Структурная и функциональная организация лвс

Сети ЭВМ и работа в них

Локальные вычислительные сети

Архитектура сети

Сетьпредставляет собой совокупность компьютеров, объединенных средствами передачи данных. Средства передачи данных в общем случае могут состоять из следующих элементов: связных компьютеров, каналов связи (спутниковых, телефонных, цифровых, волоконно-оптических, радио- и других), коммутирующей аппаратуры, ретрансляторов, различного рода преобразователей сигналов и других элементов и устройств.

Архитектура сети ЭВМ определяет принципы построения и функционирования аппаратного и программного обеспечения элементов сети.

Современные сети можно классифицировать по различным признакам: по удаленности компьютеров, топологии, назначению, перечню предоставляемых услуг, принципам управления (централизованные и децентрализованные), методам коммутации (без коммутации, телефонная коммутация, коммутация цепей, сообщений, пакетов и дейтаграмм и т.д.), видам среды передачи и т.д.

В зависимости от удаленности компьютеров сети условно разделяют на локальныеиглобальные.

Произвольная глобальная сеть может включать другие глобальные сети, локальные сети, а также отдельно подключаемые к ней компьютеры (удаленные компьютеры) или отдельно подключаемые устройства ввода-вывода. Глобальные сети бывают четырех основных видов: городские, региональные, национальные и транснациональные. В качестве устройств ввода-вывода могут использоваться, например, печатающие и копирующие устройства, кассовые и банковские аппараты, дисплеи (терминалы) и факсы. Перечисленные элементы сети могут быть удалены друг от друга на значительное расстояние.

Влокальных вычислительных сетях(ЛВС) компьютеры расположены па расстоянии до нескольких километров и обычно соединены при помощи скоростных линий связи со скоростью обмена от 1 до 10 и более Мбит/с (не исключается случай соединения компьютеров и с помощью низкоскоростных телефонных линий). ЛВС обычно развертываются в рамках некоторой организации (корпорации, учреждения). Поэтому их иногда называют корпоративными системами или сетями. Компьютеры при этом, как правило, находятся в пределах одного помещения, здания или соседних зданий.

Независимо от того, в какой сети работает некоторый компьютер, функции установленного на нем программного обеспечения условно можно разделить на две группы: управление ресурсами самого компьютера (в том числе и в интересах решения задач для других компьютеров) и управление обменом с другими компьютерами (сетевые функции).

Собственными ресурсами компьютера традиционно управляет ОС. Функции сетевого управления реализует сетевое ПО, которое может быть выполнено как в виде отдельных пакетов сетевых программ, так и в виде сетевой ОС.

При разработке сетевого ПО используется иерархический подход, предполагающий определение совокупности сравнительно независимых уровней и интерфейсов между ними. Это позволяет легко модифицировать алгоритмы программ произвольного уровня без существенно изменения других уровней. В общем случае допускается упрощение функций некоторого уровня или даже его полная ликвидация.

Для упорядочения разработки сетевого ПО и обеспечения возможности взаимодействия любых вычислительных систем Международная Организация по Стандартизации (International Standart Organization — ISO) разработала Эталонную модель взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection — OSI).

Эталонная модель OSI определяет следующие семь функциональных уровней:

физический (physical layer);
управления линией (звеном) передачи или канальный (data link);
сетевой (network layer);
транспортный (transport layer);
сеансовый (session layer);
представительный (presentation layer);
прикладной, или уровень приложений (application layer).

Физический уровень обеспечивает интерфейс между ЭВМ сети и средой передачи дискретных сигналов. На физическом уровне через абонентские каналы передаются последовательности битов. Управление физическим каналом сводится к выделению начала и конца кадра, несущего в себе передаваемые данные, а также к формированию и приему сигналов определенной физической природы.

Стандарты физического уровня включают рекомендации Х.21 либо Х.21 бис, определяющие механические, электрические, функциональные и процедурные характеристики, необходимые для установления (активизации), поддержания и расторжения (деактивизации) физических соединений.

Функции канального уровня состоят в управлении вводом-выводом информации в канале связи. Для повышения достоверности передачи процедуры канального уровня могут предусматривать введение избыточных кодов, повторную передачу данных и другие методы. Формируемые этим уровнем данные группируются в так называемые кадры

Обмен данными между двумя объектами канального уровня может вестись одним из трех способов: дуплексным (одновременно в обоих направлениях), полудуплексным (попеременно в обоих направлениях) или симплексным (в одном направлении).

Сетевой уровень обеспечивает передачу сетевых блоков (пакетов) между узлами сети. Здесь решаются задачи выбора маршрута из числа возможных (при изменении нагрузки пли конфигурации сети), управления входящим потоком, буферизации пакетов и т.д. Основная функция сетевого протокола — прокладка в каждом физическом канале совокупности логических каналов (до 4096), что существенно повышает эффективность использования ресурсов физического канала.

