Понятие о компьютерных сетях

Это занятие посвящено изучению основ компьютерных сетей. Вы узнаете, зачем нужны компьютерные сети, какие типы сетей существуют, чем они различаются.

Вопрос: "А зачем нам это надо?"
Ответ: "Вам - не надо!"

Не обижайтесь, это был маленький тест! Дело в том, что, если вы до сих пор задаете себе этот вопрос, то это занятие не для вас. Оно рассчитано на тех, кто уже понял, что развитие сегодняшнего компьютерного мира целиком базируется на технологиях компьютерных сетей. Между прочим, сети эти начали создаваться в глобальных масштабах, ни много ни мало, более тридцати лет назад. А маленькие локальные сети (сети внутри одной организации) имеют еще большую историю. Сегодня сетевые технологии активно развиваются как вширь (увеличением протяженности существующих каналов связи), так и вглубь (разработкой новых технологических решений, позволяющих радикально увеличить скорость и объемы передачи информации).

И всё же, "Зачем в школе нужна локальная сеть?"

1. Коллективный выход в Интернет. У каждой школы сегодня есть подключение к Интернету, поэтому возникает естественное желание воспользоваться услугами Интернета с любого компьютера школы. Обидно ведь, когда кабинет информатики получает такое заметное преимущество перед другими пользователями школьных компьютеров. Ну, например, у информатиков после уроков идет факультатив, а учителю необходимо найти информацию к уроку по его предмету. Будем ждать окончания факультатива или попросим учителя заняться поиском необходимой ему для учебного процесса информации из дома и за его, учителя, счет? Или попробуем предоставить выход в интернет с любого школьного компьютера?

2. Электронное представительство школы в Интернете.

3. Школьная почтовая служба.

4. Необходимость ведения школьных баз данных.

5. Разграничение доступа к информации.

6. Предоставление доступа к сетевым ресурсам.

7. Коллективный доступ к сетевому принтеру. Всем нужна качественная печать. Печатать документы нужно директору, секретарю, завучу, учителю-предметнику, ученику (доклады, рефераты по заданию учителей). Но вот иметь по одному принтеру на каждом рабочем месте - непозволительная роскошь, да и обслуживать-контролировать такое количество принтеров невозможно!

8. Антивирусная безопасность.

9. Упрощение обслуживания школьных компьютеров.

10. Масштабное и управляемое предоставление "компьютерных услуг" участникам образовательного процесса.

Этот список не окончательный. Но сказанного вполне достаточно, чтобы быть уверенным - школе нужна локальная сеть.

Компьютерные сети

С точки зрения структуры, компьютеры могут работать и существовать изолировано друг от друга. "Компьютеры-одиночки" могут использоваться там и тогда, где и когда нет необходимости обмениваться информацией между ними, или когда обмен информацией носит разовый характер (домашний компьютер, например). Однако современный уровень применения компьютеров в школе не допускает изолированных компьютеров, поскольку ценность такого использования весьма незначительна.

Широкое внедрение персональных компьютеров в повседневную реальность привело к необходимости обмена информацией, обрабатываемой на разных компьютерах. Как перенести большой объем информации с одного компьютера на другой? Как распечатать информацию, если принтеров меньше, чем компьютеров? Как предоставить всем компьютерам выход в Интернет? Как бороться с вирусами, если не все пользователи соблюдают правила безопасной работы? Как защитить компьютеры от несанкционированного вмешательства пользователей? Как сделать доступными для всех пользователей большие объемы информации, измеряемые многими гигабайтами? Эти и многие другие проблемы решают объединенные компьютеры, поэтому всё чаще они соединяются между собой линиями связи, предназначенными для передачи информации. В таком случае говорят, что компьютеры объединены в компьютерную сеть.

Компьютерная сеть это соединение двух или более компьютеров для решения следующих задач:

Простейшая сеть
Схема простейшей сети

Соединение, как правило, создается с помощью специального кабеля, но существуют и другие, более сложные средства.

