«Технология «клиент-сервер»»

Содержание:

Введение

В настоящее время абсолютно все организации, предприятия используют в своей работе персональные компьютеры (ПК), которые выполняют решения разнообразных экономических или вычислительных задач, что позволяет значительно уменьшить время на процесс обработки большого объема данных.

Очень важная в нынешнее время является быстрая пересылка информации между разными подразделениями, поскольку даже одна небольшая задержка сигнала уже может нести огромные финансовые потери предприятия. Зачастую также одна и та же хранимая информация, в начальной или уже обработанной форме является необходимой для работы многих подразделений.

Для осуществления возможности пользоваться информацией в такой форме несколькими клиентами и были разработаны компьютерные сети.

Ручная обработка информации (создание документации, накладных, схем) требует большое количество разнообразных ресурсов и времени. Очень трудоемким бывает и хранение, получение данных по результатам обследования объектов вследствие их огромного объема и количества. Для обеспечения автоматизации рутинных работ необходимо применить технологию «клиент-сервер». В этом и состоит актуальность работы.

Для обслуживания клиентов необходимо проверять информацию с разных источников, а при традиционной методике выполнения указанные действия могут занять длительное время.

Объектом работы является теория компьютерных вычислительных сетей.

Предмет исследования – технология «клиент-сервер».

Целью исследования является характеристика и подробное описание принципов работы технологии «клиент-сервер».

Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

– рассмотреть основные принципы и определения теории вычислительных сетей;

– дать характеристику технологии «клиент-сервер»;

– описать аппаратное обеспечение вычислительных офисных сетей;

– дать характеристику основным принципам построения распределённых информационных систем;

– рассмотреть характеристику трехуровневой архитектуры «клиент-сервер».

При написании выпускной квалификационной работы использовались научные труды разных авторов: Ватаманюк А.А. [5], Гайкович В.П. [7], Гордеев А.В. [11], Капустин Д.А. [13], Ларионов А.М. [17].

Курсовая работа состоит из введения, основной части (3 раздела), заключения и списка литературы.

1. Классификация и принципы работы компьютерных вычислительных сетей

1.1. Основные понятия теории вычислительных сетей

Широкое использование современных персональных компьютеров привело к острой необходимости выполнения обмена хранимой информацией, обрабатываемой в территориально распределенных ПК.

Компьютерной сетью является соединение нескольких компьютеров или других устройств (принтеров, сканеров) для решения задач:

– обмена информацией;

– общего применения программного обеспечения (ПО);

– использования различного оборудования (модемы, сканеры, внешние диски и прочее).

Соединение создается, в основном, с использованием проводниковых линий связи, но и существуют другие, более прогрессивные методы передачи данных.

В рамках одного офисного здания является практичным реализовать кабельное соединение между разными сетевыми ПК – рабочими станциями (РС).

Преобразование имеющейся информации для выполнения процесса передачи по линиям связи также осуществляют устройства, внедренные в ПК под названием сетевые адаптеры.

Указанные сети получили название компьютерных локальных сетей.

Вопросами для перекодировки данных при прохождения их по разным телефонным линиям, занимаются специальные устройства, которые подключаются к ПК, а именно модемы. Можно также применять и другие методики для соединения (радиосвязь).

Устройства для выполнения преобразования данных в указанном случае уже будут несколько другими.

Удаленные КС, могут объединятся друг с другом, и при этом создавать большие глобальные сети. Типовым примером функционирующей глобальной сети является сеть Интернет. [4]

Вся работа компьютеров в сетях, независимо от их назначения и размеров, чаще всего сводится к одному – выполнению обмена информацией для быстрой обработки данных.

Все компьютеры имеют в своем составе встроенный сетевой адаптер, подключаемый к некоторой проводовой системе – каналам связи.

Перед передачей информации с использованием сети данные разбиваются на пакеты. Все современные сетевые адаптеры общаются при помощи сигналов между собой, а также принимая и передавая разные пакеты с информацией. Такие пакеты состоят с 2-х основных составных компонентов: заголовка и непосредственно данных.

Заголовок может содержать адресы ПК-отправителя или же получателя.

Раздел данных хранит передаваемую информацию.

Переданные в КС пакеты сразу отправляется практически на все компьютеры. При этом, получив этот пакет, считывается заголовок, и лишь тот ПК, для которого и адресован этот пакет, произведет чтение данных, что переданы пакетом.

В случае, когда ПК должен передавать по КС, к примеру, текстовый файл огромного размера, то сетевые платы этого ПК будут разделять файл на несколько отдельных фрагментов и передадут далее каждый фрагмент в отдельных пакетах.

Делается это для того чтобы большие файлы не позволяли загружать сеть на большое время, а при этом давая все возможности другим компьютерам выполнять свою работу в сети. [2]

Принимающий сетевой адаптер в результате получит полностью все пакеты, выполнит их соединение сразу в один единый файл, а лишь после этого будет выполнять передачу готового файла компьютеру.

Таким образом, при функционировании КС будет один за другим выполняться передача пакетов от различных ПК и при этом не будет создаваться «заторы».

Пакет имеет свой определенный тип, поэтому практически любой ПК, получив отдельный пакет, сможет его прочитать с легкостью. Данный формат часто определяется специальным используемым сетевым протоколом, что также устанавливается в настройках для конкретной операционной системы. [3]

Протокол представляется в виде совокупности правил и соглашений при выполнении передачи информации по уже имеющейся компьютерной сети. В случае, когда на ПК установлен аналогичный протокол, то они начнут «понимать» друг друга.

При выполнении стандартизации сети и передаваемой по ней информации, разработаны сетевые протоколы передачи информации.

Протоколом называется набор специальных соглашений и правил для реализации оформления и выполнения процесса передачи информации по самым разным компьютерным сетям. Стоит отметить, что пакет, созданный по указанному сетевому протоколу, будет применять строго определенный формат пакетов.

