Основные проблемы компьютерных сетей кратко

Обновлено: 08.07.2024

Начнем с того, что основная задача сети-перенос данных с одного подключенного хоста на другой. Это может показаться простым на первый взгляд, но на самом деле это чревато проблемами. Здесь может быть полезна иллюстрация; рисунок № 1 используется для иллюстрации сложности проблемы.

Начиная с верхнего левого угла иллюстрации:

Приложение генерирует некоторые данные. Эти данные должны быть отформатированы таким образом, чтобы принимающее приложение могло понять, что было передано, - данные должны быть упорядочены. Механизм, используемый для упорядочения данных, должен быть эффективным во многих отношениях, включая быстрое и простое кодирование, быстрое и простое декодирование, достаточно гибкий, чтобы можно было вносить изменения в кодирование, не нарушая слишком много вещей, и добавлять наименьшее количество накладных расходов, возможных во время передача данных.
Сетевое программное обеспечение должно инкапсулировать данные и подготовить их к фактической передаче. Каким-то образом сетевое программное обеспечение должно знать адрес хоста назначения. Сеть, которая соединяет источник и пункт назначения, является общим ресурсом, и, следовательно, должна быть доступна некоторая форма мультиплексирования, чтобы источник мог направлять информацию в правильный пункт назначения. Как правило, это будет связано с определенной формой адресации.
Данные должны быть перемещены из памяти в источнике и непосредственно в сеть - фактический провод (или оптический кабель, или беспроводное соединение), который будет передавать информацию между устройствами, подключенными к сети.
Сетевые устройства должны иметь какой-то способ обнаружить конечный пункт назначения информации - вторую форму проблемы мультиплексирования - и определить, требуется ли какая-либо другая обработка информации, когда она находится в пути между источником и пунктом назначения.
Информация, прошедшая через сетевое устройство, должна быть снова закодирована и перенесена из памяти в провод. В любой точке, где информация перемещается из памяти в какую-либо форму физического носителя, информация должна быть поставлена в очередь; часто бывает больше данных для передачи, чем может быть помещено на любой конкретный физический носитель в любой момент времени. Здесь в игру вступает качество услуг.
Информация, передаваемая по сети, теперь должна быть скопирована с физического носителя и обратно в память. Он должен быть проверен на наличие ошибок - это контроль ошибок - и у приемника должен быть какой-то способ сообщить передатчику, что ему не хватает памяти для хранения входящей информации - это контроль потока.

Особый интерес представляет сетевое устройство в середине диаграммы. Сетевое устройство-например, маршрутизатор, коммутатор или middle box—соединяет два физических носителя вместе для построения реальной сети. Возможно, самый простой вопрос для начала заключается в следующем: зачем вообще нужны эти устройства? Маршрутизаторы и коммутаторы — это, очевидно, сложные устройства со своей собственной внутренней архитектурой и зачем добавлять эту сложность в сеть? Есть две фундаментальные причины.

Первоначальная причина создания этих устройств заключалась в соединении различных видов физических носителей вместе. Например, внутри здания может быть практично работать ARCnet или thicknet Ethernet (приведены примеры из времени, когда были впервые изобретены сетевые устройства). Расстояние, которое эти носители могли преодолеть, однако, очень мало-порядка сотни метров. Каким-то образом эти сети должны быть расширены между зданиями, между кампусами, между городами и, в конечном счете, между континентами, используя своего рода мультиплексированную (или обратную мультиплексированную) телефонную сеть, такую как T1 или DS3. Эти два различных типа носителей используют различные виды сигналов; должно быть какое-то устройство, которое переводит один вид сигналов в другой.

Вторая причина заключается в следующем — это масштаб и это стало проблемой. Природа физического мира такова, что у вас есть два варианта, когда дело доходит до передачи данных по проводу:

Провод может соединять напрямую два компьютера; в этом случае каждая пара компьютеров должна быть физически соединена с каждым другим компьютером, с которым она должна взаимодействовать.
Провод может быть общим для многих компьютеров (провод может быть общим носителем информации).