Основной функцией транспортного уровня является доставка сообщений (транспортных блоков), которые состоят из сетевых пакетов. С этой целью транспортные объекты сетевого ПО организуют разборку сообщений на передающем конце и сборку сообщений из принимаемых пакетов на приемной стороне. Кроме того, транспортный уровень занимается согласованием различных сетевых уровней с помощью соответствующих шлюзов (согласование сетевых объектов принципиально различных сетей) и мостов (согласование сетевых объектов однотипных сетей).

Для контроля того, что все отправленные пакеты приняты и в них нет ошибок, применяется метод посылки квитанций — квитирование. Квитанции, подтверждающие прием, могут посылаться получателем после приема одного или нескольких пакетов (обычно до 8). В последнем случае говорят о так называемом механизме окна. Применение этого механизма при неплохом качестве средств связи позволяет уменьшить загрузку коммуникационной сети передаваемой по ней служебной информацией.

В настоящее время существует пять классов сервиса, предоставляемого транспортным протоколом (О, 1… 4). Выделенные классы различаются возможностями приоритетной передачи сообщений, защиты от ошибок, а также засекречивания данных с помощью шифрования.

Сеансовый уровень предназначен для организации сеансов связи (взаимодействия) между объектами более высоких уровней При установлении сеансов связи контролируется полномочие объекта по доступу к другому объекту. Данный уровень, как и транспортный, предусматривает несколько классов услуг (А, В, С и D).

Представительный уровень описывает методы преобразования информации (шифрование, сжатие, перекодировка), передаваемой объектам прикладного уровня: пользователям и программам.

Прикладной уровень отвечает за поддержку прикладного ПО пользователя. Па этом уровне реализуются три основные службы: передача и управление файлами, передача и обработка заданий, а также служба виртуального терминала.

Предложенная семиуровневая модель описывает общие принципы объединения разделенных средой передачи данных компьютеров. Для описания взаимодействия программных и аппаратных элементов уровней используются протоколы и интерфейсы.

Протоколомназывается свод правил взаимодействия объектов одноименного уровня, а также форматы передаваемых между объектами блоков данных (сообщений). Примерами протоколов звена данных являются протокол HDLC (Higher-level Data Link Control), принятый ISO, и протокол SDLC (Synchronous Data Link Control) фирмы IBM.

Интерфейсыописывают процедуры взаимодействия объектов смежных уровней и форматы информации, передаваемой между этими объектами. Примером одного из интерфейсов является интерфейс Х.25 подключения пользователей к сетям передачи данных общего пользования. Этот интерфейс описан в соответствующих рекомендациях (Х.25), где определяется порядок и правила взаимодействия оконечного оборудования обработки данных DTE (Data Terminal Equipment) и оконечного оборудования цепей передачи данных DCE (Data Circuit-terminating Equipment). Роль DTE выполняет модем или цифровое устройство сопряжения для подключения к сети передачи данных. В качестве DCE может выступать хост-машина (Host), контроллер или концентратор, обслуживающий удаленные терминалы, интерфейсный компьютер для подключения к другой сети и т.д.

Разработка силами ISO множества рекомендаций по организации сетевого обмена между компьютерами внесла существенный вклад в теорию создания как глобальных, так и локальных сетей. Однако следует заметить, что принятие международных стандартов не устранило полностью разнообразия архитектур реальных существующих сетей.

Отличия сетей друг от друга вызваны особенностями используемого аппаратного и программного обеспечения, различной интерпретацией рекомендаций фирмами-разработчиками, различием требований к системе со стороны решаемых задач (требования защищенности информации, скорости обмена, безошибочности передачи данных и т.д.) и другими причинами. В сетевом ПО локальных сетей часто наблюдается сокращение числа реализуемых уровней.

Более интенсивный обмен информацией происходит в локальных сетях, нежели в глобальных. В ЛВС, по существу, организовано управление аппаратно-программными ресурсами всех входящих в сеть компьютеров. Реализует эти функции сетевое ПО. В глобальной сети основным видом взаимодействия между независимыми компьютерами является обмен сообщениями.

В настоящем разделе рассматриваются вопросы организации распределенных вычислений в среде ЛВС. Вопросы построения и функционирования глобальных сетей на примере сети Internet излагаются в следующем разделе.

Аппаратные средства ЛВС

Основными аппаратными компонентами ЛВС являются:

рабочие станции;
серверы;
интерфейсные платы;
кабели.

Рабочие станции (PC) — это, как правило, персональные ЭВМ, которые являются рабочими местами пользователей сети.

Требования, предъявляемые к составу PC, определяются характеристиками решаемых в сети задач, принципами организации вычислительного процесса, используемой ОС и некоторыми другими факторами. Так, если в сети используется операционная система MS Windows for Workgroups, то процессор PC должен быть как минимум 80386 или 80486.

