Эволюция и классификация компьютерных сетей Мейнфрейм

Эволюция и классификация компьютерных сетей.

Мейнфрейм – история, интересные факты В конце 50 -х начале 60 -х годов на базе мейнфрейма - мощного и надежного компьютера универсального назначения появилась система пакетной обработки. Мейнфрейм – это высокопроизводительный компьютер, предназначенный для большой обработки данных и хранения большого количества данных, и который имеет большой объем памяти. 1. Первый мейнфрейм IBM System/360 (1964 г. ) и стоил 5 миллиардов долларов. 2. Система была настолько популярной в мире, что её клон выпускали в СССР (ЕС ЭВМ). 3. Более 25000 организаций во всем мире сейчас имеют мейнфреймы (без учёта клонов). 4. Начало 90 -х годов 20 века IBM стала улучшать технологии, постепенно уменьшая и габариты мейнфреймов. 5. Согласно прогнозу Gartner Group, последний мейнфрейм предполагалось выключить в 1993 году, но рынок мейнфреймов остаётся стабильным, и их продажи ежегодно растут. 6. Около 70 % всех важных бизнес-данных обрабатываются на мейнфреймах. 7. Оценка надежности мейнфреймов характеризуется параметром наработкой на отказ, который показывает сколько компьютер стабильно проработает в режиме 24 часа в сутки, 7 дней в неделю. Наработка на отказ современных мейнфреймов – 12 -15 лет.

Особенности и характеристики современных мейнфреймов • • • Среднее время наработки на отказ. Повышенная устойчивость систем. Целостность данных. Рабочая нагрузка. Пропускная способность. Масштабирование. Доступ к данным. Защита. Пользовательский интерфейс. Сохранение инвестиций

Задачи, которые трудно или невозможно решить без организации информационной связи между различными компьютерами 1 совместная работа над большим проектом 3 2 перенос информации на большие расстояния совместное использование несколькими компьютерами дорогостоящих аппаратных, программных или информационных ресурсов

Компьютерная сеть (вычислительная сеть, сеть передачи данных) — это система связи компьютеров и/или компьютерного оборудования (серверы, маршрутизаторы…), представляющая собой совокупность трех компонент: сети передачи данных (включающей в себя каналы передачи 1 данных и средства коммутации); 2 компьютеров, взаимосвязанных сетью передачи данных; 3 сетевого программного обеспечения Для передачи информации могут быть использованы различные физические явления, как правило — различные виды электрических сигналов или электромагнитного излучения.

Локальные сети по способу взаимодействия компьютеров подразделяются на: • одноранговые • сети с выделенным сервером В одноранговой локальной сети все компьютеры равноправны. Общие устройства могут быть подключены к любому компьютеру в сети.

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. • В одноранговых ЛВС дисковое пространство и файлы на любом компьютере могут быть общими. • Одноранговые ЛВС являются наиболее легким и дешевым типом сетей для установки. Они на компьютере требуют, кроме сетевой карты и сетевого носителя, только наличие операционной системы, например, Windows

Одноранговая архитектура 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.

Часто при организации связи между двумя компьютерами за одним компьютером закрепляется роль поставщика ресурсов (программ, данных и т. д. ), а за другим — роль пользователя этих ресурсов. Сервер Клиент (рабочая станция) Высокопроизводительный компьютер с большим объемом внешней памяти, который обеспечивает обслуживание других компьютеров путем управления распределением дорогостоящих ресурсов совместного пользования (программ, данных и периферийного оборудования). любой компьютер, имеющий доступ к услугам сервера.

Архитектура клиент – сервер (client-server architecture) – это концепция информационной сети, в которой основная часть ее ресурсов сосредоточена в серверах, обслуживающих своих клиентов В современной клиент – серверной архитектуре выделяется четыре группы объектов: клиенты, серверы, данные и сетевые службы 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.

Архитектура клиент – сервер 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 одноранговая сеть • 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 какойлибо другой; • нет возможности или необходимости в централизованном администрировании. клиент – серверная сеть • 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.

