Понятие о компьютерных сетях. Типы сетей. Топология. Классификация.

Самая простая сеть состоит как минимум из двух компьютеров, соединенных друг с другом. Все сети (независимо от сложности) ос­новываются именно на этом простом принципе. Основное назначение компьютерных сетей - совместное использование ресурсов и осуще­ствление интерактивной связи как внутри одной организации, так и за ее пределами. Ресурсы - это данные, приложения и периферийные устройства, такие, как внешний дисковод, принтер или модем. Инте­рактивная связь компьютеров означает обмен сообщениями в реаль­ном масштабе времени.

Использование компьютерных сетей имеет множество преиму­ществ, в частности:

- снижение затрат благодаря совместному использованию данных и периферийных устройств;

- стандартизация приложений;

- своевременное получение данных;

- более эффективное взаимодействие и планирование рабочего времени.

Кто и для чего использует сеть ЭВМ:

- организации - для разделения и управления ресурсами; для по­вышения надежности функционирования предприятия за счет дублирования информационных ресурсов; для повышения эко­номической эффективности за счет гибкой организации работы информационных систем; как средство общения и связи; и для подготовки персонала;

- индивидуальные пользователи - для организации доступа к уда­ленной информации (news, WWW, ecomers, finance PA); для об­щения с другими людьми (news, e-mail, video conference, музеи, экскурсии, обучение); для досуга и развлечений.

Общими компонентами всех сетей являются:

- серверы (server) - компьютеры, предоставляющие свои ресурсы сетевым пользователям;

- клиенты (client) - компьютеры, осуществляющие доступ к сете­вым ресурсам, предоставляемым сервером;

- среда (media) - средства передачи данных;

- совместно используемые данные - файлы, передаваемые серве­рами по сети;

- совместно используемые периферийные устройства.

Типы сетей

Сети разделяются на следующие типы:

- одноранговые (peer - to - peer);

- с выделенным сервером (server based);

- гибридные сети.

Одноранговая сеть

В одноранговой сети все компьютеры равноправны: нет иерар­хии среди компьютеров и нет выделенного сервера. Каждый компью­тер функционирует и как клиент и как сервер, то есть нет отдельного компьютера, ответственного за администрирование всей сети. Все пользователи самостоятельно решают, какие данные на своем компь­ютере сделать общедоступными по сети. Поскольку каждый компью­тер является одновременно и клиентом, и сервером, нет необходимо­сти в мощном центральном сервере или в других компонентах, обяза­тельных для более сложных сетей. Одноранговые сети обычно дешев­ле сетей с выделенным сервером, но требуют более мощных (и более дорогих) компьютеров.

Целесообразно использовать одноранговую сеть в случаях, если.

- количество пользователей не превышает 10 человек;

- пользователи расположены компактно;

- не требуется предпринимать особых мер по защите информа­ции;

- в будущем не ожидается значительного расширения сети.

Сети с выделенным сервером

Данные сети используют выделенный сервер, который функ­ционирует только как сервер, исключая функции клиента или рабочей станции. Он предназначен для быстрой обработки запросов от сете­вых клиентов и для управления защитой файлов и каталогов

С увеличением размеров сети и объема сетевого трафика возни­кает необходимость увеличения количества серверов. Распределение задач среди нескольких серверов гарантирует, что каждая задача бу­дет выполняться наиболее эффективнымспособом из всех возмож­ных.

Круг задач, которые должны выполнять серверы, многообразен и сложен. Чтобы приспособиться к потребностям пользователей, серве­ры стали специализированными. Например, существуют следующие типы серверов:

- файл-серверы и принт-серверы, управляющие доступом поль­зователей соответственно к файлам и принтерам. Другими сло­вами, файл-сервер предназначен для хранения файлов и данных, а принт-сервер предназначен для формирования очереди на пе­чать;

- серверы приложений, предназначенные для выполнения при­кладных частей клиент-серверных приложений, а также хране­ния данных, доступных клиентам;

- почтовые серверы, управляющие передачей электронных сооб­щений между пользователями сети;

- факс-серверы, управляющие потоком входящих и исходящих факсимильных сообщений через один или несколько факс-мо­демов;

- коммуникационные серверы, управляющие потоком данных и почтовых сообщений между этой сетью и другими сетями, уда­ленными пользователями через модем и телефонную линию.

К преимуществам сети с выделенным сервером можно отнести следующие:

- разделение ресурсов, то есть администрирование и управление доступом к данным осуществляется централизованно. Ресурсы, как правило, расположены также централизованно, что облегчает их поиск и поддержку;

- надежная защита, так как проблемами безопасности занимается один администратор: онформирует политику безопасности и применяет ее в отношении каждого пользователя сети;

- резервное копирование данных: так как важная информация рас­положена централизованно, то нетрудно обеспечитьее регуляр­ное резервное копирование;

- большое количество пользователей, поскольку сети на основе выделенного сервера способны поддерживать свыше тысячи пользователей;

- гибкость аппаратного обеспечения; так как компьютер пользова­теля не выполняет функций сервера, требования к его характери­стикам зависят от потребностей самого пользователя.

Гибридные сети

Гибридные сети, совмещают лучшие качества одноранговых се­тей и сетей с выделенным сервером. На компьютерах-клиентах уста­навливаются операционные системы, которые управляют доступом к ресурсам выделенного сервера и в то же время предоставляют в со­вместное использование свои жесткие диски и по мере необходимости разрешают доступ к своим данным. Большинство сетей, существующих на сегодняшний день, являются гибридными.

Топология сети

Для того чтобы совместно использовать ресурсы или выполнять другие сетевые задачи, компьютеры должны быть подключены друг к другу. Топология сети характеризует пространственное расположение компьютеров, кабелей и других компонентов сети.

Топология сети определяется:

- составом необходимого сетевого оборудования;

- характеристиками сетевого оборудования;

- возможностями расширения сети;

- способами расширения сети.

Различные типы кабелей в сочетании с различными сетевыми платами, сетевыми операционными системами и другими компонен­тами требуют различного взаимного расположения компьютеров, то есть различной топологии сети.

Топология может также определять способ взаимодействия компьютеров в сети. Различным видам топологий соответствуют раз­личные методы взаимодействия, и эти методы оказывают большое влияние на сеть. Все сети строятся на основе трех базовых топологий:

- «шина» (bus);

- «звезда» (star);

- «кольцо» (ring).

Хотя сами по себе базовые топологии несложны, в реальности сети представляют собой довольно сложные комбинации, объеди­няющие свойства нескольких топологий.

«Шина». Топологию шина часто называют «линейной шиной». Данная топология относится к наиболее простым и широко распространен­ным топологиям. В ней используется один кабель, именуемый магистралью или сегментом, вдоль которого подключены все компьютеры сети.

Данные в виде электрических сигналов передаются всем ком­пьютерам сети; 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 сети передаются лишь одним компьютером, ее производительность зависит от количества компьютеров, подключен­ных к шине. Чем их больше, т.е. чем больше компьютеров, ожидаю­щих передачи данных, тем медленнее сеть. В то же время необходимо учитывать, что на быстродействие сети влияет множество других факторов, в том числе: характеристики аппаратного обеспечения компью­теров в сети; частота-, с которыми компьютеры передают данные; тип сетевого кабеля; расстояние между компьютерами в сети.

Шина считается пассивной топологией. Это означает, что ком­пьютеры только «слушают» передаваемые по сети данные, но не уча­ствуют в перемещении их от отправителя к получателю. Поэтому, ес­ли один компьютер выйдет из строя, это не скажется на работе ос­тальных.

При передаче электрических сигналов они распространяются по всей сети: от одного конца кабеля к другому. Если не предпринимать никаких специальных мер, сигнал, достигая конца кабеля, будет отра­жаться и не позволит другим компьютерам осуществлять передачу. Поэтому, после того как данные достигнут адресата, электрические сигналы необходимо погасить. Для этого на каждом конце кабеля ус­танавливаются терминаторы, поглощающие эти сигналы.

«Звезда».При топологии «звезда» все компьютеры с помощью сегментов кабеля подключаются к центральному компоненту, называемому кон­центратором. Сигналы от передающего компьютера поступают через концентратор ко всем остальным. Эта топология возникла на заре вы­числительной техники, когда компьютеры были подключены к цен­тральному или главному компьютеру. Недостатком топологии «звезда» является то, что все компьюте­ры подключены к центральной точке, а это для больших сетей значи­тельно увеличивает протяженность кабельных линий. К тому же, если центральный компонент выйдет из строя, нарушится работа всей сети.

«Кольцо».При топологии «кольцо» компьютеры подключаются к кабелю, замкнутому в кольцо. Поэтому у кабеля просто не может быть сво­бодного конца, к которому надо подключать терминатор. При данной топологии сигналы передаются только в одном направлении и прохо­дят через каждый компьютер. В отличие от пассивной топологии «шина», 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.

Классификация сетей ЭВМ

Наряду с топологией сети существует еще два общепринятых аспекта их классификации: технология передачи и масштаб сети.

К основным типам технологии передачи в сетях относятся: «Вещание» (от одного ко многим) и «точка-точка».

Сети типа вещание имеют единый канал передачи данных, ко­торый используют все машины сети. Данные, циркулирующие в сети, разбиваются на короткие сообщения, называемые пакетами, имеющи­ми специальную структуру. Пакет, отправленный одной машиной, по­лучают все другие машины сети. В определенном поле пакета указан адрес получателя. Каждая машина проверяет это поле, и если она об­наруживает в этом поле свой адрес, она приступает к обработке этого пакета; если в этом поле нет ее адреса, то она просто игнорирует этот пакет.

Сети типа вещание имеют режим, когда один пакет адресуется всем машинам в сети. Такой режим называется режимом широкого вещания. В таких сетях также имеется и режим группового вещания, когда один и тот же пакет получают машины, принадлежащие к опре­деленной группе в сети.

Сети типа точка-точка соединяют каждую пару машин индиви­дуальным каналом связи. Поэтому, прежде чем пакет достигнет адре­сата, он проходит через несколько промежуточных машин. В этих се­тях возникает потребность в маршрутизации. От ее эффективности за­висит скорость доставки сообщений, распределение нагрузки в сети.

Сети типа вещание, как правило, используются на географиче­ски небольших территориях. Сети типа точка-точка применяются для построения крупных сетей, охватывающих большие регионы. По своему масштабу сети выделяются:

• локальные;

• городские;

• глобальные.

Локальная сеть

К отличительным чертам локальных вычислительных сетей (ЛВС) можно отнести следующие:

- небольшой размер, что делает известным величину максималь­ной задержки при передаче данных;

- технологию передачи данных типа вещание со скоростью пере­дачи 10-100 Мб/с;

- топологию типа «линейная шина» или «кольцо».

Городская сеть

Городская вычислительная сеть (MAN - Metropolitan Area Network) охватывает несколько зданий в пределах одного города либо небольшой город целиком. Она, как правило, поддерживает передачу как данных, так и звуковых и видеосообщений. Иногда объединяется с кабельной телевизионной сетью. Городская вычислительная сеть, как правило, не имеет коммутаторов, базируется на одной или двух линиях связи.

Глобальная сеть

Глобальная вычислительная сеть (WAN - Wide Area Network) охватывает крупные географические области, такие как страны, кон­тиненты.

Сеть состоит из множества машин, на которых пользователи за­пускают приложения. Эти машины мы будем называть хост-машинами (host). Хосты подсоединены к коммуникационной подсети (или просто подсети). Назначением подсети является обеспечение пе­редачи данных от одного хоста к другому

Подсеть состоит из коммуникационных каналов (их также назы­вают линиями, магистралями) и коммутирующих элементов. Комму­тирующие элементы - это специализированные компьютеры, соеди­няющие два и более коммуникационных канала. Эти машины мы бу­дем называть маршрутизаторами. Топология соединения маршрутиза­торов во многом определяет конструкцию самой сети.