1 Общие принципы и способы организации компьютерных сетей

2 Сетевые сервисы Одноранговые сети, сети с выделенным сервером. Методы коммутации, глобальные и локальные сети Технология «клиент- сервер» Многоуровневый подход к организации сетевого взаимодействия Содержание Методы коммутации, глобальные и локальные сети. Сетевые сервисы. Одноранговые сети, сети с выделенным сервером. Технология «клиент- сервер». Многоуровневый подход к организации сетевого взаимодействия

3 Сетевые сервисы Одноранговые сети, сети с выделенным сервером. Методы коммутации, глобальные и локальные сети Технология «клиент- сервер» Многоуровневый подход к организации сетевого взаимодействия Методы коммутации, глобальные и локальные сети Коммута́ция процесс соединения абонентов коммуникационной сети через транзитные узлы. Коммуникационные сети должны обеспечивать связь своих абонентов между собой. Абонентами могут выступать ЭВМ, сегменты локальных сетей, факс-аппараты или телефонные собеседники. В сетях общего доступа невозможно предоставить каждой паре абонентов собственную физическую линию связи, которой они могли бы монопольно «владеть» и использовать в любое время.

4 Сетевые сервисы Одноранговые сети, сети с выделенным сервером. Методы коммутации, глобальные и локальные сети Технология «клиент- сервер» Многоуровневый подход к организации сетевого взаимодействия Методы коммутации, глобальные и локальные сети Поэтому в сети всегда применяется какой-либо способ коммутации абонентов, который обеспечивает разделение имеющихся физических каналов между несколькими сеансами связи и между абонентами сети. Каждый абонент соединен с коммутаторами индивидуальной линией связи, закрепленной за этим абонентом. Линии связи, протянутые между коммутаторами, разделяются несколькими абонентами, то есть используются совместно коммутатор

5 Сетевые сервисы Одноранговые сети, сети с выделенным сервером. Методы коммутации, глобальные и локальные сети Технология «клиент- сервер» Многоуровневый подход к организации сетевого взаимодействия Коммутаторы Коммутация по праву считается одной из самых популярных современных технологий. Популярность коммутаторов обусловлена прежде всего тем, что они позволяют за счет сегментации повысить производительность сети.

6 Сетевые сервисы Одноранговые сети, сети с выделенным сервером. Методы коммутации, глобальные и локальные сети Технология «клиент- сервер» Многоуровневый подход к организации сетевого взаимодействия Коммутаторы Коммутаторы делятся на четыре категории: Простые автономные коммутаторы сетей рабочих групп позволяют некоторым сетевым устройствам или сегментам обмениваться информацией с максимальной для данной кабельной системы скоростью. Они могут выполнять роль мостов для связи с другими сетевыми сегментами, но не транслируют протоколы и не обеспечивают повышенную пропускную способность с отдельными выделенными устройствами, такими как серверы. Коммутаторы рабочих групп второй категории обеспечивают высокоскоростную связь одного или нескольких портов с сервером или базовой станцией. Коммутаторы сети отдела предприятия, которые часто используются для взаимодействия сетей рабочих групп. Они представляют более широкие возможности администрирования и повышения производительности сети. Такие устройства поддерживают древовидную архитектуру связей, которая используется для передачи информации по резервным каналам и фильтрации пакетов. Физически такие коммутаторы поддерживают резервные источники питания и позволяют оперативно менять модули. Коммутаторы сети масштаба предприятия, выполняющие диспетчеризацию трафика, определяя наиболее эффективный маршрут. Они могут поддерживать большое количество логических соединений сети. Многие производители корпоративных коммутаторов предлагают в составе своих изделий модули АТМ. Эти коммутаторы осуществляют трансляцию протоколов Ethernet в протоколы АТМ.