В сетях с выделенным сервером реализуется клиентсерверная технология. На сервере устанавливается серверное ПО: • серверная операционная система; • WEB-сервер (организация Интранет); • прокси-сервер (обеспечение работы с Интернет рабочих станций); • файл-сервер (обеспечение совместного доступа к файлам) и т. п. На рабочей станции устанавливается клиентское ПО: • операционная система для рабочих станций; • клиентская часть прикладного ПО и т. п.

По назначению компьютерные сети распределяются КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ вычислительные информационные предназначены главным образом для решения заданий пользователей с обменом данными между их абонентами. ориентированы в основном на предоставление информационных услуг пользователям. смешанные (информационно-вычислительные) совмещают функции вычислительных и информационных сетей.

Классификация сетей Для классификации компьютерных сетей используются разные признаки, выбор которых заключается в том, чтобы выделить из существующего многообразия такие, которые позволили бы обеспечить данной классификационной схеме такие обязательные качества: • возможность классификации всех, как существующих, так и перспективных, компьютерных сетей; • дифференциацию существенно разных сетей; • однозначность классификации любой компьютерной сети; • наглядность, простоту и практическую целесообразность А также по уровню управления, назначению, классификационной схемы. однородности, административным отношениям между компьютерами, топологии, архитектуре.

Классификация компьютерных сетей по размеру охваченной территории КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ персональная сеть городские (PAN, Personal Area Network) (MAN, Metropolitan Area Network) локальные глобальные (LAN, Local Area Network) (WAN, Wide Area Network) региональные

Классификация компьютерных сетей по принадлежности КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ семейные государственные домовые международные корпоративные ведомственные

Классификация компьютерных сетей По типу функционального взаимодействия КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ Клиент-сервер (Client-server) Одноранговые сети Смешанная сеть Многоранговые сети

Классификация компьютерных сетей по типу сетевой топологии КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ Шина () звезда смешанная топология решетка кольцо солносвязная топология

Классификация компьютерных сетей По скорости передачи информации КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ низкоскоростные (до 10 Мбит/с) среднескоростные высокоскоростные (до 100 Мбит/с) (свыше 100 Мбит/с)

Классификация компьютерных сетей по функциональному назначению КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ Сети хранения данных Серверные фермы Сети управления процессом Сети SOHO

Классификация компьютерных сетей По сетевым ОС КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ Unix Windows Net. Ware смешанные

Классификация компьютерных сетей по необходимости поддержания постоянного соединения КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ Пакетная сеть Онлайновая сеть например, Fidonet Интернет и GSM

Классификация компьютерных сетей По типу среды передачи КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ телефонные бытовые электрические коаксиальные оптоволоконные по радиоканалам в инфракрасном диапазоне (Wi-Fi, Blue. Tooth) на витой паре

Классификация компьютерных сетей По уровню управления • ЛВС рабочих групп, которые состоят из нескольких ПК, работающих под одной операционной системой. В такой ЛВС, как правило, имеется несколько выделенных серверов: файл-сервер, сервер печати; • ЛВС структурных подразделений (отделов). Данные ЛВС содержат несколько десятков ПК и серверы типа: файл-сервер, сервер печати, сервер баз данных; • ЛВС предприятий (фирм). Эти ЛВС могут содержать свыше 100 компьютеров и серверы типа: файл-сервер, сервер печати, сервер баз данных, почтовый сервер и другие серверы.

Классификация компьютерных сетей По типам используемых компьютеров КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ однородные сети, которые содержат однотипные компьютеры и системное программное обеспечение; неоднородные сети, которые содержат разнотипные компьютеры и системное программное.

Классификация компьютерных сетей По административным отношениям между компьютерами КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ ЛВС с централизованным управлением (с выделенными серверами); ЛВС без централизованного управления (децентрализованн ые) или одноранговые (одноуровневые) сети.