Чтобы решить проблему первым способом, нужно много проводов. Решение проблемы вторым способом кажется очевидным решением, но оно представляет другой набор проблем - в частности, как пропускная способность, доступная по проводам, распределяется между всеми устройствами? В какой-то момент, если на одном общем носителе достаточно устройств, любая схема, используемая для обеспечения совместного использования ресурсов, сама по себе будет потреблять столько же или больше пропускной способности, как любое отдельное устройство, подключенное к проводу. В какой-то момент даже 100-гигабайтное соединение, разделенное между достаточным количеством хостов, оставляет каждому отдельному хосту очень мало доступных ресурсов.

Решением этой ситуации является сетевое устройство - маршрутизатор или коммутатор, который разделяет два общих носителя, передавая трафик между ними только по мере необходимости. При некотором логическом планировании устройства, которые должны чаще общаться друг с другом, можно размещать ближе друг к другу (с точки зрения топологии сети), сохраняя пропускную способность в других местах. Конечно, маршрутизация и коммутация вышли далеко за рамки этих скромных начинаний, но это основные проблемы, которые системные администраторы решают, внедряя сетевые устройства в сети.

Есть и другие сложные проблемы, которые необходимо решить в этом пространстве, помимо простого переноса информации из источника в пункт назначения; Во многих случаях полезно иметь возможность виртуализировать сеть, что обычно означает создание туннеля между двумя устройствами в сети.

Сети всегда создавались для одной цели: передачи информации от одной подключенной системы к другой. Дискуссия (или, возможно, спор) о наилучшем способе выполнения этой, казалось бы, простой задачи длилась долго. Эту дискуссию можно грубо разбить на несколько, часто пересекающихся, этапов, каждый из которых задавал свой вопрос:

Должны ли сети быть с коммутацией каналов или с коммутацией пакетов?
Должны ли сети с коммутацией пакетов использовать кадры фиксированного или переменного размера?
Как лучше всего рассчитать набор кратчайших путей через сеть?
Как сети с коммутацией пакетов должны взаимодействовать с качеством обслуживания (QoS)?
Должна ли плоскость управления быть централизованной или децентрализованной?

На некоторые из этих вопросов давным-давно был дан ответ. С другой стороны, некоторые из этих вопросов все еще актуальны, особенно последний.

Коммутация каналов

На рисунке 2 общая пропускная способность каналов между любыми двумя устройствами разделена на восемь равных частей; A отправляет данные E, используя временной интервал A1 и F, используя временной интервал A2; B отправляет данные в E с использованием временных интервалов B1 и F с использованием временных интервалов B2. Каждый фрагмент информации имеет фиксированную длину, поэтому каждый из них может быть помещен в один временной интервал в текущем потоке данных (следовательно, каждый блок данных представляет фиксированное количество времени или интервала в проводе). Предположим, что где-то есть контроллер, назначающий слот в каждом из сегментов, через которые будет проходить трафик:

Для трафика [A, E]:
На C: слот 1 от A переключен на слот 1 в направлении D
На D: слот 1 от C переключен на слот 1 в направлении E
Для трафика [A, F]:
На C: слот 4 от A переключен на слот 4 в направлении D
На D: слот 4 от C переключен на слот 3 в направлении F
Для трафика [B, E]:
На C: слот 4 от B переключен на слот 7 в направлении D
На D: слот 7 от C переключен на слот 4 в направлении E
Для трафика [B, F]:
На C: слот 2 от B переключен на слот 2 в направлении D
На D: слот 2 от C переключен на слот 1 в направлении F

Ни одно из устройств обработки пакетов в сети не должно знать, какой бит данных идет куда; до тех пор, пока C берет все, что находится в слоте 1 в потоке данных A в каждом временном интервале, и копирует его в слот 1 в своем исходящем потоке в направлении D, А D копирует его из слота 1 входящего из C в слот 1 исходящего в E, трафик, передаваемый A, будет доставляться в E. Есть интересный момент, который следует отметить об этом виде обработки трафика—для пересылки трафика ни одно из устройств в сети на самом деле не должно знать, что является источником или назначением. Блоки данных, передаваемые по сети, не обязательно должны содержать адреса источника или назначения; куда они направляются и откуда поступают, все решения основываются на знании контроллерами открытых слотов в каждом канале. Набор слотов, назначенных для любой конкретной связи между устройствами, называется схемой, потому что это пропускная способность и сетевые ресурсы, выделенные для связи между одной парой устройств.