7 Сетевые сервисы Одноранговые сети, сети с выделенным сервером. Методы коммутации, глобальные и локальные сети Технология «клиент- сервер» Многоуровневый подход к организации сетевого взаимодействия Коммутаторы Существует четыре принципиально различные схемы коммутации абонентов в сетях: Коммутация каналов (КК, circuit switching) организация составного канала через несколько транзитных узлов из нескольких последовательно «соединённых» каналов на время передачи сообщения (оперативная коммутация) или на более длительный срок (постоянная/долговременная коммутация время коммутации определяется административно). Коммутация сообщений (КС, message switching) разбиение информации на сообщения, которые передаются последовательно к ближайшему транзитному узлу, который, приняв сообщение, запоминает его и передаёт далее сам таким же образом. Получается нечто вроде конвейера. Коммутация пакетов (КП, packet switching) разбиение сообщения на «пакеты», которые передаются отдельно. Разница между сообщением и пакетом: размер пакета ограничен технически, сообщения логически. При этом, если маршрут движения пакетов между узлами определён заранее, говорят о виртуальном канале (с установлением соединения). Пример: коммутация IP-пакетов. Если же для каждого пакета задача нахождения пути решается заново, говорят о датаграммном (без установления соединения) способе пакетной коммутации. Коммутация ячеек (КЯ, cell switching) совмещает в себе свойства сетей с коммутацией каналов и сетей с коммутацией пакетов, при коммутации ячеек пакеты всегда имеют фиксированный и относительно небольшой размер

8 Сетевые сервисы Одноранговые сети, сети с выделенным сервером. Методы коммутации, глобальные и локальные сети Технология «клиент- сервер» Многоуровневый подход к организации сетевого взаимодействия Сетевые сервисы Взаимодействие компьютеров между собой, а также с другим активным сетевым оборудованием, в TCP/IP-сетях организовано на основе использования сетевых служб (сетевых сервисов), которые обеспечиваются специальными процессами сетевой операционной системы (ОС) демонами в UNIX-подобных ОС, службами в ОС семейства Windows и т. п. Примерами сетевых сервисов являются веб-серверы (в т.ч. сайты всемирной паутины), электронная почта, FTP-серверы для обмена файлами, приложения IP-телефонии и многое другое.

9 Сетевые сервисы Одноранговые сети, сети с выделенным сервером. Методы коммутации, глобальные и локальные сети Технология «клиент- сервер» Многоуровневый подход к организации сетевого взаимодействия Сокеты, соединения Специальные процессы операционной системы (демоны, службы) создают «слушающий» сокет и «привязывают» его к определённому порту (пассивное открытие соединения), обеспечивая тем самым возможность другим компьютерам обратиться к данной службе. Клиентская программа или процесс создаёт запрос на открытие сокета с указанием IP-адреса и порта сервера, в результате чего устанавливается соединение, позволяющее взаимодействовать двум компьютерам с использованием соответствующего сетевого протокола прикладного уровня

10 Сетевые сервисы Одноранговые сети, сети с выделенным сервером. Методы коммутации, глобальные и локальные сети Технология «клиент- сервер» Многоуровневый подход к организации сетевого взаимодействия Состояние сетевых служб операционной системы В большинстве операционных систем можно посмотреть состояние сетевых служб при помощи команды (утилиты)утилиты netstatnetstat В ОС семейства Windows результат работы этой команды выглядит примерно так: Состояние (State) LISTEN (LISTENING) показывает пассивно открытые соединения («слушающие» сокеты). Именно они и предоставляют сетевые службы. ESTABLISHED это установленные соединения, то есть сетевые службы в процессе их использования

11 Сетевые сервисы Одноранговые сети, сети с выделенным сервером. Методы коммутации, глобальные и локальные сети Технология «клиент- сервер» Многоуровневый подход к организации сетевого взаимодействия Одноранговые сети, сети с выделенным сервером Все существующие локальные сети по своей архитектуре подразделяются на одноранговые и иерархические (или сети с выделенным сервером). Одноранговые сети с выделенным сервером

12 Сетевые сервисы Одноранговые сети, сети с выделенным сервером. Методы коммутации, глобальные и локальные сети Технология «клиент- сервер» Многоуровневый подход к организации сетевого взаимодействия Одноранговые сети Одноранговая сеть представляет собой сеть равноправных компьютеров – рабочих станций, каждая из которых имеет уникальное имя и адрес. Все рабочие станции объединяются в рабочую группу. В одноранговой сети нет единого центра управления – каждая рабочая станция сети может отвечать на запросы других компьютеров, выступая в роли сервера, и направлять свои запросы в сеть, играя роль клиента. Одноранговые сети

13 Сетевые сервисы Одноранговые сети, сети с выделенным сервером. Методы коммутации, глобальные и локальные сети Технология «клиент- сервер» Многоуровневый подход к организации сетевого взаимодействия Одноранговые сети Одноранговые сети являются наиболее простым для монтажа и настройки, а также дешевым типом сетей. Для построения одноранговой сети требуется всего лишь несколько компьютеров с установленными клиентскими ОС, и снабженных сетевыми картами. Все параметры безопасности определяются исключительно настройками каждого из компьютеров. К основным достоинствам одноранговых сетей можно отнести: простоту работы в них; низкую стоимость, поскольку все компьютеры являются рабочими станциями; относительную простоту администрирования. Недостатки одноранговой архитектуры таковы: эффективность работы зависит от количества компьютеров в сети; защита информации и безопасность зависит от настроек каждого компьютера.

14 Сетевые сервисы Одноранговые сети, сети с выделенным сервером. Методы коммутации, глобальные и локальные сети Технология «клиент- сервер» Многоуровневый подход к организации сетевого взаимодействия Одноранговые сети Серьезной проблемой одноранговой сетевой архитектуры является ситуация, когда компьютеры отключаются от сети. В этих случаях из сети исчезают все общесетевые сервисы, которые они предоставляли (например, общая папка на диске отключенного компьютера, или общий принтер, подключенный к нему). Администрировать такую сеть достаточно просто лишь при небольшом количестве компьютеров. Если же число рабочих станций, допустим, превышает – то это будет вызывать определенные сложности.

15 Сетевые сервисы Одноранговые сети, сети с выделенным сервером. Методы коммутации, глобальные и локальные сети Технология «клиент- сервер» Многоуровневый подход к организации сетевого взаимодействия сети с выделенным сервером В иерархических сетях выделяется один или несколько специальных компьютеров – серверов. Серверы обычно представляют собой высокопроизводительные ПК с серверной операционной системой (например, Windows Server 2003 или Windows Server 2008), отказоустойчивыми дисковыми массивами и системой защиты от сбоев. Как правило, на этих компьютерах локальные пользователи не работают, поэтому принято говорить о выделенном сервере. Серверы управляют сетью и хранят информацию, которую совместно используют остальные компьютеры сети. Компьютеры, с которых осуществляется доступ к информации на сервере, называются клиентами. сети с выделенным сервером

16 Сетевые сервисы Одноранговые сети, сети с выделенным сервером. Методы коммутации, глобальные и локальные сети Технология «клиент- сервер» Многоуровневый подход к организации сетевого взаимодействия сети с выделенным сервером В иерархической сети один из компьютеров назначается сервером – контроллером домена. На этом компьютере может работать только серверная ОС. Именно этот сервер хранит все учетные записи пользователей и групп и параметры безопасности. Все остальные компьютеры присоединяются к домену. После присоединения изменяется сам принцип входа пользователей в систему. Теперь при входе пользователей в систему каждый компьютер должен запросить и получить разрешение у контроллера домена. Сеть становится доменом Windows. Ее можно присоединить к домену старшего уровня, и так далее – образуется иерархическая древовидная структура.

17 Сетевые сервисы Одноранговые сети, сети с выделенным сервером. Методы коммутации, глобальные и локальные сети Технология «клиент- сервер» Многоуровневый подход к организации сетевого взаимодействия сети с выделенным сервером С точки зрения системного администрирования, сеть с выделенным сервером хотя и более сложная в создании и обслуживании, но в то же время наиболее управляемая и контролируемая.

18 Сетевые сервисы Одноранговые сети, сети с выделенным сервером. Методы коммутации, глобальные и локальные сети Технология «клиент- сервер» Многоуровневый подход к организации сетевого взаимодействия сети с выделенным сервером Иерархические сети обладают рядом преимуществ по сравнению с одноранговыми: выход из строя рабочих станций никак не сказывается на работоспособности сети в целом; проще организовать локальные сети с большим количеством рабочих станций; администрирование сети осуществляется централизованно с сервера; обеспечивается высокий уровень безопасности данных. Тем не менее, клиент-серверной архитектуре присущ ряд недостатков: неисправность или сбой единственного сервера может парализовать всю сеть; наличие выделенных серверов повышает общую стоимость сети; it-персонал должен обладать достаточными знаниями и навыками администрирования домена.

19 Сетевые сервисы Одноранговые сети, сети с выделенным сервером. Методы коммутации, глобальные и локальные сети Технология «клиент- сервер» Многоуровневый подход к организации сетевого взаимодействия Одноранговые сети, сети с выделенным сервером Выбор архитектуры сети зависит от специфики организации, назначения сети и количества рабочих станций. От выбора типа сети зависит также и ее дальнейшее будущее: расширяемость, возможность использования того или иного ПО и оборудования, надежность сети и многое другое.

20 Сетевые сервисы Одноранговые сети, сети с выделенным сервером. Методы коммутации, глобальные и локальные сети Технология «клиент- сервер» Многоуровневый подход к организации сетевого взаимодействия Технология «клиент- сервер» Клиент-сервер вычислительная или сетевая архитектура, в которой задания или сетевая нагрузка распределены между поставщиками услуг, называемыми серверами, и заказчиками услуг, называемыми клиентами. Физически клиент и сервер это программное обеспечение. Обычно они взаимодействуют через компьютерную сеть посредством сетевых протоколов и находятся на разных вычислительных машинах, но могут выполняться также и на одной машине. Программы расположенные на сервере ожидают от клиентских программ запросы и предоставляют им свои ресурсы в виде данных(например загрузка файлов посредством HTTP, FTP, BitTorrent или потоковое мультимедиа) или сервисных функций(например работа с электронной почтой, общение посредством cистем мгновенного обмена сообщениями, просмотр web-страниц во всемирной паутине).

21 Сетевые сервисы Одноранговые сети, сети с выделенным сервером. Методы коммутации, глобальные и локальные сети Технология «клиент- сервер» Многоуровневый подход к организации сетевого взаимодействия Технология «клиент- сервер» Технология "клиент-сервер" описывает взаимодействие между двумя компьютерами, согласно которому клиент запрашивает у сервера некоторые услуги, а сервер обслуживает запрос.

22 Сетевые сервисы Одноранговые сети, сети с выделенным сервером. Методы коммутации, глобальные и локальные сети Технология «клиент- сервер» Многоуровневый подход к организации сетевого взаимодействия Технология «клиент- сервер» Технология клиент-сервер широко используется, например, в банковской системе. Для того чтобы проверить счет пользователя в банке, его компьютер направляет запрос серверной программе, выполняющейся на банковской машине. Требуемая информация возвращается клиентской программе, которая отображает данные, предназначенные для пользователя.

23 Сетевые сервисы Одноранговые сети, сети с выделенным сервером. Методы коммутации, глобальные и локальные сети Технология «клиент- сервер» Многоуровневый подход к организации сетевого взаимодействия Технология «клиент- сервер» Преимущества: Отсутствие дублирования кода программы-сервера программами-клиентами. Так как все вычисления выполняются на сервере, то требования к компьютерам, на которых установлен клиент, снижаются. Все данные хранятся на сервере, который, как правило, защищён гораздо лучше большинства клиентов. На сервере проще обеспечить контроль полномочий, чтобы разрешать доступ к данным только клиентам с соответствующими правами доступа. Недостатки Неработоспособность сервера может сделать неработоспособной всю вычислительную сеть. Неработоспособным сервером следует считать сервер, производительности которого не хватает на обслуживание всех клиентов, а также сервер, находящийся на ремонте, профилактике и т. п. Поддержка работы данной системы требует отдельного специалиста системного администратора. Высокая стоимость оборудования.

24 Сетевые сервисы Одноранговые сети, сети с выделенным сервером. Методы коммутации, глобальные и локальные сети Технология «клиент- сервер» Многоуровневый подход к организации сетевого взаимодействия Многоуровневый подход к организации сетевого взаимодействия Многоуровневая архитектура клиент-сервер разновидность архитектуры клиент-сервер, в которой функция обработки данных вынесена на один или несколько отдельных серверов. Это позволяет разделить функции хранения, обработки и представления данных для более эффективного использования возможностей серверов и клиентов. Частные случаи многоуровневой архитектуры: Трёхуровневая архитектура Трёхуровневая архитектура

25 Сетевые сервисы Одноранговые сети, сети с выделенным сервером. Методы коммутации, глобальные и локальные сети Технология «клиент- сервер» Многоуровневый подход к организации сетевого взаимодействия Многоуровневый подход к организации сетевого взаимодействия Трёху́ровневая архитекту́ра, или трёхзве́нная архитекту́ра (англ. three-tier или англ. Multitier architecture) архитектурная модель программного комплекса, предполагающая наличие в нём трёх компонентов: клиентского приложения (обычно называемого «тонким клиентом» или терминалом), сервера приложений, к которому подключено клиентское приложение, и сервера базы данных, с которым работает сервер приложений.англ.three-tierангл.Multitier architectureтонким клиентомбазы данных

26 Сетевые сервисы Одноранговые сети, сети с выделенным сервером. Методы коммутации, глобальные и локальные сети Технология «клиент- сервер» Многоуровневый подход к организации сетевого взаимодействия Многоуровневый подход к организации сетевого взаимодействия Клиент это интерфейсный (обычно графический) компонент, который представляет первый уровень, собственно приложение для конечного пользователя. Первый уровень не должен иметь прямых связей с базой данных (по требованиям безопасности), быть нагруженным основной бизнес-логикой (по требованиям масштабируемости) и хранить состояние приложения (по требованиям надежности). На первый уровень может быть вынесена и обычно выносится простейшая бизнес- логика: интерфейс авторизации, алгоритмы шифрования, проверка вводимых значений на допустимость и соответствие формату, несложные операции (сортировка, группировка, подсчет значений) с данными, уже загруженными на терминал.

27 Сетевые сервисы Одноранговые сети, сети с выделенным сервером. Методы коммутации, глобальные и локальные сети Технология «клиент- сервер» Многоуровневый подход к организации сетевого взаимодействия Многоуровневый подход к организации сетевого взаимодействия Сервер приложений располагается на втором уровне. На втором уровне сосредоточена бо́льшая часть бизнес- логики. Вне его остаются фрагменты, экспортируемые на терминалы (см.выше), а также погруженные в третий уровень хранимые процедуры и триггеры.

28 Сетевые сервисы Одноранговые сети, сети с выделенным сервером. Методы коммутации, глобальные и локальные сети Технология «клиент- сервер» Многоуровневый подход к организации сетевого взаимодействия Многоуровневый подход к организации сетевого взаимодействия Сервер базы данных обеспечивает хранение данных и выносится на третий уровень. Обычно это стандартная реляционная или объектно-ориентированная СУБД. Если третий уровень представляет собой базу данных вместе с хранимыми процедурами, триггерами и схемой, описывающей приложение в терминах реляционной модели, то второй уровень строится как программный интерфейс, связывающий клиентские компоненты с прикладной логикой базы данных.

29 Сетевые сервисы Одноранговые сети, сети с выделенным сервером. Методы коммутации, глобальные и локальные сети Технология «клиент- сервер» Многоуровневый подход к организации сетевого взаимодействия Многоуровневый подход к организации сетевого взаимодействия В простейшей конфигурации физически сервер приложений может быть совмещён с сервером базы данных на одном компьютере, к которому по сети подключается один или несколько терминалов. В «правильной» (с точки зрения безопасности, надёжности, масштабирования) конфигурации сервер базы данных находится на выделенном компьютере (или кластере), к которому по сети подключены один или несколько серверов приложений, к которым, в свою очередь, по сети подключаются терминалы. кластере

30 Сетевые сервисы Одноранговые сети, сети с выделенным сервером. Методы коммутации, глобальные и локальные сети Технология «клиент- сервер» Многоуровневый подход к организации сетевого взаимодействия Достоинства и Недостатки Достоинства: По сравнению с клиент-серверной или файл-серверной архитектурой можно выделить следующие достоинства трёхуровневой архитектуры: масштабируемость конфигурируемость изолированность уровней друг от друга позволяет (при правильном развертывании архитектуры) быстро и простыми средствами переконфигурировать систему при возникновении сбоев или при плановом обслуживании на одном из уровней высокая безопасность высокая надёжность низкие требования к скорости канала (сети) между терминалами и сервером приложений низкие требования к производительности и техническим характеристикам терминалов, как следствие снижение их стоимости. Терминалом может выступать не только компьютер, но и, например, мобильный телефон.

31 Сетевые сервисы Одноранговые сети, сети с выделенным сервером. Методы коммутации, глобальные и локальные сети Технология «клиент- сервер» Многоуровневый подход к организации сетевого взаимодействия Достоинства и Недостатки Недостатки: Недостатки вытекают из достоинств. По сравнению c клиент-серверной или файл-серверной архитектурой можно выделить следующие недостатки трёхуровневой архитектуры: более высокая сложность создания приложений; сложнее в разворачивании и администрировании; высокие требования к производительности серверов приложений и сервера базы данных, а, значит, и высокая стоимость серверного оборудования; высокие требования к скорости канала (сети) между сервером базы данных и серверами приложений.

32 Сетевые сервисы Одноранговые сети, сети с выделенным сервером. Методы коммутации, глобальные и локальные сети Технология «клиент- сервер» Многоуровневый подход к организации сетевого взаимодействия Вопросы и ответы