Remkomplekty.ru

IT Новости из мира ПК
7 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Виды архитектуры сетей

Виды архитектуры сетей

1.3. Архитектура сетей

Компоновка и компоненты сети. «Сервер» и «рабочая станция»

Вычислительная сеть (ВС) – это сложный комплекс взаимосвязанных и согласованно функционирующих аппаратных и программных компонентов. Аппаратными компонентами локальной сети являются компьютеры и различное коммуникационное оборудование (кабельные системы, концентраторы и т. д.). Программными компонентами ВС являются операционные системы (ОС) и сетевые приложения.

Компоновкой сети называется процесс составления аппаратных компонентов с целью достижения нужного результата.

В зависимости от того, как распределены функции между компьютерами сети, они могут выступать в трех разных ролях:

1. Компьютер, занимающийся исключительно обслуживанием запросов других компьютеров, играет роль выделенного сервера сети (рис. 1.4).

2. Компьютер, обращающийся с запросами к ресурсам другой машины, играет роль узла-клиента (рис. 1.5).

3. Компьютер, совмещающий функции клиента и сервера, является одноранговым узлом (рис. 1.6).


Рис. 1.4. Компьютер ‑ выделенный сервер сети

Рис. 1.5. Компьютер в роли узла-клиента

Очевидно, что сеть не может состоять только из клиентских или только из серверных узлов.

Сеть может быть построена по одной из трех схем:

· сеть на основе одноранговых узлов – одноранговая сеть;

· сеть на основе клиентов и серверов – сеть с выделенными серверами;

· сеть, включающая узлы всех типов – гибридная сеть.

Каждая из этих схем имеет свои достоинства и недостатки, определяющие их области применения.

Рис. 1.6. Компьютер ‑ одноранговый узел

В одноранговых сетях один и тот же ПК может быть и сервером, и клиентом, в том числе и клиентом своего клиента. В иерархических сетях разделяемые ресурсы хранятся только на сервере, сам сервер может быть клиентом только другого сервера более высокого уровня иерархии.

При этом каждый из серверов может быть реализован как на отдельном компьютере, так и в небольших по объему ЛВС, быть совмещенным на одном компьютере с каким-либо другим сервером.

Существуют и комбинированные сети, сочетающие лучшие качества одноранговых сетей и сетей на основе сервера. Многие администраторы считают, что такая сеть наиболее полно удовлетворяет их запросы.

Архитектура сети определяет основные элементы сети, характеризует ее общую логическую организацию, техническое обеспечение, программное обеспечение, описывает методы кодирования. Архитектура также определяет принципы функционирования и интерфейс пользователя.

Далее будет рассмотрено три вида архитектур:

— архитектура терминал-главный компьютер;

Архитектура терминал-главный компьютер

Архитектура терминал-главный компьютер (terminal-host computer architecture) – это концепция информационной сети, в которой вся обработка данных осуществляется одним или группой главных компьютеров.

Рассматриваемая архитектура предполагает два типа оборудования:

— главный компьютер, где осуществляется управление сетью, хранение и обработка данных;

— терминалы, предназначенные для передачи главному компьютеру команд на организацию сеансов и выполнения заданий, ввода данных для выполнения заданий и получения результатов.

Главный компьютер через МПД взаимодействуют с терминалами, как представлено на рис. 1.7.

Классический пример архитектуры сети с главными компьютерами – системная сетевая архитектура (System Network Architecture – SNA).

Рис. 1.7. Архитектура терминал-главный компьютер

Одноранговая архитектура (peer-to-peer architecture) – это концепция информационной сети, в которой ее ресурсы рассредоточены по всем системам. Данная архитектура характеризуется тем, что в ней все системы равноправны.

К одноранговым сетям относятся малые сети, где любая рабочая станция может выполнять одновременно функции файлового сервера и рабочей станции. В одноранговых ЛВС дисковое пространство и файлы на любом компьютере могут быть общими. Чтобы ресурс стал общим, его необходимо отдать в общее пользование, используя службы удаленного доступа сетевых одноранговых операционных систем. В зависимости от того, как будет установлена защита данных, другие пользователи смогут пользоваться файлами сразу же после их создания. Одноранговые ЛВС достаточно хороши только для небольших рабочих групп.

Одноранговые ЛВС являются наиболее легким и дешевым типом сетей для установки. При соединении компьютеров, пользователи могут предоставлять ресурсы и информацию в совместное пользование.

Одноранговые сети имеют следующие преимущества:

— они легки в установке и настройке;

— отдельные ПК не зависят от выделенного сервера;

— пользователи в состоянии контролировать свои ресурсы;

— малая стоимость и легкая эксплуатация;

— минимум оборудования и программного обеспечения;

— нет необходимости в администраторе;

— хорошо подходят для сетей с количеством пользователей, не превышающим десяти.

Проблемой одноранговой архитектуры является ситуация, когда компьютеры отключаются от сети. В этих случаях из сети исчезают виды сервиса, которые они предоставляли. Сетевую безопасность одновременно можно применить только к одному ресурсу, и пользователь должен помнить столько паролей, сколько сетевых ресурсов. При получении доступа к разделяемому ресурсу ощущается падение производительности компьютера. Существенным недостатком одноранговых сетей является отсутствие централизованного администрирования.

Использование одноранговой архитектуры не исключает применения в той же сети также архитектуры терминал-главный компьютер или архитектуры клиент-сервер.

Архитектура клиент-сервер (client-server architecture) – это концепция информационной сети, в которой основная часть ее ресурсов сосредоточена в серверах, обслуживающих своих клиентов (рис. 1.8). Рассматриваемая архитектура определяет два типа компонентов: серверы и клиенты.