В рамках одного учреждения довольно практично использовать кабельное соединение. Преобразование информации для передачи по кабелю осуществляют устройства, встраиваемые в компьютер сетевые адаптеры, ещё их называют сетевые карты. Такие местные сети получили название локальные сети. У современных компьютеров сетевые адаптеры встроены в материнскую плату, у более старых сетевой адаптер представляет отдельное устройство, которое может быть установлено на материнскую плату дополнительно.

Интегрированная сетевая карта
Материнская плата с интегрированной сетевой картой

А если нам нужно соединить нашу локальную сеть с другой локальной сетью, то как протянуть кабель для подключения к сети, расположенной достаточно удаленно от данной, например, в другом здании или другом городе? Для этого используют уже существующие кабельные соединения, такие как телефонные линии, либо прокладываются дополнительные линии связи. Вопросами перекодировки информации для прохождения по телефонным линиям, занимаются специальные устройства, подключаемые к компьютеру - модемы. Можно использовать и другие способы соединения, например, радиосвязь. Устройства преобразования в этом случае будут другими.

Удаленные локальные сети, объединяются друг с другом, создавая глобальные сети. Примером глобальной сети является сеть Интернет.

Классификация локальных сетей по структуре

Каждый компьютер в сети может иметь один из двух статусов:

Сервер предоставляет свои ресурсы (диски, папки с файлами, принтеры, устройство для чтения CD/DVD и т.п.) другим компьютерам сети. Как правило, это специально выделенный высокопроизводительный компьютер, оснащенный специальной серверной операционной системой, централизованно управляющий сетью.

Рабочая станция (клиентский компьютер) - это компьютер рядового пользователя, получающий доступ к ресурсам сервера.

По типу организации работы компьютеров в сети различают

Выбор типа локальной сети в значительной степени зависит от требований к безопасности работы с информацией, уровня подготовки администратора сети, необходимостью обеспечения эффективного использования компьютера несколькими пользователями.

Одноранговые сети

В одноранговой сети все компьютеры имеют одинаковый приоритет и независимое администрирование.

Каждый компьютер имеет установленную операционную систему платформы Microsoft Windows любой версии или совместимую с ней. Эта операционная система поддерживает работу клиента сети Microsoft.

Пользователь каждого компьютера самостоятельно решает вопрос о предоставлении доступа к своим ресурсам другим пользователям сети. Это наиболее простой вариант сети, не требующий особых профессиональных знаний. Установка такой сети не занимает много времени.

Для построения одноранговой локальной сети достаточно объединить компьютеры при помощи сетевого кабеля (смонтировать кабельную систему) и установить на компьютеры, например, ОС Windows XP Professional. Мастер подключения к сети операционной системы поможет осуществить все необходимые настройки операционной системы.

Простейшая сеть на базе Windows XP
Пример одноранговой сети на базе Windows XP Professional

Рабочие группы

Рабочая группа это средство поддержки сетевого окружения одноранговой сети, входящее в состав Microsoft Windows XP.

Рабочая группа (workgroup) это логическая группа сетевых компьютеров одноранговой сети.

Компьютеры рабочей группы совместно используют общие ресурсы, такие как файлы и принтеры. При администрировании каждого компьютера определяют:

При этом, на каждом компьютере рабочей группы создаются собственные базы данных пользователей и политики безопасности локального компьютера.

Рабочая группа является удобной сетевой средой для небольшого числа компьютеров, расположенных недалеко друг от друга.

Рабочая группа на базе Windows XP
Рабочая группа Windows XP Professional

Достоинства одноранговой сети Недостатки одноранговой сети

Сети с выделенным сервером

В сети с выделенным сервером управление ресурсами сервера и рабочих станций централизовано и осуществляется с сервера. Отпадает необходимость обходить все компьютеры сети и настраивать доступ к разделяемым ресурсам. Включение новых компьютеров и пользователей в сеть также упрощается. Повышается безопасность использования информации в сети. Это удобно для сетей, в которых работают различные категории пользователей и много разделяемых ресурсов.

Для создания сети с выделенным сервером:

1. Необходимо установить и настроить на одном из компьютеров серверную операционную систему (ОС), например Microsoft Windows Server 2003. На этом сервере создается общая база учетных записей всех пользователей, назначаются общие ресурсы и определяется доступ к каждому из них для категорий или отдельных пользователей.