Основные преимущества сетей с коммутацией каналов включают в себя:

Для коммутации пакетов устройствам не нужно читать заголовок или выполнять какую-либо сложную обработку. Это было чрезвычайно важно в первые дни работы сети, когда аппаратное обеспечение имело гораздо меньшее количество транзисторов и переключателей, скорость линии была ниже, а время обработки пакета в устройстве составляло большую часть общей задержки пакета через сеть.
Контроллер знает доступную полосу пропускания и трафик, направляемый к периферийным устройствам по всей сети. Это делает его несколько простым, учитывая, что на самом деле имеется достаточная пропускная способность, для организации трафика для создания наиболее оптимальных путей через сеть.

Есть и недостатки, в том числе:

Системы TDM внесли ряд идей в развитие сетей, используемых сегодня. В частности, системы TDM сформировали большую часть ранних дискуссий о разбиении данных на пакеты для передачи по сети и заложили основу для гораздо более поздней работы в области QoS и управления потоком. Одна довольно важная идея, которую эти ранние системы TDM завещали большему сетевому миру, - это network planes.

В частности, системы TDM делятся на три плоскости:

Плоскость управления - это набор протоколов и процессов, которые формируют информацию, необходимую сетевым устройствам для пересылки трафика через сеть. В сетях с коммутацией каналов плоскость управления является полностью отдельной плоскостью; обычно существует отдельная сеть между контроллером и отдельными устройствами (хотя и не всегда, особенно в новых системах с коммутацией каналов).
Плоскость данных (также известная как плоскость пересылки) - это путь информации через сеть. Это включает в себя декодирование сигнала, полученного в проводе, в кадры, обработку их и передачу их обратно в провод, закодированный в соответствии с физической транспортной системой.
Плоскость управления ориентирована на управление сетевыми устройствами, включая мониторинг доступной памяти, мониторинг глубины очереди, а также мониторинг, когда устройство отбрасывает информацию, передаваемую по сети, и т. д. Часто бывает трудно различить уровни управления и плоскости управления в сети. Например, если устройство вручную сконфигурировано для пересылки трафика определенным образом, является ли это функцией плоскости управления (потому что устройство настраивается) или функцией плоскости управления (потому что это информация о том, как пересылать информацию)?

Коммутация пакетов

Есть два пакета, произведенных A: A1, предназначенный для E; и A2, предназначенный для F. B также отправляет два пакета: B1, предназначенный для F, и B2, предназначенный для E. Когда C получает эти пакеты, он считывает небольшую часть заголовка пакета, часто называемого полем, чтобы определить место назначения. Затем C обращается к локальной таблице, чтобы определить, по какому исходящему интерфейсу должен быть передан пакет. D делает то же самое, перенаправляя пакет из правильного интерфейса к месту назначения.

Этот способ пересылки трафика называется переадресацией по частям, поскольку каждое устройство в сети принимает совершенно независимое решение о том, куда пересылать каждый отдельный пакет. Локальная таблица, к которой обращается каждое устройство, называется таблицей пересылки; обычно это не одна таблица, а множество таблиц, потенциально включающих в себя базу информации маршрутизации (RIB) и базу информации пересылки (FIB).

В оригинальных системах с коммутацией каналов плоскость управления полностью отделена от пересылки пакетов по сети. С переходом от коммутации каналов к коммутации пакетов произошел соответствующий переход от решений централизованного контроллера к распределенному протоколу, работающему в самой сети. В последнем случае каждый узел способен принимать свои собственные решения о пересылке локально. Каждое устройство в сети запускает распределенный протокол, чтобы получить информацию, необходимую для построения этих локальных таблиц. Эта модель называется распределенной плоскостью управления; таким образом, идея плоскости управления была просто перенесена из одной модели в другую, хотя на самом деле они не означают одно и то же.

Сети с коммутацией пакетов могут использовать централизованную плоскость управления, а сети с коммутацией каналов могут использовать распределенные плоскости управления. В то время, когда сети с коммутацией пакетов были впервые спроектированы и развернуты, однако они обычно использовали распределенные плоскости управления. Software-Defined Networks (SDN) вернули концепцию централизованных плоскостей управления в мир сетей с коммутацией пакетов.

