Компьютерные сети. Назначение и классификация

Появление персональных компьютеров потребовало нового подхода к организации системы обработки данных, к созданию новых информационных технологий. Возникла потребность перехода от использования отдельных ЭВМ в системах централизованной обработки данных к распределенной обработке данных.

Распределенная обработка данных — это обработка данных, выполняемая на независимых, но связанных между собой компьютерах, представляющих распределенную систему.

Компьютерная (вычислительная) сеть — это совокупность компьютеров и терминалов, соединенных с помощью каналов связи в единую систему, удовлетворяющую требованиям распределенной обработки данных.

Абонентами сети (т. е. объектами, генерирующими или потребляющими информацию в сети) могут быть отдельные компьютеры, комплексы ЭВМ, терминалы, промышленные роботы, станки с числовым программным управлением и т. д.

В зависимости от территориального расположения абонентов компьютерные сети делятся на:

• глобальные — вычислительная сеть объединяет абонентов, расположенных в различных странах, на различных континентах. Глобальные вычислительные сети позволяют решить проолему объединения информационных ресурсов человечества и организации доступа к этим ресурсам;
• региональные — вычислительная сеть связывает абонентов, расположенных на значительном расстоянии друг от друга. Она может включать абонентов большого города, экономического региона, отдельной страны;
• локальные — вычислительная сеть объединяет абонентов, расположенных в пределах небольшой территории. К классу локальных сетей относятся сети отдельных предприятий, фирм, офисов и т. д.

Объединение глобальных, региональных и локальных компьютерных сетей позволяет создавать многосетевые иерархии, обеспечивающие мощные средства обработки огромных информационных массивов и доступ к неограниченным информационным ресурсам.

В общем случае компьютерная сеть представляется совокупностью трех вложенных друг в друга подсистем: сети рабочих станций, сети серверов и базовой сети передачи данных.

Рабочая станция (клиентская-машина, рабочее место, абонентский пункт, терминал) — это компьютер, за которым непосредственно работает абонент компьютерной сети. Сеть рабочих станций представлена совокупностью рабочих станций и средств связи, обеспечивающих взаимодействие рабочих станций с сервером и между собой.

Сервер — это компьютер, выполняющий общие задачи компьютерной сети и предоставляющий услуги рабочим станциям. Сеть серверов — это совокупность серверов и средств связи, обеспечивающих подключение серверов к базовой сети передачи данных.

Базовая сеть передачи данных — это совокупность средств передачи данных между серверами. Она состоит из каналов связи и узлов связи. Узел связи — это совокупность средств коммутации и передачи данных в одном пункте. Узел, связи принимает данные, поступающие по каналам связи, и передает данные в каналы, ведущие к абонентам.

Базовыми требованиями, определяющими архитектуру компьютерных сетей, являются следующие:

• открытость — возможность включения дополнительных компьютеров, терминалов, узлов и линий связи без изменения технических и программных средств существующих компонентов;
• живучесть — сохранение работоспособности при изменении структуры;
• адаптивность — допустимость изменения типов компьютеров, терминалов, линий связи, операционных систем;
• эффективность — обеспечение требуемого качества обслуживания пользователей при минимальных затратах;
• безопасность информации. Безопасность — это способность сети обеспечить защиту информации от несанкционированного доступа.

Указанные требования обеспечиваются модульной организацией управления процессами в сети, реализуемой по многоуровневой схеме. Чисдо уровней и распределение функций между ними существенно влияет на сложность программного обеспечения компьютеров, входящих в сеть, и на эффективность сети. Формальной процедуры выбора числа уровней не существует. Классической является семиуровневая схема. Эта архитектура пришита в качестве эталонной модели.

Уровень 1 — физический — реализует управление каналом связи, что сводится к подключению и отключению канала связи и формированию сигналов, представивших передаваемые данные.

Уровень 2 — канальный — обеспечивает надежную передачу данных через физический канал, организованный на уровне 1.

Уровень 3 — сетевой — обеспечивает выбор маршрута передачи сообщений по линиям, связывающим узлы сети.

Уровни 1-3 организуют базовую сеть передачи данных как систему, обеспечивающую надежную передачу данных между абонентами сети.

Уровень 4 — транспортный — обеспечивает сопряжение абонентов сети с базовой сетью передачи данных.