Сервер – это объект, предоставляющий сервис другим объектам сети по их запросам. Сервис – это процесс обслуживания клиентов.

Сервер работает по заданиям клиентов и управляет выполнением их заданий. После выполнения каждого задания сервер посылает полученные результаты клиенту, пославшему это задание.

Сервисная функция в архитектуре клиент-сервер описывается комплексом прикладных программ, в соответствии с которым выполняются разнообразные прикладные процессы.

Рис. 1.8. Архитектура клиент – сервер

Процесс, который вызывает сервисную функцию с помощью определенных операций, называется клиентом. Им может быть программа или пользователь. На рис. 1.9 приведен перечень сервисов в архитектуре клиент-сервер.

Клиенты – это рабочие станции, которые используют ресурсы сервера и предоставляют удобные интерфейсы пользователя. Интерфейсы пользователя (рис. 1.9) это процедуры взаимодействия пользователя с системой или сетью.

В сетях с выделенным файловым сервером на выделенном автономном ПК устанавливается серверная сетевая операционная система. Этот ПК становится сервером. ПО, установленное на рабочей станции, позволяет ей обмениваться данными с сервером. Наиболее распространенные сетевые операционная системы:

— NetWare фирмы Novel;

— Windows NT фирмы Microsoft;

Помимо сетевой операционной системы необходимы сетевые прикладные программы, реализующие преимущества, предоставляемые сетью.

Рис. 1.9. Модель клиент-сервер

Круг задач, которые выполняют серверы в иерархических сетях, многообразен и сложен. Чтобы приспособиться к возрастающим потребностям пользователей, серверы в ЛВС стали специализированными. Так, например, в операционной системе Windows NT Server существуют различные типы серверов:

1. Файл-серверы и принт-серверы. Они управляют доступом пользователей к файлам и принтерам. Так, например, для работы с текстовым документом вы прежде всего запускаете на своем компьютере (PC) текстовый процессор. Далее требуемый документ текстового процессора, хранящийся на файл-сервере, загружается в память PC, и таким образом Вы можете работать с этим документом на PC. Другими словами, файл-сервер предназначен для хранения файлов и данных.

2. Серверы приложений (в том числе сервер баз данных (БД), WEB-сервер). На них выполняются прикладные части клиент серверных приложений (программ). Эти серверы принципиально отличаются от файл-серверов тем, что при работе с файл-сервером нужный файл или данные целиком копируются на запрашивающий PC, а при работе с сервером приложений на PC пересылаются только результаты запроса. Например, по запросу можно получить только список работников, родившихся в сентябре, не загружая при этом в свою PC всю базу данных персонала.

3. Почтовые серверы управляют передачей электронных сообщений между пользователями сети.

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

5. Коммуникационные серверы управляют потоком данных и почтовых сообщений между данной ЛВС и другими сетями или удаленными пользователями через модем и телефонную линию. Они же обеспечивают доступ к Internet.

6. Сервер служб каталогов предназначен для поиска, хранения и защиты информации в сети. Windows NT Server объединяет PC в логические группы-домены, система защиты которых наделяет пользователей различными правами доступа к любому сетевому ресурсу.

Клиент является инициатором и использует электронную почту или другие сервисы сервера. В этом процессе клиент запрашивает вид обслуживания, устанавливает сеанс, получает нужные ему результаты и сообщает об окончании работы.

Сети на базе серверов имеют лучшие характеристики и повышенную надежность. Сервер владеет главными ресурсами сети, к которым обращаются остальные рабочие станции.

В современной клиент-серверной архитектуре выделяется четыре группы объектов: клиенты, серверы, данные и сетевые службы. Клиенты располагаются в системах на рабочих местах пользователей. Данные в основном хранятся в серверах. Сетевые службы являются совместно используемыми серверами и данными. Кроме того службы управляют процедурами обработки данных.

Сети клиент-серверной архитектуры имеют следующие преимущества:

— позволяют организовывать сети с большим количеством рабочих станций;

— обеспечивают централизованное управление учетными записями пользователей, безопасностью и доступом, что упрощает сетевое администрирование;

— эффективный доступ к сетевым ресурсам;

— пользователю нужен один пароль для входа в сеть и для получения доступа ко всем ресурсам, на которые распространяются права пользователя.

Наряду с преимуществами сети клиент-серверной архитектуры имеют и ряд недостатков:

— неисправность сервера может сделать сеть неработоспособной;

— требуют квалифицированного персонала для администрирования;

— имеют более высокую стоимость сетей и сетевого оборудования.

Выбор архитектуры сети

Выбор архитектуры сети зависит от назначения сети, количества рабочих станций и от выполняемых на ней действий.

Следует выбрать одноранговую сеть, если:

— количество пользователей не превышает десяти;

— все машины находятся близко друг от друга;

— имеют место небольшие финансовые возможности;

— нет необходимости в специализированном сервере, таком как сервер БД, факс-сервер или какой-либо другой;

— нет возможности или необходимости в централизованном администрировании.

Следует выбрать клиент-серверную сеть, если:

— количество пользователей превышает десять;

— требуется централизованное управление, безопасность, управление ресурсами или резервное копирование;

— необходим специализированный сервер;

— нужен доступ к глобальной сети;

— требуется разделять ресурсы на уровне пользователей.

Архитектура сетей

Архитектура сети определяет основные элементы сети, характеризует ее общую логическую организацию, техническое обеспечение, программное обеспечение, описывает методы кодирования. Архитектура также определяет принципы функционирования и интерфейс пользователя.

Рассмотрим три вида архитектур:

— архитектура терминал – главный компьютер;

— архитектура клиент – сервер.

