1. Понятие операционной системы

Вид материала

Подобный материал:

1 2 3 4 5 6 7 8

5.Компьютерные сети

С момента изобретения больших универсальных компьютеров (мэйнфреймов) многие пользователи получили доступ к одним и тем же хранимым данным посредством терминалов, представляющих собой не более чем устройства для ввода и вывода информации (например, клавиатура и дисплей). Собственно вычислительные возможности терминалов были минимальны — они служили всего лишь пунктами доступа к универсальной вычислительной машине. Большие мейнфреймы были значительным достижением технической мысли, однако по сравнению с небольшими компьютерами обладали рядом недостатков. Первый — большая сложность. Мейнфреймы стоят гораздо дороже так называемых персональных компьютеров, предназначенных для установки на столе и работающих независимо.

Другой недостаток больших универсальных машин — опасность глобальный краха системы: если машина выйдет из строя, то прекращается работа всех пользователей. В этом случае никто не сможет получить доступ к данным и любой пользователь, зависящий от мэйнфрейма, вынужден будет прекратить работу.

Третий недостаток — необходимость в большой численности высококвалифицированного технического обслуживающего персонала.

В то же время персональные компьютеры снимают ряд проблем. Они сразу появились как полноценные вычислительные машины, выполняющие вводимые в них программы самостоятельно, без использования внешних ресурсов. С их появлением значительно повысилась отказоустойчивость системы, т.е. способность функционировать и обеспечивать целостность данных при единичном отказе. Если компьютер одного из служащих выходит из строя, то это никак не влияет на других служащих — они могут продолжать работу на своих компьютерах. Фактически достаточно было сохранить данные на гибкой дискете, с которой можно было сесть за любой другой компьютер и продолжить работу.

Эти факторы привели к быстрому росту популярности персональных компьютеров в коммерческих организациях всех размеров. Однако, когда на столе у каждого служащего появился свой компьютер, возникла проблема обмена информацией между ними.

В первый год после появления настольных персональных компьютеров на рынке еще не было средств коммуникации между ними. В коммерческих организациях компьютеры использовались как изолированные системы.

Высокая стоимость, неудобства и дополнительные затраты труда — главные недостатки изолированных компьютерных систем.

С целью объединения изолированные компьютерных систем в единое информационное пространство были разработаны компьютерные сети.

Компьютерная сеть — это два или более компьютеров, связанных коммуникационной системой и снабженных соответствующим программным обеспечением, позволяющим пользователям сети получать доступ к ресурсам этих компьютеров.

Сеть могут образовывать компьютеры разных типов, которыми могут быть небольшие микропроцессоры, персональные компьютеры, рабочие станции, мини-компьютеры и даже суперкомпьютеры. Компьютерная система, объединяющая компьютеры, может включать кабели (коаксиальные, витую пару, волоконно-оптические и др.), повторители, коммутаторы, маршрутизаторы и другие устройства, обеспечивающие передачу информации между любой парой компьютеров сети.

Объединив компьютеры в сеть, можно более полно реализовать преимущества как персональных компьютеров, так и больших универсальных вычислительных машин. Каждый участник сети пользуется преимуществами, с одной стороны, независимости, а с другой — доступа к совместным ресурсам. Совместное использование дорогих и редко применяемых периферийных устройств приносит ощутимую выгоду. Например, дорогостоящий цветной лазерный принтер используется довольно редко, в то же время служащим организации иногда нужно что-нибудь распечатать на нем. При доступе к компьютерной сети они легко могут это сделать.

Терминология

Топология сети — в общем случае, это формализованное описание устройства сети.

Различают физическую и логическую топологии сети.

Физическая топология.

Отражает распределение компонентов сети в пространстве и способ их соединения между собой. Другими словами, это физическая раскладка компонентов или форма сети. Наиболее часто используемыми топологиями являются: общая шина, кольцевая и звездная топологии. В первом случае все компьютеры подключаются к одной общей шине. Во втором — компьютеры объединяются в кольцо. Такое соединение можно получить из первого варианта, если последний компьютер соединить с первым. При звездообразной топологии все компьютеры соединены с одним специальным устройством, обеспечивающим сетевое взаимодействие — концентратором. Возможны гибридные топологии на базе трех рассмотренных. Существует еще одна — произвольная — топология, часто называемая сетевой, предполагающая наличие многих избыточных соединений между всеми (или почти всеми) компьютерами.

Логическая топология

Определяет путь прохождения сигналов от одного компьютера к другому. Логическая топология тесно связана с физической (это не значит, что они повторят друг друга). Также логическая топология определяет адресацию устройств в рамках физической передающей среды.

Область действия сети учитывает географический район, охваченный сетью, и, в меньшей степени, размер сети и ее физическую топологию. Выделяют следующие типы компьютерных сетей:

локальные (Local Area Network, LAN), развернутые на небольшой площади (комната, этаж, здание, несколько рядом расположенных зданий);
территориальные (городские, областные и т. п.) — сети, состоящие из некоторого количества локальных сетей;
корпоративные — сети крупных предприятий, содержащие достаточно большое количество локальных сетей, распределенных на большой территории и часто (но не обязательно) использующих для связи между собой глобальные сети, в частности Интернет. В этом случае корпоративные сети - это частные виртуальные сети;
глобальные сети (Wide Area Network, WAN) — сети, состоящие из массы локальных сетей и отдельных компьютеров с производительными связями и практически неограниченными территориями (в пределах стран и даже континентов).

