1 Основы построения информационных сетей

Специальность 100400.62 «Туризм»
Учебная дисциплина
«Информационные сети и базы данных»
Лекция 1
ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ
ИНФОРМАЦИОННЫХ СЕТЕЙ
1 Основы построения информационных сетей.
2
Классификация
и
архитектура
информационных сетей.
Литература
1. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные
сети. Принципы, технологии, протоколы. –
СПб.: Питер, 2008.
2. Базы данных: учеб. Пособие для студ. высш.
учеб. Заведений / А.В. Кузин, С.В.
Левонисова. – 2-е изд. стер. – М.:
Издательский центр «Академия», 2008.
3. Марков А.С., Лисовский К.Ю. Базы данных.
Введение в теорию и методологию: Учебник.
–М.: Финансы и статистика, 2006.
4. Теория и практика построения баз данных. 8е изд. / Д. Крёнке. –СПб: Питер, 2003.
1 Основы построения информационных
сетей
Компьютерные
сети
относятся
к
распределенным (или децентрализованным)
вычислительным
системам.
Поскольку
основным
признаком
распределенной
вычислительной системы является наличие
нескольких центров обработки данных, то
наряду
с
компьютерными
сетями
к
распределенным системам относят также
мультипроцессорные
компьютеры
и
многомашинные вычислительные комплексы.
В сетях с небольшим (10–30) количеством компьютеров
чаще всего используется одна из типовых топологий —
"общая шина", "кольцо", "звезда" или полносвязная сеть. Все
перечисленные
топологии
обладают
свойством
однородности, то есть все компьютеры в такой сети имеют
одинаковые права в отношении доступа к другим
компьютерам (за исключением центрального компьютера
при соединении "звезда"). Такая однородность структуры
упрощает процедуру наращивания числа компьютеров,
облегчает обслуживание и эксплуатацию сети.
В таких сетях использование типовых структур порождает
различные ограничения, важнейшими из которых являются:
• ограничения на длину связи между узлами;
• ограничения на количество узлов в сети;
• ограничения на интенсивность трафика, который
генерируют узлы сети.
Различают:
Топологию физических связей (физическую структуру
сети). В этом случае конфигурация физических связей
определяется электрическими соединениями компьютеров,
то есть ребрам графа соответствуют отрезки кабеля,
связывающие пары узлов.
Топологию логических связей (логическую структуру сети).
Здесь в качестве логических связей выступают маршруты
передачи данных между узлами сети, которые образуются
путем соответствующей настройки коммуникационного
оборудования.
Повторитель (repeater) — используется для физического
соединения различных сегментов кабеля локальной сети с
целью увеличения общей длины сети. Повторитель передает
сигналы, приходящие из одного сегмента сети, в другие ее
сегменты.
Повторитель, который имеет несколько портов и
соединяет несколько физических сегментов, часто
называют концентратором (concentrator) или хабом (hub).
Эти названия (hub — основа, центр деятельности)
отражают тот факт, что в данном устройстве сосредоточены
все связи между сегментами сети.
Использование концентраторов характерно практически
для всех базовых технологий локальных сетей — Ethernet,
ArcNet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet.
Для логической структуризации сети используются
коммуникационные устройства:
• мосты;
• коммутаторы;
• маршрутизаторы;
• шлюзы.
Мост (bridge) делит разделяемую среду передачи сети на
части (часто называемые логическими сегментами), передавая
информацию из одного сегмента в другой только в том случае,
если такая передача действительно необходима, то есть если
адрес компьютера назначения принадлежит другой подсети.
Тем самым мост изолирует трафик одной подсети от трафика
другой, повышая общую производительность передачи данных
в сети.
Коммутаторы первоначально применялись исключительно
для сегментации сети. В настоящее время произошла
переориентация, и теперь в большинстве случаев коммутаторы
используются для прямого подключения к конечным станциям.
Маршрутизаторы являются пограничными сетевыми
устройствами, то есть устанавливаются на границе между двумя
сетями или между локальной сетью и Интернетом, выполняя
роль сетевого шлюза, то они должны иметь как минимум два
порта.
Сетевой шлюз (англ. gateway) — аппаратный
маршрутизатор или программное обеспечение для
сопряжения компьютерных сетей, использующих разные
протоколы (например, локальной и глобальной). Сетевой
шлюз конвертирует протоколы одного типа физической
среды в протоколы другой физической среды (сети).
Например, при соединении локального компьютера с сетью
Интернет обычно используется сетевой шлюз. Роутеры
(маршрутизаторы) являются одним из примеров аппаратных
сетевых шлюзов.
2 Классификация и архитектура информационных сетей.
На тех компьютерах, ресурсы которых должны быть доступны
всем пользователям сети, необходимо добавить модули,
которые постоянно будут находиться в режиме ожидания
запросов, поступающих по сети от других компьютеров. Обычно
такие модули называются программными серверами (server),
так как их главная задача - обслуживать (serve) запросы на
доступ к ресурсам своего компьютера. На компьютерах,
пользователи которых хотят получать доступ к ресурсам других
компьютеров, также нужно добавить к операционной системе
некоторые специальные программные модули, которые должны
вырабатывать запросы на доступ к удаленным ресурсам и
передавать их по сети на нужный компьютер. Такие модули
обычно называют программными клиентами (client).
Сетевые адаптеры и каналы связи решают в
сети достаточно простую задачу - они передают
сообщения с запросами и ответами от одного
компьютера к другому, а основную работу по
организации
совместного
использования
ресурсов выполняют клиентские и серверные
части операционных систем.
