ЛОКАЛЬНЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СЕТИ
Серверы бывают виртуальными или физическими. В случае физического сервера вся ваша информация находится непосредственно на компьютере пользователя, а в случае виртуального сервера на компьютере узла сети.
Многие специализированные фирмы и провайдеры предлагают профессиональную помощь в оформлении Web-сервера на должном эстетическом, эргономическом и функциональном уровнях, в создании высококачественного его дизайна, в организации эффективной системы программно-аппаратных средств поддержки сервера.
Более высокий уровень показа себя это построение структурированных тематических информационных файлов баз данных. Такая акция под силу лишь крупным фирмам.
База данных отличается от информационных файлов на сервере прежде всего наличием собственного развитого поискового сервиса.
На основе Web-серверов и баз данных удобно организовывать системы эффективной электронной торговли. Электронная торговля самый современный способ ведения бизнеса, позволяющий фирмам и оптовым торговцам сократить издержки, повысить качество товаров и услуг и увеличить скорость доставки их конечному потребителю.
При помощи электронной торговли удается добиться увеличения доходов за счет привлечения дополнительных заказчиков, снижения себестоимости продукции, сокращения цикла движения товара, улучшения качества услуг. Такие важные проблемы, как обработка электронных платежей, безопасность передачи коммерческой информации и конфиденциальность, могут быть решены с помощью уже наработанного в большом количестве стандартного программного обеспечения.
У тех, кто работал в сети, не возникает сомнений, что Интернет становится жизненно необходимым для ведения бизнеса.
Одним из показателей роста числа бизнес-серверов являются так называемые электронные торговые центры (shoping malls или cyber-malls), число которых в сети стремительно увеличивается. Cybermalls это место, где можно найти информацию о различных коммерческих компаниях и откуда легко попасть во всевозможные электронные магазины.
Cybermalls позволяет посетить множество магазинов более целенаправленно, без утомительного перемещения по Интернету в поисках нужных товаров и услуг.
Итак, открыв электронный магазин на Web-сервере, бизнесмен сможет:
расширить рынок сбыта, поскольку огромное число людей у нас в стране и за рубежом познакомятся с фирмой, ее продукцией и услугами;
увеличить объем продаж, так как создается дополнительная торговая точка;
уменьшить производственные издержки, ибо затраты на продвижение и торговлю товарами в электронном магазине меньше, чем в обычном;
опередить конкурентов, потому что реклама о товарах в электронном магазине более оперативна и массова;
торговать с любыми странами, не открывая классического магазина в каждой из них;
работать в магазине, находясь в любом месте, например в домашнем офисе или в автомобиле;
работать в любое время дня и ночи.
Все больше фирм используют Интернет для бизнеса и телекоммуникаций, сеть быстро становится стандартным способом взаимодействия коммерческих организаций друг с другом. Интернет оснащается все более дружественными к бизнесу программными средствами, обеспечивающими, в частности, безопасные способы электронной покупки и продажи.
ЛОКАЛЬНЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СЕТИ
4.3.1. Топология локальных сетей
Как уже следует из названия, локальная значит не выходящая за ограниченные пределы, т.е. компьютерная сеть, рассредоточенная на сравнительно небольшой территории в радиусе нескольких километров. В основном локальная сеть формируется в пределах одной организации, предприятия или их подразделений и предназначается для сбора, передачи и обработки информации в рамках данной организации (предприятия).
Структурно локальную сеть можно представить в виде множества абонентских систем (рабочих мест или станций), объединенных высокоскоростными каналами передачи данных (передающей средой). Подключение станций к передающей среде осуществляется с помощью сетевых адаптеров, основным назначением которых является обеспечение взаимодействия абонентских систем в рамках локальной сети.
С этой целью адаптеры выполняют ряд функций, одна часть которых не зависит от типа и характера сети, а другая определяется конкретным типом сети. К первым относятся функции по согласованию станций с передающей средой, а именно: преобразование последовательных кодов в параллельные, согласование уровней сигналов и скоростей обмена и т. п. Ко вторым можно отнести кодирование информации и организацию доступа к передающей среде.
Конструктивно адаптер может быть реализован в виде платы, встраиваемой в системный блок компьютера, или представлять собой автономное устройство.
Собственно, наличие высокоскоростных каналов передачи до недавнего времени и являлось основной отличительной особенностью локальных сетей. Первоначально скорость передачи в локальных сетях составляла от 1 до 16 Мбит/с, что значительно превышало скорость передачи в глобальных сетях.