Первым преимуществом сети с коммутацией пакетов над сетью с коммутацией каналов является парадигма пересылки hop-by-hop. Поскольку каждое устройство может принимать полностью независимое решение о пересылке, пакеты могут динамически пересылаться в зависимости от изменений в топологии сети, что устраняет необходимость связываться с контроллером и ждать решения. Пока существует как минимум два пути между источником и пунктом назначения (сеть имеет два подключения), пакеты, переданные в сеть источником, в конечном итоге будут переданы в пункт назначения.

Вторым преимуществом сети с коммутацией пакетов по сравнению с сетью с коммутацией каналов является то, как сеть с коммутацией пакетов использует пропускную способность. В сети с коммутацией каналов, если конкретная схема (действительно временной интервал в приведенном примере TDM) не используется, то слот просто тратится впустую. При переадресации hop-by-hop каждое устройство может наилучшим образом использовать пропускную способность, доступную на каждом исходящем канале, чтобы нести необходимую нагрузку трафика. Хотя это локально сложнее, это проще глобально, и это позволяет лучше использовать сетевые ресурсы.

Основным недостатком сетей с коммутацией пакетов является дополнительная сложность, особенно в процессе пересылки. Каждое устройство должно быть в состоянии прочитать заголовок пакета, найти пункт назначения в таблице, а затем переслать информацию на основе результатов поиска в таблице. В раннем аппаратном обеспечении это были сложные, трудоемкие задачи; коммутация каналов была обычно быстрее, чем коммутация пакетов. Поскольку со временем аппаратное обеспечение усовершенствовалось, то скорость переключения пакета переменной длины, как правило, достаточно близка к скорости переключения пакета фиксированной длины, так что между пакетной коммутацией и коммутацией каналов небольшая разница.

Управление потоками в сетях с коммутацией пакетов

Протокол управления передачей (TCP) обеспечивает управление потоком для сетей с коммутацией пакетов на основе Интернет-протокола (IP). Этот протокол был впервые указан в 1973 году Vint Cerf и Bob Kahn.

Даже при рассмотрении простейшей сети, состоящей всего из двух машин, можно увидеть многие проблемы, присущие любой вычислительной сети, в том числе проблемы, связанные с физической передачей сигналов по линиям связи, без решения которой невозможен любой вид связи.

В вычислительной технике для представления данных используется двоичный код. Внутри компьютера единицам и нулям данных соответствуют дискретные электрические сигналы. Представление данных в виде электрических или оптических сигналов называется кодированием. Существуют различные способы кодирования двоичных цифр 1 и 0, например, потенциальный способ, при котором единице соответствует один уровень напряжения, а нулю - другой, или импульсный способ, когда для представления цифр используются импульсы различной или одной полярности.

В вычислительных сетях применяют как потенциальное, так и импульсное кодирование дискретных данных, а также специфический способ представления данных, который никогда не используется внутри компьютера, - модуляцию (рис. 1.9). При модуляции дискретная информация представляется синусоидальным сигналом той частоты, которую хорошо передает имеющаяся линия связи.

Потенциальное или импульсное кодирование применяется на каналах высокого качества, а модуляция на основе синусоидальных сигналов предпочтительнее в том случае, когда канал вносит сильные искажения в передаваемые сигналы. Обычно модуляция используется в глобальных сетях при передаче данных через аналоговые телефонные каналы связи, которые были разработаны для передачи голоса в аналоговой форме и поэтому плохо подходят для непосредственной передачи импульсов.

Еще одной проблемой, которую нужно решать при передаче сигналов, является проблема взаимной синхронизации передатчика одного компьютера с приемником другого. При организации взаимодействия модулей внутри компьютера эта проблема решается очень просто, так как в этом случае все модули синхронизируются от общего тактового генератора. Проблема синхронизации при связи компьютеров может решаться разными способами, как с помощью обмена специальными тактовыми синхроимпульсами по отдельной линии, так и с помощью периодической синхронизации заранее обусловленными кодами или импульсами характерной формы, отличающейся от формы импульсов данных.

