Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра Геоинформационных систем Реферат по дисциплине “Информатика ” Компьютерные сети. Локальные компьютерные сети. Выполнили: студенты гр. ИСТ-111 Кустарева А.Ю. Медведева А.А. Проверил преподаватель: Васильева М.И. Уфа 2007 Содержание: Введение __________________________________________________ 3 Понятие локальной сети ____________________________________ 5 Для чего нужна локальная сеть? _____________________________ 6 Локальные и глобальные сети. Назначение сетей ______________ 9 Место и роль локальных сетей _____________________________ 10 Топология локальной компьютерной сети ___________________ 14 Основные компоненты компьютерной сети __________________ 16 Программные компоненты компьютерной сети ______________ 18 Отказоустойчивость и надежность хранения данных в локальных сетях ____________________________________________________ 19 Список литературы _______________________________________ 24 2 Введение Создание компьютерный сетей вызвано потребностью совместного использования информации на удаленных друг от друга компьютерах. Основное назначение компьютерных сетей - совместное использование ресурсов и осуществление связи как внутри одной организации, так и за ее пределами. Ресурсы - это данные, приложения, периферийные устройства, такие, как cd-rom, принтер. Все сети делятся на три типа: одноранговые сети; сети на основе сервера; комбинированные сети. Локальной сетью обычно называют несколько независимых компьютеров, которые соединены между собой какими-то проводами. Если говорить более грамотным техническим языком, — снабжены коммуникационным оборудованием и подключены к единому каналу передачи данных. Если посмотреть на локальную сеть со стороны — это вечно спотыкающиеся о провода люди, крики пользователей «у всех есть сеть?», лазерный принтер, давно перекрывший свой месячный ресурс печати и страдающий хронической бумажной недостаточностью. Согласно определению сети ЭВМ международной организации по стандартизации, сеть ЭВМ — это последовательная бит-ориентированная передача информации между связанными друг с другом независимыми устройствами. Эта сеть обычно находится в частном ведении пользователя и занимает некоторую ограниченную территорию. Понятие «локальная вычислительная сеть» — ЛВС (LAN — Local Area Network) больше относится к географически ограниченным понятиям. Компьютеры такой сети обычно расположены на небольшом расстоянии друг от друга (порядка 1 километра). Это обеспечивает «локальность» сети. Типичная локальная сеть — это сеть масштаба офиса. Большие расстояния подразумевают уже другие способы обмена данными и другие виды коммуникационного оборудования, отличные от применяемых в локальных сетях. Такие сети принято называть «глобальными». Для работы локальной сети на ваших компьютерах необходимо выполнить следующие действия. Во-первых, соединить ваши компьютеры посредством какой-либо коммуникационной аппаратуры. Во-вторых, запустить на этих компьютерах специальное сетевое программное обеспечение, которое, собственно, и будет выполнять необходимые вам операции в локальной сети. В качестве коммуникационной аппаратуры обычно используют специализированные адаптеры сети, которые вставляются в свободный слот компьютера. Адаптеры соединяются 3 между собой кабелем и различным дополнительным оборудованием. Следует подчеркнуть, что объединению подлежат лишь однотипные адаптеры (например, адаптеры Arcnet с Arcnet, Ethernet с Ethernet, но не Arcnet с Ethernet). Тип кабеля и набор дополнительного оборудования определяется специально для каждого конкретного случая. При установке любой коммуникационной аппаратуры необходимо убедиться в наличии драйвера к этой аппаратуре в запускаемом вами сетевом программном обеспечении. Иначе ваши программы просто не увидят ваше «железо». Те, кто не может позволить себе приобрести специальные адаптеры, могут попробовать соединить свои компьютеры через стандартные разъемы СОМ и LРТ. 4 Понятие локальной сети Что такое компьютерная сеть? Два компьютера соединенных друг с другом кабелем, уже представляют собой простую компьютерную сеть (Network). Это позволяет им использовать свои ресурсы совместно. Все сети основываются именно на этом принципе. Благодаря компьютерным сетям не надо больше бегать от компьютера к компьютеру с дискетой или бумагами, не надо больше каждому компьютеру по принтеру - зачем, когда есть сетевой принтер. Сетью называется группа соединенных компьютеров и других устройств. А использование общих ресурсов в сети называется - сетевым взаимодействием. Локальными вычислительными сетями (ЛВС, LAN) считаются сети расположенные в пределах одного здания или одной не большой организации и объединяющие некоторое количество компьютеров, принтеров, сканеров и т.д. (цифра зависит от конкретной сети). Сеть состоящая из нескольких локальных сетей и объединяющая в сеть пользователей, разных городов, стран и континентов называется глобальной вычислительной сетью (ГВС, WAN). 