Уровень 5 — сеансовый — организует сеансы связи на период взаимодействия процессов. На этом уровне по рапросам процессов создаются порты для приема и передачи сообщений и организуются соединения — логические каналы.

Уровень 6 — представительный — осуществляет трансформацию различных языков, форматов данных и кодов для взаимодействия разнотипных компьютеров.

Уровень 7 — прикладной — обеспечивает поддержку прикладных процессов пользователей. Порядок реализации связей в сети регулируется протоколами. Протокол — это набор коммутационных правил и процедур по формированию и передаче данных в сети.

Базовые принципы организации компьютерной сети определяют ее основные характеристики:

• операционные возможности — перечень основных действий по обработке данных. Абоненты сети имеют возможность использовать память и процессоры многих компьютеров для хранения и обработки данных. Предоставляемая компьютерной сетью возможность параллельной обработки данных многими компьютерами и дублирования необходимых ресурсов позволяет сократить время решения задач, повысить надежность системы и достоверность результатов;
• производительность — представляет собой суммарную производительность компьютеров, участвующих в решении задачи пользователя;
• время доставки сообщений — определяется как статистическое среднее время от момента передачи сообщения в сеть до момента получения сообщения адресатом;
• стоимость предоставляемых услуг.

ВИДЫ ТОПОЛОГИЙ.ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ

Топология - это способ физического соединения компьютеров в локальную сеть
Существует три основных топологии, применяемые при построении компьютерных сетей:
- топология "Шина";
- топология "Звезда";
- топология "Кольцо".

Топология «Шина»

 

Все компьютеры подключаются к одному кабелю. На его концах должны быть расположены терминаторы. По такой топологии строятся 10 Мегабитные сети 10Base-2 и10Base-5. В качестве кабеля используется Коаксиальные кабели.

 

Пассивная топология, строится на использовании одного общего канала связи и коллективного использования его в режиме разделения времени. Нарушение общего кабеля или любого из двух терминаторов приводит к выходу из строя участка сети между этими терминаторами (сегмент сети). Отключение любого из подключенных устройств на работу сети никакого влияния не оказывает. Неисправность канала связи выводит из строя всю сеть Все компьютеры в сети “слушают” несущую и не участвуют в передаче данных между соседями. Пропускная способность такой сети снижается с увеличением нагрузки или при увеличении числа узлов. Для соединения кусков шины могут использоваться активные устройства - повторители (repeater) с внешним источником питания.

Топология “Звезда”

Каждый компьютер (и т.п.) подключен отдельным проводом к отдельному порту устройства, называемого концентратором или повторителем (репитер), или хабом(Hub).

 

Концентраторы могут быть как активные, так и пассивные. Если между устройством и концентратором происходит разрыв соединения, то вся остальная сеть продолжает работать. Правда, если этим устройством был единственный сервер, то работа будет несколько затруднена. При выходе из строя концентратора сеть перестанет работать.

Данная сетевая топология наиболее удобна при поиске повреждений сетевых элементов: кабеля, сетевых адаптеров или разъемов. При добавлении новых устройств "звезда" также удобней по сравнению с топологией общая шина. Также можно принять во внимание, что 100 и 1000 Мбитные сети строятся по топологии "Звезда".

Топология “Кольцо”

Активная топология. Все компьютеры в сети связаны по замкнутому кругу. Прокладка кабелей между рабочими станциями может оказаться довольно сложной и дорогостоящей если они расположены не по кольцу, а, например, в линию.

В качестве носителя в сети используется витая пара или оптоволокно. Сообщения циркулируют по кругу.

Рабочая станция может передавать информацию другой рабочей станции только после того, как получит право на передачу (маркер), поэтому коллизии исключены. Информация передается по кольцу от одной рабочей станции к другой, поэтому при выходе из строя одного компьютера, если не принимать специальных мер выйдет из строя вся сеть.

Время передачи сообщений возрастает пропорционально увеличению числа узлов в сети. Ограничений на диаметр кольца не существует, т.к. он определяется только расстоянием между узлами в сети.

Кроме приведенных выше топологий сетей широко применяются т. н. гибридные топологии: “звезда-шина”, “звезда-кольцо”, “звезда-звезда”.