Локальные сети

В современных NOS применяют  три основных подхода к организации  управления ресурсами сети.

Первый - это Таблицы  Объектов (Bindery). Используется в сетевых  операционных системах NetWare. Такая таблица  находится на каждом файловом сервере  сети. Она содержит информацию о  пользователях, группах, их правах доступа  к ресурсам сети (данным, сервисным  услугам и т.п.). Такая организация  работы удобна, если в сети только один сервер. В этом случае требуется  определить и контролировать только одну информационную базу. При расширении сети, добавлении новых серверов объем задач по управлению ресурсами сети резко возрастает. Администратор системы вынужден на каждом сервере сети определять и контролировать работу пользователей. Абоненты сети, в свою очередь, должны точно знать, где расположены те или иные ресурсы сети, а для получения доступа к этим ресурсам - регистрироваться на выбранном сервере. Конечно, для информационных систем, состоящих из большого количества серверов, такая организация работы не подходит.

Второй подход используется в LANServer и LANMahager - Структура Доменов (Domain). Все ресурсы сети и пользователи объединены в группы. Домен можно рассматривать как аналог таблиц объектов (bindery), только здесь такая таблица является общей для нескольких серверов, при этом ресурсы серверов являются общими для всего домена. Поэтому пользователю для того чтобы получить доступ к сети, достаточно подключиться к домену (зарегистрироваться), после этого ему становятся доступны все ресурсы домена, ресурсы всех серверов и устройств, входящих в состав домена. Однако и с использованием этого подхода также возникают проблемы при построении информационной системы с большим количеством пользователей, серверов и, соответственно, доменов. Например, сети для предприятия или большой разветвленной организации. Здесь эти проблемы уже связаны с организацией взаимодействия и управления несколькими доменами, хотя по содержанию они такие же, как и в первом случае.

Третий подход - Служба Наименований Директорий или Каталогов (Directory Name Services - DNS) лишен этих недостатков. Все ресурсы сети: сетевая печать, хранение данных, пользователи, серверы и т.п. рассматриваются как отдельные ветви или директории информационной системы. Таблицы, определяющие DNS, находятся на каждом сервере. Это, во-первых, повышает надежность и живучесть системы,  а во-вторых, упрощает обращение пользователя к ресурсам сети. Зарегистрировавшись на одном сервере, пользователю становятся доступны все ресурсы сети. Управление такой системой также проще, чем при использовании доменов, так как здесь существует одна таблица, определяющая все ресурсы сети, в то время как при доменной организации необходимо определять ресурсы, пользователей, их права доступа для каждого домена отдельно.

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.

В данном курсе будет  рассмотрено три вида архитектур:

1. архитектура терминал – главный компьютер;
2. одноранговая архитектура;
3. 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.  
 
Рассматриваемая архитектура предполагает два типа оборудования:

1. Главный компьютер, где осуществляется управление сетью, хранение и обработка данных;
2. 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. Классический пример архитектуры сети с главными компьютерами – системная сетевая архитектура (System Network Architecture – SNA).

Одноранговая  архитектура

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. Они на компьютере требуют, кроме сетевой карты и сетевого носителя, только операционной системы Windows 95 или Windows for Workgroups. 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

Архитектура клиент – сервер (client-server architecture) – это  концепция информационной сети, в  которой основная часть ее ресурсов сосредоточена в серверах, обслуживающих  своих клиентов. 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. 
Процесс, который вызывает сервисную функцию с помощью определенных операций, называется клиентом. Им может быть программа или пользователь.

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.

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;
• UNIX фирмы AT&T;
• Linux.

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.

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 десяти;
• требуется централизованное управление, безопасность, управление ресурсами или резервное копирование;
• необходим специализированный сервер;
• нужен доступ к глобальной сети;
• требуется разделять ресурсы на уровне пользователей. 

Методы доступа  в сети

Метод доступа – это способ определения того, какая из рабочих станций сможет следующей использовать ЛВС. То, как сеть управляет доступом к каналу связи (кабелю), существенно влияет на ее характеристики. Примерами методов доступа являются:

1. множественный доступ с прослушиванием несущей и разрешением коллизий (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection – CSMA/CD);
2. множественный доступ с передачей полномочия (Token Passing Multiple Access – TPMA) или метод с передачей маркера;
3. множественный доступ с разделением во времени (Time Division Multiple Access – TDMA);
4. множественный доступ с разделением частоты (Frequency Division Multiple Access – FDMA) или множественный доступ с разделением длины волны (Wavelength Division Multiple Access – WDMA).

CSMA/CD

Алгоритм множественного доступа с прослушиванием несущей и разрешением коллизий приведен на рис. 4.5.  
 
Метод множественного доступа с прослушиванием несущей и разрешением коллизий (CSMA/CD) устанавливает следующий порядок: если рабочая станция хочет воспользоваться сетью для передачи данных, она сначала должна проверить состояние канала: начинать передачу станция может, если канал свободен. В процессе передачи станция продолжает прослушивание сети для обнаружения возможных конфликтов. Если возникает конфликт из-за того, что два узла попытаются занять канал, то обнаружившая конфликт интерфейсная плата, выдает в сеть специальный сигнал, и обе станции одновременно прекращают передачу. Принимающая станция отбрасывает частично принятое сообщение, а все рабочие станции, желающие передать сообщение, в течение некоторого, случайно выбранного промежутка времени выжидают, прежде чем начать сообщение.

Все сетевые интерфейсные платы запрограммированы на разные псевдослучайные промежутки времени. Если конфликт возникнет во время  повторной передачи сообщения, этот промежуток времени будет увеличен. Стандарт типа Ethernet определяет сеть с  конкуренцией, в которой несколько  рабочих станций должны конкурировать друг с другом за право доступа к сети.