5 Для чего нужна локальная сеть? Традиционно локальные сети развивались как средство разделения дорогостоящих ресурсов. При этом основными ресурсами, требующими разделения, являлись дисковая память и печатающие устройства. Разделение каждого из этих ресурсов обладает некоторыми особенностями. Для разделения такого ресурса, как печатающее устройство, организуется очередь, в которую пользователь помещает печатаемые файлы. В порядке поступления файлы извлекаются из очереди и выводятся на печать системными средствами сети. Обычно файлы, ожидающие печати, копируются на жесткий диск управляющего печатью компьютера, чтобы не задерживать работу остальных пользователей сети. Обычно для управления печатью используется отдельный, выделенный компьютер, который называется принт-сервер. Если осуществлять печать на принтер, подключенный к обычной рабочей станции сети, то, во-первых, пользователь этого компьютера заработает нервное истощение, дожидаясь, пока у него появится возможность поработать, и, во-вторых, такая схема ненадежна из-за возможных конфликтов программного обеспечения. Обойтись без подключения принтера к компьютеру позволяют специальные сетевые карты, которые вставляются в принтер и обеспечивают непосредственное подключение принтера к сети. Разделение дисков сложнее в управлении, так как требует одновременного доступа со стороны всех пользователей. При одновременном доступе замедляется и скорость доступа к разделяемому диску. Проще всего обеспечить монопольный доступ каждой программы к своим файлам. По мере развития локальных сетей появилась необходимость одновременной работы нескольких программ с одним и тем же файлом так, чтобы изменения, вносимые одной программой, не затирали изменений другой программы. Это еще больше усложнило управление файлами на разделяемых дисках. Следует отметить, что основная нагрузка в сети сосредоточивается обычно на компьютерах, которые выделяют в сеть свои ресурсы. С этим связано то, что все компьютеры в сети разделяются на те, которые выделяют свои ресурсы в сеть, и те, которые выделенные ресурсы потребляют. Их обычно называют, соответственно, серверами и рабочими станциями. Следует отметить, что последний термин в литературе иногда употребляется в другом смысле (мощный персональный компьютер для решения сложных математических задач). Часто вместо термина «рабочая станция» используется термин «клиент». Сервер (server) — специальный выделенный компьютер, который предназначен для разделения файлов, удаленного запуска приложений, обработки запросов на получение информации из баз данных и обеспечения связи с общими внешними устройствами: дисководами CD-ROM, 6 принтерами и модемами. Основные категории серверов: файловые серверы (file server), серверы приложений (application server) и серверы баз данных (database server). Рабочая станция (workstation), иначе называемая клиентом (client), — персональный компьютер, пользующийся услугами, предоставляемыми серверами приложений и баз данных. Операционная система Windows 98 (95) предназначена для рабочих станций. На сервере и на рабочей станции запускается различное сетевое программное обеспечение. Иногда программное обеспечение сервера предусматривает параллельную работу пользователя непосредственно на сервере в среде DOS, а иногда нет. Программное обеспечение сервера сложнее и потребляет больше ресурсов компьютера (памяти и процессора). И при этом чем больше требований вы предъявляете к характеристикам сети, тем больше потребуется ресурсов для работы программы сервера. И верхней границы уровня требований, похоже, нет... Существует довольно большой выбор сетевых программ, различных по возможностям и потребляемым ресурсам. Но прежде чем начать работы по установке у себя локальной сети, необходимо ответить на вопрос — нужна ли она вообще и для чего. Чем более четкое будет представление об этом, тем более значительных результатов удастся достичь после установки сети. Рассмотрим преимущества, которые дает локальная сеть. - Разделение аппаратных ресурсов: позволяет сократить расходы на аппаратное обеспечение, управлять со всех присоединенных рабочих станций периферийными устройствами, такими как: лазерные принтеры, цветные принтеры, устройства памяти большой емкости, накопители на магнитной ленте, оптические дисковые устройства резервного копирования, сетевые сканеры... - Разделение данных: разделение данных предоставляет возможность доступа и управления базами данных с периферийных рабочих мест, нуждающихся в информации. Позволяет совместно использовать документы, электронные таблицы и другие файлы, а также обеспечивает простой доступ к информации и совершенствование коллективной работы над проектами. - Разделение программных средств: разделение программных средств снижает затраты на программное обеспечение, предоставляет возможность одновременного использования централизованных, ранее установленных приложений. - Разделение ресурсов процессора: при разделении ресурсов процессора возможно использование вычислительных мощностей при обработке данных другими системами, входящими в сеть. 7 - Электронная почта: с помощью электронной почты происходит интерактивный обмен информацией между рабочей станцией и другими станциями, установленными в вычислительной сети. Для совместного использования принтеров иногда достаточно специального устройства, называемого «коммутатором». К такому устройству подключается кабель от одного принтера и нескольких компьютеров. В простейшем случае — это ручной переключатель. Существуют аналогичные коммутаторы для передачи файлов с одного компьютера на другой. В ряде случаев можно обойтись просто нечастым переносом информации на дискете. Без локальной сети не обойтись, если необходимо получить оперативный доступ нескольких компьютеров к одной базе данных. Несмотря на сложность установки, локальная сеть существенно облегчает решение и многих других вопросов совместной эксплуатации большого числа персональных компьютеров. 