БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
МЕЖДУНАРОДНЫЙ ИНСТИТУТ ДИСТАНЦИОННОГО ОБРАЗОВАНИЯ
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
ПО УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ: Компьютерные сети
Виды компьютерных сетей
Компьютерные сети можно классифицировать по различным признакам.
I . По принципам управления :
1. Одноранговые - не имеющие выделенного сервера. В которой функции управления поочередно передаются от одной рабочей станции к другой;
2. Многоранговые - это сеть, в состав которой входят один или несколько выделенных серверов. Остальные компьютеры такой сети (рабочие станции) выступают в роли клиентов.
II . По способу соединения :
1. "Прямое соединение "- два персональных компьютера соединяются отрезком кабеля. Это позволяет одному компьютеров (ведущему) получить доступ к ресурсам другого (ведомого);
2. "Общая шина " - подключение компьютеров к одному кабелю;
3. "Звезда " - соединение через центральный узел;
4. "Кольцо " - последовательное соединение ПК по двум направлениям.
III . По охвату территории :
1. Локальная сеть (сеть, в которой компьютеры расположены на расстоянии до километра и обычно соединены при помощи скоростных линий связи.) - 0,1 - 1,0 км; Узлы ЛВС находятся в пределах одной комнаты, этажа, здания.
2. Корпоративная сеть (в пределах находятся в пределах одной организации, фирмы, завода). Количество узлов в КВС может достигать нескольких сотен. При этом в состав корпоративной сети обычно входят не только персональные компьютеры, но и мощные ЭВМ, а также различное технологическое оборудование (роботы, сборочные линии и т.п.).
Корпоративная сеть позволяет облегчить руководство предприятием и управление технологическим процессом, установить четкий контроль за информационными и производственными ресурсами.
3. Глобальная сеть (сеть, элементы которой удалены друг от друга на значительное расстояние) - до 1000 км.
В качестве линий связи в глобальных сетях используются как специально проложенные (например, трансатлантический оптоволоконный кабель), так и существующие линии связи (например, телефонные сети). Количество узлов в ГВС может достигать десятков миллионов. В состав глобальной сети входят отдельные локальные и корпоративные сети.
4. Всемирная сеть - объединение глобальных сетей (Internet).
ТОПОЛОГИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ
Топология сети – геометрическая форма и физическое расположение компьютеров по отношению к друг другу. Топология сети позволяет сравнивать и классифицировать различные сети. Различают три основных вида топологии:
1) Звезда;
2) Кольцо;
ШИННАЯ ТОПОЛОГИЯ
Эта топология использует один передающий канал на базе коаксиального кабеля, называемый "шиной". Все сетевые компьютеры присоединяются напрямую к шине. На концах кабеля-шины устанавливаются специальные заглушки - "терминаторы" (terminator). Они необходимы для того, чтобы погасить сигнал после прохождения по шине. К недостаткам топологии "Шина" следует отнести следующее:
Данные, предаваемые по кабелю, доступны всем подключенным компьютерам;
В случае повреждения "шины" вся сеть перестает функционировать.
ТОПОЛОГИЯ «КОЛЬЦО»
Для топологии кольцо характерно отсутствие конечных точек соединения; сеть замкнута, образуя неразрывное кольцо, по которому передаются данные. Эта топология подразумевает следующий механизм передачи: данные передаются последовательно от одного компьютера к другому, пока не достигнут компьютера-получателя. Недостатки топологии "кольцо" те же, то и у топологии "шина":
Общедоступность данных;
Неустойчивость к повреждениям кабельной системы.
ТОПОЛОГИЯ «ЗВЕЗДА»
В сети с топологией "звезда" все компьютеры соединены со специальным устройством, называемым сетевым концентратором или "хабом" (hub), который выполняет функции распределения данных. Прямые соединения двух компьютеров в сети отсутствуют. Благодаря этому, имеется возможность решения проблемы общедоступности данных, а также повышается устойчивость к повреждениям кабельной системы. Однако функциональность сети зависит от состояния сетевого концентратора.
Методы доступа к несущей в компьютерных сетях
В различных сетях существуют различные процедуры обмена данными между рабочими станциями.
Международный институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (Institute of Electrical and Electronics Engineers - IEEE) разработал стандарты (IEEE802.3, IEEE802.4 и IEEE802.5), которые описывают методы доступа к сетевым каналам данных.
Наибольшее распространение получили конкретные реализации методов доступа: Ethernet, ArcNet и Token Ring. Эти реализации основаны соответственно на стандартах IEEE802.3, IEEE802.4 и IEEE802.5.
Метод доступа Ethernet
Этот метод доступа, разработанный фирмой Xerox в 1975 году, пользуется наибольшей популярностью. Он обеспечивает высокую скорость передачи данных и надежность.
Для данного метода доступа используется топология "общая шина". Поэтому сообщение, отправляемое одной рабочей станцией, принимается одновременно всеми остальными станциями, подключенными к общей шине. Но сообщение предназначено только для одной станции (оно включает в себя адрес станции назначения и адрес отправителя). Та станция, которой предназначено сообщение, принимает его, остальные игнорируют.
Метод доступа Ethernet является методом множественного доступа с прослушиванием несущей и разрешением конфликтов, называемых коллизиями (CSMA/CD -Carter Sense Multiple Access with Collision Detection).
Перед началом передачи рабочая станция определяет, свободен канал или занят. Если канал свободен, станция начинает передачу.
Ethernet не исключает возможности одновременной передачи сообщений двумя или несколькими станциями. Аппаратура автоматически распознает такие конфликты. После обнаружения конфликта станции задерживают передачу на некоторое время. Это время небольшое и для каждой станции свое. После задержки передача возобновляется.
Реально конфликты приводят к уменьшению быстродействия сети только в том случае, если работает несколько десятков или сотен станций.
Метод доступа ArcNet
Этот метод разработан фирмой Datapoint Corp. Он тоже получил широкое распространение, в основном благодаря тому, что оборудование ArcNet дешевле, чем оборудование Ethernet или Token-Ring.
ArcNet используется в локальных сетях с топологией "звезда". Один из компьютеров создает специальный маркер (сообщение специального вида), который последовательно передается от одного компьютера к другому.
Если станция желает передать сообщение другой станции, она должна дождаться маркера и добавить к нему сообщение, дополненное адресами отправителя и назначения. Когда пакет дойдет до станции назначения, сообщение будет "отцеплено" от маркера и передано станции.
Метод доступа Token-Ring
Метод доступа Token-Ring был разработан фирмой IBM и рассчитан на кольцевую топологию сети.
Этот метод напоминает ArcNet, так как тоже использует маркер, передаваемый от одной станции к другой. В отличие от ArcNet при методе доступа Token-Ring имеется возможность назначать разные приоритеты разным рабочим станциям.
Среды передачи данных, их характеристики
Коаксиальный кабель
Коаксиальный кабель был первым типом кабеля, использованным для соединения компьютеров в сеть. Кабель данного типа состоит из центрального медного проводника, покрытого пластиковым изолирующим материалом, который, в свою очередь, окружен медной сеткой и/или алюминиевой фольгой. Этот внешний проводник обеспечивает заземление и защиту центрального проводника от внешней электромагнитной интерференции. При прокладке сетей используются два типа кабеля - "Толстый коаксиальный кабель" (Thicknet) и "Тонкий коаксиальный кабель" (Thinnet). Сети на основе коаксиального кабеля обеспечивают передачу со скоростью до 10 Мбит/с. Максимальная длина сегмента лежит в диапазоне от 185 до 500 м в зависимости от типа кабеля.