Несмотря на предпринимаемые меры - выбор соответствующей скорости обмена данными, линий связи с определенными характеристиками, способа синхронизации приемника и передатчика, - существует вероятность искажения некоторых бит передаваемых данных. Для повышения надежности передачи данных между компьютерами часто используется стандартный прием - подсчет контрольной суммы и передача ее по линиям связи после каждого байта или после некоторого блока байтов. Часто в протокол обмена данными включается как обязательный элемент сигнал-квитанция, который подтверждает правильность приема данных и посылается от получателя отправителю.

Задачи надежного обмена двоичными сигналами, представленными соответствующими электромагнитными сигналами, в вычислительных сетях решает определенный класс оборудования. В локальных сетях это сетевые адаптеры, а в глобальных сетях - аппаратура передачи данных, к которой относятся, например, устройства, выполняющие модуляцию и демодуляцию дискретных сигналов, - модемы. Это оборудование кодирует и декодирует каждый информационный бит, синхронизирует передачу электромагнитных сигналов по линиям связи, проверяет правильность передачи по контрольной сумме и может выполнять некоторые другие операции. Сетевые адаптеры рассчитаны, как правило, на работу с определенной передающей средой - коаксиальным кабелем, витой парой, оптоволокном и т. п. Каждый тип передающей среды обладает определенными электрическими характеристиками, влияющими на способ использования данной среды, и определяет скорость передачи сигналов, способ их кодирования и некоторые другие параметры.

Все выше перечисленное поможет решить проблемы передачи в вырожденной сети. Т.е. там, где есть только два компьютера.

При объединении в сеть большего числа компьютеров возникает целый комплекс новых проблем.

В первую очередь необходимо выбрать способ организации физических связей, то есть топологию.

Сетевые топологии. Основные понятия(17-18)

Под топологией вычислительной сети понимается конфигурация графа, вершинам которого соответствуют компьютеры сети (иногда и другое оборудование, например концентраторы), а ребрам - физические связи между ними. Компьютеры, подключенные к сети, часто называют станциями или узлами сети.

Заметим, что конфигурация физических связей определяется электрическими соединениями компьютеров между собой и может отличаться от конфигурации логических связей между узлами сети. Логические связи представляют собой маршруты передачи данных между узлами сети и образуются путем соответствующей настройки коммуникационного оборудования.

Выбор топологии электрических связей существенно влияет на многие характеристики сети. Например, наличие резервных связей повышает надежность сети и делает возможным балансирование загрузки отдельных каналов. Простота присоединения новых узлов, свойственная некоторым топологиям, делает сеть легко расширяемой. Экономические соображения часто приводят к выбору топологий, для которых характерна минимальная суммарная длина линий связи. Рассмотрим некоторые, наиболее часто встречающиеся топологии.

Полнозвенная(16)

Полносвязная топология соответствует сети, в которой каждый компьютер сети связан со всеми остальными. Несмотря на логическую простоту, этот вариант оказывается громоздким и неэффективным. Действительно, каждый компьютер в сети должен иметь большое количество коммуникационных портов, достаточное для связи с каждым из остальных компьютеров сети. Для каждой пары компьютеров должна быть выделена отдельная электрическая линия связи. Полносвязные топологии применяются редко, так как не удовлетворяют ни одному из приведенных выше требований. Чаще этот вид топологии используется в многомашинных комплексах или глобальных сетях при небольшом количестве компьютеров.

Все другие варианты основаны на неполносвязных топологиях, когда для обмена данными между двумя компьютерами может потребоваться промежуточная передача данных через другие узлы сети.

Ячеистая(16)

Ячеистая топология (mesh) получается из полносвязной путем удаления некоторых возможных связей. 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.

Общая шина(17)

Звезда(18)

Топология звезда (рис. 1.10, г). 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 - существенно 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. Кроме того, возможности по наращиванию количества узлов в сети ограничиваются количеством портов концентратора. Иногда имеет смысл строить сеть с использованием нескольких концентраторов, иерархически соединенных между собой связями типа звезда (рис. 1.10,д). В настоящее время иерархическая звезда является самым распространенным типом топологии связей как в локальных, так и глобальных сетях.