Есть 3 наиболее популярные сетевые протокола, что практически всегда используются в КС:[6]

– TCP/IP;

– IPX/SPX;

– NetBEUI.

Сетевой протокол TCP/IP широко используется именно в сети Интернет. Обеспечивая совместимости пакетов по использовании их в локальной сети с имеющимися пакетами Интернет в нынешнее время пользуется лишь протокол TCP/IP.[1]

TCP/IP-протокол, на основе которого разработаны самые разные службы в Windows, дает такие возможности:

– обеспечивает отказоустойчивую среду и надежность для обмена информацией в сети;

– поддерживается всеми современными операционными системами.

– имеет возможность ПК работать сразу и в локальных, и в глобальных сетях.

1.2. Классификация вычислительных сетей Error: Reference source not found

1.2.1. Классификация по масштабу

Рассмотрим далее классификацию компьютерных сетей и дадим краткую характеристику (рисунок 1).

Рисунок 1 – Классификация компьютерных сетей

Глобальная сеть – сеть широкого масштаба, что имеет возможность объединять в себе КС в масштабах континентов (рисунок 2).[9]

Рисунок 2 – Структура глобальной сети

Данные сети используются для объединения самых разных сетей в одну так, чтоб разные пользователи и ПК могли взаимодействовать сразу со всеми остальными пользователями в глобальной сети, где они б не находились.

Выполняемые и основные закономерности функционирования глобальных сетей состоят в том, что они построены исключительно для масштабных организаций, иные являются только средством для коммуникации различных корпоративных ЛВС и сети Интернета или с разного рода удалёнными сетями.

Но чаще всего рассматриваемые глобальные сети могут опираються на выделенные им линии, при чем в одном конце маршрутизатор может подключаться в ЛВС и на ином коммутатор может связываться с другими компонентами глобальной сети.[14]

Применяемые протоколы для обмена следующие:

• SONET/SDH;
• TCP/IP;
• ATM;
• Frame Relay;
• MPLS и другие.

Рассмотрим достоинства глобальных сетей:

• широкое распространение для реализации обмену данными на больших расстояниях;
• легкость в подключении к сети Интернет.

Недостатки глобальных сетей:

• часто в некоторых их сегментах используются уже давно применимые и не современные проводовые линии связи.
• низкие скорости при передачи информации существенно ограничивают набор сервисов при передаче файлов.

Региональной сетью (рисунок 3) является сеть, которая объединяет в себе ПК, а также разные сети меньшего размера в пределах нескольких административных единиц.

Региональные КС применяются для объединения некоторых групп сетей в одну большую сеть, расположенных, например, в нескольких зданиях или кварталах.

Диаметр типичной региональной сети может составлять до 50 км.

Рисунок 3 – Структура региональной сети

Рассматриваемые региональные сети не принадлежат для какой-либо отдельной организации, а в большинстве случаев разные соединительные её компоненты и прочее сетевое аппаратное обеспечение принадлежит сразу группе некоторых пользователей или провайдеру. [18]

Об уровне обслуживания пользователи договариваются заранее и сразу обсуждают гарантийные обязательства и другие условия.

Главными требования, предъявляемые к региональным компьютерным сетям, являются:

• опорные точки, которые связываются по скоростным каналам связи;
• расстояние между такими опорными точками – до 10-12 км;
• в своем диаметре сеть может иметь расстояние до 50 км.

Основные достоинства региональных сетей:

• сеть является сетью провайдера магистральной структуры;
• обеспечения полностью свободного доступа к иным КС с использованием для этого соединений с региональными сетями.

Недостаток региональных сетей один – территориальная ограниченность.

Локальная вычислительная сеть (ЛВС) [16] является локальной сетью, что подразумевают объединение разного количества ПК, размещенных на некотором незначительном расстоянии (к примеру, только в одном здании или комнате) (рисунок 4).

Выделяют такие признаки локальной сети:

• высокая скорость передачи данных;
• низкий уровень для допуска ошибок передачи информации;
• эффективные механизмы для управления обменом данными с помощью ЛВС;
• уже заранее ограниченное количество ПК, что подключаются к ЛВС.

Рисунок 4 – Структура локальной сети

Локальная сеть является группой ПК, что соединены только одним каналом связи. Каждый канал дает возможность для обмена данными внутри конкретной локальной сети (обмен данными с ПК рабочей группы ЛВС). Сеть может проектироваться с 2-3 ПК, но может и выполнять объединение в себе несколько сотен ПК.

Все локальные КС подразделяются на такие подгруппы:

1. одноранговые – которые представляются с помощью полностью равноправных ПК (или рабочих станций), каждый из которых имеет уникальное имя и, как правило, пароль, чтобы выполнить вход в него после загрузки ОС.

2. сети, работающие с некоторым выделенным сервером – в этих сетях имеется несколько (или один) компьютеров – серверов, которые хранят информацию, что совместно применяема различными пользователями.

Сервером является постоянное хранилище самых разных разделяемых ресурсов. Серверы также могут быть клиентами для серверов более высшего уровня в иерархии ЛВС.

Все серверы, как правило, представляются высокопроизводительными компьютерами, иногда с несколькими процессорами, что работают параллельно, с винчестерами увеличенного объема памяти, с высокоскоростным (или несколькими) сетевыми адаптерами.

ПК, с которых может осуществляться некоторый доступ к хранимым данным на сервере, еще называют станциями (рабочими станциями) или клиентами.

Все существующие ЛВС имеют следующие достоинства:

• применение общей БД позволяет быстро получать актуальную на данный момент информацию;
• разбросанные территориально пользователи также могут оперативно выполнять или руководить обменом информацией;
• в случае непредвиденного отказа одного из ПК его функции берет на себя следующий.