Архитектура терминал – главный компьютер

Архитектура терминал – главный компьютер (terminal – host computer architecture) – это концепция информационной сети, в которой вся обработка данных осуществляется одним или группой главных компьютеров.

Читать еще:  Сетевая архитектура это

Рис. 3 Архитектура терминал – главный компьютер

Рассматриваемая архитектура предполагает два типа оборудования:

— Главный компьютер, где осуществляется управление сетью, хранение и обработка данных.

— Терминалы, предназначенные для передачи главному компьютеру команд на организацию сеансов и выполнения заданий, ввода данных для выполнения заданий и получения результатов.

Главный компьютер через мультиплексоры передачи данных (МПД) взаимодействуют с терминалами, как представлено на рис. 1.3.

Классический пример архитектуры сети с главными компьютерами – системная сетевая архитектура (System Network Architecture – SNA).

Одноранговая архитектура (peer-to-peer architecture) – это концепция информационной сети, в которой ее ресурсы рассредоточены по всем системам.

Данная архитектура характеризуется тем, что в ней все системы равноправны.

К одноранговым сетям относятся малые сети, где любая рабочая станция может выполнять одновременно функции файлового сервера и рабочей станции. В одноранговых ЛВС дисковое пространство и файлы на любом компьютере могут быть общими. Чтобы ресурс стал общим, его необходимо отдать в общее пользование, используя службы удаленного доступа сетевых одноранговых операционных систем. В зависимости от того, как будет установлена защита данных, другие пользователи смогут пользоваться файлами сразу же после их создания. Одноранговые ЛВС достаточно хороши только для небольших рабочих групп.

Рис. 4 Одноранговая архитектура

Одноранговые ЛВС являются наиболее легким и дешевым типом сетей для установки. Они на компьютере требуют, кроме сетевой карты и сетевого носителя, только операционной системы.

При соединении компьютеров, пользователи могут предоставлять ресурсы и информацию в совместное пользование.

Одноранговые сети имеют следующие преимущества:

— они легки в установке и настройке;

— отдельные ПК не зависят от выделенного сервера;

— пользователи в состоянии контролировать свои ресурсы;

— малая стоимость и легкая эксплуатация;

— минимум оборудования и программного обеспечения;

— нет необходимости в администраторе;

— хорошо подходят для сетей с количеством пользователей, не превышающим десяти.

Проблемой одноранговой архитектуры является ситуация, когда компьютеры отключаются от сети. В этих случаях из сети исчезают виды сервиса, которые они предоставляли. Сетевую безопасность одновременно можно применить только к одному ресурсу, и пользователь должен помнить столько паролей, сколько сетевых ресурсов. При получении доступа к разделяемому ресурсу ощущается падение производительности компьютера. Существенным недостатком одноранговых сетей является отсутствие централизованного администрирования.

Использование одноранговой архитектуры не исключает применения в той же сети также архитектуры «терминал – главный компьютер» или архитектуры «клиент –сервер».

Архитектура клиент – сервер (client-server architecture) – это концепция информационной сети, в которой основная часть ее ресурсов сосредоточена в серверах, обслуживающих своих клиентов (рис. 5). Рассматриваемая архитектура определяет два типа компонентов: серверы и клиенты.

Сервер — это объект, предоставляющий сервис другим объектам сети по их запросам. Сервис – это процесс обслуживания клиентов.

Рис. 5 Архитектура клиент – сервер

Сервер работает по заданиям клиентов и управляет выполнением их заданий. После выполнения каждого задания сервер посылает полученные результаты клиенту, пославшему это задание.

Сервисная функция в архитектуре клиент – сервер описывается комплексом прикладных программ, в соответствии с которым выполняются разнообразные прикладные процессы.

Процесс, который вызывает сервисную функцию с помощью определенных операций, называется клиентом. Им может быть программа или пользователь. На рис. 6 приведен перечень сервисов в архитектуре клиент – сервер.

Клиенты – это рабочие станции, которые используют ресурсы сервера и предоставляют удобные интерфейсы пользователя. Интерфейсы пользователя это процедуры взаимодействия пользователя с системой или сетью.

Клиент является инициатором и использует электронную почту или другие сервисы сервера. В этом процессе клиент запрашивает вид обслуживания, устанавливает сеанс, получает нужные ему результаты и сообщает об окончании работы.

Рис. 6 Модель клиент-сервер

В сетях с выделенным файловым сервером на выделенном автономном ПК устанавливается серверная сетевая операционная система. Этот ПК становится сервером. Программное обеспечение (ПО), установленное на рабочей станции, позволяет ей обмениваться данными с сервером.

Наиболее распространенные сетевые операционная системы:

— NetWare фирмы Novel;

— Windows NT фирмы Microsoft;

Помимо сетевой операционной системы необходимы сетевые прикладные программы, реализующие преимущества, предоставляемые сетью.

Сети на базе серверов имеют лучшие характеристики и повышенную надежность.

Сервер владеет главными ресурсами сети, к которым обращаются остальные рабочие станции.

В современной клиент–серверной архитектуре выделяется четыре группы объектов: клиенты, серверы, данные и сетевые службы.

Клиенты располагаются в системах на рабочих местах пользователей. Данные в основном хранятся в серверах. Сетевые службы являются совместно используемыми серверами и данными. Кроме того службы управляют процедурами обработки данных.

Сети клиент–серверной архитектуры имеют следующие преимущества:

— позволяют организовывать сети с большим количеством рабочих станций;

— обеспечивают централизованное управление учетными записями пользователей, безопасностью и доступом, что упрощает сетевое администрирование;

— эффективный доступ к сетевым ресурсам;

— пользователю нужен один пароль для входа в сеть и для получения доступа ко всем ресурсам, на которые распространяются права пользователя.

