Функциональный состав, структура и классификация сетей ЭВМ

Функциональный состав и структура сетей ЭВМ

Полный перечень функций, реализуемых любой сетью ЭВМ, можно представить двумя компонентами ‑ обработка и передача данных [3].

Вычислительные средства (ЭВМ, вычислительные комплексы и системы) абонентских систем и их программное обеспечение (сетевые операционные системы и приложения) являются основными функциональными элементами сетей ЭВМ, выполняющих обработку данных. Их главная задача состоит в реализации функций предоставления, потребления и распределения ресурсов сети. Вычислительные средства, реализующие весь комплекс перечисленных функций относятся к универсальным и составляют основу универсальных абонентских систем (УАС). Вычислительные средства, специализированные на предоставлении ресурсов, называются серверами и составляют основу сервисных абонентских систем (САС). Специализированные на потреблении сетевых ресурсов ‑ называются клиентами и составляют основу клиентских абонентских систем (КАС). Специализированные на управлении вычислительной сетью ‑ называются административными и составляют основу административных абонентских систем (ААС). Классификация сетевых абонентских систем по функциональному признаку представлена на рис. 1.5.

 

 

Рис. 1.5. Классификация сетевых абонентских систем

Универсальные абонентские системы используются для построения одноранговых сетей ЭВМ. Остальные виды абонентских систем используются для построения сетей типа «клиент - сервер».

Вычислительные средства узлов коммутации, совместно с каналами связи, образуют телекоммуникационную сеть с определенной топологической структурой и реализуют функции передачи данных между всеми абонентскими системами сети.

Таким образом, в составе любой сети ЭВМ можно выделить следующие основные функциональные компоненты:

- абонентские системы различного назначения (УАС, САС, КАС, ААС) в совокупности образующие абонентскую сеть;

- узлы коммутации и каналы связи, образующие телекоммуникационную сеть.

В общем виде структура сети ЭВМ представлена на рис. 1.6.

Отдельные сети ЭВМ посредством специального межсетевого оборудования (МСО) могут объединяться между собой, образуя одноуровневые или многоуровневые иерархические структуры (рис. 1.7).

По такому принципу могут объединяться локальные, региональные и глобальные сети ЭВМ.

 

Классификация сетей ЭВМ

Сети ЭВМ относятся к разряду сложных вычислительных систем, поэтому для их классификации используется не один, а целый ряд признаков, наиболее характерные из которых представлены на рис. 1.8.

По функциональному назначению сети ЭВМ подразделяются:

- на информационные сети;

- вычислительные сети;

- информационно-вычислительные сети.

По функциональному назначению сети ЭВМ подразделяются:

- на информационные сети;

- вычислительные сети;

- информационно-вычислительные сети.

 

 

Рис. 1.6. Обобщенная структура сети ЭВМ

 

 

 

Рис. 1.7. Объединение сетей ЭВМ

 

 

 

Рис. 1.8. Классификация сетей ЭВМ

 

Информационные сети предоставляют пользователям в основном информационные услуги. К таким сетям относятся сети научно-технической и справочной информации, резервирования и продажи билетов на транспорте, сети оперативной информации служб специального назначения и т.д.

Вычислительные сети отличаются наличием в своем составе более мощных вычислительных средств, запоминающих устройств повышенной емкости для хранения прикладных программ, банков данных и знаний, доступных для пользователей, возможностью оперативного перераспределения ресурсов между задачами.

На практике наибольшее распространение получили смешанные информационно-вычислительные сети, в которых осуществляются хранение и передача данных, а также решение различных задач по обработке информации.

По размещению основных информационных массивов (банков данных) сети подразделяются на следующие типы:

- сети с централизованным размещением информационных массивов;

- сети с локальным (абонентским) размещением информационных массивов.

В сетях с централизованным размещением информационные массивы формируются и хранятся на главном файловом сервере сети. В сетях с локальным размещением информационные массивы могут находиться на различных файловых серверах.

По степени территориальной рассредоточенности компонентов сети различают:

- глобальные сети, охватывающие территорию страны или нескольких стран с расстояниями между отдельными узлами сети в несколько тысяч километров;

- региональные сети, расположенные в пределах определенного территориального региона (города, района, области и т.п.);

- локальные вычислительные сети, охватывающие сравнительно небольшую территорию (в радиусе до 10 км).