8 Локальные и глобальные сети. Назначение сетей Создание компьютерных сетей вызвано практической потребностью пользователей, удаленных друг от друга компьютеров, в одной и той же информации. Сети предоставляют пользователям возможность не только быстрого обмена информацией, но и совместной работы на принтерах и других периферийных устройствах, а также одновременной обработки документов. Локальная сеть объединяет компьютеры, установленные в одном помещении или в одном здании. В небольших локальных сетях обычно все компьютеры равноправны, и такие сети называются одноранговыми. Для увеличения производительности, а также в целях обеспечения большей надежности при хранении информации в сети некоторые компьютеры специально выделяются для хранения файлов и программ-приложений. Такие компьютеры называются серверами, а сама сеть — сетью на основе серверов. Для подключения к сети компьютер должен иметь специальную плату (сетевой адаптер). Соединяются компьютеры в сети с помощью кабелей. Региональные сети позволяют обеспечить совместный доступ к информации в пределах одного региона (города, страны и т. д.). Корпоративные сети создаются организациями, заинтересованными в защите информации от несанкционированного доступа, такие сети могут объединять тысячи компьютеров по всему миру. Потребности формирования единого мирового информационного пространства привели к созданию глобальной компьютерной сети Internet. Internet — это глобальная компьютерная сеть, объединяющая многие локальные, региональные сети и включающая в себя десятки миллионов компьютеров. В каждой локальной сети имеется компьютер, подключенный к Internet, с высокой пропускной способностью — Internet-сервер. 9 Место и роль локальных сетей Передача информации между компьютерами существует, наверное, с самого момента возникновения вычислительной техники. Она позволяет организовать совместную работу отдельных компьютеров, решать одну задачу с помощью нескольких компьютеров, специализировать каждый из компьютеров на выполнении какой-то одной функции, совместно использовать ресурсы и решать множество других проблем. Способов и средств обмена информацией за последнее время предложено множество: от простейшего переноса файлов с помощью дискеты до всемирной компьютерной сети Internet, способной связать все компьютеры мира. Какое же место во всей этой иерархии отводится локальным сетям? Чаще всего термин «локальные сети» (LAN, Local Area Network) понимают буквально, то есть под локальными понимаются такие сети, которые имеют небольшие, локальные размеры, соединяют близко расположенные компьютеры. Однако достаточно посмотреть на характеристики некоторых локальных сетей, чтобы понять, что такое определение не слишком точно. Например, некоторые локальные сети легко обеспечивает связь на расстоянии нескольких километров или даже десятков километров. Это уже размеры не комнаты, не здания, не близко расположенных зданий, а, может быть, целого города. С другой стороны, по глобальной сети (WAN, Wide Area Network или GAN, Global Area Network) вполне могут связываться компьютеры, находящиеся на соседних столах в одной комнате, но ее почему-то никто не называет локальной сетью. Близко расположенные компьютеры могут также связываться с помощью кабеля, соединяющего разъемы внешних интерфейсов (RS232-C, Centronics) или даже без кабеля по инфракрасному каналу. Но такая связь также не называется локальной сетью. Неверно и определение локальной сети как малой сети, которая связывает небольшое количество компьютеров. Действительно, в реальности наиболее часто локальная сеть связывает от двух до нескольких десятков компьютеров. Но предельные возможности некоторых локальных сетей гораздо выше: максимальное число абонентов может достигать тысячи. Называть такую сеть малой, наверное, неправильно. Некоторые авторы определяют локальную сеть как «систему для непосредственного соединения многих компьютеров». При этом подразумевается, что информация передается от компьютера к компьютеру без посредников и по единой среде передачи. Однако говорить о единой среде передачи в современной локальной сети не приходится. Например, в пределах одной сети могут использоваться как электрические кабели различных типов, так и оптоволоконные кабели. Определение передачи «без посредников» также не слишком четко, ведь в современных локальных сетях используются самые разнообразные концентраторы, коммутаторы, маршрутизаторы, мосты, которые порой производят довольно сложную 10 обработку передаваемой информации. Не совсем понятно, считать их посредниками или нет. Наверное, наиболее точно было бы определить как локальную такую сеть, которая позволяет пользователям не замечать связи. Компьютеры, связанные локальной сетью, объединяются, по сути, в один виртуальный компьютер, ресурсы которого могут быть доступны всем пользователям, причем этот доступ не менее удобен, чем к ресурсам, входящим непосредственно в каждый отдельный компьютер. Под удобством в первую очередь понимается в данном случае высокая реальная скорость доступа, при которой обмен информацией между приложениями осуществляется незаметно для пользователя. При таком определении ни медленные глобальные сети, ни медленная связь через последовательный или параллельный порты не подпадают под понятие локальной сети. Из такого определения сразу же следует, что скорость передачи по локальной сети должна обязательно расти по мере роста быстродействия наиболее распространенных компьютеров. Именно это мы и наблюдаем: если еще сравнительно недавно вполне приемлемой считалась скорость обмена в 1-10 Мбит/с, то сейчас среднескоростной считается сеть, работающая на скорости 100 Мбит/с и активно разрабатываются средства для скорости 1000 Мбит/с и даже больше. При меньших скоростях передачи связь станет узким местом, будет чрезмерно замедлять работу объединенного сетью виртуального компьютера. Таким образом, главное отличие локальной сети от любой другой высокая скорость обмена. Но это не единственное отличие, не менее важны и другие факторы. Например, принципиально необходим низкий уровень ошибок передачи. Ведь даже очень быстро переданная, но