Аппаратное обеспечение сети Способ (общая схема) соединения компьютеров в сеть называется топологией. Существует множество способов соединения сетевых устройств, из них можно выделить четыре базовых топологии: шина, кольцо, звезда и ячеистая топология. Остальные способы являются комбинациями базовых.

Классификация компьютерных сетей По архитектуре КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ Ethernet Token ring Arcnet FDDI

ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К СОВРЕМЕННЫМ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫМ СЕТЯМ Основная функция - обеспечение пользователям потенциальной возможности доступа к разделяемым ресурсам всех компьютеров, объединенных в сеть. 1. Производительность (время реакции, пропускная способность, задержка передачи ); 2. Надежность и безопасность (готовность или коэффициент готовности, безопасность, отказоустойчивость ); 3. Расширяемость и масштабируемость; 4. Прозрачность; 5. Поддержка разных видов трафика; 6. Управляемость; 7. Совместимость.

Компоненты локальной сети

Топология “Шина” (общая шина) В топологии общая шина центральным элементом выступает пассивный кабель, к которому подключается несколько компьютеров. Передаваемая информация распространяется по кабелю и доступна одновременно всем компьютерам, присоединенным к этому кабелю. Для исключения затухания электрического информационного сигнала вследствие переотражений в линии связи такой сети на концах линии устанавливаются специальные заглушки, называемые терминаторами.

Топология “Шина” (общая шина) Преимуществом топологии является ее дешевизна и простота наращивания – то есть присоединение новых узлов к сети. Недостатки низкой надежности: любой дефект кабеля или какого-нибудь из многочисленных разъемов полностью парализует всю сеть. невысокая производительность, так как при таком способе подключения только один компьютер может передавать данные по сети, поэтому пропускная способность канала связи здесь всегда делится между всеми узлами сети.

Топология “Кольцо” Кольцо — базовая топология компьютерной сети, в которой рабочие станции подключены последовательно друг к другу, образуя замкнутую сеть. В сетях с кольцевой конфигурацией данные передаются по кольцу от одного компьютера к другому.

Топология “Кольцо” Преимущества нет ограничения на длину всей сети, т. е. имеет значение только расстояние между отдельными компьютерами. так как информация постоянно циркулирует по кругу между последовательно соединенными компьютерами, то существенно сокращается время доступа к этим данным; Недостатки время передачи данных увеличивается пропорционально числу соединенных в кольцо компьютеров; каждая рабочая станция причастна к передаче данных. Выход из строя одной станции может парализовать всю сеть.

Топология “Звезда” Звезда — базовая топология компьютерной сети, в которой все компьютеры сети присоединены к центральному узлу (обычно сетевой концентратор). Топология звезда образуется в случае, когда каждый компьютер подключается отдельным кабелем к общему центральному устройству – концентратору. Концентратор (Hub или Switch) - Концентратор служит для соединения компьютеров в сети. Концентратор может иметь различное количество портов подключения (обычно от 4 до 32). Общая скорость соединения в сети при использовании hub определяется скоростью самой медленной сетевой платы. Для Switch скорость соединения любой пары компьютеров определяется скоростью самой медленной сетевой платы в паре (группе).

Топология “Звезда” Иногда имеет смысл строить сеть с использованием нескольких концентраторов, иерархически соединенных между собой связями типа звезда. Получаемую в результате структуру называют также деревом Преимущество повреждение кабеля является проблемой для одного конкретного компьютера и в целом не сказывается на работе сети. Недостатки высокая стоимость сетевого оборудования из-за необходимости приобретения специализированного центрального устройства. возможности по наращиванию количества узлов в сети ограничиваются количеством портов концентратора.

Ячеистая топология— соединяет каждую рабочую станцию сети со всеми другими рабочими станциями этой же сети. В то время как небольшие сети, как правило, имеют типовую топологию – звезда, кольцо или общая шина, для крупных сетей характерно наличие связей между компьютерами. В таких сетях отдельные, произвольно связанные подсети, имеющие типовую топологию, поэтому их называют сетями со смешанной топологией.