Иногда в PC, непосредственно подключенной к сетевому кабелю, могут отсутствовать накопители на магнитных дисках. Такие PC называют бездисковыми рабочими станциями. Однако в этом случае для загрузки в PC операционной системы с файл-сервера нужно иметь в сетевом адаптере этой станции микросхему дистанционной загрузки. Последняя поставляется отдельно, намного дешевле накопителей и используется как расширение базовой системы ввода-вывода BIOS. В микросхеме записана программа загрузки ОС в оперативную память PC. Основным преимуществом бездисковых PC является низкая стоимость, а также высокая защищенность от несанкционированного проникновения в систему пользователей и компьютерных вирусов. Недостаток бездисковой PC заключается в невозможности работать в автономном режиме (без подключения к серверу), а также иметь свои собственные архивы данных и программ.

Серверыв ЛВС выполняют функции распределения сетевых ресурсов. Обычно его функции возлагают на достаточно мощный ПК, мини-ЭВМ, большую ЭВМ или специальную ЭВМ-сервер. В одной сети может быть один или несколько серверов. Каждый из серверов может быть отдельным или совмещенным с PC. В последнем случае не все, а только часть ресурсов сервера оказывается общедоступной.

При наличии в ЛВС нескольких серверов каждый из них управляет работой подключенных к нему PC. Совокупность компьютеров сервера и относящихся к нему PC часто называют доменом.Иногда в одном домене находится несколько серверов. Обычно один из них является главным, а другие — выполняют роль резерва (на случай отказа главного сервера) или логического расширения основного сервера.

Важнейшими параметрами, которые должны учитываться при выборе компьютера-сервера, являются тип процессора, объем оперативной памяти, тип и объем жесткого диска и тип дискового контроллера. Значения указанных характеристик, так же как и в случае PC, существенно зависят от решаемых задач, организации вычислений в сети, загрузки сети, используемой ОС и других факторов.

Так, минимальными требованиями к процессору и памяти, предъявляемыми со стороны простых сетевых ОС Novell NetWare 2.2 и Novell NetWare Lite, является наличие процессора 80286 с 4 Мбайтами памяти. Если же предполагается использовать Novell NetWare 386 или MS Windows for Workgroups, то желательно иметь процессор не ниже 80386 с 8 и более Мбайтами оперативной памяти.

Оперативная память в сервере используется не только для собственно выполнения программ, а и для размещения в ней буферов дискового ввода вывода. Определив оптимально количество и размер буферов, можно существенно ускорить выполнение операций ввода-вывода.

Для сервера с емкостью ОЗУ более 16 Мбайтов целесообразно использовать 32-разрядный дисковый контроллер. Иначе могут возникнуть сложности с 16-разрядным каналом DMA (Direct Memory Access) прямого доступа к памяти.

Объем выбираемого накопителя должен быть достаточным для размещения на нем необходимого программного обеспечения (особенно при бездисковых PC), а также совместно используемых файлов и баз данных.

PC и серверы в районе размещения сети соединяются друг с другом посредством линий передачи данных, в роли которых чаще всего выступают кабели. Подключение компьютеров к кабелю осуществляется с помощью интерфейсных плат — сетевых адаптepoв.-

В последнее время стали появляться беспроводные сети, средой передачи данных в которых является радиоканал. В подобных сетях компьютеры устанавливаются на небольших расстояниях друг от друга: в пределах одного или нескольких соседних помещений.

Используемые сетевые адаптеры имеют три основные характеристики: тип шины компьютера, к которому они подключаются (ISA, EISA, Micro Channel и пр.), разрядность (8, 16, 32,64) и топология образуемой сети (Ethernet, Arcnet, Token-Ring). Так, для сетей с топологией Ethernet и сетевыми ОС Novell NetWare или MS Windows for Workgroups лучше всего использовать сетевые адаптеры фирмы Novell: NE1000 (8 бит), NE2000 (16 бит) или NE3200 (32 бит).

В случае, если файл-сервером является компьютер с памятью не менее 16 Мбайтов, то для него лучше применять 32-разрядные сетевой адаптер и дисковый контроллер.

Выбор сетевого кабеля (он бывает тонкий и толстый) определяется спецификацией, приведенной в документации на сетевой адаптер. Лучше применять импортный кабель. Для сетей Ethernet на основе тонкого кабеля небольшой протяженности можно использовать и отечественный кабель РК-50.

Кдополнительному оборудованию ЛВСотносят источники бесперебойного питания, модемы, трансиверы, репитеры, а также различные разъемы (коннекторы, терминаторы).

Источники бесперебойного питания (ИБП) служат для повышения устойчивости работы сети и обеспечения сохранности данных на сервере. При сбоях по питанию ИБП, подключаемый к серверу через специальный адаптер, выдаст сигнал серверу, обеспечивая в течение некоторого времени стабильное напряжение. По этому сигналу сервер выполняет процедуру завершения своей работы, которая исключает потерю данных. Основным критерием выбора ИБП является мощность, которая должна быть не меньше мощности, потребляемой подключаемым к ИБП сервером.