Компьютеры сетей различаются по выполняемой роли (по предназначению). Серверы — компьютеры, предоставляющие свои ресурсы (данные, программное обеспечение, периферийное оборудование) другим компьютерам сети. Чаще всего серверы — это высокопроизводительные компьютеры, обладающие большими вычислительными, информационными, аппаратными и другими ресурсами, со специальными серверными операционными системами. В больших сетях серверы специализируются, т.е. выполняют одну определенную функцию:

файловым называется сервер, на котором хранятся фалы данных, доступные для пользователей сети;
серверы печати представляют собой компьютеры, управляющие одним или несколькими принтерами, которые могут использоваться пользователями сети;
серверы приложений — это компьютеры, на которых установлены сетевые приложения. Пользователи могут выполнять эти приложения, например обработку текстов или программы баз данных.
регистрационные серверы (в сетях Windows — контроллеры доменов) предназначены для обеспечения безопасности работы в сети. Такие серверы проверяют права пользователей и управляют доступом к сети и ее ресурсам;
интернет-серверы или Web-серверы обеспечивают создание Web-узлов и управление ими;
почтовые серверы предназначены для организации электронной почты и коллективной работы в интрасети и Интернете;
серверы удаленного доступа предоставляют коммутированное соединение. С их помощью пользователи удаленных компьютеров могут получить доступ к сети (серверу) по телефонной линии;
терминальные серверы предназначены для выполнения клиентских приложений. С их помощью компьютеры таких клиентов (недорогих малопроизводительных компьютеров) могут функционировать как терминалы, а не как независимые системы;
прокси-серверы служат промежуточным звеном между рабочими станциями локальной сети и Интернет, обеспечивая защиту путем агрегирования IP-адресов, т. е. использование одного IP-адреса для всех сеансов доступа в Интернет (например, MS Proxy Server);
факс-серверы предназначены для приема и отправки факсов и для распределения поступивших факсов соответствующим пользователям сети;
кластерные серверы обеспечивают объединение многих серверов в кластеры, т.е. группы независимых компьютерных систем, работающих вместе как одна система.

Клиентами сети являются компьютеры или другие сетевые устройства (например, принтеры), имеющие доступ к ресурсам сети. Чаще всего клиентом является компьютер пользователя сети. Применительно к этим компьютерам (т. е. к компьютерам пользователей) различают понятия "тонкого" и "толстого" клиента. В первом случае основная работа по выполнению задачи пользователя производится на сервере, на клиентский компьютер возлагается в основном логика представления (графический интерфейс) задачи. Поэтому тонкий клиент представляет собой простой недорогой компьютер. Во втором случае практически все обработки можно осуществлять на машине клиента, которая должна быть достаточно мощной и содержать эффективные программные инструменты разработки приложений.

В сетевых технологиях часто употребляются термины хост и узел.

Хост — это любое устройство, предоставляющее сервисы по схеме взаимодействия "клиент-сервер" в режиме сервера по каким-либо интерфейсам и уникально определённое на этих интерфейсах. В более частном случае под хостом могут понимать любой компьютер, сервер, маршрутизатор, подключенный к локальной или глобальной сети.
Узел — это точка соединения в сети. В общем случае узел представляет собой точку перераспределения, или устройство, запрограммированное или спроектированное для распознавания и обработки запросов на передачу информации другим узлам. Часто это специально выделенный компьютер.

К сетевой коммуникационной аппаратуре относятся:

простые соединительные устройства;
сложные соединительные устройства;
устройства для сегментации и образования подсетей.

К простым соединительным устройствам относятся различные разъемы для подключения коаксиальных (одножильных) кабелей (BNC Т-разъемы и цилиндрические), разъемы для подключения проводных линий (RJ-11 — для подключения модемов и телефонных линий, RJ-45 — для "витой пары"), разъемы волоконно-оптических кабелей, коммутационные панели и пассивные концентраторы. Все эти элементы коммуникационной аппаратуры не имеют электронных составляющих, не потребляют электроэнергии и служат только для установки электрических соединений.

Сложные соединительные устройства кроме функции соединения выполняют усиление и (или) преобразование сигналов. К таким устройствам относятся преобразователи, повторители, активные концентраторы.

Преобразователи используются при соединении сегментов носителей разных типов, например витой пары с волоконно-оптическим кабелем. Повторитель соединяет два сегмента сети или два участка кабеля. Он не только передает сигнал, но и пересоздают его (регенерируют). Активные концентраторы иногда называют многопортовыми повторителями. Существуют еще интеллектуальные концентраторы — специальный тип активных концентраторов, имеющих встроенные микропроцессоры. Они не только регенерируют сигналы, но и диагностируют порты.