2. На клиентские компьютеры устанавливается сетевая операционная система Windows XP Professional, которая настраивается для работы с сервером. При подключении к сети каждый пользователь проходит регистрацию на сервере. Только пользователи, прошедшие регистрацию, т.е. зарегистрированные на сервере, могут получить доступ к сети и общим сетевым ресурсам.

Сеть с выделенным сервером на базе Windows 2003 Server
Пример сети с выделенным сервером на базе Windows Server 2003 и Windows XP Professional

Изменения в учетных записях пользователей делаются администратором сети централизованно, на сервере. К тому же пользователей можно объединять в группы и создавать отдельную политику работы в сети для каждой группы. Это значительно облегчает работу администратора при назначении доступа к общим ресурсам.

В небольших локальных сетях, как правило, устанавливают один сервер, объединяющий в себе несколько серверных функций (ролей). Этого вполне достаточно и экономически оправдано.

Домены

В сетях с выделенными серверами администрирование осуществляется централизованно. Для упрощения администрирования, любые компьютеры сети и разделяемые ресурсы можно объединять в группы, называемые доменами.

Домен это логическая группировка любых компьютеров сети под одним именем.

Для домена создается общая база данных. В Windows Server 2003 эта база данных называется каталогом и входит в службу каталога Active Directory.

К объектам, хранимым в каталоге, относятся как пользователи, так и ресурсы сети.

Домены могут объединять любые компьютеры, расположенные в локальной сети.

Служба каталога Active Directory разворачивается на любом сервере, входящем в состав сети. Такой сервер получает дополнительно статус контроллера домена. Администрирование сети и управление политиками безопасности осуществляется на контроллере домена.

Для школьной локальной сети вполне достаточно иметь домен и один контроллер домена, что упрощает администрирование сети до уровня компетенции школьного учителя информатики.

Домен на базе Windows 2003 Server
Домен сети на базе Windows Server 2003 и Windows XP Professional

Достоинства сети с выделенным сервером

О перемещаемых профилях пользователей необходимо сказать особо, на мой взгляд это одно из главных преимуществ сети с выделенным сервером, поскольку в школьных условиях невозможно обеспечить работу конкретного учащегося на одном и том же рабочем месте длительное время.

Документы, настройки операционной системы, пользовательских программ, наложенные ограничения и другие индивидуальные признаки пользователя хранятся в операционной системе в папке Documents and Settings для каждого пользователя, зарегистрированного в операционной системе. В сети с выделенным сервером содержание этой папки дублируется на сервере, поэтому с любого рабочего места пользователь имеет к ней доступ, следовательно, на любом рабочем месте пользователь может продолжать работу со своими документами точно так же, как и на том компьютере, где он работал в прежнем сеансе. Это чрезвычайно облегчает коллективное использование школьного компьютерного парка.

Недостатки сети с выделенным сервером

Преувеличивать значение недостатков не стоит. Настройка производится, как правило, один раз, при установке серверного ПО, поэтому к этой разовой работе можно привлечь специалиста.

Выход из строя сервера - возможен, но это скорее исключение, чем правило. На практике, если не использовать сервер ещё и как рабочую станцию (что возможно), серверы работают годами, не требуя особого вмешательства, кроме чисто механической уборки пыли из корпуса один-два раза в год.

Как страховой вариант, при организации локальной сети с выделенным сервером, можно приобрести два абсолютно одинаковых системных блока, что позволит восстановить работу сети за полчаса-час. Как это сделать - на следующем занятии. На роль сервера сети годится обычный системный блок с ОЗУ 2Гб и с двумя винчестерами - 80Гб для операционной системы и 1000Гб - для организации файлового хранилища, общешкольной базы данных. Если же средства позволяют, то лучше приобрести специальный серверный системный блок начального уровня, который, в совокупности с организационными мерами по сохранности информации, обеспечит многолетнюю устойчивую работу школьной сети.

Топология локальных сетей (физическое соединение)

Топология - это способ физического соединения компьютеров в локальную сеть. Существует несколько стандартных топологий. Наиболее распространенный тип соединения «звезда» объединяет каждый компьютер с центральным устройством (коммутатором). Такое соединение напоминает подключение бытовой техники в удлинитель с несколькими розетками. Если компьютеров больше, чем соединительных гнезд (портов) в коммутаторе, то используют несколько коммутаторов, объединенных между собой.