Наряду с преимуществами сети клиент–серверной архитектуры имеют и ряд недостатков:

— неисправность сервера может сделать сеть неработоспособной, как минимум потерю сетевых ресурсов;

— требуют квалифицированного персонала для администрирования;

— имеют более высокую стоимость сетей и сетевого оборудования.

Разновидности архитектуры компьютерных сетей;

Телекоммуникационные технологии

Концепция вычислительных сетей является логическим результатом эволюции компьютерной технологии. По мере эволюции вычислительных систем сформировались следующие разновидности архитектуры компьютерных сетей:

• классическая архитектура «клиент – сервер»;

• архитектура «клиент – сервер» на основе Web-технологии.

Правильно выбранная архитектура компьютерной сети позволяет достигнуть выдвинутых требований по общей производительности, надежности защиты сетевых ресурсов, гибкости настройки сети, а также минимизации денежных затрат на ее построение и администрирование.

Одноранговая сеть– это сеть, в которой отсутствует выделенный сервер, а клиентские компьютеры могут использовать ресурсы друг друга. В одноранговой сети все компьютеры равноправны: нет иерархии среди компьютеров и нет выделенного сервера. Каждый компьютер функционирует и как клиент, и как сервер, нет отдельного компьютера, ответственного за администрирование всей сети. Все пользователи самостоятельно решают, что на своем компьютере можно сделать общедоступным по сети.

Централизованно управлять защитой в одноранговой сети 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.

Явные недостатки, свойственные одноранговой архитектуре и развитие инструментальных средств привели к появлению вычислительных систем с архитектурой «клиент – сервер».

Клиент – серверная технология– это стиль работы приложений, где клиентский процесс запрашивает обслуживание у процесса сервера. Сервер– это программа, предоставляющая доступ к каким-либо услугам, например к электронной почте, файлам, ftp, Web, или данным (в качестве сервера баз данных). Клиент– это приложение, которое соединяется с сервером, чтобы воспользоваться предоставляемыми им услугами.

Компьютеры и программы, входящие в состав информационной системы, не являются равноправными. Некоторые из них владеют ресурсами (файловая система, процессор, принтер, база данных и т.д.), другие имеют возможность обращаться к этим ресурсам. Компьютер (или программу), управляющий ресурсом, называют сервером этого ресурса (файл-сервер, сервер базы данных, вычислительный сервер. ). Клиент и сервер какого-либо ресурса могут находится как в рамках одной вычислительной системы, так и на различных компьютерах, связанных сетью.

5.2. Модели архитектуры «клиент – сервер»

Основной принцип технологии «клиент–сервер» заключается в разделении функций приложения на три группы:

• ввод и отображение данных (взаимодействие с пользователем);

• прикладные функции, характерные для данной предметной области;

• функции управления ресурсами (файловой системой, базой данных и т.д.).

Поэтому, в любом приложении выделяются следующие компоненты:

• компонент представления данных;

• компонент управления ресурсом.

На основе распределения перечисленных компонентов между рабочей станцией и сервером сети выделяют следующие модели архитектуры «клиент–сервер»:

• модель доступа к удаленным данным;

• модель сервера управления данными;

• модель комплексного сервера;

• трехзвенная архитектура «клиент – сервер».

Модель доступа к удаленным данным, при которой на сервере расположены только данные, имеет следующие особенности:

• невысокая производительность, так как вся информация обрабатывается на рабочих станциях;

• снижение общей скорости обмена при передаче больших объемов информации для обработки с сервера на рабочие станции.

При использовании модели сервера управления даннымикроме самой информации на сервере располагается менеджер информационных ресурсов (например, система управления базами данных). Компонент представления и прикладной компонент совмещены и выполняются на компьютере-клиенте, который поддерживает как функции ввода и отображения данных, так и чисто прикладные функции. Доступ к информационным ресурсам обеспечивается либо операторами специального языка (например, SQL в случае использования базы данных), либо вызовами функций специализированных программных библиотек. Запросы к информационным ресурсам направляются по сети менеджеру ресурсов (например, серверу базы данных), который обрабатывает запросы и возвращает клиенту блоки данных. Наиболее существенные особенности данной модели:

• уменьшение объемов информации, передаваемых по сети, так как выборка необходимых информационных элементов осуществляется на сервере, а не на рабочих станциях;

• унификация и широкий выбор средств создания приложений;

• отсутствие четкого разграничения между компонентом представления и прикладным компонентом, что затрудняет совершенствование вычислительной системы.

Модель сервера управления даннымицелесообразно использовать в случае обработки умеренных, не увеличивающихся со временем объемов информации. При этом сложность прикладного компонента должна быть невысокой.

Модель комплексного серверастроится в предположении, что процесс, выполняемый на компьютере-клиенте, ограничивается функциями представления, а собственно прикладные функции и функции доступа к данным выполняются сервером.

Преимущества модели комплексного сервера:

• экономия ресурсов сети.

Модель комплексного сервера является оптимальной для крупных сетей, ориентированных на обработку больших и увеличивающихся со временем объемов информации.

Архитектура «клиент—сервер», при которой прикладной компонент расположен на рабочей станции вместе с компонентом представления (модели доступа к удаленным данным и сервера управления данными) или на сервере вместе с менеджером ресурсов и данными (модель комплексного сервера), называют двухзвенной архитектурой.