Трансивер — это устройство подключения PC к толстому коаксиальному кабелю. Репитер предназначен для соединения сегментов сетей. Коннекторы (соединители) необходимы для соединения сетевых адаптеров компьютеров с тонким кабелем, а также для соединения кабелей друг с другом. Терминаторы служат для подключения к открытым кабелям сети, а также для заземления (так называемые терминаторы с заземлением).

Модем используется в качестве устройства подключения ЛВС или отдельного компьютера к глобальной сети через телефонную связь. Более подробно вопросы функционирования и использования модема рассмотрены в разделе 29.

Структурная и функциональная организация ЛВС

Топология ЛВС

Конфигурация соединения элементов в сеть (топология) во многом определяет такие важнейшие характеристики сети, как ее надежность, производительность, стоимость, защищенность и т.д.

Одним из подходов к классификации топологий ЛВС является выделение двух основных классов топологий: широковещательныхипоследовательных.

В широковещательныхконфигурациях каждый персональный компьютер передает сигналы, которые могут быть восприняты остальными компьютерами. К таким конфигурациям относятся топологии общая шина, дерево, звезда с пассивным центром. Сеть типа звезда с пассивным центром можно рассматривать как разновидность дерева, имеющего корень с ответвлением к каждому подключенному устройству.

В последовательныхконфигурациях каждый физический подуровень передаем информацию только одному персональному компьютеру. Примерами последовательных конфигураций являются: произвольная (произвольное соединение компьютеров), иерархическая, кольцо, цепочка, звезда с интеллектуальным центром, снежинка и другие.

Вкратце рассмотрим три наиболее широко распространенные (базовые) топологии ЛВС: звезда, общая шина и кольцо.

В случае топологии звезда каждый компьютер через специальный сетевой адаптер подключается отдельным кабелем к центральному узлу (рис. 28.1). Центральным узлом служит пассивный соединитель или активный повторитель.

Рис.28.1. Топология звезда

Недостатком такой топологии является низкая надежность, так как выход из строя центрального узла приводит к остановке всей сети, а также обычно большая протяженность кабелей (это зависит от реального размещения компьютеров). Иногда для повышения надежности в центральном узле ставят специальное реле, позволяющее отключать вышедшие из строя кабельные лучи.

Топология общая шина предполагает использование одного кабеля, к которому подключаются все компьютеры. Информация по нему передается компьютерами поочередно (рис.28.2).

Рис.28.2. Топология общая шина

Достоинством такой топологии является, как правило, меньшая протяженность кабеля, а также более высокая надежность чем, у звезды, так как выход из строя отдельной станции не нарушает работоспособности сети в целом. Недостатки состоят в том, что обрыв основного кабеля приводит к неработоспособности всей сети, а также слабая защищенность информации в системе на физическом уровне, так как сообщения, посылаемые одним компьютером другому, в принципе, могут быть приняты и на любом другом компьютере.

При кольцевой топологии данные передаются от одного компьютера другому по эстафете (рис. 28.3). Если некоторый компьютер получает данные, предназначенные не ему, он передает их дальше по кольцу. Адресат предназначенные ему данные никуда не передает.

Рис.28.3. Топология кольцо

Достоинством кольцевой топологии является более высокая надежность системы при разрывах кабелей, чем в случае топологии с общей шиной, так как к каждому компьютеру есть два пути доступа. К недостаткам топологии следует отнести большую протяженность кабеля, невысокое быстродействие по сравнению со звездой (но соизмеримое с общей шиной), а также слабая защищенность информации, как и при топологии с общей шиной.

Топология реальной ЛВС может в точности повторять одну из приведенных выше или включать их комбинацию. Структура сети в общем случае определяется следующими факторами: количеством объединяемых компьютеров, требованиями по надежности и оперативности передачи информации, экономическими соображениями и т.д.

Принципы управления

Существует два основных принципа управления в локальных сетях: централизация и децентрализация.

В сетях с централизованным управлением функции управления обменом данными возложены на файл-серверы. Файлы, хранящиеся на сервере, доступны PC сети. Одна PC к файлам другой PC доступа не имеет. Правда, обмен файлами между PC может происходить и в обход основных путей, например, с помощью программы NetLink. После запуска этой программы на двух компьютерах можно передавать файлы между ними так же, как выполняется копирование с помощью программы Norton Commander.

Существует множество сетевых ОС, реализующих централизованное управление. Среди них Microsoft Windows NT Server, Novell NetWare (версии З.Х и 4.Х), Microsoft Lan Manager, OS/2 Warp Server Advanced, VINES 6.0 и другие.

Преимуществом централизованных сетей является высокая защищенность сетевых ресурсов от несанкционированного доступа, удобство администрирования сети, возможность создания сетей с большим числом узлов. Основной недостаток состоит в уязвимости системы при нарушении работоспособности файл-сервера (это преодолевается при наличии нескольких серверов или принятия некоторых других мер), а также в предъявлении довольно высоких требований к ресурсам серверов.