Все соединения производятся кабелем типа «витая пара». По принципам передачи пакетов информации такая сеть относится к типу Ethernet. В настоящее время широко используется Fast Ethernet с пропускной способностью 100 Мбит/с и Gigabit Ethernet с ограничением по скорости 1 Гбит/с.

Тип соединения «звезда»

Топология типа «звезда» очень удобна, т.к. легко меняется конфигурация сети. Добавление в сеть нового компьютера или удаление компьютера из сети состоит всего лишь в подсоединении или отсоединении разъема кабеля от коммутатора.

При организации сети могут быть два варианта кабельной системы:

Централизованная

При создании централизованной подсистемы коммутатор, сервер, основные разделяемые устройства, например, принтер, устанавливаются в одном помещении. Кабельная система сводится от каждого компьютера в эту точку. Администрирование осуществляется централизовано. Это позволяет:

Централизованная сеть
Организация централизованной сети

Требует повышенного расхода сетевого кабеля, но увеличивает надежность функционирования и значительно упрощает администрирование сети. Является предпочтительным вариантом школьной сети.

Децентрализованная

При создании децентрализованной подсистемы, коммутаторы ставятся в разных помещениях одного этажа, объединяя компьютеры в небольшие группы. Затем все коммутаторы объединяются. Применение децентрализованного администрирования позволяет:

Часть компьютеров, входящих в локальную сеть, может быть расположена в другом помещении. Тогда такие группы можно объединить по следующей схеме:

 

Децентрализованная сеть
Соединение нескольких компьютерных групп в децентрализованной сети

Не следует последовательно включать более двух, максимум трех коммутаторов.

Классификация по сетевым технологиям.

Есть два типа сетевых технологий:

1. Проводные - с передачей данных по кабелю.

2. Беспроводные - известные также под названием Wi-Fi (Wireless Fidelity - приблизительный перевод "беспроводная точность"). Беспроводные сети используют для подключения не кабели, а радиоволны, так же, как и мобильные телефоны.

Достоинства проводных сетей.

1. Проводные сети окружают нас уже на протяжении десятилетий и доказали свою жизнеспособность в самых сложных условиях эксплуатации.

2. Проводные сети обеспечиваю очень высокую скорость передачи информации, они являются наилучшим выбором, когда необходимо перемещать большие объемы данных с высокими скоростями.

3. Сравнительно низкая стоимость.

4. Обладают высокой надежностью и стабильностью. Работают по принципу - один раз решил проблему (проложил провода) - и забыл о ней.

Недостатки проводных сетей.

1. Трудоемкость при прокладке кабелей.

2. "Привязанность" компьютера к сетевому кабелю.

Достоинства беспроводных сетей.

1. Мобильность и свобода - работай в любом месте.

2. Быстрая и простая установка.

3. Легкость расширения.

Недостатки беспроводных сетей.

1. Небольшой радиус зоны действия внутри помещений.

2. Низкая скорость передачи информации.

3. Сложность администрирования сети.

4. Неустойчивый характер приема в зонах перекрытия двух и более точек доступа.

Выводы.
Не существует однозначных решений, в каждой конкретной ситуации соотношение достоинств и недостатков может быть различным. Тем не менее, стратегически правильным, основным решением можно считать устройство школьной локальной сети с выделенным сервером, с централизованной структорой ("чистая звезда"), выполненной по проводной технологии. Отдельные участки сети могут быть и беспроводными, могут включаться и через вторичные коммутаторы. Например, если учительская находится далеко от центрального коммутатора и в ней есть 5-8 сетевых устройств, то установка дополнительного коммутатора на 8 портов вполне оправдана.

Домашнее задание

Проанализируйте и изобразите существующую локальную сеть Вашей школы любым доступным Вам способом, однако конечный вариант схемы должен быть представлен в виде, допускающем пересылку по электронной почте.

Если в школе нет локальной сети, составьте её проект.

Содержание раздела