искаженная ошибками информация бессмысленна - ее придется передавать еще раз. Поэтому локальные сети обязательно используют специально прокладываемые качественные линии связи. Принципиальное значение имеет и такая характеристика сети, как возможность работы с большими нагрузками, то есть с большой интенсивностью обмена (или, как еще говорят, с большим трафиком). Если механизм управления обменом, используемый в сети, не слишком эффективен, то компьютеры могут чрезмерно долго ждать своей очереди на передачу, и даже если передача будет производиться затем на высочайшей скорости и полностью безошибочно, то для пользователя сети это все равно обернется неприемлемой задержкой доступа ко всем сетевым ресурсам. Любой механизм управления обменом может гарантированно работать только тогда, когда заранее известно, сколько компьютеров (абонентов, узлов) может быть подключено к сети. При включении непредусмотренно 11 большого числа абонентов забуксует вследствие перегрузки любой механизм. Наконец, сетью в истинном смысле этого слова можно назвать только такую систему передачи данных, которая позволяет объединять хотя бы до нескольких десятков компьютеров, но никак не два, как в случае связи через стандартные порты. Таким образом, можно сформулировать следующие отличительные признаки локальной сети: высокая скорость передачи, большая пропускная способность; низкий уровень ошибок передачи (или, что то же самое, высококачественные каналы связи). Допустимая вероятность ошибок передачи данных должна быть порядка 10"7 - 10~8; эффективный, быстродействующий механизм управления обменом; ограниченное, точно определенное число компьютеров, подключаемых к сети. При таком определении понятно, что глобальные сети отличаются от локальных тем, что рассчитаны на неограниченное число абонентов и используют, как правило, не слишком качественные каналы связи и сравнительно низкую скорость передачи, а механизм управления обменом в них в принципе не может быть гарантированно быстрым. В глобальных сетях гораздо важнее не качество связи, а сам факт ее существования. Нередко выделяют еще один класс компьютерных сетей - городские сети (MAN, Metropolitan Area Network), которые обычно бывают ближе к глобальным сетям, хотя иногда имеют некоторые черты локальных сетей например, высококачественные каналы связи и сравнительно высокие скорости передачи. В принципе городская сеть может быть действительно локальной, со всеми ее преимуществами. Правда, сейчас уже нельзя провести четкую и однозначную границу между локальными и глобальными сетями. Большинство локальных сетей имеет выход в глобальную сеть, но характер передаваемой информации, принципы организации обмена, режимы доступа к ресурсам внутри локальной сети, как правило, сильно отличаются от тех, что приняты в глобальной сети. И хотя все компьютеры локальной сети выданном случае включены также и в глобальную сеть, специфики локальной сети это не отменяет. Возможность выхода в глобальную сеть остается всего лишь одним из ресурсов, разделяемых пользователями локальной сети. По локальной сети может передаваться самая разная цифровая информация: данные, изображения, телефонные разговоры, электронные письма и т.д. Кстати, именно задача передачи изображений, особенно полноцветных динамических изображений, предъявляет самые высокие требования к быстродействию сети. Чаще всего локальные сети используются для 12 разделения (то есть совместного использования) таких ресурсов, как дисковое пространство, принтеры и выход в глобальную сеть, но это всего лишь незначительная часть тех возможностей, которые предоставляют средства локальных сетей. Например, они позволяют осуществлять обмен информацией между компьютерами разных типов. Абонентами (узлами) сети могут быть не только компьютеры, но и другие устройства, например принтеры, плоттеры, сканеры. Локальные сети дают возможность организовать систему параллельных вычислений на всех компьютерах сети, что позволяет многократно ускорить решение сложных математических задач. С их помощью можно также управлять работой сложной технологической системы или исследовательской установки с нескольких компьютеров одновременно. Однако локальные сети имеют и некоторые недостатки, о которых всегда следует помнить. Помимо дополнительных материальных затрат на покупку оборудования и сетевого программного обеспечения, на прокладку соединительных кабелей и обучение персонала, необходимо также иметь специалиста, который будет заниматься контролем за работой сети, модернизацией сети, управлением доступом к ресурсам, устранением возможных неисправностей - то есть администратора сети. Сети ограничивают возможности перемещения компьютеров, так как при этом может понадобиться перекладка соединительных кабелей. Кроме того, сети представляют собой прекрасную среду для распространения компьютерных вирусов, поэтому вопросам защиты придется уделять гораздо больше внимания, чем в случае автономного использования компьютеров. Так что ничто не дается даром. Здесь же упомянем о таких важнейших понятиях теории сетей, как сервер и клиент. Сервером называется абонент (узел) сети, который предоставляет свои ресурсы другим абонентам, но сам не использует ресурсы других абонентов, то есть служит только сети. Серверов в сети может быть несколько, и совсем не обязательно сервер - это самый мощный компьютер. Выделенный сервер - это сервер, занимающийся только сетевыми задачами. Невыделенный сервер может заниматься помимо обслуживания сети и другими задачами. Специфический тип сервера - это сетевой принтер. Клиентом называется абонент сети, который только использует сетевые ресурсы, но сам свои ресурсы в сеть не отдает, то есть сеть его обслуживает. Компьютер-клиент также часто называют рабочей станцией. В принципе каждый компьютер может быть одновременно как клиентом, так и сервером. Под сервером и клиентом часто понимают также не сами компьютеры, а работающие на них программные приложения. В этом случае то приложение, которое только отдает ресурс в сеть, является сервером, а то приложение, которое только пользуется сетевыми ресурсами, является клиентом. 