"Витая пара"
Кабель типа "витая пара" (twisted pair), является одним из наиболее распространенных типов кабеля в настоящее время. Он состоит из нескольких пар медных проводов, покрытых пластиковой оболочкой. Провода, составляющие каждую пару, закручены вокруг друг друга, что обеспечивает защиту от взаимных наводок. Кабели данного типа делятся на два класса - "экранированная витая пара" ("Shielded twisted pair") и "неэкранированная витая пара" ("Unshielded twisted pair"). Отличие этих классов состоит в том, что экранированная витая пара является более защищенной от внешней электромагнитной интерференции, благодаря наличию дополнительного экрана из медной сетки и/или алюминиевой фольги, окружающего провода кабеля. Сети на основе "витой пары" в зависимости от категории кабеля обеспечивают передачу со скоростью от 10 Мбит/с – 1 Гбит/с. Длина сегмента кабеля не может превышать 100 м (до 100 Мбит/с) или 30 м (1 Гбит/с).
Оптоволоконный кабель
Оптоволоконные кабели представляют собой наиболее современную кабельную технологию, обеспечивающую высокую скорость передачи данных на большие расстояния, устойчивую к интерференции и прослушиванию. Оптоволоконный кабель состоит из центрального стеклянного или пластикового проводника, окруженного слоем стеклянного или пластикового покрытия и внешней защитной оболочкой. Передача данных осуществляется с помощью лазерного или светодиодного передатчика, посылающего однонаправленные световые импульсы через центральный проводник. Сигнал на другом конце принимается фотодиодным приемником, осуществляющим преобразование световых импульсов в электрические сигналы, которые могут обрабатываться компьютером. Скорость передачи для оптоволоконных сетей находится в диапазоне от 100 Мбит/c до 2 Гбит/с. Ограничение по длине сегмента составляет 2 км.
1.1. Общая характеристика информационно-вычислительных сетей
Конец XX века ознаменовался небывалым скачком в развитии глобальных информационных и коммуникационных технологий – третьим после открытия каналов передачи аудио- и видеосигналов, который коренным образом повлиял на развитие системы средств массовой информации, вслед за радио- и телевещанием были изобретены сетевые технологии, основанные на ином, цифровом, способе передачи информации, которые привели к формированию новой среды для распространения потоков информации.
Наряду с автономной работой значительное повышение эффективности использования компьютеров может быть достигнуто объединением их в компьютерные сети (network).
Под компьютерной сетью в широком смысле слова понимают любое множество компьютеров, связанных между собой каналами связи для передачи данных .
Существует ряд веских причин для объединения компьютеров в сети.
Во-первых , совместное использование ресурсов позволяет нескольким ЭВМ или другим устройствам осуществлять совместный доступ к отдельному диску (файл-серверу), дисководу CD-ROM, стримеру, принтерам, плоттерам, к сканерам и другому оборудованию, что снижает затраты на каждого отдельного пользователя.
Во-вторых , кроме совместного использования дорогостоящих периферийных устройств имеется возможность аналогично использовать сетевые версии прикладного программного обеспечения.
В-третьих , компьютерные сети обеспечивают новые формы взаимодействия пользователей в одном коллективе, например при работе над общим проектом.
В-четвертых , появляется возможность использовать общие средства связи между различными прикладными системами (коммуникационные услуги, передача данных и видеоданных, речи и т.д.). Особое значение имеет организация распределенной обработки данных. В случае централизованного хранения информации значительно упрощаются процессы обеспечения ее целостности, а также резервного копирования.
1.1.1. Основные программные и аппаратные компоненты сети
Компьютерная сеть – это сложный комплекс взаимосвязанных и согласованно функционирующих программных и аппаратных компонентов.
Изучение сети в целом предполагает знание принципов работы ее отдельных элементов:
Компьютеров;
- коммуникационного оборудования;
- операционных систем;
- сетевых приложений.
Весь комплекс программно-аппаратных средств сети может быть описан многослойной моделью. В основе любой сети лежит аппаратный слой стандартизованных компьютерных платформ, т.е. система конечного пользователя сети, в качестве которого может выступать компьютер или терминальное устройство (любое устройство ввода-вывода или отображения информации). Компьютеры в узлах сети иногда называют хост-машинами или просто хостами.
В настоящее время в сетях широко и успешно применяются компьютеры различных классов – от персональных компьютеров до мэйнфреймов и суперЭВМ. Набор компьютеров в сети должен соответствовать набору разнообразных задач, решаемых сетью.
Второй слой – это коммуникационное оборудование. Хотя компьютеры и являются центральными элементами обработки данных в сетях, в последнее время не менее важную роль стали играть коммуникационные устройства.
Кабельные системы, повторители, мосты, коммутаторы, маршрутизаторы и модульные концентраторы из вспомогательных компонентов сети превратились в основные наряду с компьютерами и системным программным обеспечением как по влиянию на характеристики сети, так и по стоимости. Сегодня коммуникационное устройство может представлять собой сложный специализированный мультипроцессор, который нужно конфигурировать, оптимизировать и администрировать.
Третьим слоем , образующим программную платформу сети, являются операционные системы (ОС). От того, какие концепции управления локальными и распределенными ресурсами положены в основу сетевой ОС, зависит эффективность работы всей сети.
Самым верхним слоем сетевых средств являются различные сетевые приложения, такие как сетевые базы данных, почтовые системы, средства архивирования данных, системы автоматизации коллективной работы и др.
Очень важно представлять диапазон возможностей, предоставляемых приложениями для различных областей применения, а также знать, насколько они совместимы с другими сетевыми приложениями и операционными системами.
Каналы передачи данных по компьютерным сетям . Для того чтобы компьютеры могли связаться между собой в сеть, они должны быть соединены между собой с помощью некоторой физической передающей среды.
Основными типами передающих сред , используемых в компьютерных сетях, являются:
Аналоговые телефонные каналы общего пользования;
- цифровые каналы;
- узкополосные и широкополосные кабельные каналы;
- радиоканалы и спутниковые каналы связи;
- оптоволоконные каналы связи.
Аналоговые каналы связи первыми начали применяться для передачи данных в компьютерных сетях и позволили использовать уже существовавшие тогда развитые телефонные сети общего пользования.
Передача данных по аналоговым каналам может выполняться двумя способами.
При первом способе телефонные каналы (одна или две пары проводов) через телефонные станции физически соединяют два устройства, реализующие коммуникационные функции с подключенными к ним компьютерами. Такие соединения называют выделенными линиями или непосредственными соединениями.
Второй способ – это установление соединения с помощью набора телефонного номера (с использованием коммутируемых линий ).
Качество передачи данных по выделенным каналам, как правило, выше и соединение устанавливается быстрее. Кроме того, на каждый выделенный канал необходимо свое коммуникационное устройство (хотя есть и многоканальные коммуникационные устройства), а при коммутируемой связи можно использовать для связи с другими узлами одно коммуникационное устройство.
Цифровые каналы связи . Параллельно с использованием аналоговых телефонных сетей для межкомпьютерного взаимодействия начали развиваться и методы передачи данных в дискретной (цифровой) форме по ненагруженным телефонным каналам (т.е. телефонным каналам, к которым не подведено электрическое напряжение, используемое в телефонной сети) – цифровым каналам .