При существенном усложнении и увеличении ресурсоемкости прикладного компонента для него может быть выделен отдельный сервер, называемый сервером приложений. В этом случае говорят о трехзвенной архитектуре клиент-сервер. Первое звено – компьютер – клиент, второе – сервер приложений, третье – сервер управления данными. В рамках сервера приложений могут быть реализованы несколько прикладных функций, каждая из которых оформляется как отдельная служба, предоставляющая некоторые услуги всем программам. Серверов приложения может быть несколько, каждый из них ориентирован на предоставление некоторого набора услуг.

Читать еще:  Проектирование памятников архитектуры

5.3. Принцип работы архитектуры клиент-сервер», основанной на Web-технологии

В настоящее время наиболее перспективной является архитектура ォклиент-серверサ, основанная на Web-технологии. Обмен информацией по Web-технологи не отличается от информационного обмена, реализуемого по принципу «клиент-сервер», когда программа-сервер осуществляет обработку запросов, поступающих от программы-клиента.

В соответствии с Web-технологией на сервере размещаются так называемые Web-документы, которые визуализируются и интерпретируются программой навигации (Web-навигатор, Web-броузер), функционирующей на рабочей станции. В Web-технологии существует система гиперссылок, включающая ссылки на следующие объекты:

• другую часть Web-документа;

• другой Web-документ или документ другого формата (например, документ Word или Excel), размещаемый на любом компьютере сети;

• мультимедийный объект (рисунок, звук, видео);

• программу, которая при переходе на нее по ссылке, будет передана с сервера на рабочую станцию для интерпретации или запуска на выполнение навигатором;

• любой другой сервис – электронную почту, копирование файлов с другого компьютера сети, поиск информации и т.д.

• Передачу с сервера на рабочую станцию документов и других объектов по запросам, поступающим от навигатора, обеспечивает функционирующая на сервере программа, называемая Web-сервером. Когда Web-навигатору необходимо получить документы или другие объекты от Web-сервера, он отправляет серверу соответствующий запрос. При достаточных правах доступа между сервером и навигатором устанавливается логическое соединение. Далее сервер обрабатывает запрос, передает Web-навигатору результаты обработки и разрывает установленное соединение.

Таким образом, Web-сервер выступает в качестве информационного концентратора, который доставляет информацию из разных источников, а потом в однородном виде предоставляет ее пользователю.

Архитектура сети. Структура сети передачи данных и оборудование

Сегодня понятием сетевых подключений уже никого не удивишь. Однако многие из нас при упоминании о них даже особо не задумываются о том, что представляет собой такое подключение и как работают сетевые службы. Попробуем рассмотреть данный вопрос в самом кратком изложении, поскольку о сетях и их возможностях в современном мире можно было бы написать целую монографию.

Архитектура сети: основные типы

Итак, как следует из основной трактовки самого термина, компьютерные сети представляют собой определенное количество терминалов (компьютеров, ноутбуков, мобильных девайсов), соединенных между собой, что, собственно, и образует сеть.

На сегодняшний день выделяют два основных типа подключений: проводное и беспроводное, использующее соединение посредством маршрутизатора вроде Wi-Fi-роутера. Но это только вершина айсберга. На самом деле архитектура сети предполагает использование нескольких компонентов, а посему может иметь разную классификацию. Принято считать, что на данный момент существует три типа сетей:

  • одноранговые сети;
  • сети с выделенными серверами;
  • гибридные сети, включающие в себя все типы узлов.

Кроме того, отдельную категорию составляют широковещательные, глобальные, локальные, муниципальные, частные сети и другие разновидности. Остановимся на основных понятиях.

Описание сетей по типам

Начнем, пожалуй, с сетей на основе взаимодействия «главный компьютер в сети-клиент». Как уже понятно, здесь главенствующее положение занимает центральный терминал, на котором осуществляется управление сетью и всеми ее компонентами. Клиентские терминалы могут только лишь посылать запросы на предоставление соединения и в дальнейшем – на получение информации. Главный терминал в такой сети не может играть роль клиентской машины.

Одноранговые сети, часто называемые пиринговыми, отличаются от первого типа тем, что ресурсы в них в равной степени распределены между всеми подключенными терминалами. Самым простым примером можно считать процессы загрузки файлов с использованием торрентов. Конечный файл в полном или частично загруженном виде может находиться на разных терминалах. Пользовательская система, его загружающая на свой компьютер, использует все доступные на данный момент ресурсы в сети, чтобы скачать части искомого файла. Чем их больше, тем выше скорость закачки. При этом сетевая адресация особой роли не играет. Главное условие состоит в том, чтобы на клиентской машине было установлено соответствующее программное обеспечение. Оно-то и будет производить клиентские запросы.

Архитектура сети типа «клиент-сервер» является самой простой. Соединение между компьютерными терминалами (не важно, каким способом оно производится) для упрощенного понимания можно представить в виде библиотечного зала, в котором имеется хранилище или полки с книгами (центральный сервер) и столы, где посетители могут почитать материал, взятый с полок.

Очевидно, что здесь прослеживается четкая взаимосвязь: посетитель приходит в библиотеку, регистрируется или представляет уже зарегистрированные личные данные (сетевая идентификация на основе присвоенного IP-адреса), затем ищет нужную литературу (сетевой запрос), наконец, берет книгу и читает ее.

Естественно, сравнение это самое примитивное, ведь современные сети работают намного сложнее. Тем не менее для упрощенного понимания структуры такой пример подойдет как нельзя лучше.

Вопросы идентификации терминалов

Теперь несколько слов о том, как производится распознавание компьютеров сети любого типа. Если кто не знает, любому терминалу при подключении присваивается два типа IP-адреса, или, проще говоря, уникального идентификатора: внутренний и внешний. Внутренний адрес уникальным не является. А вот внешний IP – да. В миру нет двух машин с одинаковым IP. Именно это и позволяет идентифицировать любой гаджет, будь то компьютерный терминал или мобильное устройство, на все сто.