Иерархическая топология(17)

Иерархическая топология (hierarchical topology) похожа на расширенную звездообразную топологию. Только в такой сети нет центрального узла. Вместо этого используется магистральный узел (trunk node), от которого отходят ветви (branches) к другим узлам. Существуют два типа иерархической топологии: бинарное дерево - от каждого узла отходят два соединения; и магистральное дерево - магистральный узел имеет узлы-ветви, от которых отходят каналы к рабочим станциям.

Кольцо(18)

При объединении в сеть большего числа компьютеров возникает целый комплекс новых проблем.

В первую очередь необходимо выбрать способ организации физических связей, то есть топологию.

Сетевые топологии. Основные понятия(17-18)

Полнозвенная(16)

Ячеистая(16)

Общая шина(17)

Звезда(18)

Иерархическая топология(17)

Кольцо(18)

Этот вопрос можно уточнить следующим образом: в каких случаях развертывание вычислительных сетей предпочтительнее использования автономных компьютеров или многотерминальных систем? Какие новые возможности приносит появление вычислительной сети? И, наконец, всегда ли нужна сеть?

Если не вдаваться в частности, то конечной целью использования вычислительных сетей является повышение эффективности той деятельности, на обеспечение которой направлены ресурсы сети. Действительно, если благодаря применению компьютерной сети снизились затраты на производство уже существующего продукта, сократились сроки разработки нового изделия или ускорилось обслуживание заказов потребителей — это означает, что в соответствующих организациях и предприятиях действительно нужна была сеть.

Концептуальным преимуществом компьютерных сетей перед централизованными системами является их способность выполнять параллельные вычисления. За счет этого в системе с несколькими обрабатывающими узлами (компьютерами) в принципе может быть достигнута производительность, превышающая максимально возможную на данный момент производительность любого отдельного, сколь угодно мощного процессора.

Еще одно очевидное и важное достоинство компьютерных сетей — это их принципиально более высокая отказоустойчивость. Под отказоустойчивостью понимается способность системы выполнять свои функции (может быть, не в полном объеме) при отказах отдельных элементов аппаратуры и неполной доступности данных. Основой повышенной отказоустойчивости является избыточность. Избыточность обрабатывающих узлов (компьютеров в сетях) позволяет при отказе одного узла переназначать приписанные ему задачи на другие узлы.

Использование территориально распределенных вычислительных систем больше соответствует распределенному характеру прикладных задач в некоторых предметных областях, таких как автоматизация технологических процессов, банковская деятельность, бронирование и продажа авиабилетов и т.п. Во всех этих случаях имеются рассредоточенные по некоторой территории отдельные потребители информации — сотрудники, организации или технологические установки. Эти потребители достаточно автономно решают свои задачи, поэтому рациональнее предоставлять им собственные вычислительные средства, но в то же время, поскольку решаемые ими задачи тесно взаимосвязаны, их вычислительные средства должны быть связаны в единую систему. Эффективным решением в такой ситуации является применение вычислительной сети.

В последнее время стал преобладать другой побудительный мотив развертывания сетей, гораздо более важный в современных условиях, чем экономия средств за счет разделения между сотрудниками корпорации дорогой аппаратуры или программ. Этим мотивом стало стремление обеспечить сотрудникам оперативный доступ к обширной корпоративной информации.

В условиях жесткой конкурентной борьбы в любом секторе рынка выигрывает в конечном счете та фирма, сотрудники которой сумеют быстро и правильно ответить на все вопросы клиента—о возможностях их продукции, об условиях ее применения, о решении любых возможных проблем и т. п. В большой корпорации вряд ли даже хороший менеджер может знать все тонкости каждого из выпускаемых фирмой продуктов, тем более что их номенклатура обновляется каждый квартал, если не каждый месяц. Поэтому очень важно, чтобы менеджер имел возможность со своего компьютера, подключенного к корпоративной сети в одном регионе, передать вопрос клиента на сервер, расположенный в центральном офисе компании в другом регионе, и оперативно получить качественный ответ, удовлетворяющий клиента. В этом случае клиент не обратится к другой фирме, а будет прибегать к услугам данного менеджера и в будущем.