13 Топология локальной компьютерной сети Топологией сети называется физическую конфигурацию кабельной системы и соединений сети. или электрическую В описании топологии сетей применяются несколько специализированных терминов: • узел сети - компьютер, либо коммутирующее устройство сети; • ветвь сети путь, соединяющий два смежных узла; • оконечный узел - узел, расположенный в конце только одной ветви; • промежуточный узел - узел, расположенный на концах более чем одной ветви; • смежные узлы - узлы, соединенные, по крайней мере, одним путём, не содержащим никаких других узлов. Существует всего 5 основных типов топологии сетей: 1. Топология “Общая Шина”. В этом случае подключение и обмен данными производится через общий канал связи, называемый общей шиной: Общая шина является очень распространенной топологией для локальных сетей. Передаваемая информация может распространяться в обе стороны. Применение общей шины снижает стоимость проводки и унифицирует подключение различных модулей. Основными преимуществами такой схемы являются дешевизна и простота разводки кабеля по помещениям. Самый серьезный недостаток общей шины заключается в ее низкой надежности: любой дефект кабеля или какого-нибудь из многочисленных разъемов полностью парализует всю сеть. Другим недостатком общей шины является ее невысокая производительность, так как при таком способе подключения в каждый момент времени только один компьютер может передавать данные в сеть. Поэтому пропускная способность канала связи всегда делится здесь между всеми узлами сети. 2. Топология “Звезда”. В этом случае каждый компьютер подключается отдельным кабелем к общему устройству, называемому концентратором, который находится в центре сети: В функции концентратора входит направление передаваемой компьютером информации одному или всем остальным компьютерам сети. Главное преимущество этой топологии перед общей шиной - большая надежность. Любые неприятности с кабелем касаются лишь того компьютера, к которому этот кабель присоединен, и только неисправность концентратора может вывести из строя всю сеть. Кроме того, концентратор может играть роль интеллектуального фильтра информации, поступающей от узлов в сеть, и при необходимости блокировать запрещенные администратором передачи. К недостаткам топологии типа звезда относится более высокая стоимость сетевого оборудования из-за необходимости приобретения концентратора. 14 Кроме того, возможности по наращиванию количества узлов в сети ограничиваются количеством портов концентратора. В настоящее время иерархическая звезда является самым распространенным типом топологии связей как в локальных, так и глобальных сетях. 3. Топология “Кольцо”. В сетях с кольцевой топологией данные в сети передаются последовательно от одной станции к другой по кольцу, как правило, в одном направлении: Если компьютер распознает данные как предназначенные ему, то он копирует их себе во внутренний буфер. В сети с кольцевой топологией необходимо принимать специальные меры, чтобы в случае выхода из строя или отключения какой-либо станции не прервался канал связи между остальными станциями. Преимущество данной топологии - простота управления, недостаток - возможность отказа всей сети при сбое в канале между двумя узлами. 4. Ячеистая топология. Для ячеистой топологии характерна схема соединения компьютеров, при которой физические линии связи установлены со всеми рядом стоящими компьютерами: В сети с ячеистой топологией непосредственно связываются только те компьютеры, между которыми происходит интенсивный обмен данными, а для обмена данными между компьютерами, не соединенными прямыми связями, используются транзитные передачи через промежуточные узлы. Ячеистая топология допускает соединение большого количества компьютеров и характерна, как правило, для глобальных сетей. Достоинства данной топологии в ее устойчивости к отказам и перегрузкам, т.к. имеется несколько способов обойти отдельные узлы. 5. Смешанная топология. В то время как небольшие сети, как правило, имеют типовую топологию - звезда, кольцо или общая шина, для крупных сетей характерно наличие произвольных связей между компьютерами. В таких сетях можно выделить отдельные произвольно подсети, имеющие типовую топологию, поэтому их называют сетями со смешанной топологией. 15 Основные компоненты компьютерной сети Типичная компьютерная сеть включает в себя пять основных компонентов. 1. Основным составляющим элементом сети является настольный ПК, такой, как IBM-совместимый компьютер или Macintosh. Его называют «клиентом» или «рабочей станцией» (реже — автоматизированными рабочими местами или сетевыми станциями). 2. Сервером обычно является высокопроизводительный ПК с жестким диском большой емкости. Он играет роль центрального узла, на котором пользователи ПК могут хранить свою информацию, печатать файлы и обращаться к его сетевым средствам. В одноранговых сетях выделенный сервер отсутствует. 3. Каждый компьютер сети, включая сервер, оснащен платой сетевого адаптера (сетевым интерфейсом, модулем, картой). Адаптер вставляется в свободное гнездо (слот) материнской платы. Эти адаптеры связывают компьютер с сетевым кабелем. Многие ПК поставляются уже готовыми к работе в сети и включают в себя сетевой адаптер. Для построения сетей применяют 8-, 16- и 32-битовые сетевые платы. Сервер обычно оснащают 32битовой картой. Для обычных рабочих станций используют недорогие 16битовые. 