ЛВС имеют некотроые недостатки:

• требуют иногда значительных материальных затрат на покупку необходимого оборудования, ПО, для прокладки линий связи и обучение сотрудников;
• требуют для выполнения обслуживания специалистов – администраторов сети;
• предоставляют среду по распространению разных компьютерных вирусов;
• повышает значительную опасность для реализации несанкционированного доступа к разного данным с целью их хищения или даже уничтожения.

1.2.2. Классификация по топологии

Топология ЛВС – это физическое расположение всех ПК относительно друг друга.

Топологией [4] определяются требования для сетевого оборудования, типа используемого кабеля, наиболее удобных методов и возможностей управления обменом данных.

Физической топологией сети является физическая геометрия построения для ЛВС.

Логическая топология часто определяет направления проходимых массивов данных между самыми разными узлами сети, а иногда и способы передачи информации в ЛВС.

Шинная структура ЛВС (рисунок 5) является общим кабелем, к которому подсоединены другие рабочие станции.

В топологиях такого типа необходима только одна линия связи для передаваемых в ней данных.

Все участники сети также должны иметь по одной линии кабеля. К этой линии также подключаются в самых различных местах остальные участники.[3]

Рисунок 5 – Структура шинной топологии

Рассматриваемая топология также может применяться в локальных сетях с архитектурой вида Ethernet.[3]

Физическая топология шина является широковещательной, а именно сигналы распространяются практически во все направления сети одновременно.

В топологиях логическая шина непосредственно среда передачи данных может применяться совместно и одновременно для всех ПК сети, при этом сигналы от ПК будут распространяться одновременно на все направления.

Основные достоинства представляемой топологии:

• легкое расширение сети;
• минимальные затраты по стоимости кабеля для прокладки линий связи;
• отсутствие центральных абонентов, что увеличивает надежность сети, поскольку при его некотором отказе остановится вся вычислительная система.

Главные недостатки такой топологии: [9]:

• при разрыве некоторой линий связи вся вычислительная сеть перестает корректно работать и обнаружить разрывы трудно, поскольку все имеющиеся абоненты уже подключены параллельно;
• сетевое аппаратное обеспечение для этой топологии сложнее чем остальные топологии, так как ложатся на нее все обязанности для центрального абонента;
• при разрывах или же повреждениях кабеля прекращается также обмен информацией также между теми рабочими станциями, которые остались соединены.

Для устранения некоторых имеющихся недостатков сети для топологий типа шина часто соединяют друг с другом при помощи репитеров или повторителей.

Звездообразная структура является топологией, где каждая из рабочих станций может подсоединятся кабелем непосредственно к концентраторам [4].

Физическая такая топология является широковещательной, а именно сигналы с ПК могут распространяться во всех направлениях одновременно.

Логическая топология типа «звезда» (рисунок 6) является структурой от станций сети, которая передает информацию по всем линиям для ПК. Информация поступает при передаче сразу на всех рабочих станциях, а принимается только некоторыми из них [9].

Рисунок 6 – Структура звездообразной топологии

Принято различать такие 2 типа описываемой топологии «звезда»:

– звезда, которая имеет пассивный центр;

– звезда, которая имеет интеллектуальный центр.

При звездообразной топологии также необходимо использовать специальное устройство, что имеет несколько портов для подключения сетевого оборудования.

Каждый с абонентов сети соединяется только с одним концентратором для определенной линии передачи информации.

Когда такая линия выходит из строя доступ непосредственно к ЛВС стает практически невозможным именно для этого абонента. [5]

Одним с самых весомых достоинств для рассматриваемой топологии является также тот факт, что можно контролировать легко работу ЛВС, все точки подключения являются сразу собранными в одном месте.

Одним значительным недостатком является большой расход линий связи, ведь к каждой рабочей станции нужно прокладывать свою линию.

Кольцевая топология ЛВС – это физическая структура, где все узлы соединяются каналами связи для реализации неразрывного кольца, с помощью которого и передается информация.

Физически топология «кольцо» (рисунок 7) выполняет прием сигнала рабочей станцией и распознает, а также может получать только сообщение, что ей адресовано. В ЛВС с рассматриваемой топологией используется специальный доступ с помощью маркеров, что предоставляет ПК право использовать топологию в определенном ранее порядке.

Маркерный метод для реализации доступа обеспечивает для каждого ПК получение степени доступа к кольцу при обороте маркера.

Стоит отметить тот факт, что в топологии кольцо все участники сети будут соединены только одной линией для связи (рисунок 6) с каждым со своим соседей, в рассматриваемой линии передаются информация только в одном из направлений. [4]

Рисунок 7 – Структура кольцеобразной топологии

Рассмотрев все основные типы топологий, можно выделить далее важнейшие факторы, что могут влиять на работу ЛВС: [19]

– исправность рабочих станций в сети. Иногда данный факт может остановить работу локальной сети, но иногда он не влияет никак на работоспособность ЛВС;

– исправность оборудования в ЛВС [3];

– целостность линии связи.

Топология звезда использует преимущества над шинной топологией, а именно, значительно высокая стойкость для отказов ЛВС и высокий ее уровень надежности.

В случае выхода только одного из рабочей станции из строя, сеть будет продолжать работать и дальше, а полная остановка сети наступает только при поломке центрального узла.

Из вышеприведенного материала сделаем вывод, что в нынешнее время наиболее актуальной топологией является «звезда», поскольку она стойкая к разного рода отказам.

2. Описание технологии «клиент-сервер»

2.1. Определение и особенности технологии «клиент-сервер»

В общем случае для организации работы пользователей сети с информационными ресурсами, распределенными по различным компьютерам, необходимы три составляющих:

- программа, установленная на компьютере пользователя, которая может осуществлять сетевой запрос с целью получения объекта, и предназначенная для его обработки (например, просмотра, изменения или печати документа);

- программа, установленная, как правило, на компьютере, где расположен информационный объект, которая может осуществлять по запросу поиск и пересылку объекта, а также упорядочивание доступа к нему нескольких пользователей;

- правила (протокол) взаимодействия между этими программами.