В последнее время в этой области произошли существенные изменения, связанные с использованием гипертекстовой информационной службы WWW — так называемой технологии Интранет. Эта технология поддерживает достаточно простой способ представления текстовой и графической информации в виде гипертекстовых страниц, что позволяет быстро поместить самую свежую информацию на компьютеры корпоративной сети, функционально специализирующиеся на хранении данных в формате гипертекста (так называемые WWW-серверы). Кроме того, она унифицирует просмотр информации с помощью стандартных программ — Web-браузеров, работа с которыми не вызывает затруднений даже у неспециалиста. Сейчас многие крупные корпорации уже перенесли огромное число своих документов на страницы WWW-серверов, и сотрудники этих фирм, разбросанные по всему миру, используют информацию этих серверов через Интернет или Интранет. Получая легкий и более полный доступ к информации, сотрудники принимают решение быстрее, и качество этого решения, как правило, лучше.

Использование сети приводит к совершенствованию коммуникаций, т. е. к улучшению процесса обмена информацией и взаимодействия между сотрудниками организации, а также ее клиентами и поставщиками. Компьютерные сети снижают потребность предприятий в других формах передачи информации, таких как телефон или обычная почта. Зачастую именно возможность организации электронной почты является основной причиной и экономическим обоснованием развертывания вычислительной сети. Все большее распространение получают новые технологии, которые позволяют передавать по сетевым каналам связи не только компьютерные данные, но голосовую и видеоинформацию. Корпоративная сеть, интегрирующая данные и мультимедийную информацию, может служить для организации аудио- и видеоконференций, кроме того, на ее основе удобно создать собственную внутреннюю телефонную сеть.

Конечно, вычислительные сети имеют и свои проблемы, которые в основном связаны с организацией эффективного взаимодействия отдельных компонентов сети.

Во-первых, это сложности, обусловленные программным обеспечением — операционными системами и приложениями. Программирование для компьютерных сетей, как распределенных систем, принципиально отличается от программирования для централизованных систем. Так, сетевая операционная система, выполняя в общем случае все функции по управлению локальными ресурсами компьютера, сверх того решает многочисленные задачи по предоставлению сетевых услуг. Разработка сетевых приложений осложняется из-за необходимости организовать совместную работу их частей, реализованных на разных машинах. Много забот доставляет обеспечение совместимости программного обеспечения.

В-третьих, это вопросы, касающиеся обеспечения безопасности, которые гораздо сложнее решаются в вычислительной сети, чем в централизованной системе. В некоторых случаях, когда безопасность особенно важна, от использования сети лучше вообще отказаться.

Выделяют три основных группы проблем построения вычислительных сетей.

Первая группа проблем связана с эффективностью взаимодействия отдельных частей распределённой системы. Включает в себя следующие проблемы:

1. Проблема реализации сетевых ОС (Windows 9x, NT, …) и сетевых приложений, обеспечивающих распределённую обработку данных.

3. Проблема безопасности и защиты информации от несанкционированного доступа.

Вторая группа проблем – проблемы физической передачи данных. Также включает в себя три основные проблемы:

1. Проблема выбора способа кодирования.

Данные в компьютере представляются в виде двоичных кодов (последовательностей нулей и единиц). Кодирование – это представление данных в виде электрических или оптических сигналов. Существуют различные способы кодирования данных:

а) Потенциальное кодирование (единице соответствует один уровень напряжения, а нулю – другой и вычисляется разность потенциалов)

б) Импульсное кодирование (для представления двоичных цифр используются импульсы различной полярности в зависимости от изменения напряжения)

в) Модуляция – специфический способ представления данных. При модуляции дискретная информация представляется синусоидальным сигналом той частоты, которую хорошо передаёт имеющаяся линия связи. Это аналоговый способ кодирования. Цифровое кодирование применяется на каналах высокого качества, а аналоговое – в том случае, когда канал вносит сильные искажения в передаваемые сигналы.

2. Проблема синхронизации передатчика одного компьютера с приёмником другого. Эта проблема может решаться двумя способами:

а) с помощью обмена тактовыми синхроимпульсами по отдельной линии (тактовые синхроимпульсы – это импульсы, идущие в одно и то же время на разных компьютерах);

б) с помощью периодической синхронизации заранее обусловленными кодами или импульсами определённой формы.