Например, в широко распространенной сети Ethernet информация может передаваться со скоростью до 10 Мбит/с. Современные локальные сети обеспечивают скорость передачи до 100 Мбит/с.
По общей конфигурации различают: звездообразные, шинные, кольцевые и древовидные топологии локальных сетей.
Звездообразная локальная сеть (рис. 4.1) характеризуется наличием центрального узла коммутации, к которому (или через который) посылаются все сообщения. Центральным узлом коммутации может служить специальный компьютер сетевой сервер с функциями коммутации и управления работой всей локальной сети.
На сетевой сервер кроме основных возлагают дополнительные функции по согласованию скоростей работы станций и преобразованию протоколов обмена, что позволяет в рамках одной сети объединять разнотипные абонентские системы.
Рис.4.1. Структура звездообразной сети с центральным компьютером
Наряду с определенными преимуществами подобные локальные сети обладают и рядом недостатков. Например, при подключении большого числа абонентских систем поддержание высокой скорости коммутации требует значительных аппаратных затрат. Кроме того, значительная функциональная нагрузка центрального узла определяет его сложность, что естественно сказывается на его надежности.
В связи с этим в большинстве современных звездообразных сетей функции коммутации абонентских систем и управления сетью разделены между коммутатором и сетевым сервером (рис. 4.2).
Последний подключается к коммутатору как абонентская система, но с максимальным приоритетом. В этом случае структура центрального узла существенно упрощается, что в сочетании с высокоскоростными каналами позволяет достичь достаточно высокой скорости передачи данных (до 1,4 Гбит/с).
Рис. 4.2. Структура звездообразной сети с распределенным управлением
В локальных сетях с шинной топологией (рис. 4.3) все абонентские системы через сетевые адаптеры подключаются к общей магистрали (шине).
В качестве передающей среды чаще всего выступает коаксиальный кабель. Обязательным элементом подобной передающей среды является терминатор, представляющий
Рис. 4.3. Шинная топология сети
собой согласующее сопротивление, с помощью которого устраняется эффект отраженной волны на концах коаксиального кабеля.
В процессе работы сети информация от передающей абонентской системы поступает на адаптеры всех абонентских систем, однако воспринимается только адаптером той системы, которой она адресована. Использование абонентскими системами общей передающей среды предполагает решение задачи организации поочередного доступа к ней. Правило, с помощью которого организуется бесконфликтный доступ абонентских систем к передающей среде, получило название метода доступа.
Наиболее характерным представителем сетей с шинной топологией является сеть Ethernet.
Кольцевая локальная сеть (рис. 4.4) характеризуется наличием замкнутого однонаправленного канала передачи данных в виде кольца или петли.
В этом случае информация передается последовательно между адаптерами абонентских систем до тех пор, пока не будет принята получателем и затем удалена из сети. Обычно за удаление информации из сети отвечает ее отправитель.
Управление работой кольцевой сети осуществляется либо централизованно с помощью специальной мониторной станции, либо децентрализованно за счет распределения функций управления между всеми абонентскими системами. Как и в сетях с шинной топологией, последовательность передачи информации абонентскими системами регулируется с помощью определенного метода доступа.
Один из существенных недостатков кольцевых сетей выход их из строя при разрыве кольца. Он, как правило, устраняется за счет использования двойного кольца. Для этого в состав локальной сети включают дополнительные линии связи и устройства реконфигурации, которые представляют собой специальные переключательные устройства, простые и надежные. В случае необходимости может быть изолирована одна или несколько абонентских систем.
При одновременном отказе двух или нескольких несмежных узлов исходная сеть разбивается на две или несколько независимых сетей, однако такая ситуация складывается довольно редко благодаря достаточно высокой надежности устройств реконфигурации.
Следует обратить внимание на то, что звездообразные, шинные и кольцевые сетевые топологии были характерны для первых локальных сетей. Современные же высокоскоростные локальные компьютерные сети широко используют древовидную (рис.
4.5) топологию.
В качестве узлов коммутации чаще всего выступают высокоскоростные коммутаторы хабы (от английского слова Hub). Наиболее характерным представителем сетей с подобной структурой является сеть 100VG Any Lan.
Интересно отметить, что высокоскоростной вариант магистральной сети Ethernet Fast Ethernet также имеет древовидную структуру.
Рис. 4.4. Кольцевая топология сети
По сравнению с шинными и кольцевыми сетями древовидные локальные сети обладают более высокой живучестью. Отключение или выход из строя одной из линий или коммутатора, как правило, не оказывает существенного влияния на работоспособность оставшейся части локальной сети.
Кроме того, одна из причин широкого использования сетей с древовидной топологией состоит в том, что эта структура более всего соответствует структуре информационных потоков между абонентами сети.
Рис. 4.5. Древовидная топология сети
Рассмотренные сетевые топологии являются базовыми, на основе которых формируется конкретная структура реальных сетей, как правило, представляющая собой объединение различных базовых топологий. Естественно, что оптимальной будет та структура сети, которая в наиболее полной мере отображает структуру обслуживаемой организации, предприятия.
Учитывая это, фирмы-производители сетевого оборудования поставляют на рынок достаточно широкий набор устройств для объединения сетей различных топологий.
Физическая среда локальных сетей
В качестве среды передачи информации в локальных сетях самое широкое применение находят коаксиальный кабель, витые пары проводников и оптоволоконные среды.
Коаксиальный кабель является широкополосным средством связи, позволяющим передавать информацию в достаточно большом частотном диапазоне. Он подходит как для одноканальной, так и для многоканальной передачи.
В локальных компьютерных сетях используются коаксиальные кабели с различным волновым сопротивлением от 50 до 120 Ом, однако предпочтение отдается кабелю с волновым сопротивлением 50 Ом.
Физически коаксиальный кабель представляет собой двухпроводную линию связи, в которой один проводник (центральный) находится внутри другого (рис. 4.6). Диаметр центрального проводника оказывает существенное влияние на электрические параметры кабеля.
В соответствии с законами физики высокочастотный сигнал распространяется по внешнему диаметру проводника. Чем больше диаметр проводника, тем меньше затухание высокочастотного сигнала.
Затухание сигнала определяет долю интенсивности электрического сигнала или Рис. 4.6. Коаксиальный кабель:1, 3 соответственно центральный и внешний проводники; 2 изоляция; 4 оболочка кабеля
мощности, которую он теряет при прохождении по соединительному проводу. При очень высоком затухании приемник может потерять способность надежной дешифрации данных.
Центральный проводник бывает как одножильным, так и многожильным медным проводником. Кабель с многожильным центральным проводником более гибкий и надежный, однако стоимость его несколько выше. Внешний проводник выполнен в виде цилиндра, сплетенного из медного провода.
Центральный 1 и внешний 3 проводники разделены между собой изоляцией 2. Внешняя оболочка кабеля 4 делается из поливинилхлорида или флуорополимера. Для достижения максимального уровня сигнала размер сегмента коаксиального кабеля должен быть кратен длине волны передаваемого сигнала. С целью определения места подключения абонентских систем коаксиальный кабель маркируется по всей длине через определенное расстояние.
Качество функционирования локальной компьютерной сети во многом зависит от электрических и механических характеристик кабеля. Электрические параметры оказывают существенное влияние на реальное значение скорости передачи информации и устойчивость работы сети.
Механические параметры определяют удобство монтажа и надежность сетевых соединений.
В настоящее время в локальных сетях находит применение кабель на базе витых пар проводников. Витая пара содержит две или более пары проводов, скрученных один с другим по всей длине кабеля.
Скручивание позволяет повысить помехоустойчивость кабеля и снизить влияние каждой пары на все остальные.
Существует множество типов кабелей с витыми парами проводов. Кабели содержат четыре пары проводников либо представляют собой жгуты из 25 и более пар неэкранированных или экранированных проводов.
Неэкранированные провода, как правило, имеют волновое сопротивление 100 Ом, а экранированные 150 Ом. В связи с широким распространением кабеля на базе витых пар проводников в различных компьютерных сетях разработан ряд стандартов, определяющих электрические и монтажные параметры кабеля. В рамках каждого типа кабеля различают несколько его категорий. Так, для неэкранированного кабеля из четырех витых пар, который достаточно часто используется в локальных сетях, определены категории с номерами 3, 4, 5. Основное различие между категориями заключается в частотных характеристиках.
В зависимости от категории кабеля определяется максимально допустимая длина сегмента кабеля между двумя активными устройствами, например между абонентской системой и концентратором. Для кабеля категории 3 длина сегмента не должна превышать 100 м. Кабели более высоких категорий могут обеспечивать связь на большие расстояния.
Скажем, с помощью кабеля категории 5 устанавливают связь на расстоянии до 150 м. В свою очередь, экранированные кабели обладают лучшими параметрами передачи сигналов.
Для подключения витых пар проводников часто используют разъемы, применяемые в телефонных системах RJ-45 (8-контактные) или Telko (50-контактные).
Наиболее перспективной передающей средой, позволяющей достигать скорости передачи в несколько Гбит/с, является оптоволоконный кабель. Передающей средой в нем служит оптическое волокно (световод), представляющее собой тонкую стеклянную нить толщиной 50100 мкм. Основным стандартным соотношением номинальных диаметров сердцевины и окружающего ее слоя считается соотношение 62,5/125 мкм. Информация по оптоволоконному кабелю передается с помощью световых сигналов.
В качестве источников света применяются светодиоды или лазерные диоды. При выборе лазерного диода, который допускает переключение с частотой в несколько тысяч МГц, обеспечивается достаточно высокая скорость передачи цифровых сигналов.
Следует заметить, что прозрачность оптического волокна на несколько порядков выше прозрачности обычного стекла, что позволяет передавать световой сигнал на десятки километров без существенного снижения уровня сигнала. Оптическое волокно достаточно гибкое, и это дает возможность прокладывать оптоволоконный кабель практически по тем же каналам, что и коаксиальный.
При соответствующей технологии изготовления оптоволоконного кабеля удается добиться того, что свет распространяется вдоль световода и не излучается наружу, даже если кабель скручен. Обладая высокой скоростью передачи, оптоволоконный кабель значительно тоньше и легче обычного кабеля.
К преимуществам оптоволоконной среды передачи следует отнести невосприимчивость к электрическим помехам.
Базовые конфигурации локальных вычислительных сетей
В базовых конфигурациях обычно используются весьма простые процедуры доступа сетевых станций к общей передающей среде, которая образуется с помощью общей шины, звездообразной структуры, кольца или некоторого их сочетания. Стандартами таких сетей в настоящее время являются протоколы сетей ArcNet, Token Ring и Ethernet, основополагающие требования к которым сформированы комитетом 802 IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers).
Несколько однотипных локальных сетей могут образовывать более сложные структуры посредством общих сетевых узлов-мостов. Разнотипные же по используемым в них протоколах сети могут объединяться между собой с помощью общих узлов-шлюзов.
ArcNet
Разработанный фирмой Datapoint в начале 1970-х годов стандарт ArcNet (IEEE 802.4) в настоящее время уже устарел и практически не используется. Станции сети ARCnet (персональные компьютеры), каждая из которых имеет уникальный физический адрес (номер от 0 до 255), соединяются между собой одним из двух способов в виде шины или распределенной звезды.
Логически эта сеть, независимо от ее физической конфигурации, является кольцом.
Файл-сервер сети циклически опрашивает станции (в порядке возрастания их номеров) на предмет их готовности к передаче данных. Данный опрос станций имеет вид перемещаемого по кольцу пакета (0,5 кбайта), который называется жетоном (token) разрешения на передачу. Жетон бывает пустым или содержит данные, передаваемые на опрашиваемую станцию. Получив жетон, станция может передать собственный пакет.
Детерминированная процедура доступа данного протокола обеспечивает сети устойчивую работу при возникновении перегрузок. Однако скорость передачи в сети ARCnet не превышает 2,5 Мбит/с и не может считаться в современных условиях приемлемой.
Token Ring
Стандарт Token Ring (IEEE 802.2), предложенный фирмой IBM в 1984 г., представляет собой более совершенную схему реализации детерминированного метода управления доступа к сети с помощью жетона разрешения. Каждый из физически связанных в кольцо узлов сети Token Ring передает пакет с жетоном по кругу. Особенностью Token Ring является то, что к узлам может быть подключено несколько станций.
Однако в целом принцип эстафетной передачи жетона по кольцу не нарушается. Каждый из узлов циклически опрашивает свои станции. Отдельная станция передает свой пакет информации, только получив свободный жетон.
Для соединения узлов сети Token Ring в настоящее время используется экранированная (STP) или неэкранированная (UTP) витая пара.
Скорость передачи данных в сети Token Ring составляет всего 4 или 16 Мбит/с. Однако основным ее недостатком является относительно высокая стоимость.
Ethernet
Наибольшее распространение получил более дешевый вариант стандарта Ethernet (IEEE 802.3), разработанный фирмой Xerox. Логически эта сеть представляет собой шину, с помощью которой каждый узел связан со всеми другими.
Физически же данная сеть может быть звездой или несколькими звездами, соединенными общей магистралью. Для соединения станций в настоящее время в основном применяется неэкранированная витая пара, которая практически вытеснила в ЛВС популярный ранее коаксиальный кабель.
Самая яркая особенность сети Ethernet используемый в ней недетерминированный метод множественного доступа с контролем несущей и устранением коллизий (CSMA/CD). Сеть здесь всегда готова принять сообщение от любого узла. Однако перед отправкой информационного пакета станция сначала убеждается, что никто другой не работает в сети.
Если две или более станций одновременно начинают передачу, возникает коллизия. Передающие информацию станции обнаруживают ее и прекращают функционировать.
Повторная попытка станции отправить данные возобновляется через случайный интервал времени. Постоянно прослушивая сеть, каждая из станций обнаруживает и принимает посылаемые ей пакеты.
В качестве аналогии данной схемы часто упоминается способ попарного общения группы воспитанных людей, находящихся в темной комнате.
Теоретически скорость передачи данных в сети Ethernet составляет 10 Мбит/с. Однако коэффициент практического использования пропускной способности кабельной системы в этой сети составляет всего 35%.
Недетерминированный метод доступа уменьшает задержки при небольшой сетевой нагрузке, но при перегрузке сети коллизии и задержки существенно возрастают.
Высокоскоростные локальные сети
Дальнейшим развитием технологии Ethernet явился новый стандарт Fast Ethernet, также известный как 100Base-T и 100Base-X технологии, обеспечивающие скорость передачи данных до 100 Мбит/с как по витой паре категории 5, так и по оптоволоконному кабелю. Данное экстенсивное расширение стандарта IEEE 802.3 активно продвигается компаниями 3Com, Sun и др.
Альтернативным вариантом организации скоростной (100 Мбит/с) ЛВС является новая 100VG AnyLAN-технология, продвигаемая компаниями Hewlett-Packard, ATT и IBM. Данная технология определена стандартом IEEE 802.12, который также считается высокоскоростным расширением стандарта IEEE 802.3. Однако эта технология лишь формально поддерживает передачу пакетов в стандарте Ethernet.
Фактически здесь предполагается древовидная сетевая топология и детерминированный циклический опрос станций.
В настоящее время существуют еще более скоростные, но и более дорогие варианты организации локальных вычислительных сетей в виде распределенного двойного кольца на базе оптоволоконных каналов (вариант FDDI) и витой пары (вариант CDDI). Кроме того, в последние годы активно разрабатывается новая технология сетевых коммуникаций ATM.
Данные варианты построения применяются в больших корпоративных вычислительных сетях.
Технологии Интранет в локальных сетях
Интранет это частная внутрифирменная или межфирменная (корпоративная) компьютерная сеть, обладающая расширенными возможностями благодаря использованию в ней технологий Интернета, имеющая доступ в сеть Интернет, но защищенная от доступа к своим ресурсам со стороны внешних пользователей. Ее можно определить и как систему хранения, передачи и обработки межфирменной и внутрифирменной информации с применением средств локальных сетей и сети Интернет.
Полнофункциональная сеть Интранет должна обеспечивать как минимум выполнение таких базовых сетевых технологий, как:
сетевое управление;
сетевой каталог, отражающий все остальные службы и ресурсы;
сетевая файловая система;
интегрированная передача сообщений (электронная почта, факс, телеконференции и др.);
работа в World Wide Web;
сетевая печать;
защита информации от несанкционированного доступа.
Интранет может быть изолирован от внешних пользователей Интернета с помощью средств сетевой защиты брандмауэров. Программное обеспечение брандмауэров, располагающееся обычно на маршрутизаторах или выделенных серверах, как минимум проверяет полномочия внешнего абонента и знание им пароля.
Тем самым обеспечивается защита от несанкционированного доступа к сети и получение из нее конфиденциальной информации. Информация же в сети Интернет и все ее услуги доступны всем пользователям корпоративной сети.
На современном высококонкурентном рынке возможность доступа к новейшей информации становится важнейшим компонентом успеха в бизнесе. Поэтому сеть Интранет сейчас можно рассматривать как наиболее перспективную среду для реализации корпоративных приложений.
История Интранета начинается с 1994 г., когда этот термин был предложен для корпоративных информационных систем, построенных на принципах, заимствованных из сети Интернет.