Децентрализованные (одноранговые) сети не содержат в своем составе выделенных серверов. Функции управления сетью в них поочередно передаются от одной PC к другой. Ресурсы одной PC (диски, принтеры и другие устройства) оказываются доступными другим PC.

Наиболее распространенными программными продуктами, позволяющими строить одноранговые сети, являются следующие программы и пакеты: Novell NetWare Lite, Windows for Workgroups, Artisoft LANtastic, LANsmart, Invisible Software NET-30 и другие. Все они могут работать под управлением DOS. Для одноранговой сети могут быть быть использованы также ОС Windows 95 и Windows NT.

Развертывание одноранговой сети для небольшого числа PC часто позволяет построить более эффективную и живучую распределенную вычислительную среду. Сетевое программное обеспечение в них является более простым по сравнению с централизованными сетями. Здесь не требуется установка файл-сервера (как компьютера, так и соответствующих программ), что существенно удешевляет систему. Однако такие сети слабее с точки зрения защиты информации и администрирования.

Методы доступа и протоколы передачи данных

Для организации обмена между компьютерами ЛВС чаще всего используются стандартные протоколы, разработанные Международным институтом инженеров по электротехнике и радиоэлектронике IEEE (Institute of Electrical and Electronical Engineers).

Вкратце рассмотрим протоколы обмена, изложенные в стандартах IEEE802.3, IEEE802.4 и IEEE802.5 на локальные сети, которые описывают соответственно методы доступа к сетевым каналам данных: Ethernet, Arcnet и Token Ring. Эти методы доступа реализуют функции канального уровня модели OSI. Название используемого в ЛВС метода часто отождествляют с типом топологии сети.

Метод доступа Ethernet.Разработан фирмой Xerox. Обеспечивает высокую скорость передачи и надежность. Поддерживает топологию с общей шиной. Принадлежность передаваемого по обшей шине сообщения определяется включенными в заголовок адресами источника и назначения.

Этот метод является методом множественного доступа с прослушиванием несущей и разрешением конфликтов (CSMA/CD — Carier Sense Multiple Access with Collision Detection).

Суть метода состоит в том, что PC начинает передачу в том случае, если канал свободен, в противном случае передача сообщений задерживается на некоторое время (для каждой станции свое). Возможные случаи одновременной передачи данных распознаются автоматически аппаратным способом.

Быстродействие сети заметно снижается при одновременной работе 80-100 PC. Это происходит из-за задержек, связанных с конфликтами в канале.

Метод доступа Arcnet.Разработан фирмой Datapoint Corp. Используется в топологии звезда.

Сообщения от одной PC к другой по этому методу доступа передаются с помощью маркера, который создается на одной из PC. Если PC хочет передать сообщение, то она дожидается прихода маркера и присоединяет к нему свое сообщение, снабженное адресами отправителя и получателя. Если PC ожидает приема, то она ждет прихода маркера, а по его приходе — анализирует заголовок прикрепленного к нему сообщения. Если сообщение предназначено данной PC, то она открепляет его от маркера, а также прикрепляет новое, при наличии такового.

Оборудование для сетей типа Arcnet дешевле Ethernet и Token Ring, но уступает им по характеристикам надежности и производительности.

Метод доступа Token Ring.Разработан фирмой IBM для кольцевой топологии. Кроме фирмы IBM, поставщиками оборудования сетей с таким методом доступа являются фирмы Proteon, 3Com и Undermann-Bass, а поставщиками сетевого ПО — выступают фирмы 3Com, Novell и Univation. Этот метод имеет сходство с методом Arcnet. Основное его отличие состоит в том, что имеется механизм приоритета, благодаря которому отдельные PC могут получать маркер быстрее других и удерживать его дольше.

Для использования типовых программ в ЛВС важно знать, какой протокол обмена сообщениями (пакетами) поддерживается в сети. Существует несколько таких протоколов. Среди них широко используются следующие: IPX, SPX и NETBIOS

Протокол IPX (Internetwork Packet Exchenge) является протоколом транспортного уровня модели OSI. Он имеет интерфейс с нижележащим сетевым уровнем. Протокол SPX (Sequenced Packet Exchenge)- протокол более высокого сеансового уровня. Он основан на использовании протокола IPX. NETBIOS (Network Basic Input/Output System) — сетевая базовая система ввода-вывода, разработанная фирмой IBM. Реализует функции сетевого, транспортного и сеансового уровней модели OSI.

Технология клиент-сервер

Технология клиент-сервер пришла на смену централизованной схеме управления вычислительным процессом на базе средней или большой ЭВМ (мэйнфрейма).

Вцентрализованной схемеуправления все вычислительные ресурсы, данные и программы их обработки были сконцентрированы в одной ЭВМ. Пользователи имели доступ к ресурсам машины с помощью терминалов (дисплеев). Терминалы подключались к ЭВМ через интерфейсные соединения или удаленные телефонные линии связи (так называемые удаленные терминалы). Основной функцией терминала было отображение информации, представляемой пользователю. К достоинствам этой схемы можно отнести удобство администрирования, модификации программного обеспечения и защиты информации. Недостатком схемы является ее низкая надежность (выход из строя ЭВМ влечет за собой разрушение вычислительного процесса), сложность масштабирования (наращивания мощности) модификации аппаратного и программного обеспечения, как правило, резкое снижение оперативности при увеличении числа пользователей системы и другие.