3. Проблема искажения данных. Решение: вычисление контрольной суммы и передача её по линиям связи после каждого байта или после некоторого блока байтов.

Третья группа проблем – это проблемы объединения нескольких компьютеров. Включает в себя две основные проблемы:

1. Проблема выбора топологии сети. Объединяя в сеть несколько компьютеров, необходимо решить, каким образом соединить их друг с другом, т. е. выбрать топологию.

Компьютеры, объединённые в сеть, часто называют рабочими станциями, узлами или host-ами. Между ними устанавливаются логические и физические связи. Логические связи представляют собой маршруты передачи данных между узлами и образуются путём соответствующей настройки коммуникационного оборудования.

2. Проблема организации совместного использования линий связи. В вычислительных сетях используют как индивидуальные линии связи между компьютерами, так и разделяемые, когда линии попеременно используются несколькими компьютерами. Это вызывает некоторые проблемы: как электрические (обеспечение качества передаваемых сигналов), так и логические (разделение во времени доступа к линиям). Эти проблемы решают процедуры согласования доступа к линиям связи, но они могут занимать много времени из-за чего падает производительность сети.

3. Проблема адресации компьютеров. По количеству адресуемых компьютеров адреса можно классифицировать следующим образом:

а) уникальный адрес – используется для идентификации отдельных компьютеров сети;

б) групповой адрес – идентифицирует сразу несколько компьютеров, поэтому данные, помеченные групповым адресом, доставляются каждому из узлов, входящих в группу;

в) широковещательный адрес – данные, направленные по такому адресу должны быть доставлены всем узлам сети;

г) в новой версии протокола IPv6 определён адрес произвольной рассылки, который, так де как и групповой адрес, задаёт группу адресов, однако данные, посланные по этому адресу, должны быть доставлены не всем адресам данной группы, а любому из них (но только одному!).

Ареса могут быть числовыми и символьными. Символьные адреса (имена) предназначены для запоминания людьми и обычно несут смысловую нагрузку.

Множество всех адресов, которые являются допустимыми в рамках некоторой схемы адресации, называется адресным пространством.

Выделяют три типа адресов и, соответственно, три системы адресации:

а) Машинный адрес (МАС-адрес) – предназначен для однозначной идентификации компьютеров в локальных сетях, поэтому им обладают абсолютно все устройства, способные связываться с сетью. Такой адрес обычно используется только аппаратурой, поэтому его стараются делать по возможности компактным и записывают в виде двоичного или шестнадцатиричного числа, например А234B7BC. При задании МАС-адресов не требуется выполнение ручной работы, так как они обычно встраиваются в аппаратуру компанией-изготовителем, поэтому их и называют машинными или аппаратными адресами.

Выводы

Вычислительные сети явились результатом эволюции компьютерных технологий.

Вычислительная сеть - это совокупность компьютеров, соединенных линиями связи. Линии связи образованы кабелями, сетевыми адаптерами и другими коммуникационными устройствами. Все сетевое оборудование работает под управлением системного и прикладного программного обеспечения.

Основная цель сети - обеспечить пользователям сети потенциальную возможность совместного использования ресурсов всех компьютеров.

Вычислительная сеть - это одна из разновидностей распределенных систем, достоинством которых является возможность распараллеливания вычислений, за счет чего может быть достигнуто повышение производительности и отказоустойчивости системы.

Важнейший этап в развитии сетей - появление стандартных сетевых технологий типа Ethernet, позволяющих быстро и эффективно объединять компьютеры различных типов.

Использование вычислительных сетей дает предприятию следующие возможности:

- разделение дорогостоящих ресурсов;

- улучшение доступа к информации;

- быстрое и качественное принятие решений;

- свобода в территориальном размещении компьютеров.

Список литературы

1. Microsoft Corporation. Компьютерные сети. Москва 2000 г.

2. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Санкт-Петербург 2002 г.

3. Марк Спортак, Френк Панпас и др.Компьютерные сети и сетевые технологии. Москва 2002 г.

4. Максим Кульгин. Технологии корпоративных сетей. Санкт-Петербург 1999 г.

Читайте также: