 |
Важнейшая характеристика компьютерной сети – её архитектура.
|
|
|
|
Основные понятия
Компьютерная сеть (англ. Сomputer NetWork, от net – сеть, и work – работа) – это система обмена информацией между компьютерами. Представляет собой совокупность трех компонент:
· сети передачи данных (включающей в себя каналы передачи данных и средства коммутации);
· компьютеров, взаимосвязанных сетью передачи данных;
· сетевого программного обеспечения.
Пользователи компьютерной сети получают возможность совместно использовать её программные, технические, информационные и организационные ресурсы.
Компьютерная сеть представляет собой совокупность узлов (компьютеров, рабочих станций и др.) и соединяющих их ветвей.
Основное назначение любой компьютерной сети – предоставление информационных и вычислительных ресурсов подключенным к ней пользователям.
С этой точки зрения компьютерную сеть можно рассматривать как совокупность серверов и рабочих станций.
Рабочая станция – компьютер, подключенный к сети и работающий под управлением локальной операционной системы.
Серверы сети – выполняют функции управления распределением сетевых ресурсов и предоставления различного рода сервисных услуг.
Коммуникационные узлы – модемы, повторители, коммутаторы (мосты), маршрутизаторы, шлюзы и др.
Средства связи – коаксиальный кабель, витая пара, оптоволоконный кабель, телефон.
Программное обеспечение – для решения задач обработки информации, осуществления планирования и организации коллективного доступа к информационным ресурсам сети, динамического распределения этих ресурсов.
Ветвь сети – это путь, соединяющий два смежных ближайших узла.
Узел – любое устройство, непосредственно подключенное к передающей среде сети.
|
|
|
По способу связывания элементов в сети различают полносвязанные и неполносвязанные типы.
ü Полносвязанный вариант предполагает, что каждый компьютер в сети связан со всми остальными.
ü Неполносвязанный вариант предполагает обмен между двумя компьютерами через другие узлы сети.
Узлы сети бывают трёх типов:
· оконечный узел – расположен в конце только одной ветви;
· промежуточный узел – расположен на концах более чем одной ветви;
· смежный узел – такие узлы соединены по крайней мере одним путём, не содержащим никаких других узлов.
Сеть – совокупность узлов и соединяющих их ветвей.
Путь в сети – любой маршрут между любыми двумя узлами (может включать более чем одну ветвь и не включает повторное прохождение одной и той же ветви).
Канал передачи данных – средства двустороннего обмена данными.
Линия передачи данных – средства, свойства которых обеспечивают распространение сигналов и которые непосредственно используются для соединения между собой функциональных блоков. (физическая реализация).
Сеть передачи данных – совокупность каналов передачи данных и средств коммутации, обеспечивающая передачу данных между функциональными блоками.
Роль линии передачи данных могут выполнять:
- пара проводов
- коаксиальный кабель
- световод
Коаксиальный кабель – это кабель, состоящий из оболочки окружающей проводник. Оболочка поддерживается на потенциале земли, а проводник является носителем тока.
Терминал – устройство, обеспечивающее доступ пользователя в сеть, передачу информации от пользователя в сеть и обратно.
Информационная сеть – это совокупность сети ЭВМ и взаимодействующих через сеть ЭВМ удаленных информационных систем, обеспечивающих обработку информации в любой из этих систем, доступ ко всем ее информационных, вычислительным, коммуникационных ресурсам и коллективное их использование.
|
|
|
Коммуникационный трафик (трафик) – это поток информации (данных) пользователя, и устройств сети.
Коммутация каналов – это процесс, который по запросу осуществляет соединение устройств сети и обеспечивает монопольное использование канала передачи данных до тех пор, пока соединение не будет разъединено.
Коммутация сообщений – это процесс пересылки данных, включающий прием, хранение, выбор исходного направления и дальнейшую передачу сообщений без нарушения их целостности.
Маршрутизация – это функция, преобразующая название или адрес какого-либо логического объекта в путь для достижения этого объекта.
Сообщение – это данные, объединенные смысловым содержанием, имеющие определенную структуру и пригодные для обработки
Классификация сетей
Вычислительные сети классифицируются по ряду признаков:
| Признаки классификации | 1. Территориальная распространенность | Локальные, региональные, глобальные, корпоративные |
| 2. Скорость передачи информации | Низко-, средне-, и высокоскоростные | |
| 3. Тип среды передачи | На базе коаксиального кабеля, витой пары, оптоволокна, радиоканалов, инфракрасного диапазона электромагнитного излучения | |
| 4. Принадлежность | Ведомственные и государственные, частные, общие | |
| 5. Способ управления | «клиент-сервер», одноранговые, сетецентрические | |
| 6. Топология (способ организации физических связей) | Полносвязанная и неполносвязанная |
1. Территориальная распространенность. В зависимости от расстояния между связываемыми узлами различают вычислительные сети:
Локальные (ЛВС) или Local Area Net (LAN) – охватывающие ограниченную территорию (обычно в пределах удаленности станций не более чем на несколько десятков или сотен метров друг от друга, реже на 1…2км). Локальные сети обозначают LAN. Отличительной чертой ЛВС является большая скорость передачи данных, низкий уровень ошибок и использование дешевой среды передачи данных. Большинство ЛВС принадлежать какой-либо конкретной организации, которая их поддерживает.
Территориальные – охватывающие значительное географическое пространство; среди территориальных сетей можно выделить сети региональные и глобальные, имеющие соответственно региональные или глобальные масштабы; региональные сети иногда называют сетями MAN, а общее англоязычное название для территориальных сетей – WAN.
|
|
|
Региональная вычислительная сеть (РВС) или Metropolitan Area Net (MAN) – это сеть, включающая в себя город или группу городов, находящихся в одном регионе РВС – это самый новый тип сетей. РВС имеют много общего с ЛВС, но они по многим параметрам сложнее последних. Например, помимо обмена данными и голосового обмена; РВС могут передавать видео и аудиоинформацию.
РВС разработаны для поддержки больших расстояний, чем ЛВС. Они могут использоваться для связывания нескольких ЛВС вместе в высокоскоростные интегрированные сетевые системы. РВС сочетают лучшие характеристики ЛВС (низкий уровень ошибок, высокая скорость передачи) с большей географической протяженностью.
Глобальная вычислительная сеть (ГВС) или Wide Area Net (WAN)– это сеть, объединяющая пространство всей планеты, она включает в себя как ЛВС, так и К оммуникации по ГВС осуществляются посредством телефонных линий, спутниковой связи или наземных микроволновых систем. ГВС зачастую создаются путем объединения ЛВС и РВС. Фактически объединение изолированных ЛВС и РВС в форму ГВС является современной тенденцией в области сетей. Поскольку ГВС включают объединение многих ЛВС и РВС, то они часто представляют собой конгломерат различных технологий.
По сравнению с ЛВС большинство ГВС отличают медленная скорость передачи и более высокий уровень ошибок. Новые технологии в области ГВС призваны разрешить эти проблемы.
Корпоративные (масштаба предприятия) – совокупность связанных между собой ЛВС, охватывающих территорию, на которой размещено одно предприятие или учреждение в одном или нескольких близко расположенных зданиях. Локальные и корпоративные вычислительные сети – основной вид вычислительных сетей, используемых в системах автоматизированного проектирования (САПР).
2. По скорости передачи информации сети подразделяют на низко-, средне- и высокоскоростные.
Кроме того, иногда выделяют сети по степени интегрированности: интегрированные сети, неинтегрированные сети и подсети.
|
|
|
Интегрированная вычислительная сеть (интерсеть) представляет собой взаимосвязанную совокупность многих вычислительных сетей, которые в интерсети называются подсетями. В автоматизированных системах крупных предприятий подсети включают вычислительные средства отдельных проектных подразделений. Интерсети нужны для объединения таких подсетей, а также для объединения технических средств автоматизированных систем проектирования и производства в единую систему комплексной автоматизации (CIM – Computer Intergrated Manufacturing). Обычно интерсети приспособлены для различных видов связи: телефонии, электронной почты, передачи видеоинформации, цифровых данных и т.п., и в этом случае они называются сетями интегрального обслуживания.
Развитие интерсетей заключается в разработке средств сопряжения разнородных подсетей и стандартов для построения подсетей, изначально приспособленных к сопряжению.
В зависимости от того, одинаковые или неодинаковые ЭВМ применяют в сети, различают сети однотипных ЭВМ, называемые однородными, и разнотипных ЭВМ – неоднородные (гетерогенные). В крупных автоматизированных системах, как правило, сети оказываются неоднородными.
Сети также различают в зависимости от используемых в них протоколов и по способам коммутации.
3. По типу среды передачи можно выделить сети, построенные на базе коаксиального кабеля, витой пары, оптоволокна, радиоканалов, инфракрасного диапазона электромагнитного излучения.
Физическая передающая среда – линии связи или пространство, в котором распространяются электрические сигналы, и аппаратура передачи данных.
Витая пара состоит из двух изолированных проводов, свитых между собой. Скручивание проводов уменьшает влияние внешних электромагнитных полей на передаваемые сигналы. Самый простой вариант витой пары – телефонный кабель. Витые пары имеют различные характеристики, определяемые размерами, изоляцией и шагом скручивания. Дешевизна этого вида передающей среды делает её достаточно популярной для ЛВС.
Основной недостаток витой пары – плохая помехозащищенность и низкая скорость передачи информации – 0,25-1 Мбит/с. Технологические усовершенствования позволяют повысить скорость передачи и помехозащищенность (экранированная витая пара), но при этом возрастает стоимость этого типа передающей среды. В настоящее время это наиболее распространённый сетевой проводник.
Коаксиальный кабель по сравнению с витой парой обладает более высокой механической прочностью, помехазащищенностью и обеспечивает скорость передачи информации до 10 -50 Мбит/с. Это один из первых проводников, использовавшихся для создания сетей. Содержит в себе центральный проводник, слой изолятора в медной или алюминиевой оплетке и внешнюю ПВХ изоляцию. Кабель достаточно сильно подвержен электромагнитным наводкам. В случае повреждения ремонтируется с трудом.
|
|
|
Оптоволоконный кабель – идеальная передающая среда. Он не подвержен действию электромагнитных полей и сам практически не имеет излучения. Последнее свойство позволяет использовать его в сетях, требующих повышенной секретности информации. По сравнению с предыдущими типами передающей среды он более дорог, менее технологичен в эксплуатации.Кабель содержит несколько световодов, хорошо защищенных пластиковой изоляцией. Он обладает сверхвысокой скоростью передачи данных (до 2 Гбит), и абсолютно не подвержен помехам. Расстояние между системами, соединенными оптиковолокном, может достигать 100 километров, но стоит чрезвычайно дорого (около 1-3$ за метр), и для работы с ним требуется специальные сетевые карты, коммутаторы и т.д. Данное соединение применяется для объединения крупных сетей, высокосортного доступа в Интернет (для провайдеров и крупных компаний), а также для передачи данных на большие расстояния.
4. По принадлежности. В зависимости от прав собственности на сети последние могут быть сетями общего пользования (public) или частными 9private). Среди сетей общего пользования выделяют телефонные сети ТфОП (PSTN – Public Switched Telephone Network) и сети передачи данных (PSDN – Public Switched Data Network).
5. Способ управления. В зависимости от способа управления различают сети:
Клиент/сервер – в них выделяется один или несколько узлов (их название – серверы), выполняющих в сети управляющие или специальные обслуживающие функции, а остальные узлы (клиенты) являются терминальными, в них работают пользователи. (Клиент – задача, рабочая станция или пользователь компьютерной сети). Сети клиент/сервер различаются по характеру распределения функций между серверами, другими словами по типу серверов (например, файл-серверы, серверы баз данных). При специализации серверов по определенным приложениям имеем сеть распределенных вычислений. Такие сети отличают также от централизованных ситем, построенных на мейнфреймах;
Одноранговые – в них узлы равноправны; поскольку в общем случае под клиентом понимается объект (устройство или программа), запрашивающий некоторые услуги, а под сервером – объект, предоставляющий эти услуги, то каждый узел в одноранговых сетях может выполнять функции и клиента, и сервера;
Сетецентрическая концепция, в соответствии с которой пользователь имеет лишь дешевое оборудование для обращения к удаленным компьютерам, а сеть обслуживает заказы на выполнение вычислений и получение информации. То есть пользователю не нужно приобретать программное обеспечение для решения прикладных задач, ему нужно лишь платить за выполненные заказы. Подобные компьютеры называют тонкими клиентами или сетевыми компьютерами.
6. Компьютеры могут объединяться в сеть разными способами. Способ соединения компьютеров в сеть называется её топологией - это усреднённая геометрическая схема соединений узлов сети
Наиболее распространенные виды топологий сетей:
· Линейная сеть (горизонтальная или шинная) Содержит только два оконечных узла, любое число промежуточных узлов и имеет только один путь между любыми двумя узлами.
· Кольцевая сеть. Сеть, в которой к каждому узлу присоединены две и только две ветви.
· Древовидная сеть (иерархическая) Сеть, которая содержит более двух оконечных узлов и по крайней мере два промежуточных узла, и в которой между двумя узлами имеется только один путь.
· Звездообразная сеть. Сеть, в которой имеется только один промежуточный узел.
· Ячеистая сеть. Сеть, которая содержит по крайней мере два узла, имеющих два или более пути между ними.
К основным (базовым) топологиям относятся: шинная, кольцевая и звездообразная.
Шинная (bus) – связь между любыми двумя станциями устанавливается через один общий путь, и данные, передаваемые любой станцией, одновременно становятся доступными для всех других станций, подключенных к этой же среде передачи данных (последнее свойство называют широковещательностью).
Топологию "шина" часто называют "линейной шиной" (linear bus). Данная топология относится к наиболее простым и широко распространенным топологиям. В ней используется один кабель, именуемый магистралью или сегментом, вдоль которого параллельно подключены все компьютеры сети.
Шина - пассивная топология. Это значит, что компьютеры только "слушают" передаваемые по сети данные, но не перемещают их от отправителя к получателю. Поэтому, если один из компьютеров выйдет из строя, это не скажется на работе остальных.
В сети с топологией "шина" компьютеры адресуют данные конкретному компьютеру, передавая их по кабелю в виде электрических сигналов, однако информацию принимает только тот, адрес которого соответствует адресу получателя, зашифрованному в этих сигналах. Причем в каждый момент времени только один компьютер может вести передачу.
Так как данные в сеть передаются лишь одним компьютером, ее производительность зависит от количества компьютеров, подключенных к шине. Чем больше компьютеров, ожидающих передачи данных, тем медленнее сеть.
Электрические сигналы, распространяются по всей сети - от одного конца кабеля к другому. Если не предпринимать никаких специальных действий, сигнал, достигая конца кабеля, будет отражаться и не позволит другим компьютерам осуществлять передачу. Чтобы предотвратить отражение электрических сигналов, на каждом конце кабеля устанавливают терминаторы (terminators), поглощающие эти сигналы.
Кольцевая (ring) – узлы связаны кольцевой линией передачи данных (к каждому узлу подходят только две линии); данные, проходя по кольцу, поочередно становятся доступными всем узлам сети.
При топологии "кольцо" компьютеры подключаются к кабелю, замкнутому в кольцо. Сигналы передаются по кольцу в одном направлении и проходят через каждый компьютер. Здесь каждый компьютер выступает в роли репитера, усиливая сигналы и передавая их следующему компьютеру. Поэтому, если выйдет из строя один компьютер, прекращает функционировать вся сеть.
Один из принципов передачи данных в кольцевой сети носит название передачи маркера, который последовательно передается до тех пор, пока его не получит тот, который "хочет" передать данные.
Передающий компьютер изменяет маркер, помещает электронный адрес в данные и посылает их по кольцу. Данные проходят через каждый компьютер, пока не окажутся у того, чей адрес совпадает с адресом получателя. После этого принимающий компьютер посылает передающему сообщение, где прием данных. Получив подтверждение, передающий компьютер создает новый маркер и возвращает его в сеть.
Звездная (star) – имеется центральный узел, от которого расходятся линии передачи данных к каждому из остальных узлов.
При топологии "звезда" все компьютеры с помощью сегментов кабеля подключаются к центральному компоненту, именуемому концентратором (hub). Сигналы от передающего компьютера поступают через концентратор ко всем остальным. Эта топология возникла на заре вычислительной техники, когда компьютеры были подключены к центральному, главному, компьютеру.
В сетях с топологией "звезда" подключение кабеля и управление конфигурацией сети централизованны. Но есть и недостаток: так как все компьютеры подключены к центральной точке, для больших сетей значительно увеличивается расход кабеля. К тому же, если центральный компонент выйдет из строя, нарушится работа всей сети.
А если выйдет из строя только один компьютер (или кабель, соединяющий его с концентратором), то лишь этот компьютер не сможет передавать или принимать данные по сети. На остальные компьютеры в сети это не повлияет.
Важнейшая характеристика компьютерной сети – её архитектура.
Архитектура сети – это реализованная структура сети передачи данных, определяющая её топологию, состав устройств и правила их взаимодействия в сети. В рамках архитектуры сети рассматриваются вопросы кодирования информации, её адресации и передачи, управления потоком сообщений, контроля ошибок и анализа работы сети в аварийных ситуациях и при ухудшении характеристик.
Наиболее распространённые архитектуры:
Ethernet (англ. ether – эфир) – широковещательная сеть. Это значит, что все станции сети могут принимать все сообщения. Топология – линейная или звездообразная. Скорость передачи данных 10 или 100 Мбит/сек.
Arсnet (Attaсhed Resourсe Сomputer Network – компьютерная сеть соединённых ресурсов) – широковещательная сеть. Физическая топология – дерево. Скорость передачи данных 2,5 Мбит/сек.
Token Ring (эстафетная кольцевая сеть, сеть с передачей маркера) – кольцевая сеть, в которой принцип передачи данных основан на том, что каждый узел кольца ожидает прибытия некоторой короткой уникальной последовательности битов – маркера – из смежного предыдущего узла. Поступление маркера указывает на то, что можно передавать сообщение из данного узла дальше по ходу потока. Скорость передачи данных 4 или 16 Мбит/сек.
FDDI (Fiber Distributed Data Interfaсe) – сетевая архитектура высокоскоростной передачи данных по оптоволоконным линиям. Скорость передачи – 100 Мбит/сек. Топология – двойное кольцо или смешанная (с включением звездообразных или древовидных подсетей). Максимальное количество станций в сети – 1000. Очень высокая стоимость оборудования.
АТМ (Asynсhronous Transfer Mode) – перспективная, пока ещё очень дорогая архитектура, обеспечивает передачу цифровых данных, видеоинформации и голоса по одним и тем же линиям. Скорость передачи до 2,5 Гбит/сек. Линии связи оптические.
Элементы сети
Устройства сети соединяются между собой, используя специальное оборудование:
· Сетевые кабели (основные из них):
ü коаксиальные, состоящие из двух изолированных между собой концентрических проводников, из которых внешний имеет вид трубки;
ü оптоволоконные;
ü кабели на витых парах, образованные двумя переплетёнными друг с другом проводами;
· Коннекторы (соединители) –это устройство для подключения кабеля к сетевой плате ПК.
· Разъёмы для соединения отрезков кабеля.
· Сетевыеинтерфейсныеадаптеры для приёма и передачи данных. В соответствии с определённым протоколом управляют доступом к среде передачи данных. Размещаются в системных блоках компьютеров, подключенных к сети. К разъёмам адаптеров подключается сетевой кабель.
· Трансиверы повышают уровень качества передачи данных по кабелю, отвечают за приём сигналов из сети и обнаружение конфликтов.
· Хабы (концентраторы) и коммутирующиехабы (коммутаторы) расширяют топологические, функциональные и скоростные возможности компьютерных сетей. Хаб с набором разнотипных портов позволяет объединять сегменты сетей с различными кабельными системами. К порту хаба можно подключать как отдельный узел сети, так и другой хаб или сегмент кабеля.
· Повторители (репитеры) усиливают сигналы, передаваемые по кабелю при его большой длине.
· Коммутатор – устройство аналогичное концентратору, но разделяющее общую скорость сети на количество подключенных пользователей
· Репитер – усилитель (повторитель) сигнала, используется для предотвращения сигналов при увеличении дальности сети
· Разветвитель – устройство для разделения поступающего сигнала без потери его качества и без затухания
|
|
|