В архитектуре клиент-сервер место терминала заняла ПЭВМ (клиентская), а мэйнфрейма — один или несколько мощных компьютеров, специально выделенных для решения общих задач обработки информации (компьютеры-серверы). Достоинством этой модели является высокая живучесть и надежность вычислительной системы, легкость масштабирования, возможность одновременной работы пользователя с несколькими приложениями, высокая оперативность обработки информации, обеспечение пользователя высококачественным интерфейсом и т.д.

Заметим, что эта весьма перспективная и далеко не исчерпавшая себя технология получила свое дальнейшее развитие. Совсем недавно стали говоршь о технологии Intranet, которая появилась в результате перенесения идей сети Internet (см. раздел 29) в среду корпоративных систем. В отличие от технологии клиент-сервер, эта технология ориентирована не на данные, а на информацию в ее окончательно готовом к потреблению виде. Технология Intranet объединяет в себе преимущества двух предыдущих схем. Вычислительные системы, построенные на ее основе, имеют в своем составе центральные серверы информации и распределенные компоненты представления информации конечному пользователю (программы-навигаторы, или броузеры). Детальное рассмотрение этой технологии выходит за рамки настоящего пособия.

Остановимся вкратце на понятиях, связанных с технологией клиент-сервер, поскольку она все еще доминирует в локальных вычислительных сетях.

При взаимодействии любых двух объектов в сети всегда можно выделить сторону, предоставляющую некоторый ресурс (сервис, услугу), и сторону, потребляющую этот ресурс. Потребителя ресурса традиционно называют клиентом, а поставщика — сервером.

В качестве ресурса можно рассматривать аппаратный компонент (диск, принтер, модем, сканер и т.д.), программу, файл, сообщение, информацию или даже ЭВМ в целом. Отсюда происхождение множества терминов: файл-сервер или диск-сервер, принт-сервер или сервер печати, сервер сообщений, SQL-сервер (программа обработки запросов к базе данных, сформулированных на языке SQL), компьютер-сервер и т.д. Очевидно, нее эти серверы имеют соответствующих клиентов.

С точки зрения программного обеспечения, технология клиент-сервер подразумевает наличие программ-клиентов и программ-серверов. Клиентскими программами обычно являются такие программы, как текстовые и табличные процессоры. В роли серверных программ чаще всего выступают системы управления базами данных. Примером типичной пары программ вида клиент-сервер можно считать программу TCKCTOBOI о процессора, обрабатывающую документ, в котором содержится таблица с информацией из базы данных.

Некоторая программа, выполняемая в сети, по отношению к одним программам может выступать в роли клиента и в то же время являться сервером для других программ. Более того, за некоторый интервал времени роли клиента и сервера между одними и теми же программами могут меняться.

Разновидностью более сложных клиент-серверных моделей является трехзвенная модель сервера приложений — AS-модель (Application Server). Эта модель описывает процесс функционирование сетей, использующих базы данных. Согласно AS-мо-дели, каждая их трех основных функций (управление данными, прикладная обработка и представление информации конечному пользователю) реализуется па отдельном компьютере.

Программные средства ЛВС

Понятие сетевой операционной системы

Программное обеспечение ЛВС как совокупности компьютеров можно условно разделить на системное и прикладное. Системное ПО, используемое в ЛВС, реализует две основные функции: управление ресурсами каждого отдельного компьютера (памятью, устройствами ввода-вывода, принтером, дисками и т.д.) и управление совместно используемыми в сети ресурсами (сетевым принтером, сетевым сканером, разделяемыми дисками, сообщениями и т.д.). Прикладное ПО сети включает пакеты прикладных программ конечного пользователя.

Системные программные средства, управляющие процессами в ЛВС, объединенные общей архитектурой, коммуникационными протоколами и механизмами взаимодействия вычислительных процессов, называются сетевыми ОС.

Сетевая ОС может быть организована двумя способами: как совокупность обычной несетевой ОС (типа MS DOS, Unix, OS/2) и некоторого вспомогательного сетевого пакета либо как самостоятельная собственно сетевая ОС. Сетевые пакеты, а также самостоятельные сетевые ОС в дальнейшем будем называть сетевыми ОС в узком смысле или просто сетевыми ОС (СОС).

Структура и состав СОС, устанавливаемых на компьютеры ЛВС, зависят от типа управления в сети.

Так, в одноранговых сетях на рабочих станциях находятся функционально равноправные компоненты, такие, как например, Windows for Workgroups. Основной частью этих компонентов являются программы обеспечения связи, которые реализуют связные протоколы.

