Общие принципы построения сетей. Требования, предъявляемые к современным сетям

Тема 1
Общие принципы построения сетей. Требования, предъявляемые к современным сетям

Концепции построения сети

Самая простая сеть (network) состоит как минимум из двух компьютеров, соединенных друг с другом кабелем. Это позволяет им использовать данные совместно. Все сети (независимо от сложности) основываются именно на этом простом принципе.

Рождение компьютерных сетей было вызвано практической потребностью — иметь возможность для совместного использования данных. Персональный компьютер — прекрасный инструмент для создания документа, подготовки таблиц, графических данных и других видов информации, но при этом Вы не можете быстро поделиться своей информацией с другими. Когда не было сетей, приходилось распечатывать каждый документ, чтобы другие пользователи могли работать с ним, или в лучшем случае — копировать информацию на дискеты. Одновременная обработка документа несколькими пользователями исключалась. Подобная схема работы называется работой в автономной среде (Рис1.1)

Рис. 1.1. Автономная среда

Сетью называется группа соединенных компьютеров и других устройств. А концепция соединенных и совместно использующих ресурсы компьютеров носит название сетевого взаимодействия

.

Рис. 1.2. Простая сеть

Компьютеры, входящие в сеть, могут совместно использовать:

· данные;

· принтеры;

· факсимильные аппараты;

· модемы;

· другие устройства.

Данный список постоянно пополняется, так как возникают новые способы совместного использования ресурсов.

Локальные вычислительные сети

Первоначально компьютерные сети были небольшими и объединяли до десяти компьютеров и один принтер. Технология ограничивала размеры сети, в том числе количество компьютеров в сети и ее физическую длину. Например, в начале 1980-х годов наиболее популярный тип сетей состоял не более чем из 30 компьютеров, а длина ее кабеля не превышала 185 м (600 футов). Такие сети легко располагались в пределах одного этажа здания или небольшой организации. Для маленьких фирм подобная конфигурация подходит и сегодня. Эти сети называются локальными вычислительными сетями [ЛВС (LAN)].

Расширение компьютерных сетей.

Самые первые типы локальных сетей не могли соответствовать потребностям крупных предприятий, офисы которых обычно расположены в различных местах. Но как только преимущества компьютерных сетей стали неоспоримы и сетевые программные продукты начали заполнять рынок, перед корпорациями — для сохранения конкурентоспособности — встала задача расширения сетей. Так на основе локальных сетей возникли более крупные системы.

Сегодня, когда географические рамки сетей раздвигаются, чтобы соединить пользователей из разных городов и государств, ЛВС превращаются в глобальную вычислительную сеть [ГВС (WAN)], а количество компьютеров в сети уже может варьироваться от десятка до нескольких тысяч.

В настоящее время большинство организаций хранит и совместно использует в сетевой среде огромные объемы жизненно важных данных. Вот почему сети сейчас так же необходимы, как еще совсем недавно были необходимы пишущие машинки и картотеки.

Назначение компьютерной сети

Основное назначение компьютерных сетей — совместное использование ресурсов и осуществление интерактивной связи как внутри одной фирмы, так и за ее пределами. Ресурсы (resources) — это данные, приложения и периферийные устройства, такие, как внешний дисковод, принтер, мышь, модем или джойстик. Понятие интерактивной связи компьютеров подразумевает обмен сообщениями в реальном режиме времени.

Принтеры и другие периферийные устройства

До появления компьютерных сетей каждый пользователь должен был иметь свой принтер, плоттер и другие периферийные устройства. Чтобы совместно использовать принтер, существовал единственный способ — пересесть за компьютер, подключенный к этому принтеру.

Теперь сети позволяют целому ряду пользователей одновременно «владеть» данными и периферийными устройствами. Если нескольким пользователям надо распечатать документ, все они могут обратиться к сетевому принтеру.

Рис. 1.4. Совместное использование принтера в сетевой среде

Данные

До появления компьютерных сетей люди обменивались информацией примерно так:

·передавали информацию устно (устная речь);

·писали записки или письма (письменная речь);

·записывали информацию на дискету, несли дискету к другому компьютеру и копиро­вали в него данные.

Компьютерные сети упрощают этот процесс, предоставляя пользователям доступ почти к любым типам данных.

Приложения

Сети создают отличные условия для унификации приложений (например, текстового процессора). Это значит, что на всех компьютерах в сети выполняются приложения одного типа и одной версии. Использование единого приложения поможет упростить поддержку всей сети. Действительно, проще изучить одно приложение, чем пытаться освоить сразу четыре или пять. Удобнее также иметь дело с одной версией приложения и настраивать компьютеры одинаковым образом.

Другая привлекательная сторона сетей — наличие программ электронной почты и планирования рабочего дня. Благодаря им, управляющие крупных предприятий быстро и эффективно взаимодействуют с многочисленным штатом своих сотрудников или партнеров по бизнесу, а планирование и корректировка деятельности всей компании осуществляется с гораздо меньшими усилиями, чем прежде.

Использование компьютерных сетей сулит множество преимуществ, в частности:

· снижение затрат благодаря совместному использованию данных и периферийных устройств;

· стандартизацию приложений;

· своевременное получение данных;

· более эффективное взаимодействие и планирование рабочего времени.

В настоящее время компьютерные сети выходят за пределы ЛВС и вырастают в глобальные компьютерные сети (ГВС), охватывая целые страны и континенты.

Типы сетей

Все сети имеют некоторые общие компоненты, функции и характеристики. В их числе:

· серверы (server) — компьютеры, предоставляющие свои ресурсы сетевым пользователям;

· клиенты (client) — компьютеры, осуществляющие доступ к сетевым ресурсам, предоставляемым сервером;

· среда (media) — способ соединения компьютеров;

· совместно используемые данные — файлы, предоставляемые серверами по сети;

· совместно используемые периферийные устройства, например принтеры, библиотеки CD-ROM и т.д., — ресурсы, предоставляемые серверами;

· ресурсы — файлы, принтеры и другие элементы, используемые в сети

Рис. 1.6. Типичные элементы сети

Несмотря на определенные сходства, сети разделяются на два типа:

· одноранговые (peer-to-peer);

· на основе сервера (serverbased).

Рис. 1.7. Простейшие примеры обоих типов сетей

Различия между одноранговыми сетями и сетями на основе сервера имеют принципиальное значение, поскольку определяют разные возможности этих сетей. Выбор типа сети зависит от многих факторов:

· размера предприятия;

· необходимого уровня безопасности;

· вида бизнеса;

· уровня доступности административной поддержки;

· объема сетевого трафика;

· потребностей сетевых пользователей;

· финансовых затрат

Одноранговые сети

В одноранговой сети все компьютеры равноправны: нет иерархии среди компьютеров и нет выделенного (dedicated) сервера. Как правило, каждый компьютер функционирует и как клиент, и как сервер; иначе говоря, нет отдельного компьютера, ответственного за администрирование всей сети. Все пользователи самостоятельно решают, какие данные на своем компьютере сделать общедоступными по сети.

Размеры

Одноранговые сети называют также рабочими группами. Рабочая группа — это небольшой коллектив, поэтому в одноранговых сетях чаще всего не более 10 компьютеров.

Стоимость

Одноранговые сети относительно просты. Поскольку каждый компьютер является одновременно и клиентом, и сервером, нет необходимости в мощном центральном сервере или в других компонентах, обязательных для более сложных сетей. Одноранговые сети обычно дешевле сетей на основе сервера, но требуют более мощных (и более дорогих) компьютеров.

Операционные системы

В одноранговой сети требования к производительности и к уровню защиты для сетевого программного обеспечения, как правило, ниже, чем в сетях с выделенным сервером. Выделенные серверы функционируют исключительно в качестве серверов, но не клиентов или рабочих станций (workstation). О них мы еще поговорим подробнее на этом занятии, но чуть позже.

В такие операционные системы, как MicrosoftWindowsNTWorkstation, MicrosoftWindowsforWorkgroups и MicrosoftWindows 95, встроена поддержка одноранговых сетей. Поэтому, чтобы установить одноранговую сеть, дополнительного программного обеспечения не требуется.

Реализация

Одноранговая сеть характеризуется рядом стандартных решений:

· компьютеры расположены на рабочих столах пользователей;

· пользователи сами выступают в роли администраторов и обеспечивают защиту информации;

· для объединения компьютеров в сеть применяется простая кабельная система.

Целесообразность применения

Одноранговая сеть вполне подходит там, где:

· количество пользователей не превышает 10 человек;

· пользователи расположены компактно;

· вопросы защиты данных не критичны;

· в обозримом будущем не ожидается значительного расширения фирмы и, следовательно, сети.

Если эти условия выполняются, то, скорее всего, выбор одноранговой сети будет правильным (чем сети на основе сервера).

Несмотря на то, что одноранговые сети вполне удовлетворяют потребностям небольших фирм, иногда возникают ситуации, когда их использование может оказаться неуместным. Змечания относительно одноранговых сетей, которые должны быть учтены при выборе сети.

Администрирование

Сетевое администрирование (administration) решает ряд задач, в том числе:

· управление работой пользователей и защитой данных;

· обеспечение доступа к ресурсам;

· поддержка приложений и данных;

· установка и модернизация прикладного программного обеспечения.

В типичной одноранговой сети системный администратор, контролирующий всю сеть, не выделяется. Каждый пользователь сам администрирует свой компьютер.

Разделяемые ресурсы

Все пользователи могут «поделиться» своими ресурсами с другими. К совместно используемым ресурсам относятся каталоги, принтеры, факс-модемы и т.п.

Требования к серверу

В одноранговой сети каждый компьютер должен:

· большую часть своих вычислительных ресурсов предоставлять локальному пользователю (сидящему за этим компьютером);

· для

поддержки доступа к ресурсам удаленного пользователя (обращающегося к серверу по сети) подключать дополнительные вычислительные ресурсы.

Сеть на основе сервера требует более мощных серверов, поскольку они должны обрабатывать запросы всех клиентов сети.

Защита

Защита подразумевает установку пароля на разделяемый ресурс, например на каталог. Централизованно управлять защитой в одноранговой сети очень сложно, так как каждый пользователь устанавливает ее самостоятельно, да и «общие» ресурсы могут находиться на всех компьютерах, а не только на центральном сервере. Такая ситуация представляет серьезную угрозу для всей сети, кроме того, некоторые пользователи могут вообще не установить защиту. Если вопросы конфиденциальности являются принципиальными, рекомендуется выбрать сеть на основе сервера.

Подготовка пользователя

Поскольку в одноранговой сети каждый компьютер функционирует и как клиент, и как сервер, пользователи должны обладать достаточным уровнем знаний, чтобы работать и как пользователи, и как администраторы своего компьютера.

Сети на основе сервера

Если к сети подключено более 10 пользователей, то одноранговая сеть, где компьютеры выступают в роли и клиентов, и серверов, может оказаться недостаточно производительной. Поэтому большинство сетей использует выделенные серверы. Выделенным называется такой сервер, который функционирует только как сервер (исключая функции клиента или рабочей станции). Они специально оптимизированы для быстрой обработки запросов от сетевых клиентов и для управления защитой файлов и каталогов. Сети на основе сервера стали промышленным стандартом, и именно они будут при­водиться обычно в качестве примера.

Рис. 1.9. Сеть на основе сервера

С увеличением размеров сети и объема сетевого трафика необходимо увеличивать количество серверов. Распределение задач среди нескольких серверов гарантирует, что каждая задача будет выполняться самым эффективным способом из всех возможных.

Специализированные серверы

Круг задач, которые должны выполнять серверы, многообразен и сложен. Чтобы приспособиться к возрастающим потребностям пользователей, серверы в больших сетях стали специализированными (specialized). Например, в сети Windows NT существуют различные типы серверов.

·Файл-серверы и принт-серверы.

Файл-серверы и принт-серверы управляют доступом пользователей соответственно к файлам и принтерам. Например, чтобы работать с текстовым процессором, Вы прежде всего должны запустить его на своем компьютере. Документ текстового процессора, хранящийся на файл-сервере, загружается в память Вашего компьютера, и, таким образом, Вы можете работать с этим документом на своем компьютере. Другими словами, файл-сервер предназначен для хранения файлов и данных.

·Серверы приложений.

На серверах приложений выполняются прикладные части клиент-серверных приложений, а также находятся данные, доступные клиентам. Например, чтобы упростить извлечение данных, серверы хранят большие объемы информации в структурированном виде. Эти серверы отличаются от файл-серверов и принт-серверов. В последних файл или данные целиком копируются на запрашивающий компьютер. А в сервере приложений на запрашивающий компьютер пересылаются только результаты запроса.

Приложение-клиент на удаленном компьютере получает доступ к данным, хранимым на сервере приложений. Однако вместо всей базы данных на Ваш компьютер с сервера загружаются только результаты запроса. Например, Вы можете получить список работников, родившихся в ноябре.

·Почтовые серверы.

Почтовые серверы управляют передачей электронных сообщений между пользователями сети.

·Факс-серверы.

Факс-серверы управляют потоком входящих и исходящих факсимильных сообщений через один или несколько факс-модемов. Коммуникационные серверы.

·Коммуникационные серверы

Коммуникационные серверы управляют потоком данных и почтовых сообщений между этой сетью и другими сетями, удаленными пользователями через модем и телефонную линию.

Служба каталогов предназначена для поиска, хранения и защиты информации в сети. WindowsNTServer объединяет компьютеры в логические группы — домены (domain), -система защиты которых наделяет пользователей различными правами доступа к любому сетевому ресурсу.

В расширенной сети использование серверов разных типов приобретает особую актуальность. Необходимо поэтому учитывать все возможные нюансы, которые могут проявиться при разрастании сети, с тем, чтобы изменение роли определенного сервера в дальнейшем не отразилось на работе всей сети.

Рис. 10.1 Специализированные среды

Значение программного обеспечения

Сетевой сервер и операционная система работают как единое целое. Без операционной системы даже самый мощный сервер представляет собой лишь груду железа. А операционная система позволяет реализовать потенциал аппаратных ресурсов сервера. Некоторые системы, например MicrosoftWindowsNTServer, были созданы специально для того, чтобы использовать преимущества наиболее передовых серверных технологий.

Так,
Windows
NT
Server
реализует следующие возможности сервера.

Категории	Свойства
Симметричная многопроцессорная обработка ( SMP )	Системные и прикладные задачи распределяются между всеми доступными процессорами
Поддержка множества платформ	Быстрые процессоры, такие, как Intel ® 386/486 и Pentium ® , MIPS ® R 4000^, RISC и Digital Alpha AXP
Длина имени файла/каталога	255 символов
Размер файла	16 эб (эксабайтов)
Размер раздела жесткого диска	16 эб

Примечание.

Эксабайт — это довольно большое число. Оно немногим более одного миллиарда гигабайтов. Представьте: если у каждого человека на Земле, включая мужчин, женщин и детей (всего около 5 миллиардов), взять по 2000 страниц текста с объемом одной страницы в 2 Кб, то все эти страницы можно сложить в один
Windows
NT-файл. Даже после этого файл будет заполнен лишь на 1/16 (менее 6 процентов).

Преимущества

Разделение ресурсов

Сервер спроектирован так, чтобы предоставлять доступ к множеству файлов и принтеров, обеспечивая при этом высокую производительность и защиту.

Администрирование и управление доступом к данным осуществляется централизованно. Ресурсы, как правило, расположены также централизованно, что облегчает их поиск и поддержку. Например, в системе WindowsNTServer разделение каталогов осуществляется через FileManager.

Защита

Основным аргументом при выборе сети на основе сервера является, как правило, защита данных. В таких сетях, например, как WindowsNTServer, проблемами безопасности может заниматься один администратор: он формирует политику безопасности (securitypolicy) и применяет ее в отношении каждого пользователя сети.

Резервное копирование данных

Поскольку жизненно важная информация расположена централизованно, т.е. сосредоточена на одном или нескольких серверах, нетрудно обеспечить ее регулярное резервное копирование (backup).

Избыточность

Благодаря избыточным системам данные на любом сервере могут дублироваться в реальном времени, поэтому в случае повреждения основной области хранения данных информация не будет потеряна — легко воспользоваться резервной копией.

Количество пользователей

Сети на основе сервера способны поддерживать тысячи пользователей. Сетями такого размера, будь они одноранговыми, было бы невозможно управлять.

Аппаратное обеспечение

Так как компьютер пользователя не выполняет функций сервера, требования к его характеристикам зависят от потребностей самого пользователя. Типичный компьютер-клиент имеет, по крайней мере, 486-й процессор и от 8 до 16 Мб оперативной памяти.

Комбинированные сети

Существуют и комбинированные типы сетей, совмещающие лучшие качества одноранговых сетей и сетей на основе сервера.

Многие администраторы считают, что такая сеть наиболее полно удовлетворяет их запросы, так как в ней могут функционировать оба типа операционных систем.

Операционные системы для сетей на основе сервера, например MicrosoftWindowsNTServer или Novell®
NetWare®
, в этом случае отвечают за совместное использование основных приложений и данных.

На компьютерах-клиентах могут выполняться операционные системы MicrosoftWindowsNTWorkstation или Windows 95, которые будут управлять доступом к ресурсам выделенного сервера и в то же время предоставлять в совместное использование свои жесткие диски, а по мере необходимости разрешать доступ и к своим данным.

Рис. 1.13. Комбинированные сети имеют выделенные серверы и компьютеры

Комбинированные сети — наиболее распространенный тип сетей, но для их правильной реализации и надежной защиты необходимы определенные знания и навыки планирования.

Аппаратное обеспечение сервера

Одноранговые сети и сети на основе сервера объединяет общая цель — разделение ресурсов. А вот различия между одноранговыми серверами и выделенными серверами определяют:

· требования к аппаратному обеспечению;

· способ поддержки пользователей.

Таблица 1 – Компоненты сети

Компонент	Одноранговая сеть	Сеть на основе сервера
Местонахождение разделяемых ресурсов ОЗУ	Компьютеры пользователей. Зависит от потребностей пользователя. Для MicrosoftWindowsNTWorkstation требуется минимум 12 Мб, однако желательно 16 Мб. Для Windows 95 желательно не менее 8 Мб	Выделенные серверы. Как можно больше. Минимум 12 Мб. Серверы, обслуживающие тысячи клиентов, как правило, должны иметь не менее 64 Мб
Центральный процессор	Зависит от потребностей пользователя. Желательно не ниже 386-го. Для WindowsNTWorkstation необходим 80386/25 и выше или поддерживаемый RISC- процессор. Для Windows 95 — 386DX и выше	Зависит от нагрузки на сервер. Желательно не ниже 486-го. Высокопроизводительные серверы поддерживают многопроцессорные системы
Объем дискового пространства	Зависит от потребностей пользователя	Зависит от потребностей организации. Чем больше, тем лучше, но следует предусмотреть возможность дальнейшего увеличения. Для небольших организаций рекомендуется не менее 1 Гб. В суперсерверах счет идет не на гигабайты, а на количество поддерживаемых жестких дисков