bindery

на сервере;

• система отказоустойчивости: дублирование дисков, зеркаль-

ное отражение дисков, поддержка накопителя на магнитной лен-

те,

резервное копирование таблиц bindery и данных;

• сжатие данных: нет;

• файловая система клиентов: DOS, Windows, Мас(доп.), OS/2

(доп.),

UNIX (доп.), Windows NT.

Windows NT Advanced Server 3.1, Microsoft Corp. Отличительные

черты:

• простота интерфейса пользователя;

• доступность средств разработки прикладных программ и под-

держка прогрессивных объектно-ориентированных технологий.

Все это привело к тому, что данная операционная система

может стать одной из самых популярных сетевых операционных

систем.

Интерфейс напоминает оконный интерфейс Windows, инста-

ляция занимает около 20 мин. Модульное построение системы упро-

щает внесение изменений и перенос на другие платформы. Обес-

печивается защищенность подсистем от несанкционированного до-

ступа и от их взаимного влияния (если зависает один процесс, это

не влияет на работу остальных). Есть поддержка удаленных стан-

ций

—

Remote Access Service (RAS), но не поддерживается удален-

ная

обработка

заданий.

Windows NT предъявляет более высокие требования к произво-

дительности компьютера по сравнению с NetWare.

Основные

характеристики и требования к аппаратному обеспе-

чению:

• центральный процессор: 386 и выше, MIPS, R 4 000, DEC

Alpha AXP;

• минимальный объем жесткого диска: 90 Мбайт;

• минимальный объем ОП на сервере: 16 Мбайт;

• минимальный объем ОП PC клиента;

Мбайт для NT/512 Кбайт

для DOS;

• операционная система: Windows NT;

115

• протоколы: NetBEUI, TCP/IP, IPX/SPX, AppleTalk, AsyncBEUI;

• мультипроцессорность: поддерживается;

• количество пользователей: неограниченно;

• максимальный размер файла: неограничен;

• шифрование данных: уровень С-2;

• управление распределенными ресурсами сети: домены;

• система отказоустойчивости: дублирование дисков, зеркаль-

ное отражение дисков, RAID 5, поддержка накопителя на маг-

нитной ленте, резервное копирование таблиц домена и данных;

• сжатие данных: нет;

• фрагментация блоков (Block suballocation): нет;

• файловая система клиентов: DOS, Windows, Mac, OS/2,

UNIX, Windows NT.

NetWare 4, Nowell Inc. Отличительная

черта:

применение спе-

циализированной системы управления ресурсами сети (NetWare

Directory Services — NDS) позволяет строить эффективные ин-

формационные системы с количеством пользователей до 1000. В NDS

определены все ресурсы, услуги и пользователи сети. Эта инфор-

мация распределена по всем серверам сети.

Для управления памятью используется только одна область

(pool),

поэтому оперативная память, освободившаяся после вы-

полнения каких-либо процессов, становится сразу доступной опе-

рационной системе (в отличие от NetWare 3).

Новая система управления хранением данных (Data Storage

Managment) состоит из трех компонент, позволяющих повысить

эффективность файловой системы:

• фрагментация блоков или разбиение блоков данных на подбло-

ки (Block Suballocation). Если размер блока данных на томе 64 Кбайта,

а требуется записать файл размером 65 Кбайт, то ранее потребова-

лось бы вьвделить 2 блока по 64 Кбайта. При этом 63 Кбайта во

втором блоке не могут использоваться для хранения других дан-

ных. В NetWare 4 система выделит в такой ситуации один блок

размером 64 Кбайта и два блока по 512 байт. Каждый частично

используемый блок делится на подблоки по 512 байт, свободные

подблоки доступны системе при записи других файлов;

• упаковка файлов (File Compression). Долго не используемые

данные система автоматически компрессирует, упаковывает, эко-

номя таким образом место на жестких дисках. При обращении к

этим данным автоматически выполняется декомпрессия данных;

• перемещение данных (Data Migration). Долго не используемые

данные система автоматически копирует на магнитную ленту либо

другие носители, экономя таким образом место на жестких дисках.

Встроенная поддержка протокола передачи серии

пакетов (Packet-

Burst

Migration).

Этот протокол позволяет передавать несколько паке-

тов без ожидания подтверждения о получении каждого пакета. Под-

тверждение передается после получения последнего пакета из серии.

116

При передаче через шлюзы и маршрутизаторы обычно выпол-

няется разбиение передаваемых данных на сегменты по 512 байт,

что уменьшает скорость передачи данных примерно на 20%. При-

менение в NetWare 4 протокола LIP (Large Internet Packet) позво-

ляет повысить эффективность обмена данными между сетями, так

как в этом случае разбиение на сегменты по 512 байт не требуется.

Все системные сообщения и интерфейс используют специаль-

ный модуль. Для перехода к другому языку достаточно поменять

этот модуль или добавить новый. Возможно одновременное исполь-

зование нескольких языков: один пользователь при работе с ути-

литами использует английский язык, а другой в это же время —

русский.

Утилиты управления поддерживают DOS, Windows и OS/2-ин-

терфейс.

Основные характеристики и требования к аппаратному

обеспечению:

• центральный процессор: 386 и выше;

• минимальный объем жесткого диска: от 12 Мбайт до 60 Мбайт;

• объем ОП на сервере: 8 Мбайт

—

4 Гбайт;

• минимальный объем ОП PC клиента: 640 Кбайт;

• операционная система: собственная разработка Novell;

• протоколы: IPX/SPX;

• мультипроцессорность: нет;

• количество пользователей: 1000;

• максимальный размер файла: 4 Гбайт;

• шифрование данных: С-2;

• управление распределенными ресурсами сети: NDS;

• система отказоустойчивости: дублирование дисков, зеркаль-

ное отражение дисков, поддержка накопителя на магнитной лен-

те,

резервное копирование таблиц NDS;

• сжатие данных: есть;

• фрагментация блоков (Block suballocation): есть;

• файловая система клиентов: DOS, Windows, OS/2, UNIX

(доп.),

Windows NT.

3.6. ГЛОБАЛЬНАЯ КОМПЬЮТЕРНАЯ СЕТЬ INTERNET

История создания Internet. Около 30 лет назад Министерство

обороны США создало сеть, которая явилась прародительницей

Internet

—

она называлась ARPAnet. ARPAnet создавалась для под-

держки научных исследований в военно-промышленной сфере, в

частности, для исследования методов построения сетей, устойчи-

вых к частичным повреждениям и способных в критических усло-

виях продолжать нормальное функционирование. Основной прин-

цип состоял в том, что любой компьютер мог связаться как рав-

ный с равным с любым другим компьютером.

117

Передача данных в сети была организована на основе протоко-

ла Internet (IP). Протокол IP — это свод правил по работе сети.

Сеть задумывалась и проектировалась так, чтобы от пользователей

не требовалось никакой информации о конкретной структуре сети.

Примерно 10 лет спустя после появления ARPAnet появились

локальные вычислительные сети, такие как Ethernet и др. На боль-

шинстве рабочих станций ЛВС была установлена операционная

система UNIX, которая имела возможность работы в сети с про-

токолом Internet (IP). Появились организации, которые начали со-

здавать свои собственные сети, использующие протокол IP. Воз-

никла потребность подключения ЛВС к ARPAnet.

Одной из сетей была NSFNET, разработанная по инициативе

Национального научного фонда (NSF) США. В конце 80-х гг. NSF

создал пять суперкомпьютерных центров, сделав их доступными

для использования в любых научных учреждениях. Однако попыт-

ка использовать для организации связи коммуникации ARPAnet

потерпела крах, столкнувшись с бюрократией в оборонной отрас-

ли и проблемой обеспеченности персоналом. В результате NSF по-

строил собственную сеть, основанную на IP технологии. Центры

были соединены специальными телефонными линиями с пропус-

кной способностью 56 Кбод. Совместное применение суперком-

пьютеров позволяло использовать и создавать множество других

вещей, непосредственно к ним не относящихся. Поток сообщений

в сети нарастал и в конечном итоге перегрузил управляющие се-

тью компьютеры и связывающие их телефонные линии.

В 1987 г. контракт на управление и развитие сети был передан

компании Merit Network Inc., которая занималась образователь-

ной сетью Мичигана совместно с IBM и MCI. Старая сеть была

заменена более быстрыми (примерно в 20 раз) телефонными ли-

ниями. Были заменены на более быстрые и управляющие супер-

компьютеры.

Потребности пользователей Internet продолжают постоянно

расти. Большинство высших учебных заведений США и Западной

Европы уже подсоединено к Internet, предпринимаются попытки

подключить к этому процессу средние и начальные школы. Пользо-

ватели сети прекрасно понимают преимущества, которые дает

Internet. Все это приводит к непрерывному росту сети, развитию

технологий и системы безопасности.

Основы устройства и функционирования Internet. Это глобальная

сеть,

с развитием которой связывают новый этап в развитии ин-

формационной революции конца XX

—

начала XXI века. Сеть пре-

доставляет следующие возможности:

• практически неограниченные возможности передачи и рас-

пространения информации;

• удаленный доступ к огромным массивам накопленных ин-

формационных ресурсов;

118

• общение между пользователями компьютерных сетей в раз-

личных странах мира.

Число пользователей Internet в мире точно подсчитать невоз-

можно, но по приблизительным оценкам оно составляет несколь-

ко десятков миллионов человек. По одной из методик подсчета

количество хост-компьютеров, подключенных к Internet, в январе

1996 г. превысило 9,5 млн, и этот показатель в последнее время

ежегодно удваивался. Число пользователей в России, работающих

в режиме on-line, превысило стотысячный рубеж, число хост-ком-

пьютеров составляет несколько десятков тысяч.

Internet представляет собой всемирное объединение взаимосвя-

занных компьютерных сетей. Использование общих протоколов

семейства TCP/IP и единого адресного пространства позволяет

говорить об Internet как о единой глобальной «метасети», или «сети

сетей». При работе на компьютере, подключенном к Internet, можно

установить связь с любым другим подключенным к сети компью-

тером и реализовать обмен информацией с помощью того или иного

прикладного сервиса Internet (WWW, FTP, E-mail и др.).

Домашний компьютер или рабочая станция локальной сети

получает доступ к глобальной сети Internet благодаря установле-

нию соединения (постоянного или сеансового) с компьютером

сервис-провайдера

— организации, сеть которой имеет постоянное

подключение к Internet и предоставляет услуги другим организа-

циям и отдельным пользователям. Региональный сервис-провай-

дер,

работающий с конечными пользователями, подключается, в

свою очередь, к более крупному сервис-провайдеру

—

сети наци-

онального масштаба, имеющей узлы в различных городах страны

или даже в нескольких странах. Национальные сети получают до-

ступ в глобальный Internet благодаря подключению к международ-

ным сервис-провайдерам — сетям входящим в мировую магист-

ральную инфраструктуру Internet. Кроме того, региональные и на-

циональные сервис-провайдеры, как правило, устанавливают со-

единения между собой и организуют обмен трафиком между сво-

ими сетями, чтобы снизить загрузку внешних каналов.

Темпы развития Internet в той или иной стране во многом опре-

деляются развитием национальной инфраструктуры IP-сетей (ком-

пьютерных

сетей,

построенных на основе протоколов TCP/IP), вклю-

чающей в себя магистральные каналы передачи данных внутри

страны, внешние каналы связи с зарубежными сетями и узлы в

различных регионах страны. Степень развитости этой инфраструк-

туры, характеристики каналов передачи данных, наличие доста-

точного количества местных сервис-провайдеров определяют усло-

вия работы конечных пользователей Internet и оказывают суще-

ственное влияние на качество предоставляемых услуг.

Пользователь, получивший полный доступ в Internet, стано-

вится равноправным членом этого мирового сообщества и, вооб-

119

ще говоря, может не интересоваться тем, какие региональные и

национальные сервис-провайдеры предоставляют этот доступ.

Internet — организация с полностью добровольным участием.

Высшая власть принадлежит ISOC (Internet Society). ISOC

—

обще-

ство с добровольным членством. Его цель — способствовать гло-

бальному обмену информацией через Internet. ISOC назначает со-

вет старейшин, который отвечает за техническую политику, под-

держку и управление Internet.

Совет старейшин представляет собой группу приглашенных

добровольцев, называемую IAB (Совет по архитектуре Internet). IAB

регулярно собирается, чтобы утвердить стандарты и распределить

ресурсы, такие, например, как сетевые адреса.

Пользователи Internet высказывают свои замечания и предло-

жения на встречах IETF (Оперативный инженерный отряд Internet).

IETF — это добровольная организация, которая регулярно соби-

рается, чтобы обсудить текущие эксплуатационные и технические

проблемы. Для решения важных проблем IETF создаются рабочие

группы По результатам исследования рабочая группа обычно вы-

пускает доклад.

За Internet никто централизованно не платит: каждая сеть или

пользователь платит за свою часть. Так, например, NSF платит за

содержание NSFNET, a NASA платит за Научную сеть NASA (NASA

Science Internet). Организации платят за подключение к некоторой

региональной сети, которая в свою очередь платит за свой доступ

сетевому владельцу государственного масштаба и

т.

д.

Каждая сеть имеет свой собственный сетевой эксплуатацион-

ный центр (NOC). Такой центр связан с другими и знает, как раз-

решить различные возможные проблемы.

Архитектура сетевых протоколов TCP/IP, на базе которых по-

строена Internet, предназначена специально для объединенной сети.

Сеть может состоять из совершенно разнородных подсетей, соеди-

ненных друг с другом шлюзами. В качестве подсетей могут высту-

пать самые разные локальные сети (Token Ring, Ethernet, пакет-

ные радиосети и т.п.), различные национальные, региональные и

специализированные сети (например, HELPnet), а также другие

глобальные сети, такие, например, как Sprint. К ним могут под-

ключаться машины совершенно разных типов. Каждая из подсетей

работает в соответствии со своими специфическими требования-

ми и имеет свою природу связи.

Доступ в Internet, как уже упоминалось выше, получают через

поставщиков услуг (сервис-провайдеров). Поставщики эти прода-

ют различные виды услуг, каждый из них имеет свои преимуще-

ства и недостатки.

Персональный доступ в Internet, особенно в России, пока что

достаточно дорогое удовольствие, однако многие организации,

особенно институты, уже имеют доступ в Internet. В этом случае

120