В сетях с централизованным управлением программы СОС, устанавливаемые на серверы и рабочие станции, существенно различаются. Для таких сетей часто говорят, что СОС состоит из двух основных компонентов: СОС сервера и СОС рабочей станции (клиента). Функции обеспечения связи между этими компонентами также как и в одноранговых сетях выполняют соответствующие программы обеспечения связи.

Основной задачей СОС сервера является управление общими сетевыми ресурсами ЛВС. Программы СОС рабочей станции, в основном, обеспечивают нормальное функционирование клиентских программ. Взаимодействие между программами, предоставляющими ресурсы сервера (серверные программы), и программами, выполняющимися на PC (клиентские программы), в современных ЛВС обычно строится по технологии клиент-сервер, которая описывается далее. В ЛВС в роли сетевых ОС сервера и PC могут выступать программы, разработанные разными фирмами. Популярные системы, как правило, поддерживают режим совместного функционирования с другими известными продуктами.

Поскольку в настоящее время существует множество сетевых ОС для пользователей и администраторов ЛВС, представляет интерес проблема выбора.

Характеристика сетевых ОС

Существует множество СОС, различающихся своими возможностями и условиями эксплуатации. Основными параметрами, которые учитываются при сравнении систем, являются следующие:

зависимость производительности от количества PC;
надежность работы сети;
уровень сервиса (объем и качество предоставляемых услуг, возможности разработки прикладных программ в сети, управление функционированием, удобство проведения инсталляции, настройки, профилактики и других операций);

защита информации от несанкционированного доступа;
потребление ресурсов сетевыми средствами (объем оперативной и дисковой памяти, требуемая доля производительности вычислительной системы);
возможность использования в сети нескольких серверов;
типы поддерживаемых топологий сети, а также возможность изменения состава сети;
перечень поддерживаемых сетевых устройств (сетевых плат, принтеров, сканеров, модемов и т.д.);
наличие интерфейсов с другими ЛВС и выхода в Internet и т.д.

Однозначно склониться в пользу той или иной СОС при ее выборе непросто. Это объясняется несколькими причинами:

различием важности тех или иных показателей качества СОС;
особенностями решаемых задач;
структурой аппаратных средств;
стоимостью;
постоянным появлением все новых версий СОС, в которых улучшены некоторые параметры по сравнению с конкурирующими системами и т.д.

В случае сети территориально разбросанной, неоднородной по составу аппаратных и программных средств, а также со сложными прикладными программами может оказаться необходимой среда на базе нескольких СОС.

Рассмотрим достоинства и недостатки наиболее широко используемых следующих серверных СОС: Microsoft Windows NT Server 3.51 (фирма Microsoft), NetWare 4.1 (фирма Novell), OS/2 Warp Server Advanced (фирма IBM) и VINES 6.0 (фирма Banyan Systems).

Microsoft Windows NT Server 3.51.Обладая большими возможностями масштабирования, эта система представляет собой завершенную СОС, которая в равной степени пригодна для небольших или средних по размеру, одно- и многосерверных корпоративных сетей.

В составе комплекта прикладных программ MS BackOffice операционная система Microsoft Windows NT Server 3.51 наиболее близка к представлению об идеальной современной сетевой среде.

К основным достоинствам названной системы можно отнести следующее:

наличие унифицированного графического интерфейса;
простота и удобство использования и администрирования;
надежность служб файлов и печати;
развитый интерфейс API (Application Program Interface) прикладного программирования, облегчающий процесс разработки прикладных программ;
возможность реализации одно- и многопроцессорной (до 32 процессоров) обработки в одном пакете;
поддержка различных архитектур процессоров (CISC и RISC) и разных аппаратных платформ (Intel, Alpha, MIPS и др.).

Среди недостатков обычно отмечаются следующие:

слабая гибкость службы каталогов (доменная модель) по сравнению с аналогичными службами СОС NetWare 4.1 и Banyan VINES 6.0;
сложность системы защиты при управлении доступом внутри доменов и между ними.

NetWare 4.1. Все еще остается привлекательной для многих пользователей, особенно работающих в DOS. Выделяется мощностью служб управления файлами и принтерами, а также возможностями управления в больших сетях.

Достоинствами системы являются:

хорошо продуманные и мощные службы файлов и печати;
наличие средств оперативного сжатия информации на дисках;
мощные средства администрирования больших многопользовательских, многосерверных сетей Novell;
возможность создания сетей с повышенной отказоустойчивостью (пакет NetWare SFTIII);
большое количество прикладных программ, разработанных независимыми поставщиками;
удобная иерархическая структура распределенного каталога. К недостаткам системы относятся:
ориентация системы только на процессоры Intel;
необходимость приобретения отдельного пакета NetWare SMP для организации многопроцессорной обработки;
отсутствие простых инструментальных средств разработки приложений;
слабая защита памяти при работе приложений сервера, что затрудняет отладку программ и может привести к краху системы во время ее функционирования.