За все это отвечает соответствующий протокол. На данный момент самым распространенным и наиболее широко применяемым является IPv4. Однако, как показывает практика, он себя уже изжил, поскольку стал неспособен предоставлять уникальные адреса в связи с возросшим количеством клиентских устройств. Посмотрите только на мобильную технику, ведь за последнее десятилетие используемых гаджетов стало столько, что чуть ли не каждый второй житель Земли имеет в своем распоряжении тот же мобильный телефон.

Протокол IPv6

Таким образом, и архитектура сети, в частности Интернета, начала изменяться. И на смену четвертой версии пришла шестая (IPv6). Пока она еще особо широкого применения не получила, тем не менее, как утверждается, будущее не за горами, и вскоре практически все провайдеры, предоставляющие услуги связи, перейдут именно на этот протокол (при условии наличия активного сервера DHCP шестой версии).

Посудите сами, ведь с применением этого проткола с предоставлением 128-битного адреса позволяет зарезервировать намного больше адресов, чем при использовании четвертой версии.

Выделенные серверы

Теперь рассмотрим выделенные серверы. Обозначение говорит само за себя: они предназначены для каких-то конкретных задач. Грубо говоря, это самый настоящий интернет-сервер виртуального типа, полностью принадлежащий пользователю, который берет его в аренду. В этом и заключается смысл хостинга, когда владелец подкасты главного ресурса может размещать на выделенном пространстве любую информацию.

Кроме того, за безопасность отвечает не арендатор, а именно тот, кто сдает серверное пространство в аренду. Примеров таких серверов можно привести достаточно много. Тут вам и почта, и игры, и файлообменники, и личные страницы (не путать с аккаунтами в социальных сетях и службах такого типа), и многое другое.

Локальные сети

Локальная сеть, или, как ее часто называют, «локалка», организуется для объединения в одно целое ограниченного числа терминалов. Архитектура локальной сети в смысле подключения, как уже понятно, может представлять собой и проводное соединение, и доступ по типу VPN. И в том и в другом случае требуется наличие подключения к главному администраторскому серверу. Сетевые службы в этом случае могут работать в двойном режиме: с автоматической идентификацией (присвоением адреса каждой машине) или с ручным вводом параметров.

Локальные сети, в принципе, имеют отличительную особенность, состоящую только в том, что любому терминалу нужны регистрация (что не требуется, например, в пиринговых сетях) и центральный сервер (плюс админ). Кроме того, доступ к «расшаренной» информации может быть либо полным, либо ограниченным. Тут все зависит от настроек. Однако если посмотреть даже на так называемые облачные сервисы, они-то, по сути, тоже представляют собой виртуальную сеть, где юзеры, проходя аутентификацию, и получают права на доступ к определенной информации, скачиванию или редактированию файлов и т. д. При всем этом иногда предусмотрено даже одновременное изменение содержимого файла в режиме реального времени.

Архитектура сети Интернет: немного истории

Наконец, переходим к сети, которая сегодня является самой большой в мире. Конечно же, это Интернет, или World Wide Web. Прототипом Всемирной паутины принято считать ARPANET – коммуникацию, разработанную для военных целей в США еще в 1969 году. Тогда, правда, было протестировано соединение всего лишь между двумя узлами, но со временем подключение к сети с помощью кабеля было установлено даже с терминалами, находящимися в Великобритании.

Только много позже, когда появилась идентификация на основе протоколов TCP/IP и система присвоения доменных имен, и возникло то, что сегодня мы и называем Интернетом.

Вообще, как считается, в сети Интернет не существует единого центрального сервера, где могла бы храниться вся информация. Да на сегодняшний день и дисковых накопителей такой емкости не существует. Вся информация распределена между сотнями тысяч отдельных серверов разного типа. Иными словами, Интернет в равной степени можно отнести и к одноранговой, и к гибридной сети. При всем этом на отдельно взятой машине можно создать собственный интернет-сервер, который позволит не только управлять параметрами сети или сохранить нужную информацию, но и обеспечить к ней доступ другим пользователям. Раздача Wi-Fi – чем не самый простой пример?

Основные параметры и настройки

Что же касается параметров и настроек, тут все просто. Как правило, ручной ввод сетевых IP, DNS- или прокси-серверов давно не используется. Вместо этого любой провайдер предоставляет услуги автоматического распознавания компьютера или мобильного девайса в сети.

В Windows-системах доступ к этим настройкам производится через свойства сети с выбором параметров протокола IPv4 (или, если работает, IPv6). Как правило, в самих настройках указывается автоматическое получение адресов, что избавляет пользователя от ввода данных вручную. Правда, в некоторых случаях, особенно при настройке RDP-клиентов (удаленный доступ) или при организации доступа к некоторым специфичным службам, ручной ввод данных является обязательным.

Заключение

Как видим, понимание того, что собой представляет архитектура сети, в общем-то, особо сложным не является. В принципе, здесь рассматривались только основные аспекты организации работы сетей, чтобы пояснить любому, даже самому неподготовленному юзеру, этот вопрос, так сказать на пальцах. На самом же деле, конечно, все намного сложнее, ведь мы не затрагивали понятия серверов DNS, прокси, DHCP, WINS и т. д., а также вопросы, связанные с программным обеспечением. Думается, даже этой минимальной информации хватит для понимания структуры и основных принципов функционирования сетей любого типа.

Читать еще:  Архитектура веб приложений книга

Типовые архитектуры компьютерных сетей

Локальные компьютерные сети

Существует ряд веских причин для объединения отдельных персональных компьютеров в локальные вычислительные сети — ЛВС. Во-первых, совместное использование ресурсов позволяет нескольким ПК или другим устройствам осуществлять совместный доступ к отдельному диску (файл-серверу), дисководу CD-ROM-дисков, стримеру, принтерам, плоттерам, к сканерам и другому оборудованию, что снижает затраты на каждого отдельного пользователя. Во-вторых, кроме совместного использования дорогостоящих периферийных устройств ЛВС позволяет аналогично использовать сетевые версии прикладного программного обеспечения. В-третьих, ЛВС обеспечивают новые формы взаимодействия пользователей в одном коллективе, например при работе над общим проектом. В-четвертых, ЛВС дают возможность использовать общие средства связи между различными прикладными системами (коммуникационные услуги, передача данных и видеоданных, речи и т. д.).

Особое значение имеет организация распределенной обработки данных. В случае централизованного хранения информации значительно упрощаются процессы обеспечения ее целостности, а так же резервного копирования.

Локальная вычислительная сеть представляет собой систему распределенной обработки данных, охватывающую небольшую территорию (диаметром до 10 км) внутри учреждений, НИИ, вузов, банков, офисов и т.п. Это система взаимосвязанных и распределенных на фиксированной территории средств передачи и обработки информации, ориентированных на коллективное использование общесетевых ресурсов — аппаратурных, информационных, программных. ЛВС можно рассматривать как коммуникационную систему, которая поддерживает в пределах одного здания или некоторой ограниченной территории один или несколько высокоскоростных каналов передачи информации, предоставляемых подключенным абонентским системам (AC) для кратковременного использования.

Рис. 6.1. Состав базовых компонентов компьютерной сети

Техническое обеспечение компьютерных сетей

Техническое обеспечение (hardware) — комплекс электронных, электрических и механических устройств, входящих в состав системы либо сети.

Техническое обеспечение включает компьютеры (ЭВМ) и логические устройства. К ним добавляются внешние устройства и диагностическая аппаратура. Вспомогательную, но при этом важную, роль играют энергетическое оборудование, батареи и аккумуляторы. Для обеспечения безопасности данных используют аппараты шифрования информации.

Техническое обеспечение предназначено для поддержки работы программного обеспечения. Оно представлено:

· персональный компьютер, называемый Рабочая станция (РС) или WS (Work Station);

· система передачи данных;

· периферийное оборудование сети.

Рис. 6.2. Техническое обеспечение компьютерных сетей

Рабочая станция (Work Station) — абонентская система, специализированная на решение определенных задач пользователя. Требования, предоставляемые к составу РС, определяются характеристиками решаемых в сети задач, принципами организации вычислительного процесса, используемой операционной системы и некоторыми другими факторами.

В сетевой среде сервер выделен для выполнения конкретной задачи при поддержке других компьютеров в сети. Один сервер может выполнять множество необходимых задач, либо для конкретных задач выделяются отдельные серверы.

Термин сервер имеет два значения:

1. Элемент аппаратуры, предоставляющий совместно используемый сервис в сетевой среде.

2. Программный компонент, предоставляющий общий функциональный сервис другим программным компонентам.

Далее речь пойдет о сервере как об элементе аппаратуры – компьютер, играющий роль сервера.

Файловые серверы предоставляют средства, позволяющие пользователям сети совместно работать с файлами. В зависимости от типа предоставляемого файлового сервиса (передача файлов, хранение и перенос файлов, синхронизация файлов при обновлении, архивация файлов и т.д.) можно выделить:

Архивационные серверы – серверы, предназначенные для резервного копирования информации на автономные устройства хранения данных.

Серверы передачи данных — серверы, предназначенные для передачи файлов между клиентами сети.

Серверы хранения файлов — серверы, предназначенные для хранения редко используемых данных.

Также файловые серверы можно классифицировать по выполняемым ролям в компьютерной сети: выделенные и невыделенные файловые серверы.

Выделенный файл-сервер используется только как файл-сервер и не может выступать в качестве рабочей станции.

В отличие от выделенного файл-сервера невыделенный файл-серверможет совмещать в себе как функции файл-сервера, так и рабочей станции.

Серверы печати предоставляют средства совместного использования ресурсов принтера. Эти серверы позволяют совместно работать с принтерами нескольким пользователям, размещать устройства печати там, где удобнее, увеличить производительно рабочих станций, совместно использовать в сети устройства факсимильной передачи данных. При наличии в сервере печати факс-модемных плат, пользователи сети могут воспользоваться службами передачи факсимильных сообщений. Факс-сервер позволяет принимать файлы непосредственно на рабочей станции, а программное обеспечение оптического распознавания символов (OCR) способно преобразовать эти факсы в редактируемый текст, экономя немало времени и усилий.

Серверы сообщений предоставляют средства обмена сообщениями, использующие разные методы коммуникаций. Существуют основные типы служб сообщений: электронная почта, приложения для рабочих групп, объектно-ориентированные сообщения, службы каталогов. Поэтому в совокупности серверов сообщений можно выделить:

Серверы электронной почты – серверы, предназначенные для организации электронной почты.

Серверы службы каталогов – серверы, которые помогают пользователя находить, защищать и сохранять информацию в сети.

Требования повышенной производительности привели к созданию суперсерверов. Это серверы высокой производительности, выполняющие обработку данных для большого числа клиентов.

Существует классификация серверов, определяемая масштабом сети, в которой они используются: сервер рабочей группы, сервер отдела или сервер масштаба предприятия (корпоративный сервер). В зависимости от числа пользователей и характера решаемых задач, требования к составу оборудования и программного обеспечения сервера, его надежности и производительности сильно варьируются.

Система передачи данных – это совокупность средств, служащих для передачи информации.

Технические средства передачи данных представляют собой физические средства соединения для передачи данных между системами.

Сетевой адаптер позволяет подключить локальную машину в сеть (подключить компьютер к кабелю сети), то есть создать новую РС. Сетевой адаптер называют сетевым интерфейсом или сетевой картой.

Для объединения компьютеров в локальную сеть необходимы сетевые адаптеры для подключения компьютера к кабелю, разъемы, сам кабель и, возможно, концентратор для объединения компьютеров при использовании топологии «звезда».

Сетевой адаптер вставляют в материнскую плату компьютера. Он имеет один или два разъема для подключения кабеля.

Передачей сигналов называется способ пересылки данных в носителе (среде передачи). Среды передачи данных разбиваются на две большие категории:

— кабельная среда передачи данных;

— беспроводная среда передачи данных.

Кабельная среда передачи данных предполагает наличие определенных видов кабелей. Тремя распространенными типами кабеля являются:

Витая пара (Twisted Pair) содержит две или более пар скрученных медных проводников, заключенных в одну оболочку. Максимальная длина одного сегмента витой пары составляет около 100 метров при скорости передачи данных до 10 Мбит/сек.

Достоинством сети на базе витой пары является низкая стоимость оборудования и возможность использования имеющейся телефонной сети. Длина кабеля не может превышать 1000 метров при скорости передачи данных 1Мбит/сек.

Коаксиальный кабель(Coax) имеет два проводника с общей центральной осью. В центре такого кабеля проходит сплошной медный проводник или многожильный провод. Он заключен в пластиковый вспененный изолированный слой. Скорость передачи данных по коаксиальному кабелю – до 300 Мбит/сек. Недостатками данного кабеля являются — неудобство работы с ним и довольно высокая стоимость такого провода

Волоконно-оптический кабель (Fiber Optic) производится из светопроводящего стекла или пластиковых волокон. Максимальная длина кабеля на основе оптоволокна существенно больше, чем для кабеля на основе витой пары или коаксиал. С другой стороны, цена оптоволоконных кабелей достаточно высока по сравнению с другими типами кабелей.

Беспроводная среда передачи данных применятся в случае, когда большое расстояние или препятствия затрудняют применение другого носителя. Существует два основных типа беспроводной среды передачи данных: микроволновое и инфракрасное излучение.

В свою очередь, микроволновые системы передачи данных можно разделить на наземные микроволновые коммуникации (обычно используются параболические антенны, позволяющие передавать и получать сигнал в нижнем гигагерцевом диапазоне) и спутниковые микроволновые коммуникации (передают сигнал между направленными параболическими антеннами). Основное отличие спутниковых систем в том, одна антенна находится на спутнике, висящем над землей на геостационарной орбите. Стоимость наземных микроволновых систем относительно невысокая при использовании их на небольших расстояниях (сотни метров), а стоимость спутниковых микроволновых систем очень высокая (несколько миллионов долларов).

В инфракрасных средах передачи данных применяется свет. Стоимость зависит от вида используемого оборудования. Системы, действующие на большом расстоянии, где обычно применяются мощные лазеры, могут быть очень дорогими. В последнее время наиболее эффективным способом связи в сетях является беспроводная среда передачи данных.

Выбор сетевой среды передачи данных диктуется типом сети и выбранной топологией. Требуемые же по стандарту физические характеристики кабеля закладываются при его изготовлении, о чем и свидетельствуют нанесенные на кабель маркировки. Сегодня практически все сети проектируются на базе UTP и волоконно-оптических кабелей, коаксиальный кабель применяют лишь в исключительных случая.

Модем (МОдулятор-ДЕМодулятор) – устройство прямого (модулятор) и обратного (демодулятор) преобразования сигналов к виду, принятому для использования в определенном канале связи, предназначенный для преобразования цифровых сигналов в аналоговые и обратно.

Чаще всего модемы используются для передачи информации от компьютера к компьютеру, управления удаленными компьютерами и локальными сетями, другим электронным оборудованием, при работе с удаленными терминалами в многопользовательских системах.

Программное обеспечение (ПО) компьютерных сетей отличается большим многообразием, как по своему составу, так и по выполняемым функциям. Оно автоматизирует процессы программирования задач обработки информации, осуществляет планирование и организацию коллективного доступа к телекоммуникационным, вычислительным и информационным ресурсам сети, динамическое распределение и перераспределение этих ресурсов с целью повышения оперативности и надежности удовлетворения запросов пользователей и т.д.

Программные средства передачи данных – это комплекс программ, обеспечивающий передачу данных.

Программное обеспечение системы передачи данных можно разделить на программы общего назначения и специализированные программы. Программы общего назначения предназначены для организации передачи данных между пользователями и доступны любым пользователям системы, а программы специального назначения предназначены для ограниченного круга пользователей.

Топология компьютерных сетей

Топология сети характеризует свойства сетей, не зависящие от их размеров, отражает структуру, образуемую узлами сети и множеством связывающих их каналов. При этом не учитывается производительность и принцип работы этих узлов, их типы и длина каналов.

С точки зрения физического расположения функциональных компонентов сети (кабелей, рабочих станций и т.д.) и метода доступа к среде передачи можно выделить четыре базовые топологии: «общая шина», «звезда», «кольцо» и «ячеистая (сотовая)».

Сеть топологии общей шины(моноканальная сеть) — сеть, ядром которой является моноканал. Моноканальная сеть образуется подключением группы абонентских систем к моноканалу. К числу моноканальных сетей относятся сеть Ethernet, сеть Fast Ethernet, сеть ARCNet.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector
×
×