4. Сетевые кабели связывают друг с другом сетевые компьютеры и серверы. В качестве сетевого кабеля могут применяться и телефонные линии. Основные типы сетевого кабеля: - Витая пара (twisted pair) — позволяет передавать информацию со скоростью 10 Мбит/с (либо 100 Мбит/с), легко наращивается. Длина кабеля не может превышать 1000 м при скорости передачи 10 Мбит/с. Иногда используют экранированную витую пару, т. е. витую пару, помещенную в экранирующую оболочку. - Толстый Ethernet — коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом. Его называют также желтый кабель (yellow cable). Обладает высокой помехозащищенностью. Максимально доступное расстояние без повторителя не превышает 500 м, а общее расстояние сети Ethernet — около 3000 м. - Тонкий Ethernet — это также 50-омный коаксиальный кабель со скоростью передачи информации в 10 Мбит/с. Соединения с сетевыми платами производятся при помощи специальных (байонетных) разъемов и тройниковых соединений. Расстояние между двумя рабочими станциями без повторителей может составлять максимум 185 м, а общее расстояние по сети — 1000 м. 16 - Оптоволоконные линии — наиболее дорогой тип кабеля. Скорость передачи по ним информации достигает нескольких гигабит в секунду. Допустимое удаление более 50 км. Внешнее воздействие помех практически отсутствует. 5. Совместно используемые периферийные устройства — жесткие диски большой емкости, принтеры, цветные и слайд-принтеры, дисководы CD-ROM и накопители на магнитной ленте для резервного копирования. Поскольку сети ПК состоят в основном из «клиентов» и «серверов», их часто называют сетями клиент/сервер. 17 Программные компоненты компьютерной сети Сеть включает в себя три основных программных компонента: 1. Сетевую операционную систему, которая управляет функционированием сети. Например, она обеспечивает совместное использование ресурсов и включает в себя программное обеспечение для управления сетью. Операционная система состоит из серверного ПО, которое функционирует на сервере, и клиентского программного обеспечения, работающего на каждом настольном ПК. Сетевая операционная система (network operating system) выполняется на сервере и обеспечивает его функционирование. Среди сетевых операционных систем преобладают Novell NetWare, Windows NT, Unix. 2. Сетевые приложения и утилиты — это программы, инсталлируемые и выполняемые на сервере. Они включают в себя ПО коллективного пользования и поддержки рабочих групп, такие как электронная почта, средства ведения календаря и планирования. Кроме того, в число таких программных средств могут входить сетевые версии персональных приложений, например, текстовых процессоров, электронных таблиц, программ презентационной графики и приложений баз данных. Наконец, к данному ПО относятся такие утилиты, как программы резервного копирования, позволяющие архивировать хранимые на сервере файлы и приложения. 3. Бизнес-приложения — это программы, реализующие в компании конкретные бизнес-функции. По своей природе они могут быть «горизонтальными» и применяться в компаниях самого разного типа для общих деловых операций (таких как бухгалтерский учет и ввод заказов) либо «вертикальными» и поддерживать осуществление конкретных коммерческих операций, например, оценку недвижимости, страхование либо использоваться в области здравоохранения или фирмах, оказывающих юридические услуги. 18 Отказоустойчивость и надежность хранения данных в локальных сетях После ввода локальной сети в эксплуатацию она постепенно становится все более и более важным условием функционирования организации. Постепенно все данные с рабочих станций перекочевывают на сервера, на серверах накапливаются почтовые файлы, документы, базы данных, рабочие файлы и многое другое. Спустя несколько месяцев обычно оказывается, что при остановке сети может вообще прекратиться нормальная работа организации. На первое место встают вопросы отказоустойчивости сети и безопасности данных от сбоев аппаратуры и ошибок пользователей. Вообще говоря, эти вопросы следует иметь в виду уже на этапе проектирования сети и подбора оборудования, а не после факта потери информации. Средства резервного копирования в основном применяются для ведения архивов данных и их восстановления в случае случайного удаления либо потери из-за сбоя оборудования. При всех своих достоинствах они не позволяют восстановить работу локальной сети в режиме реального времени. Если у Вас «полетел» системный винчестер, потребуется немало времени, чтобы установить сетевую операционную систему на новый диск и затем восстановить всю информацию. При выходе же из строя контроллера либо системной платы времени на ремонт либо замену потребуется еще больше. Поэтому на первый план выходит отказоустойчивость сервера сети. Самым главным требованием к серверу является сам сервер Если вы возьмете большой корпус, быстрые контроллеры и диски, это отнюдь не сделает компьютер сервером. Серверы изначально проектируются, собираются и тестируются с требованием максимальной пропускной способности, надежности, отказоустойчивости и расширяемости. Соответственно их цена обычно в 1,5-3 раза выше, чем цена стандартных компьютеров сравнимой конфигурации. Не гонитесь за дешевизной! Самым уязвимым местом являются механические компоненты сервера — источники питания, вентиляторы и, в первую очередь, дисковые накопители. Существует ряд стандартных решений, обеспечивающих отказоустойчивость дисковой подсистемы. Самый дешевый способ — с помощью штатных программных средств, включенных в сетевые операционные системы. Novell NetWare и Microsoft Windows NT, позволяют дублировать дисковые накопители («зеркальное отражение»), подключив к одному контроллеру несколько дисков и записывая информацию сразу на два идентичных диска. При выходе из строя одного из винчестеров выдается сообщение об ошибке, но работа сервера не останавливается. Вы можете заменить неисправный диск позже (в нерабочее время). Для того чтобы избежать сбоев из-за неисправности дискового контроллера, необходимо подключать «зеркальные диски» к разным контроллерам. 