OS/2 Warp Server Advanced.В этой СОС, помимо основных сетевых служб файлов и печати, предусмотрена программа дистанционного доступа LAN Distance и ряд утилит для выполнения основных функций управления системой, учета программных и аппаратных средств, сетевого резервного копирования и восстановления. Она лучше других отвечает требованиям небольших или средних сетей.

Достоинствами системы являются следующие:

неплохая работа системы в качестве сервера приложений, таких как СУБД DB2 (фирмы IBM), программы обмена сообщениями и групповой работы Lotus Notes (фирмы Lotus Development), сервера IBM Internet Connection Server и других;
хорошие возможности использования сетевых дисков и принтеров;
мощные средства административного управления и контроля.

Основными недостатками системы являются невозможность обеспечения симметричной многопроцессорной обработки и отсутствие полноценной глобальной службы каталогов (здесь используется доменная структура, как и в Windows NT Server 3.51).

VINES 6.0.Из четырех сравниваемых здесь СОС система VINES 6.0 обладает наиболее мощной службой каталогов. Это является ее основным достоинством.

Кроме того, к достоинствам VINES 6.0 можно отнести неплохую реализацию службы файлов и печати, а также возможность работы системы в многопроцессорных системах.

Недостатками системы являются следующие:

ограниченные возможности службы приложений (файлы не могут быть больше 2 Гбайт; разработано незначительное число готовых приложений);
средства работы с Internet и дистанционного доступа ограничены;
недостаточно удобные средства инсталляции;
ограниченный состав оборудования, на котором может функционировать система.

Программное обеспечение технологии клиент-сервер

Для успешного применения технологии клиент-сервер должно использоваться соответствующее программное обеспечение, включающее клиентскую и серверную части. В частности, широко используемый пакет Microsoft Office представляет собой комплекс программ для клиентского компьютера. В его состав входят: текстовый процессор Word, табличный процессор Excel, система подготовки презентаций PowerPoint, система управления базами данных Access и программа управления информацией Outlook.

В связи с успехом распространения этого пакета корпорация Microsoft решила собрать воедино комплекс программ для сервера — так появился пакет MS BackOffice.

В состав названного пакета входят следующие компоненты:

Windows NT Server — сетевая операционная система;
System Management Server — система администрирования сети;
SQL Server — сервер управления базами данных;
SNA Server — сервер для соединения с хост-компьютерами;
Exchange Server — сервер системы электронной почты;
Internet Information Server — сервер для работы с Internet.

Windows-NT Server способна обеспечить совместное использование файлов, печатающих устройств, предоставить услуги по соединению с рабочими станциями (клиентскими компьютерами) и другой сервис.

Существуют следующие две разновидности Windows NT:

Windows NT Workstation предназначена для использования на автономном компьютере’,
Windows NT Server предназначена для использования в качестве сетевой операционной системы и может использоваться на рабочей станции для реализации дополнительных возможностей.

Windows NT Server целесообразно использовать в случаях, когда предполагается наличие нескольких процессоров (обычно до четырех). Кроме того, Windows NT Server обеспечивает совместное использование ресурсов многими пользователями, возможность соединения с удаленными сетями через сервис удаленного доступа — RAS (Remote Access Service), а также через средства связи с сетями других фирм (Novell, Digital Pathworks и Apple).

System Management Server (SMS) позволяет сетевому администратору централизованно управлять всей сетью. При этом обеспечивается возможность администрирования каждого компьютера, подключенного к сети, включая установленное на нем программное обеспечение. SMS предоставляет следующий сервис:

управление инвентаризацией программного и аппаратного обеспечения;
автоматизация установки и распространения программного обеспечения, включая его обновление;
удаленное устранение неисправностей и предоставление полного контроля администратору за клавиатурой, мышью и экранами всех компьютеров в сети, работающих под управлением MS-DOS или Windows;
управление сетевыми приложениями.

SQL Server представляет собой систему управления реляционными базами данных, использующую принципы технологии клиент-сервер. MS SQL Server поддерживает систему обработки транзакций, систему сохранения ссылочной целостности, механизм распределенных транзакций, тиражирование данных.

SNA Server обеспечивает возможность связи с IBM AS/400 и мэйнфреймами IBM (ЕС ЭВМ). Этот продукт позволяет нескольким настольным ПЭВМ, работающим под управлением MS-DOS, Windows, Windows NT, Macintosh, Unix или OS/2, видеть хост-компьютеры.

Exchange Server обеспечивает средства передачи и приема сообщений в информационной сети организации. Этот сервис включает электронную почту (E-mail) и обмен информационными сообщениями для рабочих групп. Microsoft Exchange Server построен на принципах технологии клиент-сервер и масштабируется в соответствии с возрастанием вычислительных возможностей сети.

Internet Information Server обеспечивает возможность создания Web-, FTP- и Gopher-серверов для сети Internet, поддерживает управление ими с помощью встроенной программы Internet Service Manager.

Статьи к прочтению:

Introduction to Windows Server 2012

Похожие статьи: