Топология информационно вычислительной сети

Топология (конфигурация или структура сети) – это способ соединения компьютеров в сеть.

Тип топологии определяет стоимость, производительность и надежность эксплуатации рабочих станций (компьютеров), для которых имеет значение время обращения к файловому серверу (рассмотрим позже). Помимо этого, в понятии "топология" заключено также большое количество правил, которыми определяются места размещения компьютеров, технологии прокладки кабеля и размещения связующего оборудования, а также еще масса других моментов.

 

Понятие топологии широко используется при создании сетей. Одним из подходов к классификации топологий ИВС является выделение двух основных классов топологий:

широковещательные и последовательные.

В широковещательных топологиях ПК передает сигналы, которые могут быть восприняты остальными ПК, причем в каждый момент времени передачу может вести только один узел, остальные узлы могут только принимать информацию. К таким топологиям относятся топологии: шина и  звезда.

В последовательных топологиях информация передается только одному ПК. Примерами таких топологий являются: практически все глобальные, региональные и многие локальные сети.

Виды топологий

Рассмотрим с вами основные существующие топологий ИВС: общая шина (Bus); кольцо (Ring); звезда (Star).

 

Шина (Bus)
Компьютеры в локальной сети подключались друг к другу посредством коаксиального кабеля через Т-образные коннекторы. На концах кабеля устанавливались специальные заглушки - терминаторы, для поглощения сигнала.

Принцип работы прост. Сигнал распространяется по кабелю. Все хосты принимают сигнал, если он адресован им, то принимают его.
При такой схеме возможна передача только одного компьютера. Все остальные слушают. То есть устройства начинают передавать данные по очереди, что не очень удобно. При обрыве кабеля обрывается связь для всех узлов.

Кольцо (Ring)

Устройства при таком способе являются ретрансляторами. Сигнал передается по кругу в определенном направлении и проходит через все узлы, подключенные к кольцу. Если принятые пакеты адресованы узлу, принявшему пакеты, то он передает их дальше по стеку. В противном случае транслирует дальше по сети.

Звезда (Star)

При таком способе все конечные узлы подключаются к центральному устройству, который берет на себя все функции по усилению и коммутации сигнала. Обычно в качестве центрального устройства берется хаб или коммутатор.

 

Сравнительные характеристики базовых сетевых топологий

Топология	Преимущества	Недостатки
1	2	3
«Шина»	- экономный расход кабеля; - недорогая и несложная в использовании среда передачи; - простота и надежность; - легкая расширяемость	- при значительных объемах трафика уменьшается пропускная способность; - трудная локализация проблем; -выход из строя любого сегмента кабеля остановит работу всей сети
«Кольцо»	- все PC имеют равный доступ; - количество пользователей не сказывается на производительности	- выход из строя одной PC выводит из строя всю сеть; - трудно локализовать проблемы; - изменение конфигурации сети требует остановки всей сети
«Звезда»	- легко производить монтаж сети или модифицировать сеть, добавляя новые PC; - централизованный контроль и управление; - выход из строя одного PC или одного сегмента кабеля не влияет на работу всей сети	Выход из строя или отключение питания концентратора (коммутатора) выводит из строя всю сеть; большой расход кабеля

 

С точки зрения технического обеспечения ИВС содержат:

-сервер

-маршрутизатор.

Давайте рассмотрим эти устройства более подробно:

Так что же такое сервер? Само слово в наши дни встречалось каждому человеку (кроме папуасов в Новой Гвинее), но большинство людей воспринимают его однобоко, имея лишь поверхностное представление – эту однобокость мы с Вами  постараемся устранить и разберем как общие значения слова сервер, так и некоторые частные его примеры.

Итак, прежде чем давать определения, необходимо понять, что такое сервер принципиально. Сам термин берет свое начало от английского слова Serve – обслуживать, а суффикс –er придает слову значение имени существительного, что-то типа обслуживатель (так не говорят, но смысл такой).

Получается, что сервер – это некая система (устройство), выполняющий функции для других (клиентов). Без клиентов смысла существования сервера нет, поэтому любые задачи всегда выполняются в связке клиент-сервер.

В качестве главной задачи, возлагаемой на сервера, является выполнение таких функций, которые выгоднее выполнять оптом (сразу в большом объеме), чем отдельно каждым клиентом.

И, несмотря на то, что понятие сервера получило распространение с развитием IT технологий, его суть была реализована задолго до этого во многих отраслях народного хозяйства.

Например, водокачка – это тоже сервер. Она качает воду, наполняет большой резервуар и раздает ее через систему водопроводов клиентам (в краны домов и квартир). По идее, каждый хозяин дома может пробурить скважину и обеспечить себя водой, но это намного затратнее, чем сделать общую систему водоснабжения для населенного пункта.

В некоторых случаях сервер является не только более эффективным способом решения задачи, но и единственно возможным, например, почтовый сервер связывает между собой все электронные ящики и позволяет письмам достигать адресата, сервер для сайта позволяет открывать страницы из любой точки Интернета и так далее.

Сервер – это аппаратно-программный комплекс, выполняющий определенные задачи для групп электронных устройств, объединенных в общую с сервером сеть.