Пара
модулей
«клиент
сервер»
обеспечивает совместный доступ пользователей
к определенному типу ресурсов, например к
файлам. В этом случае говорят, что пользователь
имеет дело с файловой службой (service).
Классифицируя сети по территориальному признаку, различают локальные
(LAN), глобальные (WAN) и городские (MAN) сети.
LAN - сосредоточены на территории не более 1-2 км; построены с
использованием дорогих высококачественных линий связи, которые
позволяют, применяя простые методы передачи данных, достигать высоких
скоростей обмена данными порядка 100 Мбит/с. Предоставляемые услуги
отличаются широким разнообразием и обычно предусматривают реализацию
в режиме on-line.
WAN - объединяют компьютеры, рассредоточенные на расстоянии сотен и
тысяч километров. Часто используются уже существующие не очень
качественные линии связи. Более низкие, чем в локальных сетях, скорости
передачи данных (десятки килобит в секунду) ограничивают набор
предоставляемых услуг передачей файлов, преимущественно не в
оперативном, а в фоновом режиме, с использованием электронной почты.
MAN - занимают промежуточное положение между локальными и
глобальными сетями. При достаточно больших расстояниях между узлами
(десятки километров) они обладают качественными линиями связи и
высокими скоростями обмена, иногда даже более высокими, чем в
классических локальных сетях.
Качество работы сети характеризуют следующие свойства:
производительность, надежность, совместимость, управляемость,
защищенность, расширяемость и масштабируемость.
Существуют два основных подхода к обеспечению качества работы
сети.
Первый - состоит в том, что сеть гарантирует пользователю
соблюдение некоторой числовой величины показателя качества
обслуживания. Например, сети FRAME RELAY и АТМ могут гарантировать
пользователю заданный уровень пропускной способности.
При втором подходе (best effort) сеть старается по возможности более
качественно обслужить пользователя, но ничего при этом не гарантирует.
К основным характеристикам производительности сети относятся:
время реакции, которое определяется как время между возникновением
запроса к какому-либо сетевому сервису и получением ответа на него;
пропускная способность, которая отражает объем данных, переданных
сетью в единицу времени, и задержка передачи, которая равна
интервалу между моментом поступления пакета на вход какого-либо
сетевого устройства и моментом его появления на выходе этого
устройства.
Для оценки надежности сетей используются различные
характеристики, в том числе: коэффициент готовности,
означающий долю времени, в течение которого система
может быть использована; безопасность, то есть способность
системы защитить данные от несанкционированного
доступа; отказоустойчивость - способность системы работать
в условиях отказа некоторых ее элементов.
Расширяемость означает возможность сравнительно
легкого
добавления
отдельных
элементов
сети
(пользователей, компьютеров, приложений, сервисов),
наращивания длины сегментов сети и замены существующей
аппаратуры более мощной.
Масштабируемость означает, что сеть позволяет
наращивать количество узлов и протяженность связей в
очень широких пределах, при этом производительность сети
не ухудшается.
Прозрачность - свойство сети скрывать от пользователя детали
своего внутреннего устройства, упрощая тем самым его работу в сети.
Управляемость
сети
подразумевает
возможность
централизованно контролировать состояние основных элементов
сети, выявлять и разрешать проблемы, возникающие при работе сети,
выполнять анализ производительности и планировать развитие сети.
Совместимость означает, что сеть способна включать в себя самое
разнообразное программное и аппаратное обеспечение.
Архитектура ЛВС - общая логическая организация цифровой
вычислительной системы, определяющая процесс обработки данных
в конкретной вычислительной системе и включающие методы
кодирования данных, состав, назначение, принципы взаимодействия
технических средств и программного обеспечения.
Топология сети – геометрическая форма и физическое
расположение компьютеров по отношению к друг другу. Топология
сети позволяет сравнивать и классифицировать различные сети.
Различают три основных вида топологии:
1) Звезда;
2) Кольцо;
3) Шина.
звезда
концентратор
Рисунок 1 – Сеть типа «звезда»
Достоинства и недостатки компьютерной
сети типа «звезда»
кольцо
Рисунок 2 – Кольцевая топология сети
Достоинства и недостатки компьютерной сети
типа «кольцо»
• Недостатки:
- Поскольку сигнал проходит через каждый
компьютер, сбой одного из них приводит к
нарушению работы всей сети.
- Необходимо большое количество кабеля с
высокой пропускной способностью.
• Достоинства:
- Простота построения и управления сетью.
общая шина
Рисунок 3 – Шинная топология сети
Достоинства и недостатки компьютерной
сети типа «шина»
Комбинированные топологии
•
•
Звезда-шина
Древовидная
топология
Комбинированные топологии
•
Каждый с
каждым
Пересекающееся
кольцо
Локальные сети при разработке, как
правило, имеют симметричную
топологию, глобальные—неправильную
Контрольные вопросы:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
Какие ограничения имеются при построении больших сетей с однородной
структурой связей.
Что понимается под топологией физических связей (физической структурой сети).
Что понимается под топологией логических связей (логической структурой сети).
Что понимается под мостом информационной сети.
Что понимается под коммутатором информационной сети.
Что понимается под маршрутизатором информационной сети.
Что понимается под шлюзом информационной сети.
Что понимается под повторителем информационной сети.
Что понимается под пакетом информации.
Приведите классификацию информационных сетей по территориальному признаку.
Охарактеризуйте подходы к оценке качества работы сети.
Перечислите и охарактеризуйте характеристики, используемые для оценки
надежности сетей.
Приведите и охарактеризуйте топологию информационной сети типа клиент-сервер.
Приведите и охарактеризуйте кольцевую топологию информационной сети.
Приведите и охарактеризуйте шинную топологию информационной сети.