Следует отметить, что наряду с дискретными данными по цифровому каналу можно передавать и аналоговые информацию (голосовую, видео, факсимильную и т.д.), преобразованную в цифровую форму.
Наиболее высокие скорости на небольших расстояниях могут быть получены при использовании особым образом скрученной пары проводов (для того, чтобы избежать взаимодействия между соседними проводами), так называемой витой паре (ТР – Twisted Pair).
Кабельные каналы, или коаксиальные пары
представляют собой два цилиндрических
проводника на одной оси, разделенные диэлектрическим покрытием. Один тип
коаксиального кабеля (с сопротивлением 50 Ом), используется главным образом, для
передачи узкополосных цифровых сигналов, другой тип кабеля (с сопротивлением 75
Ом) – для передачи широкополосных аналоговых и цифровых сигналов. Узкополосные и
широкополосные кабели, непосредственно связывающие между собой коммуникационные
оборудования, позволяют обмениваться данными на высоких скоростях (до нескольких
мегабит/c) в аналоговой или цифровой
форме.
Радиоканалы и спутниковые каналы связи . Использование в компьютерных сетях в качестве передающей среды радиоволн различной частоты является экономически эффективным либо для связи на больших и сверхбольших расстояниях (с использованием спутников), либо для связи с труднодоступными, подвижными или временно используемыми объектами.
Частоты, на которых функционируют радиосети за рубежом, обычно используют диапазон 2-40 ГГц (в особенности диапазон 4-6 ГГц). Узлы в радиосети могут быть расположены (в зависимости от используемой аппаратуры) на расстоянии до 100 км друг от друга.
Спутники обычно содержат несколько усилителей (или транспондеров), каждый из которых принимает сигналы в заданном диапазоне частот (обычно 6 или 14 ГГЦ) и регенерирует их в другом частотном диапазоне (например, 4 или 12 ГГц). Для передачи данных обычно используются геостационарные спутники, размещенные на экваториальной орбите на высоте 36000 км. Такое расстояние дает существенную задержку сигнала (в среднем 270 мс) для компенсации которой используют специальные методы.
Помимо обмена данными в радиодиапазоне последнее время для связи на небольшие расстояния (обычно в пределах комнаты) используется и инфракрасное излучение .
В оптоволоконных каналах связи используется известное из физики явления полного внутреннего отражения света, что позволяет передавать потоки света внутри оптоволоконного кабеля на большие расстояния практически без потерь. В качестве источников света в оптоволоконном кабеле используются светоиспускающие диоды (LED – light-emitting diode) или лазерные диоды, а в качестве приемников – фотоэлементы.
Оптоволоконные каналы связи, несмотря на их более высокую стоимость по сравнению с другими видами связи, получают все большее распространение, причем не только для связи на небольшие расстояния, но и на внутригородских и междугородных участках.
В компьютерных сетях для передачи данных между узлами сети можно использовать три технологии: коммутацию каналов, коммутацию сообщений и коммутацию пакетов.
Коммутация каналов , обеспечиваемая телефонной сетью общего пользования, позволяет, с помощью коммутаторов, установить прямое соединение между узлами сети.
При коммутации сообщений устройства, называемые коммутаторами и выполненные на базе универсальных или специализированных компьютеров, позволяют накапливать (буферизировать) сообщения и посылать их в соответствии с заданной системой приоритетности и принципами маршрутизации другим узлам сети. Использование коммутации сообщений может увеличить время доставки сообщений по сравнению с коммутацией каналов, однако при этом сглаживаются пиковые нагрузки в сети и повышается живучесть сети.
При пакетной коммутации данные пользователя разбиваются на более мелкие порции – пакеты, причем каждый пакет содержит служебные поля и поле данных. Существуют два основных способа передачи данных при пакетной коммутации: виртуальный канал, когда между узлами устанавливается и поддерживается соединение как бы по выделенному каналу (хотя на самом деле физический канал передачи данных разделен между несколькими пользователями) и дейтаграммный режим, когда каждый пакет из набора пакетов, содержащего данные пользователя, передается между узлами независимо друг от друга. Первый способ соединения называют также контактным режимом (connection mode), второй – бесконтактным (connectionless mode).
1.1.2. Классификация компьютерных сетей
Объединение рассмотренных выше компонент в сеть может производится различными способами и средствами. По составу своих компонент, способам их соединения, сфере использования и другим признакам сети можно разбить на классы таким образом, чтобы принадлежность описываемой сети к тому или иному классу достаточно полно могла характеризовать свойства и качественные параметры сети.
Однако такого рода классификация сетей является довольно условной. Наибольшее распространение на сегодня получило, разделение компьютерных сетей по признаку территориального размещения.
По этому признаку сети делятся на три основных класса:
LAN – локальные сети (Local Area Networks);
MAN – городские сети (Metropolitan Area Networks).
WAN – глобальные сети (Wide Area Networks);
Локальная сеть (ЛС) – это коммуникационная система, поддерживающая в пределах здания или некоторой другой ограниченной территории один или несколько высокоскоростных каналов передачи цифровой информации, предоставляемых подключенным устройствам для кратковременного монопольного использования. Территории, охватываемые ЛС, могут существенно различаться.
Длина линий связи для некоторых сетей может быть не более 1000 м, другие же ЛС в состоянии обслужить целый город. Обслуживаемыми территориями могут быть как заводы, суда, самолеты, так и учреждения, университеты, колледжи. В качестве передающей среды, как правило, используются коаксиальные кабели, хотя все большее распространение получают сети на витой паре и оптоволокне, а в последнее время также стремительно развивается технология беспроводных локальных сетей, в которых используется один из трех видов излучений: широкополосные радиосигналы, маломощное излучение сверхвысоких частот (СВЧ излучение) и инфракрасные лучи.
Небольшие расстояния между узлами сети, используемая передающая среда и связанная с этим малая вероятность появления ошибок в передаваемых данных позволяют поддерживать высокие скорости обмена – от 1 Мбит/с до 100 Мбит/с (в настоящее время уже есть промышленные образцы ЛС со скоростями порядка 1 Гбит/с).
Городские сети , как правило, охватывают группу зданий и реализуются на оптоволоконных или широкополосных кабелях. По своим характеристикам они являются промежуточными между локальными и глобальными сетями. В последнее время в связи с прокладкой высокоскоростных и надежных оптоволоконных кабелей на городских и междугородних участках, а новые перспективные сетевые протоколы, например, ATM (Asynchronous Transfer Mode – режим асинхронной передачи), которые в перспективе могут использоваться как в локальных, так и в глобальных сетях.
Глобальные сети , в отличие от локальных, как правило, охватывают значительно большие территории и даже большинство регионов земного шара (примером может служить сеть Internet). В настоящее время в качестве передающей среды в глобальных сетях используются аналоговые или цифровые проводные каналы, а также спутниковые каналы связи (обычно для связи между континентами). Ограничения по скорости передачи (до 28,8 Кбит/с на аналоговых каналах и до 64 Кбит/с – на пользовательских участках цифровых каналов) и относительно низкая надежность аналоговых каналов, требующая использования на нижних уровнях протоколов средств обнаружения и исправления ошибок существенно снижают скорость обмена данными в глобальных сетях по сравнению с локальными.
Существуют и другие классификационные признаки компьютерных сетей.