19 Фирма Microsoft пошла дальше и предложила в своей операционной системе Windows NT Server возможность «disk stripping» — программную реализацию идеологии RAID (Redundant Array of Inexpansive Disks). Подключив, например, три диска по 1,2 Гбайт и объединив их в «stripping set», вы получаете суммарную емкость 2,4 Гбайт. Это происходит за счет того, что информация не просто дублируется, как в случае «зеркального отражения», а распределяется по дискам — на два диска записываются данные, а на третий — их контрольная сумма. Выход из строя одного из дисков позволяет восстановить информацию по данным, находящимся на остальных дисках. Работа сервера опять-таки не останавливается, а диск вы сможете заменить в нерабочее время. Программное резервирование дисков имеет и недостатки. Платой за надежность является снижение скорости работы и общей пропускной способности дисковой подсистемы. Поэтому в локальных сетях с большим количеством рабочих станций рекомендуется использовать аппаратные RAID-подсистемы. Они представляют собой несколько дисков высокой емкости, подключенных к интеллектуальному дисковому контроллеру, который имеет свой собственный процессор и свою память. Для сетевой операционной системы такая подсистема выглядит, как один большой винчестер, не требующий проверки чтением после записи (она реализуется аппаратно контроллером). Контроллеры конфигурируются для поддержки одного из основных уровней RAID. Перечислим их на примере четырех дисков по 1 Гбайту: - RAID 0 — суммарная емкость дисковой подсистемы 4 Гбайта (без какого-либо дублирования информации). Такая схема позволяет увеличить пропускную способность дисковой системы сервера, так как данные пишутся параллельно на все четыре диска. - RAID 1 — аналог «зеркального отражения». Требует четного количества дисков. Диски дублируются попарно. Суммарная емкость — 2 Гбайта. - RAID 5 — суммарная емкость 3 Гбайта. Аналог «disk stripping». Такая схема позволяет экономить дисковое пространство без потери надежности. RAID-системы предназначены для работы в серверах с большой нагрузкой на дисковую систему. Все заботы о разбиении данных, коррекции ошибок и диагностики берет на себя контроллер RAID. При возникновении сбоев диски заменяются в «горячем» режиме («hot swap»), т. е. без выключения сервера. Кроме того, пропускная способность такой подсистемы в несколько раз превышает показатели обычного дискового контроллера. В настоящее время RAID-системы поставляются практически всеми основными поставщиками серверов среднего и высокого уровня. К сожалению, кроме дисковой подсистемы, может сломаться что угодно, хотя и с меньшей вероятностью. Для крупных организаций, основой работы 20 которых является база данных, находящаяся на сервере локальной сети, остановка его работы даже на час может привести к большим финансовым потерям. Поэтому стоит внимательно присмотреться к средствам дублирования серверов как целого. Наиболее дешевым является наличие резервного компьютера (более слабого) с предустановленной идентичной операционной системой. В случае сбоя основного сервера подключается резервный, информация восстанавливается средствами резервного копирования, и фирма продолжает работать. Недостатком в данном случае является то, что обычно имеется вчерашняя копия и будут потеряны все сегодняшние изменения. Более практичным является сочетание дублирования дисковой подсистемы (т. е. на дисках информация сохранится в любом случае) и идентичных дисковых подсистем в основном и резервном серверах — вы сможете просто переставить диски с основного сервера и включить резервный. В случае, если недопустимы ни малейшие перебои и остановки сети, необходимы средства дублирования серверов в реальном времени. Большое распространение получила технология SFT III (System Fault Tolerance) фирмы Novell. Для ее использования вам требуется операционная система NetWare 3.11 SFT III либо модуль SFT III для NetWare 4.1, а также два сервера с идентичной конфигурацией и специальные высокоскоростные адаптеры для связи серверов. Оба сервера работают одновременно в паре, а информация дублируется на каждый из них. При выходе из строя основного сервера происходит автоматическое переключение на резервный и выдается сообщение об ошибке. Серверы могут быть разнесены на расстояние до 2 километров (при использовании многомодового оптоволоконного кабеля) и находиться, например, в разных зданиях. Аппаратным аналогом технологии SFT является решение фирмы Compaq — Standby Recovery Server (резервный сервер с загрузкой в «горячем» режиме). Для его реализации требуется два идентичных сервера Compaq Proliant (рекомендуются серверы в исполнении Rack Mount) и система хранения данных Compaq Storage System (общая для двух серверов). Оба сервера подключены в локальную сеть и к общей дисковой подсистеме, а также связаны между собой специальным кабелем Recovery Server Interconnect (стандарт RS-232). В режиме нормальной работы используется только один сервер, на котором дополнительно загружен Recovery Server Option Driver. Второй сервер находится в «ждущем» режиме. На нем работает только специализированный BIOS, который периодически отслеживает состояние основного сервера. В случае сбоя он отключает первый сервер от обшей системы хранения данных, подключает к ней резервный сервер и включает его. Задержка работы сети определяется временем загрузки сетевой ОС. Такая технология позволяет дублировать не только серверы с Novell NetWare, а также и Microsoft Windows NT. Кроме того, не требуется специализированная операционная система (достаточно одной копии обычной сетевой операционной системы). 