Наиболее сложными являются устройства сегментации и создания подсетей. Сегментация — это деление сети на части с целью снижения загрузки сегментов (частей) сети. Создание подсетей — это деление сети на отдельные сети — подсети — на основе адресной информации. В некоторых случаях термины сегмент сети и подсеть взаимозаменяемы.

С ростом сетей и развитием различных стандартов логической организации сетей появилась необходимость обеспечивать взаимодействие сетей, основанных на различных физических и логических технологиях. С этой целью была сформулирована общая концепция — модель взаимодействия открытых систем — OSI (Open System Interconnection). В модели OSI предусматривается 7 уровней: прикладной (application), представительный (presentation), сеансовый (session), транспортный (transport), сетевой (network), канальный (data link) и физический (physical). Каждый уровень имеет дело с одним определенным аспектом взаимодействия сетевых устройств. Формализованные правила, определяющие это взаимодействие, последовательность и форматы сообщений каждого уровня, называются протоколами.

К устройствам сегментации, создания подсетей и построения глобальных сетей относятся мосты, маршрутизаторы и коммутаторы.

Обычный мост (простой прозрачный мост) объединяет два сегмента сети и выполняет фильтрацию передаваемых данных на основе физических адресов (MAC, Media Access Control — управление доступом к среде, МАС-адрес — 48-битовое число — физический адрес сетевого устройства). Это позволяет уменьшить загрузку сегментов сети. Такой мост называется прозрачным, поскольку компьютеры сети его не видят и даже не подозревают о его существовании. Мост создает таблицу адресов сегментов и обеспечивает передачу сообщений в смежный сегмент только в том случае, если адресат получателя принадлежит данному сегменту.

Маршрутизаторы соединяют отдельные сети или подсети (в глобальных и соответственно локальных сетях). В отличие от мостов, маршрутизаторы используют логические сетевые адреса (IP или IPX-адреса), а не физические адреса устройств. Маршрутизаторы устроены сложнее, чем мосты, поскольку они выбирают оптимальный маршрут передачи пакета среди большого количества возможных маршрутов. Современные маршрутизаторы способны выполнять функции как мостов, так и маршрутизаторов.

Коммутаторы — это более сложные устройства, они могут работать на различных уровнях модели OSI: втором (канальный уровень), третьем (сетевой уровень) и четвертом (транспортный уровень). Коммутатор 2-го уровня работает как коммутирующий концентратор. Он определяет, какой порт подключен к компьютеру, которому адресован пакет, и передает данные только в этот порт (концентратор передает на все порты). Такой метод дает следующие преимущества:

уменьшается количество ненужных пакетов, "гуляющих" по сети. Следовательно, снижается загрузка сетевых каналов;
создаются отдельные области, в которых локализуются коллизии (накладки при передаче данных). Это снижает общее число коллизий по сравнению с обычным концентратором, что способствует повышению производительности сети;
увеличивается безопасность данных вследствие того, что пакеты не передаются на все порты, а, следовательно, их труднее перехватить посторонним лицам.

Коммутирующие концентраторы еще называют коммутаторами портов, потому что каждому порту подключается компьютер или сетевое устройство. Каждое устройство имеет собственный выделенный путь к коммутатору. Другой тип коммутатора уровня 2 — сегментный коммутатор, к его портам подключатся сегменты сети. Коммутаторы можно использовать для создания виртуальных сложных сетей. В этом случае коммутаторы делят физическую сеть на несколько логических сетей, увеличивая таким образом производительность сети и безопасность данных. Коммутаторы уровня 3 работают на сетевом уровне модели OSI. Они фактически являются маршрутизаторами специального типа (коммутируемые маршрутизаторы). Устанавливать и переконфигурировать такие коммутаторы легче, чем маршрутизаторы, и стоят они дешевле маршрутизаторов.

В последнее время функциональные возможности коммутаторов уровня 3 были существенно расширены засчёт анализа использования дополнительной информации, содержащейся в особых технических областях передаваемых данных (заголовках пакетов данных). Такие коммутаторы стали называть коммутаторами уровня 4, потому что сетевые протоколы, технические данные которых анализируются этими устройствами, работают на транспортном, четвертом, уровне модели OSI. Раньше такие коммутаторы были трудоемки в реализуемые и очень дороги, поскольку их устройство должно позволять качественный анализ данных, передаваемых на большой скорости. Наиболее важным результатом применения коммутаторов уровня 4 является повышение безопасности данных путем фильтрации передаваемого потока данных в зависимости от настраиваемого списка контроля доступа (Access Control List, ACL). Традиционные маршрутизаторы тоже могут использовать информацию уровня 4, однако выполнение ими фильтрации ACL существенно снижает производительность. В то же время коммутаторы уровня 4 обрабатывают пакеты на уровне оборудования, поэтому производительность не снижается.

Коммутаторы уровня 4 могут управлять выделением пропускной способности для различных типов пакетов. Это позволяет реализовать службы QoS (Quality of Service — управление качеством обслуживания) и выравнивать загрузку сетевых каналов.

Blog

1. Понятие операционной системы

5.Компьютерные сети