Технология взаимодействия, в которой одна программа запрашивает выполнение какой-либо совокупности действий ("запрашивает услугу"), а другая ее выполняет, называется технологией "клиент-сервер". Участники такого взаимодействия называются соответственно клиентом (client) и сервером (server). Достаточно часто клиентом (или сервером) называют компьютеры, на которых функционирует то или иное клиентское (или серверное) программное обеспечение.

Следует особо отметить, что набор действий, понимаемых как запрашиваемая услуга, – это не обязательно чтение (получение) объекта. В том числе это может быть сохранение (запись), пересылка объекта и т.д.

При большом числе компьютеров (десятки, сотни и даже тысячи) предприятия чаще всего полагаются на сети модели «клиент-сервер». Упрощенно можно считать, что в такой сети отдельный компьютер подключается к одному или нескольким мощным компьютерам, которые называются серверами.

Сервер – это компьютер, или выполняющаяся на нём программа, которая предоставляет клиентам доступ к общим ресурсам и управляет этими ресурсами.

Клиент – пользователь (получатель) услуг и/или ресурсов, которые предоставляет сервер.

СЕРВЕР

Рисунок 8 – Модель клиент-сервер.

В серверных сетях серверы оснащены процессорами типа Intel Pentium 4 и сетевой операционной системой.

Роль серверов состоит в обеспечение централизованной защиты и управлении трафиком, а так же в предоставление клиентам ресурсов: информации, приложений и доступа к устройствам совместного пользования (например, к принтерам).

В клиент – серверной среде в роли клиентов выступают настольные ПК под управлением операционной системы типа Windows. Как правило, клиент использует собственные вычислительные мощности для обработки информации, полученной от сервера, но полагается на сервер в части предоставления необходимых данных и приложений. Такое распределение ролей в обработке информации носит название клиентской (front - end) и серверной (back - end) обработки.

Наряду с успешным функционированием в собственной «родной» среде, сети модели клиент – сервер могут работать с микрокомпьютерами и мэйнфреймами. Именно эта гибкость в сочетании достаточно низкой (по сравнению с традиционными решениями) стоимостью и составляет привлекательность клиент – серверных сетей. Работая в такой среде на компьютере – клиенте, можно «вкушать плоды» трех разных методов обработки информации: автономной работы, взаимодействия с другими ПК сети и подключения к серверу или мэйнфрейму для доступа к хранящейся там информации.

Необходимо различать понятия сетевых приложений и протоколов прикладного уровня. Протоколы прикладного уровня являются частью (хотя и весьма большой) сетевых приложений. Рассмотрим два примера. Web является сетевым приложением, позволяющим пользователям получать web-документы по запросу и состоящим из множества компонентов, включая стандарт формата документов (HTML), браузеры (Netscape Navigator, Microsoft Internet Explorer и др.), web-серверы (например, Apache, Microsoft или Netscape), протоколы прикладного уровня. Протокол прикладного уровня для web носит название протокола передачи гипертекста (HyperText Transfer Protocol, HTTP) и описывает формат и порядок обмена сообщениями между клиентом и сервером (RFC 2646). Таким образом, HTTP является лишь частью web-приложения.

2.2. Аппаратное и программное обеспечение сетей для применения технологии «клиент-сервер»

Все ЛВС в качестве разных аппаратных средств могут состоять с следующих функциональных классов технического оборудования [2]:

– Для осуществления усиления незначительного сигнала или же его преобразование в формы, удобные для дальнейшей передачи, часто предназначаются средства увеличения сигнала для передачи данных (к примеру, усилитель).

– Для реализации процесса для переноса сигналов служат специальные линии передачи информации.

– Средства управления разными информационными процессами в ЛВС (коммутация пакетов, разветвление нескольких линий передачи) – дают прекрасную возможность реализовать адресацию для сообщений;

– Реализация нескольких каналов для одного логического (или физического) соединения посредством его разделения частот для передачи, а также и чередования пакетов и т.п. возможна также с применением средств для повышения ёмкости имеющихся линий передачи (или же мультиплексоров).

– Средства соединения таких линий для передачи между сетевым оборудованием для указанных узлов (сетевые платы, адаптеры) – осуществляют процесс по вводу/выводу данных с оконечного технического оборудования непосредственно в используемую сеть.

Рассмотрим некоторые составляющие аппаратного обеспечения ЛВС еще более подробнее и приведем их основные характеристики.

Сетевые интерфейсные платы (NIC, Network Interface Card) предназначены для установки их в настольных или же портативных ПК, ноутбуках (рисунок 9).[5]

Главные функции адаптеров [2]:

1. взаимодействие с самыми разными устройствами непосредственно в локальных сетях организаций;

2. назначение приоритетов для установленного трафика, а также и повышение производительности, поддержание непосредственного процесса удалённого изменения уровня конфигурации, удалённой активизации качества связи в центральной рабочей станции сети, что позволяет экономить финансовые и временные средства, а также физические издержки для администраторов сетей.

Рисунок 9 – Внешний вид сетевого адаптера

По конструктивной реализации адаптеры делятся на следующие категории:

• внешние, что подключены через LPT-порт [1] или же PCMCIA интерфейсы данных;
• внутренние – отдельные микросхемы, что вставляются в ISA-порт или слот PCI-E;
• встроенные в слоты используемой материнской платы.

Достоинства для сетевых плат состоит в том, что часто они могут работать уже на скорости около 100 Мбит/сек.

Недостатки устройств – сильное увеличение цены для проектируемой сети при числе имеющихся рабочих станций более 25 и/или превышении диаметра сети выше 205 м (для витой пары).

Концентраторы (или же многопортовые повторители, hub) применяются в качестве повторителей сигналов на всех рассматриваемых участках передачи данных, также они производят непосредственное обнаружение коллизии в сегментах и посылке так называемой джам-последовательности по всех выходах (рисунок 10):[20]

Рисунок 10 – Внешний вид концентраторов

Концентраторы являются так называемым активным оборудованием ЛВС. Каждый концентратор служит центром звездообразной конфигурации сети и обеспечивает корректное подключение всех устройств сети. Для концентратора для каждого узла (ПК, серверов доступа, принтеров, телефонов и пр.) должны применяться отдельные порты.

Опираясь также при этом на конкретное число рабочих станций, часто применяют и пассивные, а также иногда активные концентраторы. В принципы работы для активных концентраторов используется усилитель при подключении к нему от 8 до 32 станций, пассивные – это лишь обычные разветвительные устройства сетевого использования.

Концентраторы также образуют из некоторых физических отрезков линий связи общую среду для реализации передачи данных – логических сегментов.

Логические сегменты называют также доменами коллизий, при одновременной передачи имеющихся данных для двух любых ПК этого сегмента, что хотя и принадлежат разным сегментам, возникает процесс блокировки для передающей среды.

Основные достоинства для концентраторов такие:

• в основном на практике используют топология звезда, при использовании которой соединения с ПК создают «лучи», а концентратор является для нее центром;
• при проектировании локальных сетей есть возможности для наращивания (или каскадирования) нескольких хабов, что приведет к более эффективной работе сети.

Недостатки рассмотренных концентраторов также в том, что непосредственный выбор места установки для любого концентратора является одним из самым важнейшим этапов планирования сети.

Коммутатор [5] – это многопортовое сетевое устройство, что способно также обеспечить высокочастотную коммутацию для передаваемых пакетов между самыми разными портами оборудования (рисунок 11).[3]

Рисунок 11 – Внешний вид коммутатора

Основные характеристики данного устройства:[8]

• высокая пропускная способность оборудования;
• скорость передвижения пакетов (кадров) по сети;
• задержка в передаче кадров;
• использование фильтрации.

Функции для коммутаторов состоят также в том, что при использовании коммутатора передаются также пакеты для разных сообщений одновременно для нескольких портов в сетях типа Ethernet.

При работе таких коммутаторов применяется алгоритм так называемого «прозрачного сегмента». То есть, в момент начала функционирования каждому коммутатору ничего практически не известно о других подключаемых узлах.

Как только к коммутатору подключёнными узлами начинается выполняться передача информации, само устройство коммутатора начинает выполнять быстрый анализ содержимого для адресации отправителям, и в результате можно будет легко сделать выводы по принадлежности конкретных узлов к определённому порту коммутатора.

Достоинства коммутаторов состоят в следующих фактах:

• производительность клиента, а именно, в каждой конкретной вычислительной системе, что подключена также к коммутатору видна и некоторая информация, которая может иметь прямое отношение к сетевому адаптеру;
• высокий уровень производительности, поскольку только соответствующие и требуемые данные передаются на всех сетевых портах, каждый NIC использует собственный адресуемый пакет, доставленный на устройства коммутатора независимо от других.

Недостатки коммутаторов выявляются только по той причине, что если ключ не будет являться дорогим, чтобы выполнить его включение так называемый процесс «зеркалирования портов», то снифер сможет ограниченно примениться непосредственно на коммутаторе, ведь коммутатор автоматически будет выполнять фильтрацию всего трафика получаемого снифером.

Маршрутизаторы (рисунок 12) – это устройства, для которых используются несколько его сетевых портов. К ним могут подсоединяться разные подсети. Каждый с таких портов для маршрутизатора также можно представить как отдельные узлы сети, имеющий при этом собственный сетевой или же локальный адрес. [11]

Маршрутизатором является совокупность сразу нескольких сетевых узлов, а каждый имеет вход к имеющийся подсети.

Рисунок 12 – Внешний вид маршрутизатора

Главными характеристиками для маршрутизаторов считаются: [15]

• общая производительность сети;
• набор поддерживаемых протоколов обмена данными в сети и протоколов для маршрутизации данных;
• совокупность поддерживаемых интерфейсов для глобальных и локальных КС.

Основные функции, что могут выполняться маршрутизаторами:

1. Чтение определенных заголовков передаваемых пакетов, а также и некоторых сетевых протоколов, что являются принятыми в буфер портов для маршрутизатора;

2. Определение дальнейшего маршрута передачи;

3. Подключение к корректному использованию территориально-распределённых сегментов локальных сетей.

Достоинства маршрутизаторов кроются в том, что они не вносят ограничений в топологии КС, а петли, возникающие через непосредственные цепи с коммутаторами, никак не представляют проблем в работе с маршрутизаторами.

Рассмотрим единственный существенный недостаток маршрутизаторов, который является в том, что они по сравнению с другими устройствами (коммутаторами, мостами) могут требовать намного больше усилий для их настройки и администрирования.

В основу практически всякой КС положена установленная сетевая ОС.

Все компьютеры в ЛВС в некоторой степени являются автономны, поэтому под понятием сетевой ОС понимают в широком смысле совокупность ОС для отдельных ПК, что взаимодействуют для реализации обмена различными данными и разделения всех имеющихся ресурсов по единым правилам, которые называются протоколами [17].

Все такие протоколы могут обеспечивать главные функции КС, а именно:

– функционирование служб;

– адресацию объектов;

– обеспечение степени безопасности информации;

– управление ЛВС.

В самом узком понимании сетевая ОС – это операционная система, что предназначена для отдельного ПК и обеспечивает ему возможности по работе в КС.

В организациях для рабочих станций часто устанавливают Windows 7, а в качестве серверной операционной системы – ОС Windows Server 2012.

Поэтому в проектируемой сети используем указанные выше операционные системы. [20]

Windows Server 2012 имеет возможность управлять специальными веб-серверами с использованием различных интернет-платформ для работы приложений в среде Internet Information Services (рисунок 13).

Инструмент под названием Internet Information Server, с помощью .NET Framework формируют специальную платформу для выполнения процесса разработки приложений, что могут связывать ПК сотрудников друг с другом, а также с разными данными, обеспечивая при этом обработку информации и данных.

Рисунок 13 – Логотип для сетевой ОС Windows Server

Операционные системы также могут поддерживать виртуализацию нескольких ОС, к примеру, Linux, Windows и перечень других, что могут размещаться на одном из серверов.

Шлюзы служб терминалов удаленных приложений, а также служб обычных терминалов обеспечивают полный открытый удаленный доступ, интеграцию приложений с разными локальными настольными компьютерами, что позволяет быстро, а также и удобно выполнять развертывание приложении.

Операционная система с названием Windows Server 2012 выполняет защиту сервера ЛВС, данных, учетных записей пользователей от разного рода сбоев и вторжений.

Диспетчеры для серверов ускоряют настройку некоторых серверов, а также упрощают текущее управление разными серверными установленными ролями.

Windows PowerShell является специальной оболочкой с популярным модулем командной строки, что может поддерживать более 130 средств, имеет язык программирования, что дает возможность администратору автоматизировать абсолютно все выполнения требуемых операций для функционального управления системами с помощью серверов.[6]

Для индивидуальных потребностей конкретных пользователей разработаны 2 версии предлагаемой операционной системы. [12]

ОС Windows Server 2012 класса Standard Edition создана для малого бизнеса, небольших подразделений организаций и поддерживает в себе основные серверные функции, что реализуются для практически всех возможных серверных ролей, а также их функций.

Рисунок 14 – Характеристика минимальных требований для аппаратного обеспечения

Он поддерживает также полную установку компонентов и установку основных для сервера. [3]

Сетевой службой называют специальную совокупность клиентской, серверной частей для определенной ОС, что может предоставлять доступ к типу разных ресурсов ПК через внедренные КС.

Сетевая служба также может предоставлять пользователям однозначный набор различных услуг, к примеру, реализуя запросы пользователей или приложений, большинство сетевых их файловых служб может провести стандартные действия (рисунок 15):

Рисунок 15 – Перечень сетевых служб для Windows Server 2012

Далее перечислим основные сервисные программные службы и средства Windows Server:[1]

• служба каталогов имеет возможность обеспечивать поиск, идентификацию, управление всеми имеющимися ресурсами, а также и пользователями, которые занесены в реестре ОС;
• служба удаленного доступа предоставляет возможность удаленным пользователям выполнить подключение в свою корпоративною КС и работать так, как будто пользователь находится на аналогическом своем же автоматизированном рабочем месте;[8]
• файловые службы могут обеспечивать доступ к распределенным файловым ресурсам ЛВС;
• служба сценариев имеет возможность поддерживать реализацию сценариев, что являются встроенными в ОС. Это позволяет администратору упрощать процесс автоматизации при использовании предпочтительных языков программирования [20];
• служба групповой политики имеет возможность обеспечивать рассылку пользователям разной информации.

3. Построение информационных систем на основании технологии «клиент-сервер»

3.1. Распределенные информационные системы

Технология «клиент-сервер» пришла на смену централизованной схеме управления вычислительным процессом на мейнфреймах еще в 80-х годах прошлого века. Благодаря высокой живучести и надежности вычислительной системы, легкости масштабирования, возможности одновременной работы пользователя с несколькими приложениями, высокой оперативности обработки информации, обеспечению пользователя высококачественным интерфейсом и другим возможностям эта весьма перспективная и далеко не исчерпавшая себя технология получила свое дальнейшее развитие.

Со временем малофункциональную модель файлового сервера для локальных сетей (FS) заменили появившиеся одна за одной модели структуры «Клиент- сервер» (RDA, DBS и AS).

Заняв нишу баз данных, технология «Клиент – сервер» стала основной технологией глобальной сети Internet. Далее, в результате перенесения идей сети Internet в среду корпоративных систем, появилась технология Intranet. В отличие от технологии «Клиент-сервер» эта технология ориентирована не на данные, а на информацию в ее окончательно готовом к потреблению виде. Вычислительные системы, построенные на основе Intranet, имеют в своем составе центральные серверы информации и распределенные компоненты представления информации конечному пользователю (программы-навигаторы, или браузеры). Взаимодействие между клиентом и сервером в Intranet происходит при помощи web – технологий.

На сегодняшний день технология «Клиент-сервер» получает все большее распространение, однако сама по себе она не предлагает универсальных рецептов. Она лишь дает общее представление о том, как должна быть организована современная распределенная информационная система. В то же время реализации этой технологии в конкретных программных продуктах и даже в видах программного обеспечения различаются весьма существенно.

Обычно компоненты сети не равноправны: у одних есть доступ к ресурсам (например, принтер, процессор, система управления базой данных (СУБД), файловая система и так далее), другие имеют возможность обращаться к этим ресурсам.

Технология «Клиент – сервер» - это архитектура программного комплекса, в которой происходит распределение прикладной программы по двум логически различным компонентам (клиент и сервер), взаимодействующим по схеме «запрос-ответ» и решающим свои определенные задачи.

Компьютер (или программа), управляющий и/или владеющий каким-либо ресурсом, называют сервером этого ресурса.

Компьютер (или программа), запрашивающий и пользующийся каким-либо ресурсом, называют клиентомэтого ресурса.

Клиент и сервер могут находиться как на одном компьютере (ПК), так и на разных ПК в сети. Также может возникать такая ситуация, когда некоторый программный блок будет одновременно выполнять функции сервера по отношению к одному блоку и клиента по отношению к другому.