По типу используемых вычислительных средств сети могут быть:

- однородными (ЭВМ всех абонентских систем сети аппаратно и программно совместимы);

- неоднородными (ЭВМ абонентских систем сети аппаратно и программно несовместимы).

Локальные сети ЭВМ обычно являются однородными, а региональные и глобальные ‑ неоднородными.

По методу передачи данных различают сети:

- с коммутацией каналов;

- коммутацией сообщений;

- коммутацией пакетов;

- со смешанной коммутацией.

Для современных сетей ЭВМ наиболее характерным является использование метода коммутации пакетов. Особенности каждого из методов передачи данных более подробно будут рассмотрены в дальнейшем.

Важным признаком классификации сетей ЭВМ является их топология, т.е. структура связей между элементами сети. Топология оказывает существенное влияние на пропускную способность, на устойчивость сети к отказам ее оборудования, на качество обслуживания запросов пользователей, на логические возможности и стоимость сети.

Для построения сетей ЭВМ используются следующие топологические структуры (рис. 1.9):

- радиальная (звездообразная);

- кольцевая;

- шинная;

- полносвязная;

- древовидная (иерархическая);

- смешанная.

 

 

а б в

 

г д е

Рис. 1.9. Топологические структуры сетей ЭВМ: а – радиальная; б – кольцевая; в – шинная; г – полносвязная; д – древовидная; е – смешанная

 

Основу сетей с радиальной (звездообразной) топологией (рис. 1.9, а) составляет главный центр, который может быть как активным (выполняется обработка информации), так и пассивным (выполняется только ретрансляция информации). Такие сети довольно просты по своей структуре и организации управления. К недостаткам сетей с радиальной топологией можно отнести: нарушение связи при выходе из строя центрального узла коммутации, отсутствие свободы выбора различных маршрутов для установления связи между АС, увеличение задержек в обслуживании запросов при перегрузке центра обработки, значительное возрастание общей протяженности линий связи при размещении АС на большой территории.

В сетях с кольцевой топологией (рис. 1.9, б) информация между абонентскими станциями передается только в одном направлении. Кольцевая структура обеспечивает широкие функциональные возможности сети при высокой эффективности использования моноканала, низкой стоимости, простоте методов управления, возможности контроля работоспособности моноканала. К недостаткам сетей с кольцевой топологией можно отнести: нарушение связи при выходе из строя хотя бы одного сегмента канала передачи данных.

В сетях с шинной топологией (рис. 1.9, в) используется моноканал передачи данных, к которому подсоединяются абонентские системы. Данные от передающей АС распространяются по каналу в обе стороны. Информация поступает на все АС, но принимает сообщение только та АС, которой оно адресовано. Шинная топология ‑ одна из наиболее простых. Она позволяет легко наращивать и управлять сетью ЭВМ, является наиболее устойчивой к возможным неисправностям отдельных абонентских систем. Недостатком шинной топологии является полный выход из строя сети при нарушении целостности моноканала.

В полносвязной сети (рис. 1.9, г) информация может передаваться между всеми АС по собственным каналам связи. Такое построение сети требует большого числа соединительных линий связи. Оно эффективно для малых сетей с небольшим количеством центров обработки, работающих с полной загрузкой каналов связи.

В сетях с древовидной топологией (рис. 1.9, д) реализуется объединение нескольких более простых сетей с шинной топологией. Каждая ветвь дерева представляет собой сегмент. Отказ одного сегмента не приводит к выходу из строя остальных сегментов.

Топология крупных сетей обычно представляет собой комбинации нескольких топологических решений. Примером такой сети может служить сеть со смешанной радиально ‑ кольцевой топологией, представленной на рис. 1.9, е.

Правильный и рациональный выбор основных функциональных, технических и программных компонентов сетей ЭВМ, их топологической структуры оказывают непосредственное влияние на все технические характеристики и общую эффективность функционирования сетей ЭВМ в целом. Это особенно важно для вычислительных сетей военного назначения, предназначенных для обработки и передачи больших информационных массивов данных в условиях жесткого лимита времени и высоких требований к достоверности информации.