21 Теперь рассмотрим более подробно существующие средства и устройства резервного копирования. В простейшем случае таким устройством может быть стример, установленный на сервере. Современные сетевые операционные системы имеют встроенные средства резервного копирования. Но в основном они предназначены для сохранения информации на конкретном сервере сети и не позволяют администратору архивировать всю сеть целиком (несколько серверов с различными сетевыми операционными системами и рабочие станции DOS, UNIX, Windows, Macintosh и др.), а также данные на серверах приложений (SQL-серверах). Кроме того, нет удобных средств по управлению процессом копирования. С другой стороны, использование аппаратных средств резервного копирования, таких, например, как Intel Storage Express, не всегда оправдано. Хотя они и обеспечивают высокую скорость архивации, одновременную работу с несколькими устройствами, имеют большую емкость накопителей, у них есть и недостатки. Это высокая стоимость самого оборудования, использование собственных стандартов (что создает проблемы при выходе оборудования из строя), неопределенность с поддержкой новых версий сетевых операционных систем. Исходя из сказанного выше, наиболее привлекательным с точки зрения цена/производительность представляется использование специализированного программного обеспечения независимых фирм, таких как Arcada, Cheyenne и других. Эти средства позволяют работать как со стимерами, так и с более современной аппаратурой. Рассмотрим более подробно возможности такого программного обеспечения на примере одного из продуктов фирмы Cheyenne, предназначенного для работы в сетях Novell NetWare — ARC-Serve for NetWare v. 5.01 (Windows Edition). Реализованный в виде загружаемого модуля NetWare (NLM), он позволяет копировать и восстанавливать данные серверов NetWare и рабочих станций сети, работающих под управлением DOS, Windows, OS/2, UNIX и Macintoch, а также содержимое баз данных SQL-серверов. Стандартный Windows-интерфейс позволяет несколькими манипуляциями мыши выполнить резервное копирование всей сети, используя режим Quick Start. Режим работы Autopilot обеспечивает автоматическую смену лент (по выбранному временному циклу) и перемещение редко используемых данных с диска на ленту и поддерживает стандартный метод смены лент «Grandfather, Father, Son» (GFS) (что позволяет организовать ежедневное, ежемесячное и годовое копирование данных). Режим Disk Grooming автоматически освобождает дисковое пространство путем перемещения файлов с дисков сервера на ленту, если к ним не обращались в течение заданного периода времени. Данный продукт поддерживает одновременную работу с несколькими стримерными устройствами и позволяет осуществлять каскадную или параллельную запись информации на магнитные ленты. 22 Для администратора сети важным представляется управление заданиями в очереди для выбранного сервера. После выполнения очередного задания отчет можно получить в виде сетевого сообщения, на принтер либо по электронной почте MHS. Сообщение для любого задания можно конфигурировать. Использование модулей-агентов для архивирования рабочих станций сети не требует от пользователя регистрации логического соединения с сервером (т. е. выполнения операции login). Кроме того, существуют специальные агенты (Dbagent) для резервного копирования информации из активных серверов баз данных (NetWare Btrieve, NetWare SQL, Gupta, Oracle). Полная совместимость с NetWare 3.1x и 4.х позволяет осуществлять резервное копирование системной информации, включая Bindery (3.1x) и NetWare Directory Services (4.x). В настоящее время фирмой Cheyenne выпущены реализации ARCServe практически для всех сетевых операционных систем. Кроме того, существуют дополнительные средства для поддержки устройств автоподачи стимерных лент (tape autochanger), оптических дисков и библиотек на их основе (JukeBox). Признанием технологии фирм Cheyenne и Arcada Software является наличие встроенных модулей-агентов в новой операционной системе фирмы Microsoft — Windows 9х. Кроме архивирования, эта технология применяется и для управления сетью. Наряду со стандартными стримерами существует более перспективная аппаратура для архивирования — накопители для магнитооптических дисков. Основным их достоинством является возможность многократной перезаписи, высокая надежность и скорость архивации. Емкость одного диска формата 5,25" составляет 1,3 Гбайт (в старых накопителях 630 Мбайт), а скорость доступа к диску составляет 25 мс — гораздо быстрее даже 4-х скоростного CD-ROM. Стоят такие накопители практически столько же, сколько CD-Recordable (устройство для записи CD ROM). Но на CD диск можно записать лишь один раз, а его емкость ограничена 650 Мбайт. 23 Список литературы Шафрин Ю., Основы компьютерной технологии.- М.: АБФ, 1997 Журнал для пользователей персональных компьютеров Мир ПК. Журналы Компьютер Пресс. Еженедельник для предпринимателей и специалистов в области информационных технологий ComputerWeek Moscow. Е.В. Михеева «Информационные технологии в профессиональной деятельности», Москва, 2005 г. “Компьютерные технологии обработки информации” под редакцией С.В.Назарова А.Н. Мезинов, А.Е. Щербухин «Компьютер для менеджера», 2003г. Информатика. Практикум по технологии работы на компьютере под ред. Н.В.Макаровой 24