Основной принцип технологии «Клиент-сервер» заключается в разделении функций приложения как минимум на три группы:

- модули интерфейса с пользователем;

Также эту группу называют логикой представления. Через эту группу пользователи взаимодействуют с приложением. Независимо от конкретных характеристик логики представления (интерфейс командной строки, сложные графические пользовательские интерфейсы, интерфейсы через посредника) ее задача состоит в том, чтобы обеспечить средства для наиболее эффективного обмена информацией между пользователем и информационной системой.

- модули хранения данных;

Эту группу также называют бизнес-логикой. Бизнес-логика определяет, для чего конкретно предназначено приложение (например, прикладные функции, характерные для данной предметной области). Разделение приложения по границам между программами обеспечивает естественную основу для распределения приложения на нескольких компьютерах.

- модули обработки данных (функции управления ресурсами);

Эту группу также называют логикой доступа к данным или алгоритмами доступа к данным. Алгоритмы доступа к данным исторически рассматривались как специфический для конкретного приложения интерфейс к механизму постоянного хранения данных наподобие файловой системы или СУБД. При помощи модулей обработки данных организуется специфический для приложения интерфейс к СУБД. При помощи интерфейса приложение управляет соединениями с базой данных и запросами к ней (перевод специфических для конкретного приложения запросов на язык SQL, получение результатов и перевод этих результатов обратно в специфические для конкретного приложения структуры данных).

Каждая из этих групп может быть реализована независимо от двух других. Например, не изменяя программ, используемых для хранения и обработки данных, можно изменить интерфейс с пользователем таким образом, что одни и те же данные будут отображаться в виде таблиц, графиков или гистограмм. Очень простые приложения часто способны собрать все три части в единственную программу, и подобное разделение соответствует функциональным границам.

В соответствии с разделением функций в любом приложении выделяются следующие компоненты:

- компонент представления данных;

- прикладной компонент;

- компонент управления ресурсом.

В классической архитектуре клиент-сервер приходится распределять три основные части приложения по двум физическим модулям. Обычно прикладной компонент располагается на сервере (например, сервере базы данных), компонент представления данных - на стороне клиента, а компонент управления ресурсом распределяется между клиентской и серверной частями. В этом заключается основной недостаток классической двухуровневой архитектуры.

В двухзвенной архитектуре при разбиении алгоритмов обработки данных разработчики должны иметь полную информацию о последних изменениях, внесенных в систему, и понимать эти изменения, что создает большие сложности при разработке клиент-серверных систем, их установке и сопровождении, поскольку необходимо тратить значительные усилия на координацию действий разных групп специалистов. В действиях разработчиков часто возникают противоречия, а это тормозит развитие системы и вынуждает изменять уже готовые и проверенные элементы.

3.2. Трехуровневая архитектура «клиент-сервер»

С середины 90-х годов прошлого века признание специалистов получила трехзвенная архитектура «Клиент – сервер», которая разделила информационную систему по функциональным возможностям на три отдельных компонента: логика представления, бизнес-логика и логика доступа к данным. В отличие от двухзвенной архитектуры в трехзвенной появляется дополнительное звено - сервер приложений, который предназначен для осуществления бизнес-логики, при этом полностью разгружается клиент, который направляет запросы промежуточному программному обеспечению, и максимально используются все возможности серверов.

В трехуровневой архитектуре клиент обычно не перегружен функциями обработки данных, а выполняет свою основную роль системы представления информации, поступающей с сервера приложений. Такой интерфейс можно реализовать с помощью стандартных средств Web-технологии - браузера, CGI и Java. Это уменьшает объем данных, передаваемых между клиентом и сервером приложений, что позволяет подключать клиентские компьютеры даже по медленным линиям типа телефонных каналов. Кроме того, клиентская часть может быть настолько простой, что в большинстве случаев ее реализуют с помощью универсального браузера. Но если менять ее все-таки придется, то эту процедуру можно осуществить быстро и безболезненно.

Сервер приложений – это программное обеспечение, являющееся промежуточным слоем между клиентом и сервером.

Существует несколько категорий продуктов промежуточного слоя:

- Message orientated – яркие представители MQseries и JMS;

- Object Broker – яркие представители CORBA и DCOM;

- Component based – яркие представители.NET и EJB.

Использование сервера приложений дает больше возможностей, например, уменьшается нагрузка на клиентские компьютеры, потому что сервер приложений распределяет нагрузку и обеспечивает защиту от сбоев. Так как бизнес-логика хранится на сервере приложений, то при каких-либо изменениях в отчетности или расчетах клиентские программы никоим образом не затрагиваются.

Существует несколько серверов приложений от таких знаменитых компаний как Sun Microsystem, Borland, IBM, Oracle и каждый из них отличается набором предоставляемых сервисов (производительность в данном случае учитывать не будем). Эти сервисы облегчают программирование и развертывание приложений масштаба предприятия. Многоуровневые клиент-серверные системы достаточно легко можно перевести на Web-технологию - для этого достаточно заменить клиентскую часть универсальным или специализированным браузером, а сервер приложений дополнить Web-сервером и небольшими программами вызова процедур сервера. Для разработки этих программ можно использовать как Common Gateway Interface (CGI), так и более современную технологию Java.

В трехуровневой системе в качестве каналов связи между сервером приложений и СУБД можно использовать более скоростные линии, которые потребуют минимальных затрат, так как сервера обычно находятся в одном помещении (серверной) и не будет перегружать сеть из-за передачи большого количества информации.

Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что двухуровневая архитектура сильно уступает многоуровневой архитектуре, поэтому в настоящее время используется только многоуровневая архитектура «Клиент – сервер», в которой различают три модификации - RDA, DBS и AS.

Заключение

Построение компьютерных сетей является на сегодняшний день самым лучшим способом создания единой информационной среды в компаниях и предприятиях разного уровня и деятельности, обусловленного современными требованиями для быстрого обмена информации, а также между разными пользователями, совместного использования ресурсов вычислительной техники.

Локальная сеть предназначается для сбора, передачи, а также рассредоточенной и распределенной обработки имеющихся данных в пределах одной с лабораторий, отдела, офиса, компании или административного региона, часто специализируется на выполнении функций соответственно профилю своей деятельности и отдельных ее отделов.

В многих случаях локальные сети, обслуживают свою информационную систему, связанна с иными вычислительными сетями, внешними или внутренними, вплоть до региональных и глобальных сетей.

В первой главе работы рассмотрены основные определения теории компьютерных вычислительных сетей, приведены функции и их предназначение, описаны признаки их классификации и особенности функционирования в зависимости от масштаба, топологии и других свойств.

Современные сетевые технологии способствуют новой технической революции. К примеру, в США созданию единой сети ПК придают такое же значение, как и строительству автомагистралей в шестидесятые годы. В связи с этим компьютерную сеть называют также «информационной супермагистралью».

В локальных сетях вместо соединяющего ПК пассивного кабеля в большом количестве появилось большое разнообразное коммуникационное оборудование:

– коммутаторы;

– маршрутизаторы;

– шлюзы.

Благодаря этому оборудованию появилась возможность создания больших корпоративных сетей, что насчитывают тысячи компьютеров, а также имеют сложную структуру.

Возродился также интерес к крупным ПК – в основном из-за того факта, что после спада большой эйфории по поводу простоты работы с ПК выяснилось, что системы, которые состоят из сотен серверов, обслуживать намного сложнее, чем несколько мейнфреймов. Поэтому на новом этапе эволюционной спирали мэйнфреймы начали возвращаться в корпоративные системы, но уже в качестве полноправных сетевых узлов, поддерживающих Ethernet, Token Ring, стек протоколов TCP/IP.

Проявилась также еще одна очень тенденция, затрагивающая в равной степени локальные и глобальные сети.

Для них стала обрабатываться ранее несвойственная вычислительным сетям информация, к примеру, голос, видеоизображения, рисунки.

Указанный факт потребовал внесения изменений в функционирование протоколов, сетевых операционных систем (ОС) и коммуникационного оборудования.

При выполнении работ было реализовано следующие задачи:

– рассмотрены основные принципы и определения теории вычислительных сетей;

– дана характеристика технологии «клиент-сервер»;

– описано аппаратное и программное обеспечение вычислительных офисных сетей;

– дана характеристику основным принципам построения распределённых информационных систем;

– рассмотрена характеристика трехуровневой архитектуры «клиент-сервер».

Список использованных источников

1. Андерсон Криста, Минаси Марк Локальные сети; Корона-Принт, Энтроп, Век + - Москва, 2013. - 624 c.
2. Анатольев А.Г. Сетевые технологии. Программное обеспечение компьютерных сетей - Омск: ОмГТУ, 2017. — 217 с.
3. Бабич А.В. Организация информационных сетей – Тюмень: Издательство Тюменского государственного университета, 2015. – 144 с.
4. Бройдо В.У. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации 4- изд. / под редакцией Ильина О — СПб: Питер, 2014. — 560 с.
5. Ватаманюк А.А. Создание, обслуживание и администрирование сетей на 100% : Питер-2015. – 343 с.
6. Гайдадина Т.М. Сети связи : — М., 2015. — 114 с.
7. Гайкович В., Першин А., Безопасность электронных систем. – Москва.: Единая Европа, 2013, 214 с.
8. Галатенко В.П. Информационная безопасность, «Открытые системы». –М.: Азбука – Книга, 2013, 346 с.
9. Герасименко В.А., Малюк А.А., Основы защиты информации, М.: МИФИ, 2016 г., 172 с.
10. Голицына О.Л., Программное обеспечение [Текст]/О.Л. Голицына, И.И. Попов, Т.Л. Партыка. - М.: Форум, 2015. – 933 с.
11. Гордеев А.В., Системное программное обеспечение [Текст]/А.В. Гордеев, Ю.А. Молчанов. – С–Пб, 2016. – 739 с. - ISBN 5-469-00391-4;
12. Информационно-вычислительные сети: учебное пособие. Капустин, В. Е. Дементьев. — Ульяновск : УлГТУ, 2014. — 141с.
13. Капустин Д.А., Информационно-вычислительные сети - Ульяновск: УлГТУ, 2014. – 141с.
14. Кузин, А.В. Компьютерные сети: Учебное пособие / А.В. Кузин.. - М.: Форум, НИЦ ИНФРА-М, 2013. - 192 c.
15. Кузьменко, Н.Г. Компьютерные сети и сетевые технологии / Н.Г. Кузьменко. - СПб.: Наука и техника, 2013. - 368 c.
16. Куроуз, Д. Компьютерные сети. Нисходящий подход / Д. Куроуз, К. Росс. - М.: Эксмо, 2016. - 912 c.
17. Ларионов, А.М.; Майоров, С.А.; Новиков, Г.И. Вычислительные комплексы, системы и сети; Л.: Энергоатомиздат - Москва, 2014. - 288 c.
18. Локальные сети и интернет/ А.А. Заика - М.: Национальный Открытый Университет "ИНТУИТ", 2016 г.
19. Максимов, Н.В. Компьютерные сети: Учебное пособие для студентов учреждений среднего профессионального образования / Н.В. Максимов, И.И. Попов. - М.: Форум, НИЦ ИНФРА-М, 2013. - 464 c.
20. Манза Н.Н. Компьютерные сети нового поколения / под редакцией Лавриенка Я.С. – Днепропетровск.: Изд-во Манлав, 2014. – 896 с.