По сфере функционирования сети делятся на:
Банковские сети,
- сети научных учреждений,
- университетские сети;
По форме функционирования можно выделить:
Коммерческие сети;
- бесплатные сети,
- корпоративные сети
- сети общего пользования;
По характеру реализуемых функций сети разделяются на:
Вычислительные, предназначенные для решения задач управления на основе
вычислительной обработки исходной информации;
- информационные, предназначенные для получения справочных данных по запросу
пользователей; смешанные, в которых реализуются вычислительные и информационные
функции.
По способу управления вычислительные сети делятся на:
Сети с децентрализованным управлением;
- централизованным управлением;
- смешанным управлением.
В первом случае каждая ЭВМ, входящая в состав сети, включает полный набор программных средств для координации выполняемых сетевых операций. Сети такого типа сложны и достаточно дороги, так как операционные системы отдельных ЭВМ разрабатываются с ориентацией на коллективный доступ к общему полю памяти сети.
В условиях смешанных сетей под централизованным управлением ведется решение задач, обладающих высшим приоритетом и, как правило, связанных с обработкой больших объемов информации.
По совместимости программного обеспечения бывают сети:
Однородные;
- гомогенные (состоящие из программно-совместимых компьютеров)
- неоднородные или гетерогенные (если компьютеры, входящие в сеть, программно
несовместимы).
1.1.3. Локальные сети
Существуют два подхода к построению локальных сетей и, соответственно два типа: сети типа клиент/сервер и одноранговые сети.
В сетях типа клиент/сервер используется выделенный компьютер (сервер), на котором сосредоточены файлы общего пользования и который предоставляет сервис печати для многих пользователей (рис. 1).
Рис. 1. Сети типа клиент/сервер
Сервер – компьютер, подключенный к сети и обеспечивающий ее пользователей определенными услугами.
Серверы могут осуществлять хранение данных, управление базами данных, удаленную обработку заданий, печать заданий и ряд других функций, потребность в которых может возникнуть у пользователей сети. Сервер – источник ресурсов сети. Серверов может быть довольно много в сети, и каждый из них может обслуживать свою группу пользователей или управлять определенными базами данных.
Рабочая станция – персональный компьютер, подключенный к сети, через который пользователь получает доступ к ее ресурсам. Рабочая станция сети функционирует как в сетевом, так и в локальном режиме. Она оснащена собственной операционной системой (MSDOS, Windows и т. д.), обеспечивает пользователя всеми необходимыми инструментами для решения прикладных задач. Рабочие станции, подключаемые к серверу, называются клиентами. В качестве клиентов могут использоваться как мощные компьютеры для ресурсоемкой обработки электронных таблиц, так и маломощные PC для простой обработки текстов. В противоположность этому в качестве серверов обычно устанавливают мощные компьютеры. В связи с необходимостью обеспечивать одновременную обработку запросов большого количества клиентов и хорошую защиту данных сети от несанкционированного доступа, сервер должен работать под управлением специализированной операционной системы.
Примеры : Novell Net Ware, Windows NT Server, IBM OS/2 Lan Server, Banyan Vines.
Одноранговые сети . В одноранговых сетях выделенные серверы не используются (рис. 2).
Рис. 2. Расположение компьютеров в одноранговых сетях
Одновременно с обслуживанием пользователя компьютер в одноранговой сети может брать на себя функции сервера, выполняя задания на печать и отвечая на файловые запросы с других рабочих станций сети. Конечно, если компьютер не предоставляет в общее пользование свое дисковое пространство или свой принтер, то он является только клиентом по отношению к другим рабочим станциям, выполняющим функции сервера. Windows 95 имеет встроенные возможности для построения одноранговой сети. Если возникнет необходимость подключения к другим одноранговым сетям, то Windows 95 поддерживает следующие сети:
Net Ware Lite
- Artisoft LANtastic.
1.1.4. Топология сети
Под топологией понимается описание свойств сети, присущих всем ее гомоморфным преобразованиям, т.е. таким изменениям внешнего вида сети, расстояний между ее элементами, их взаимного расположения, при которых не изменяется соотношение этих элементов между собой.
Топология компьютерной сети во многом определяется способом соединения компьютеров друг с другом. Топология во многом определяет многие важные свойства сети, например такие, как надежность (живучесть), производительность и др. Существуют разные подходы к классификации топологий сетей. Согласно одному из них конфигурации локальных сетей делятся на два основных класса: широковещательные и последовательные .
В широковещательных конфигурациях каждый ПК (приемо-передатчик физических сигналов) передает сигналы, которые могут быть восприняты остальными ПК. К таким конфигурациям относятся топологии «общая шина», «дерево», «звезда с пассивным центром». Сеть типа «звезда с пассивным центром» можно рассматривать как разновидность «дерева», имеющего корень с ответвлением к каждому подключенному устройству.
В последовательных конфигурациях
каждый физический подуровень передает
информацию только одному ПК. Примерами последовательных конфигураций являются:
произвольная (произвольное соединение компьютеров), иерархическая, «кольцо»,
«цепочка», «звезда с интеллектуальным центром», «снежинка» и
другие.
Наиболее оптимальной с точки зрения надежности (возможности функционирования сети при выходе строя отдельных узлов или каналов связи) является полносвязная сеть , т.е. сеть, в который каждый узел сети связан со всеми другими узлами, однако при большом числе узлов такая сеть требует большого количества каналов связи и труднореализуема из-за технических сложностей и высокой стоимости. Поэтому практически все сети являются неполносвязными .
Хотя при заданном числе узлов в неполносвязной сети может существовать большое количество вариантов соединения узлов сети, на практике обычно используется три наиболее широко распространенные (базовые) топологии ЛВС:
1. общая шина;
2. кольцо;
3. звезда.
Шинная топология (рис. 3), когда все узлы сети подключаются к одному незамкнутому каналу, обычно называемому шиной.
Рис 3. Топология «Шина»
В данном случае, одна из машин служит в качестве системного обслуживающего устройства, обеспечивающего централизованный доступ к общим файлам и базам данных, печатающим устройствам и другим вычислительным ресурсам.
Сети данного типа приобрели большую популярность благодаря низкой стоимости, высокой гибкости и скорости передачи данных, легкости расширения сети (подключение новых абонентов к сети не сказывается на ее основных характеристиках). К недостаткам шинной топологии следует отнести необходимость использования довольно сложных протоколов и уязвимость в отношении физических повреждений кабеля.
Кольцевая топология (рис. 4), когда все узлы сети подключаются к одному замкнутому кольцевому каналу.
Рис 4. Топология «Кольцо»
Эта структура сети характеризуется тем, что информация по кольцу может передаваться только в одном направлении и все подключенные ПЭВМ могут участвовать в ее приеме и передаче. При этом абонент-получатель должен пометить полученную информацию специальным маркером, иначе могут появиться «заблудившиеся» данные, мешающие нормальной работе сети.
Как последовательная конфигурация кольцо особенно уязвимо в отношении отказов: выход из строя какого-либо сегмента кабеля приводит к прекращению обслуживания всех пользователей. Разработчики ЛВС приложили немало усилий, чтобы справиться с этой проблемой. Защита от повреждений или отказов обеспечивается либо замыканием кольца на обратный (дублирующий) путь, либо переключением на запасное кольцо. И в том, и в другом случае сохраняется общая кольцевая топология.
Звездообразная топология (рис. 5), когда все узлы сети подключаются к одному центральному узлу, называемому хостом (host) или хабом (hub) .