Программное обеспечение сети Для работы в локальной сети необходимо специальное сетевое программное обеспечение. В операционной системе Windows уже имеется всё необходимое для установки сети. Windows Для организации локальной сети необходимо: – определить имя Рабочей группы; – присвоить каждому компьютеру уникальное в данной Рабочей группе имя и IP-адрес, – установить адрес маски подсети (в некоторых случаях явный IP-адрес и адрес маски подсети можно не устанавливать).

Установка имени компьютера и рабочей группы

Режимы доступа к ресурсам сети Локальный ресурс. Запрещается доступ к ресурсам компьютера пользователям сети. Для обеспечения доступности локальных ресурсов нужно установить переключатель в положение Общий ресурс. Позволяет использовать ресурсы компьютера (дисковую память и периферийные устройства - принтер, модем) пользователям сети. Для этого, нужно разрешить Открытие общего доступа к папке. При этом требуется определить уровень доступа.

Режимы доступа к ресурсам сети Только чтение Позволяет пользователям сети открывать или копировать файлы и папки. Полный доступ Позволяет пользователям сети выполнять все операции над файлами, папками (переносить, удалять, редактировать, переименовать и т. п. ). Доступ, определяемый паролем Данный режим предоставляет разным категориям пользователей различные права доступа, например, только чтение или полный доступ.

Для преодоления несовместимости интерфейсов отдельных компьютеров вырабатывают специальные стандарты, называемые протоколами коммуникации. Протокол коммуникации — это согласованный набор конкретных правил обмена информацией между разными устройствами передачи данных. Имеются протоколы для скорости передачи, форматов данных, контроля ошибок и др.

Протоколы коммуникации предписывают разбить весь объем передаваемых данных на пакеты — отдельные блоки фиксированного размера. Пакеты нумеруются, чтобы их затем можно было собрать в правильной последовательности. К данным, содержащимся в пакете, добавляется дополнительная информация следующего формата: преамбула идентификатор приёмника начало пакета управляющая идентификатор информация передатчика контрольная сумма конец пакета Данные стоповая комбинация

Пример простейшего протокола обмена пакетами при сеансе связи запрос данные 1 подтверждение 1 … данные N подтверждение N конец время пакеты приёмник передатчик готовность

Архитектура сети — это реализованная структура сети передачи данных, определяющая ее топологию, состав устройств и правила их взаимодействия в сети. В рамках архитектуры сети рассматриваются вопросы кодирования информации, ее адресации и передачи, управления потоком сообщений, контроля ошибок и анализа работы сети в аварийных ситуациях и при ухудшении характеристик.

Структуризация сетей Физическая Логическая Конфигурация физических связей определяется электрическими соединениями компьютеров. Логические связи представляют собой маршруты передачи данных между узлами сети и образуются путем соответствующей настройки коммуникационного оборудования.

Оборудование для физической структуризации сети: Повторитель (Repeator) – используется для физического соединения различных сегментов кабеля с целью увеличения общей длины сети. Повторитель позволяет преодолеть ограничения на длину связей за счет улучшения качества сигнала.

Оборудование для физической структуризации сети: Концентратор (Hub). Когда сетевая карта отсылает пакет данных концентратор просто делит и усиливает сигнал так, что его получают все пользователи сети, но принимает только та сетевая карта которой адресован пакет данных.

Оборудование для логической структуризации сети: Мост (bridge) делит разделяемую среду передачи сети на части (логические сегменты), передавая информацию от одного сегмента к другому только в том случае, если передача данных действительно необходима.

Оборудование для логической структуризации сети: Коммутатор (switch) в отличие от концентратора анализирует откуда и куда отправлен пакет информации и соединяет только эти компьютеры, в то время как остальные каналы остаются свободными.

Оборудование для логической структуризации сети: Маршрутизатор (Router) более эффективно локализирует трафик, т. к. использует явную адресацию, т. е. числовые составные адреса. Функцией маршрутизатора является способность связывать в единую сеть подсети, построенные с использованием разных сетевых технологий (Ethernet и Token Ring).