Рис 5. Топология «Звезда»
Конфигурацию можно рассматривать как дальнейшее развитие структуры «дерево с корнем» с ответвлением к каждому подключенному устройству. В центре сети обычно размещается коммутирующее устройство, обеспечивающее жизнеспособность системы. ЛВС подобной конфигурации находят наиболее частое применение в автоматизированных учрежденческих системах управления, использующих центральную базу данных. Звездообразные ЛВС, как правило, менее надежны, чем сети с общей шиной или иерархические, но эта проблема решается дублированием аппаратуры центрального узла. К недостаткам можно также отнести значительное потребление кабеля (иногда в несколько раз превышающее расход в аналогичных по возможностям ЛВС с общей шиной или иерархических).
Сети могут быть также смешанной топологии (гибридные ), когда отдельные части сети имеют разную топологию. Примером может служить локальная сеть FDDI, в которой основные (магистральные ) узлы подключаются к кольцевому каналу, а к ним по иерархической топологии подключаются остальные узлы.
1.1.5. Уровни взаимодействия компьютеров в сетях
В компьютерной сети существует 7 уровней взаимодействия между компьютерами:
Физический;
- логический;
- сетевой;
- транспортный;
- уровень сеансов связи;
- представительский;
- прикладной уровень.
Физический уровень (Physical Layer) определяет электрические, механические, процедурные и функциональные спецификации и обеспечивает для канального уровня установление, поддержание и разрыв физического соединения между двумя компьютерными системами, непосредственно связанными между собой с помощью передающей среды, например, аналогового телефонного канала, радиоканала или оптоволоконного канала.
Канальный уровень (Data Link Layer) управляет передачей данных по каналу связи. Основными функциями этого уровня являются разбиение передаваемых данных на порции, называемые кадрами, выделение данных из потока бит, передаваемых на физическом уровне, для обработки на сетевом уровне, обнаружение ошибок передачи и восстановление неправильно переданных данных.
Сетевой уровень (Network Layer) обеспечивает связь между двумя компьютерными системами сети, обменивающихся между собой информацией. Другой функцией сетевого уровня является маршрутизация данных (называемых на этом уровне пакетами) в сети и между сетями (межсетевой протокол).
Транспортный уровень (Transport Layer) обеспечивает надежную передачу (транспортировку) данных между компьютерными системами сети для вышележащих уровней. Для этого используются механизмы для установки, поддержки и разрыва виртуальных каналов (аналога выделенных телефонных каналов), определения и исправления ошибок при передаче, управления потоком данных (с целью предотвращения переполнения или потерь данных).
Сеансовый уровень (Session Layer) обеспечивает установление, поддержание и окончание сеанса связи для уровня представлений, а также возобновление аварийно прерванного сеанса.
Уровень представления данных (Presentation Layer) обеспечивает преобразование данных из представления, используемого в прикладной программе одной компьютерной системы в представление, используемое в другой компьютерной системе. В функции уровня представлений входит также преобразование кодов данных, их шифровка/расшифровка, а также сжатие передаваемых данных.
Прикладной уровень (Application Level) отличается от других уровней модели OSI тем, что он обеспечивает услуги для прикладных задач. Этот уровень определяет доступность прикладных задач и ресурсов для связи, синхронизирует взаимодействующие прикладные задачи, устанавливает соглашения по процедурам восстановления при ошибках и управления целостностью данных. Важными функциями прикладного уровня является управление сетью, а также выполнение наиболее распространенных системных прикладных задач: электронной почты, обмена файлами и других.
Каждый уровень для решения своей подзадачи должен обеспечить выполнение определенных моделью функций данного уровня, действий (услуг) для вышележащего уровня и взаимодействовать с аналогичным уровнем в другой компьютерной системе.
Соответственно каждому уровню взаимодействия соответствует набор протоколов (т.е. правил взаимодействия).
Под протоколом понимается некая совокупность правил, регламентирующих формат и процедуры обмена информацией.
В частности, он определяет, как выполняется соединение, преодолевается шум на линии и обеспечивается безошибочная передача данных между модемами.
Стандарт, в свою очередь, включает в себя общепринятый протокол или набор протоколов. Функционирование сетевого оборудования невозможно без взаимоувязанных стандартов. Согласование стандартов достигается как за счет непротиворечивых технических решений, так и за счет группирования стандартов. Каждой конкретной сети присуща своя базовая совокупность протоколов.
В основу классификации ТВС положены наиболее характерные функциональные, информационные и структурные признаки.
По степени территориальной рассредоточенности элементов сети (абонентских систем, узлов связи) различают глобальные (государственные), региональные и локальные вычислительные сети (ГВС, РВС и ЛВС).
По характеру реализуемых функций сети делятся на вычислительные (основные функции таких сетей - обработка информации), информационные (для получения справочных данных по запросам пользователей), информационно-вычислительные, или смешанные, в которых в определенном, непостоянном соотношении выполняются вычислительные и информационные функции.
По способу управления ТВС делятся на сети с централизованным (в сети имеется один или несколько управляющих органов), децентрализованным (каждая АС имеет средства для управления сетью) и смешанным управлением, в которых в определенном сочетании реализованы принципы централизованного и децентрализованного управления (например, под централизованным управлением решаются только задачи с высшим приоритетом, связанные с обработкой больших объемов информации).
По организации передачи информации сети делятся на сети с селекцией информации и маршрутизацией информации. В сетях с селекцией информации, строящихся на основе моноканала, взаимодействие АС производится выбором (селекцией) адресованных им блоков данных (кадров): всем АС сети доступны все передаваемые в сети кадры, но копию кадра снимают только АС, которым они предназначены. В сетях с маршрутизацией информации для передачи кадров от отправителя к получателю может использоваться несколько маршрутов. Поэтому с помощью коммуникационных систем сети решается задача выбора оптимального (например, кратчайшего по времени доставки кадра адресату) маршрута.
По типу организации передачи данных сети с маршрутизацией информации делятся на сети с коммутацией цепей (каналов), коммутацией сообщений и коммутацией пакетов. В эксплуатации находятся сети, в которых используются смешанные системы передачи данных.
По топологии, т.е. конфигурации элементов в ТВС, сети делятся на два класса: широковещательные (рис. 11.1) и последовательные (рис. 11.2). Широковещательные конфигурации и значительная часть последовательных конфигураций (кольцо, звезда с интеллектуальным центром, иерархическая) характерны для ЛВС. Для глобальных и региональных сетей наиболее распространенной является произвольная (ячеистая топология). Нашли применение также иерархическая конфигурация и “звезда”.
В широковещательных конфигурациях в любой момент времени на передачу кадра может работать только одна рабочая станция (абонентная система). Остальные PC сети могут принимать этот кадр, т.е. такие конфигурации характерны для ЛВС с селекцией информации. Основные типы широковещательной конфигурации - общая шина, дерево, звезда с пассивным центром. Главные достоинства ЛВС с общей шиной - простота расширения сети, простота используемых методов управления, отсутствие необходимости в централизованном управлении, минимальный расход кабеля. ЛВС с топологией типа “дерево” - это более развитый вариант сети с шинной топологией. Дерево образуется путем соединения нескольких шин активными повторителями или пассивными размножителями (“хабами”), каждая ветвь дерева представляет собой сегмент. Отказ одного сегмента не приводит к выходу из строя остальных. В ЛВС с топологией типа “звезда” в центре находится пассивный соединитель или активный повторитель -достаточно простые и надежные устройства. Для защиты от нарушений в кабеле используется центральное реле, которое отключает вышедшие из строя кабельные лучи.
Рис. 11.1. Широковещательные конфигурации сетей: а - общая шина; б- дерево; в - звезда с пассивным центром
Рис. 11.2. Последовательные конфигурации сетей: а - произвольная (ячеистая); б- иерархическая; в - кольцо; г - цепочка; д - звезда с интеллектуальным центром; е - снежинка
В последовательных конфигурациях, характерных для сетей с маршрутизацией информации, передача данных осуществляется последовательно от одной PC к соседней, причем на различных участках сети могут использоваться разные виды физической передающей среды.
К передатчикам и приемникам здесь предъявляются более низкие требования, чем в широковещательных конфигурациях. К последовательным конфигурациям относятся: произвольная (ячеистая), иерархическая, кольцо, цепочка, звезда с интеллектуальным центром, снежинка. В ЛВС наибольшее распространение получили кольцо и звезда, а также смешанные конфигурации - звездно-кольцевая, звездно-шинная.
В ЛВС с кольцевой топологией сигналы передаются только в одном направлении, обычно против часовой стрелки. Каждая PC имеет память объемом до целого кадра. При перемещении кадра по кольцу каждая PC принимает кадр, анализирует его адресное поле, снимает копию кадра, если он адресован данной PC, ретранслирует кадр. Естественно, что все это замедляет передачу данных в кольце, причем длительность задержки определяется числом PC. Удаление кадра из кольца производится обычно станцией-отправителем. В этом случае кадр совершает по кольцу полный круг и возвращается к станции-отправителю, который воспринимает его как квитанцию - подтверждение получения кадра адресатом. Удаление кадра из кольца может осуществляться и станцией-получателем, тогда кадр не совершает полного круга, а станция-отправитель не получает квитанции-подтверждения.
Кольцевая.структура обеспечивает довольно широкие функциональные возможности ЛВС при высокой эффективности использования моноканала, низкой стоимости, простоте методов управления, возможности контроля работоспособности моноканала.
В широковещательных и большинстве последовательных конфигураций (за исключением кольца) каждый сегмент кабеля должен обеспечивать передачу сигналов в обоих направлениях, что достигается: в полудуплексных сетях связи - использованием одного кабеля для поочередной передачи в двух направлениях; в дуплексных сетях - с помощью двух однонаправленных кабелей; в широкополосных системах - применением различной несущей частоты для одновременной передачи сигналов в двух направлениях.
Глобальные и региональные сети, как и локальные, в принципе могут быть однородными (гомогенными), в которых применяются программно-совместимые ЭВМ, и неоднородными (гетерогенными), включающими программно-несовместимые ЭВМ. Однако, учитывая протяженность ГВС и РВС и большое количество используемых в них ЭВМ, такие сети чаще бывают неоднородными.
Коммуникационная сеть – система узлов и соединений между ними. В узлах осуществляются функции создания, преобразования, хранения и потребления продукта коммуникаций. Соединения (каналы передачи, линии связи) служат для передачи продукта между узлами. В зависимости от вида продукта различают вещественные, энергетические, информационные сети. Примеры вещественных сетей: автотранспортное и железнодорожное сообщения; водо- и газоснабжение.
Информационная сеть – коммуникационная сеть, в которой продуктом коммуникаций является информация. Примеры: телефонные сети, телевидение, радиовещание.
Вычислительная , или компьютерная сеть – информационная сеть, узлами которой являются компьютеры и другое вычислительное оборудование. Помимо специального сетевого оборудования, необходимо также сетевое программное обеспечение. Благодаря взаимодействию компьютеров в сети, становится доступным ряд новых возможностей.
Первое – совместное использование аппаратных и программных ресурсов. Так, при общем доступе к дорогостоящему периферийному устройству (принтеру, плоттеру, сканеру, факсу и др.) снижаются затраты на каждого отдельного пользователя. Аналогично используются сетевые версии прикладного программного обеспечения.
Второе – совместный доступ к ресурсам данных. При централизованном хранении информации значительно упрощаются процессы обеспечения ее целостности, а также резервного копирования, что обеспечивает высокую надёжность. Наличие альтернативных копий на двух машинах одновременно позволяет продолжать работу при недоступности одной из них.
Третье – ускорение передачи данных и обеспечение новых форм взаимодействия пользователей в одном коллективе при работе над общим проектом.
Четвертое – использование общих средств связи между различными прикладными системами (коммуникационные услуги, передача данных, видео, речи и т.д.).
Одним из важных классификационных признаков сетей является их размер. Размеры сети влияют на выбор используемого оборудования и применяемых технологий передачи.
Локальная вычислительная сеть (ЛВС, или LAN – Local Area Network) объединяет близкорасположенные компьютеры в пределах ограниченной территории, помещения, здания. Отличительные особенности ЛВС – минимальное время задержки и низкий уровень ошибок. ЛВС могут являться элементами более крупномасштабных образований: кампусная, или корпоративная сеть (CAN – Campus Area Network), объединяющая локальные сети близко расположенных зданий; муниципальная сеть, или сеть городского масштаба (MAN – Metropolitan Area Network); региональная, или широкомасштабная сеть (WAN – Wide Area Network), охватывающая значительную территорию; глобальная вычислительная сеть (ГВС, или GAN – Global Area Network), имеющая размеры страны и континента.
По способу управления сети делятся на одноранговые и с выделенным сервером (централизованным управлением). В одноранговых сетях все узлы равноправны – каждый узел может выступать в роли и клиента, и сервера. Под клиентом понимается программно-аппаратный объект, запрашивающий некоторые услуги. А под сервером – комбинация аппаратных и программных средств, которая эти услуги предоставляет. Компьютер, подключенный к локальной сети, в зависимости от задач, решаемых на нем, называют рабочей станцией (workstation) или сервером (server).
Одноранговые ЛВС достаточно просты в обслуживании, однако не могут обеспечить должной защиты информации при большом размере сети. Затраты на организацию одноранговых вычислительных сетей относительно небольшие. Однако при увеличении числа рабочих станций эффективность использования сети резко уменьшается. Поэтому одноранговые ЛВС используются только для небольших рабочих групп – не более 20 компьютеров.
Выделенный сервер реализует функции управления сетью (администрирования) в соответствии с заданными политиками – совокупностями правил разделения и ограничения прав участников сети. ЛВС с выделенным сервером имеют хорошие средства обеспечения безопасности данных, способны поддерживать тысячи пользователей, однако требуют постоянного квалифицированного обслуживания системным администратором.
В зависимости от используемой технологии передачи данных различают широковещательные сети и сети с передачей от узла к узлу . Широковещательная передача применяется в основном в небольших сетях, а в крупных – передача от узла к узлу.
В широковещательных сетях всеми узлами сети совместно используется единый канал связи. Посылаемые одним компьютером сообщения, называемые пакетами, принимаются всеми остальными машинами. В каждом пакете имеется адрес получателя сообщения. Если пакет адресован другому компьютеру, то он игнорируется. Таким образом, после проверки адреса получатель обрабатывает только те пакеты, которые ему предназначены.
Сети с передачей от узла к узлу состоят из попарно соединённых машин. В такой сети, чтобы попасть в пункт назначения, пакет проходит через ряд промежуточных машин. При этом часто существуют альтернативные пути от источника к получателю.
Способ объединения компьютеров между собой в сети называют топологией . Различают три наиболее распространенные топологии, которые используют в ЛВС. Это так называемые шинная , кольцевая и звездообразная структуры.
В случае реализации шинной (линейной) структуры все компьютеры связываются в цепочку с помощью одного общего коаксиального кабеля. Если же хотя бы один из участков сети с шинной структурой оказывается нарушенным, вся сеть в целом становится неработоспособной. Дело в том, что тогда происходит разрыв единственного физического канала, необходимого для движения сигнала.
Кольцевая структура используется в основном в сетях Token Ring и отличается от шинной тем, что все компьютеры попарно соединяются друг с другом, образуя замкнутый контур. Также в случае неисправности одного из сегментов сети вся сеть выходит из строя.
В сети с звездообразной структурой центральным узлом, к которому подключаются все остальные, является концентратор (Hub – «хаб»). Его основная функция – обеспечение связи между компьютерами, входящими в сеть. Данная структура предпочтительнее, поскольку в случае выхода из строя одной из рабочих станций или кабеля, связывающего её с концентратором, все остальные сохраняют работоспособность.
При построении сетей находит применение ячеистая (полносвязная ) топология, при которой каждый узел соединяется со всеми другими отдельными каналами. Затраты на создание избыточных каналов компенсируются высокой надёжностью – практически всегда существует несколько путей для прохождения сигналов от отправителя к получателю, поэтому при отключении одних каналов сигналы могут передаваться по другим.
Различают следующие способы коммутации данных в информационных сетях: коммутацию каналов , коммутацию пакетов и коммутацию сообщений .
При коммутации каналов сначала устанавливается весь путь соединения – от отправителя до получателя. Этот путь состоит из нескольких участков, соединённых коммутаторами и(или) мультиплексорами. Все данные передаются по установленному маршруту. По завершении передачи соединение разрывается. Пример – телефонный разговор: канал занят всё время разговора, даже если абоненты молчат. Скорость передачи по такому каналу ограничена участком с наименьшей пропускной способностью.
При втором методе сообщения разбиваются на пакеты фиксированной длины, которые могут доставляться по сети независимыми маршрутами, обеспечивая равномерную загрузку сети. При этом по одному каналу могут передаваться пакеты разных сообщений. В качестве примера приведём аналогию: в час «пик» группа студентов добирается из общежития в университет на разном транспорте, каждый по-своему.
Коммутация сообщений напоминает коммутацию пакетов, но на более высоком уровне (при этом узлы коммутации сообщений могут соединяться как сетью с коммутацией каналов, так и сетью с коммутацией пакетов). Основное отличие заключается в том, что размер блока данных определяется не технологическими ограничениями, а содержанием информации в сообщении. Это может быть текстовый документ, электронное письмо, файл. Пример – группа туристов следует по маршруту, в каждом пункте проверяется состав группы. По такой схеме передаются сообщения, не требующие немедленного ответа, например, сообщения электронной почты.
15.3Сетевая модель OSI/ISO
Функционирование сетевого оборудования невозможно без взаимоувязанных стандартов. Согласование стандартов достигается как за счет непротиворечивых технических решений, так и за счет группирования стандартов. Каждой конкретной сети присуща своя базовая совокупность протоколов – «языка» передачи данных. Протокол – формализованные правила взаимодействия нескольких компьютеров, которые могут быть описаны в виде набора процедур, определяющих последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты, лежащие на одном уровне, но в разных узлах.
Международной организацией по стандартизации ISO (International Standards Organization) была предложена модель архитектуры вычислительной сети OSI (Open System Interconnection – связь открытых сетей). Эта модель, которой стараются придерживаться большинство пользователей, разделяет коммуникационные функции в сети на семь уровней . Обмен данными происходит путём их перемещения на компьютере отправителя с верхнего уровня на нижний, затем транспортировки по каналу связи и обратным преобразованием на компьютере получателя с нижнего уровня на верхний.
Самый высокий уровень – уровень приложений (Application Layer – прикладной) является интерфейсом между прикладными программами и процессами модели OSI.
Уровень представления (Presentation Layer) определяет формат для обмена данными, служит для шифрования, сжатия и кодового преобразования данных.
Сеансовый уровень (Session Layer) выполняет функции координации связи между рабочими станциями. Уровень обеспечивает создание сеанса связи, управление передачей и приемом пакетов сообщений и завершение сеанса.
Транспортный уровень (Transport Layer) осуществляет разделение или сборку сообщений на пакеты в том случае, когда в процессе передачи или приема находится более одного пакета, а также контроль очередности прохождения компонент сообщения. Кроме того, на этом уровне через шлюзы выполняется согласование сетевых уровней различных несовместимых сетей. Гарантирует доставку пакетов без ошибок, в той же последовательности, без потерь и дублирования с подтверждением приема.
Сетевой уровень (Network Layer) обеспечивает перевод логических имен адресов в физические. На основании конкретных сетевых условий, приоритета услуги осуществляется маршрутизация, то есть выбор маршрута передачи пакета данных в сети, и управление потоком данных в сети (буферизация данных, контроль ошибок при установлении соединения).
Канальный уровень (Data Link) определяет правила использования физического уровня узлами сети. Этот уровень подразделяется на два подуровня: Контроль доступа к среде (Media Access Control), связанный с доступом к сети и ее управлением, и Логический контроль связи (Logical Link Control), связанный с передачей и приемом пользовательских сообщений. Именно на уровне Data Link обеспечивается передача данных кадрами, которые представляют собой блоки данных, содержащие дополнительную управляющую информацию. Исправление ошибок осуществляется автоматически путем повторной посылки кадра. Кроме того, на этом уровне обеспечивается и правильная последовательность передаваемых и принимаемых кадров.
Самый низкий – физический уровень (Physical Layer) определяет физические, механические и электрические характеристики линий связи. На этом уровне выполняется преобразование данных, поступающих от канального уровня, в сигналы, которые затем передаются по линиям связи. В локальных сетях это преобразование осуществляется с помощью сетевых адаптеров, в глобальных сетях для этой цели используются модемы.
Каждый уровень реально взаимодействует только с соседними уровнями (верхним и нижним), виртуально – только с аналогичным уровнем на конце линии. Реальное взаимодействие – непосредственная передача информации, при которой данные остаются неизменными. Виртуальное взаимодействие – опосредованное взаимодействие и передача данных, причем данные в процессе передачи могут видоизменяться.
Физическая связь реально имеет место только на самом нижнем уровне. Горизонтальные связи между всеми остальными уровнями являются виртуальными, реально они осуществляются передачей и преобразованием информации сначала вниз, последовательно до самого нижнего уровня, где происходит реальная передача, а потом на другом конце – обратная передача вверх последовательно до соответствующего уровня.
Классификация ЛВС
Локальные сети можно классифицировать по :
- уровню управления;
- назначению;
- однородности;
- административным отношениям между компьютерами;
- топологии;
- архитектуре.
По уровню управления выделяют следующие ЛВС :
- ЛВС рабочих групп, которые состоят из нескольких ПК, работающих под одной операционной системой. В такой ЛВС, как правило, имеется несколько выделенных серверов: файл-сервер, сервер печати;
- ЛВС структурных подразделений (отделов). Данные ЛВС содержат несколько десятков ПК и серверы типа: файл-сервер, сервер печати, сервер баз данных;
- ЛВС предприятий (фирм). Эти ЛВС могут содержать свыше 100 компьютеров и серверы типа: файл-сервер, сервер печати, сервер баз данных, почтовый сервер и другие серверы.
По назначению сети подразделяются на :
- вычислительные сети , предназначенные для расчетных работ;
- информационно-вычислительные сети , которые предназначены, как для ведения расчетных работ, так и для предоставления информационных ресурсов;
- информационно-советующие , которые на основе обработки данных вырабатывают информацию для поддержки принятия решений;
- информационно-управляющие сети , которые предназначены для управления объектов на основе обработки информации.
По типам используемых компьютеров можно выделить:
- однородные сети, которые содержат однотипные компьютеры и системное программное обеспечение;
- неоднородные сети, которые содержат разнотипные компьютеры и системное программное обеспечение.
По административным отношениям между компьютерами можно выделить:
- ЛВС с централизованным управлением (с выделенными серверами);
- ЛВС без централизованного управления (децентрализованные) или одноранговые (одноуровневые) сети.
В локальных сетях с централизованным управлением сервер обеспечивает взаимодействия между рабочими станциями, выполняет функции хранения данных общего пользования, организует доступ к этим данным и передает данные клиенту. Клиент обрабатывает полученные данные и предоставляет результаты обработки пользователю. Необходимо отметить, что обработка данных может осуществляться и на сервере.
Локальные сети с централизованным управлением, в которых сервер предназначен только для хранения и выдачи клиентам информации по запросам, называются сетями с выделенным файл-сервером. Системы, в которых на сервере наряду с хранением осуществляется и обработка информации, называются системами «клиент-сервер».
Необходимо отметить, что в серверных локальных сетях клиенту непосредственно доступны только ресурсы серверов. Но рабочие станции, входящие в ЛВС с централизованным управлением, могут одновременно организовать между собой одноранговую локальную сеть со всеми ее возможностями.
Программное обеспечение, управляющее работой ЛВС с централизованным управлением, состоит из двух частей:
- сетевой операционной системы, устанавливаемой на сервере;
- программного обеспечения на рабочей станции, представляющего набор программ, работающих под управлением операционной системы, которая установлена на рабочей станции. При этом на разных рабочих станциях в одной сети могут быть установлены различные операционные системы.
В больших иерархических локальных сетях в качестве сетевых ОС используются UNIX и LINUX, которые являются более надежными. Для локальных сетей среднего масштаба наиболее популярной сетевой ОС является Windows 2008 Server.
В зависимости от способов использования сервера в иерархических сетях различают серверы следующих типов:
- Файловый сервер . В этом случае на сервере находятся совместно обрабатываемые файлы или (и) совместно используемые программы.
- Сервер баз данных . На сервере размещается сетевая база данных.
- Принт-сервер . К компьютеру подключается достаточно производительный принтер, на котором может быть распечатана информация сразу с нескольких рабочих станций.
- Почтовый сервер . На сервере хранится информация, отправляемая и получаемая как по локальной сети.
Достоинства:
- выше скорость обработки данных;
- обладает надежной системой защиты информации и обеспечения секретности;
- проще в управлении по сравнению с одноранговыми сетями.
Недостатки:
- сеть дороже из-за выделенного сервера;
- менее гибкая по сравнению с равноправной сетью.
Все компьютеры в локальной сети соединены линиями связи. Геометрическое расположение линий связи относительно узлов сети и физическое подключение узлов к сети называется физической топологией. В зависимости от топологии различают сети: шинной, кольцевой, звездной, иерархической и произвольной структуры.
Различают физическую и логическую топологию. Логическая и физическая топологии сети независимы друг от друга. Физическая топология - это геометрия построения сети, а логическая топология определяет направления потоков данных между узлами сети и способы передачи данных.
Все существующие конфигурации можно разделить на два основных класса: широковещательные и последовательностные.
В случае широковещательной конфигурации ЛВС сигналы, передаваемые одним устройством подключения к физической среде, воспринимаются всеми остальными. В широковещательной ЛВС в произвольный момент времени может работать только одна станция. Все рабочие станции могут непосредственно вступать в контакт с любой рабочей станцией, имеющейся в сети.
Для построения широковещательной конфигурации необходимо применение сравнительно мощных приемников и передатчиков. Следовательно, появляется необходимость ограничения длины кабельных сегментов и числа подключений. В случае превышения ограничений применяется аналоговый усилитель или цифровой повторитель. Кроме того, средства подключения к физической среде выбираются такими, которые не вызывают значительного ослабления сигнала.
Основные типы широковещательных топологий «шина», «дерево» и «звезда» показаны на схемах (рисунок 3).
Рисунок 3 - Типы широковещательных топологий:
а) «шина»; б) «дерево»; в) «звезда»
В случае последовательностной конфигурации ЛВС каждое устройство подключения к физической среде передает информацию только одному устройству. При этом снижаются требования к передатчикам и приемникам, поскольку все станции активно участвуют в передаче.
Основные типы последовательных топологий: «кольцо», «цепочка», «снежинка» и «сетка» показаны на схеме (рисунок 4).
Рисунок 4 - Типы последовательностных топологий «кольцо», «цепочка», «снежинка» и «сетка»
Рассмотрим следующие физические топологии:
- физическая «шина» (bus);
- физическая «звезда» (star);
- физическое «кольцо» (ring);
Шинная топология
- легко подключить новый ПК;
- имеется возможность централизованного управления;
- сеть устойчива к неисправностям отдельных ПК и к разрывам соединения отдельных ПК.
Недостатки сетей топологии «звезда »:
- отказ хаба влияет на работу всей сети;
- большой расход кабеля;
Топология «кольцо»
В сети с топологией кольцо все узлы соединены каналами связи в неразрывное кольцо (необязательно окружность), по которому передаются данные. Выход одного ПК соединяется со входом другого ПК. Начав движение из одной точки, данные, в конечном счете, попадают на его начало. Данные в кольце всегда движутся в одном и том же направлении.
Принимающая рабочая станция распознает и получает только адресованное ей сообщение. В сети с топологией типа физическое кольцо используется маркерный доступ, который предоставляет станции право на использование кольца в определенном порядке. Логическая топология данной сети - логическое кольцо.
Данную сеть очень легко создавать и настраивать. К основному недостатку сетей топологии кольцо является то, что повреждение линии связи в одном месте или отказ ПК приводит к неработоспособности всей сети.
Как правило, в чистом виде топология «кольцо » не применяется из-за своей ненадёжности, поэтому на практике применяются различные модификации кольцевой топологии.
В общем ИТ-инфраструктуру различных предприятий можно различать по:
- масштабу;
- составу компонентов;
- уровню оборудования и т.д.
Исходя из этого, отдельные виды ИТ-инфраструктур можно представить в виде базовых конфигураций, которые отражены на рисунках 5, 6 и 7.
Рисунок 5 - Небольшая локальная сеть.
Небольшая локальная сеть. Обычно состоит из 1-3 серверов, сетевых коммутаторов, 5-30 рабочих станций.
Рисунок 6 - Локальная сеть и телефонная сеть с МиниАТС.
Локальная сеть и телефонная сеть с МиниАТС. Включает все компоненты «небольшой локальной сети» с добавлением внутренней МиниАТС для коммутации телефонов внутри офиса
Рисунок 7 - Локальная сеть и цифровая телефонная сеть на нескольких объектах.
Локальная сеть и цифровая телефонная сеть на нескольких объектах, объединенная в виртуальную частную сеть. Локальная сеть организации используется для IP-телефонии. Возможно объединение цифровых телефонных сетей подразделений организации через Интернет с помощью виртуальных частных сетей.
Уровень подготовки специалистов, обслуживающих ИТ-инфраструктуру предприятий должен быть очень высоким, требующим ответственности за работу, от которой будет зависеть функционирование и безопасность корпоративных компьютерных сетей.