Здесь мы остановимся на одном из некорректных представлений о серверах. Некоторые считают, что сервер – это специальный компьютер, состоящий из серверного корпуса, серверного процессора, серверной оперативной памяти и серверных жестких дисков. Это неправильно. Любой обычный компьютер может выполнять функции сервера, если его настроить соответствующим образом, подключить к нему другие компьютеры и заставить выполнять нужные им задачи.

Поэтому, аппаратный сервер является компьютером, железо которого подобрано таким образом, чтобы лучше выполнять серверные задачи. А в общем случае, любой компьютер может стать аппаратной платформой для сервера.

С программной частью ситуация обстоит иначе – бывает как специализированное серверное программное обеспечение, так и ПО, способное выполнять как локальные, так и серверные задачи.

Примерами специализированного серверного ПО могут служить почтовые, прокси и др. сервера – их применение в локальных целях невозможно.

В качестве универсальных программ часто встречаются компьютерные игры, когда клиент игры позволяет играть как одному на собственной машине, так и создавать сервер для подключения к компьютеру других игроков.

Что касается операционных систем (Windows, Linux), то они имеют лишь формальную специализацию, разделяющую на персональную и серверную версии по аналогии с «железом». Например, легко можно настроить домашнюю Windows 10 в качестве файлового сервера. Достаточно открыть общий доступ к папкам на жестком диске для своих планшетов, ноутбуков и смартфонов и мы получим действующий файловый сервер.

Основные функции серверов:

• Хранение больших объемов информации, необходимой для работы большого числа клиентов. Например, видео сервер Youtube позволяет выложить видео один раз, а множество пользователей-клиентов будут смотреть фильмы, не скачивая их на свой компьютер.
• Обработка больших объемов данных. Эту задачу поручают серверам, чтобы не нагружать персональные устройства, на которых пользователи занимаются текущими делами.
• Организация работы сетевых сервисов, работа которых без взаимодействия множества машин невозможна. Например, функционирование системы электронной почты без серверов невозможно. Другой наглядный пример – онлайн игры, без серверов Майнкрафт или World of Tanks(ну или во что сейчас еще играют)))) работать не будут.

Давайте рассмотрим виды сервера:

1. Файл-серверы

Файл-сервер делает именно то, о чем говорит его название: обеспечивает взаимодействие между сетевыми компьютерами и дает пользователям доступ к файлам, которые необходимы им для работы. Кроме того, файл-сервер обычно ограничивает несанкционированный доступ к данным. Таким образом получается, что файл-сервер хранит программы и данные. (Google диск – облачное хранилище данных – он же файловый сервер.
В данном случае Google Диск – это просто имя собственное для сервера, равно как Яндекс Диск и другие.)

2. Почтовый -сервер

Почтовый сервер – это сервер, обеспечивающий хранение электронных ящиков пользователей, их содержимого, а, также, пересылку сообщений (включая маршрутизацию к другим почтовым серверам).

Современные почтовые сервера (mail server), кроме функций хранения и маршрутизации выполняют множество других вспомогательных функций, например, сортировка писем по категориям и фильтрация спам сообщений.

Существуют как специализированные сервисы, предоставляющие почтовые услуги, такие как yandex, gmail, rambler, mail, yahoo так и почтовые сервера реализованные на обычных веб серверах хостинг провайдеров (они обеспечивают работу почтовых ящиков на персональных доменах).

3. DNS-сервер

DNS означает Domain Name Service и переводится как служба доменных имен. Из названия понятно, что DNS сервера напрямую связаны с работой доменных имен в сети интернет. Вспомните, что вы вводите в адресной строке браузера для открытия нужного сайта – вы вводите доменное имя, например, (………………). Между тем, все устройства общаются посредством цифровых IP адресов, состоящих из 4-х чисел разделенных точкой.

Замена этих чисел на доменные адреса нужна по двум причинам:

1. Цифры трудно запоминать, домены проще;

2. При переносе сайта на другой хостинг, его IP адрес меняется, а доменное имя остается неизменным (через службу доменных имен перепривязывается к другому адресу) – пользователи не потеряют понравившийся им Веб ресурс.   

Более подробно мы об этом поговорим позже!

DNS сервер – это аппаратно-программный комплекс, который преобразует и приводит в соответствие буквенное обозначение адресов сайтов к их числовому IP обозначению и наоборот.

4. Прокси-сервер

Прокси сервер – это компьютер в сети, который выполняет функции посредника между двумя устройствами, пропуская через себя сигналы в оба направления и меняя некоторые их характеристики.

Чтобы понять принцип действия и цели Proxy необходимо представить себе схему интернет подключения. Каждый компьютер в сети имеет свой персональный адрес (IP адрес) и некоторые другие параметры. Когда 2 компьютера обмениваются запросами – они узнают эти данные друг друга.

В некоторых случаях раскрытие таких данных нежелательно (пользователь хочет сохранить анонимность). Часто анонимность необходима вследствие определенных ограничений. Например, в некоторых странах или подсетях могут быть заблокированы определенные IP адреса – пользователи не могут получить к ним доступ (в рамках борьбы с пиратством в РФ закрывают доступ к торрент-трекерам, в корпоративных сетях часто блокируют доступ к социальным сетям, чтобы сотрудники не сидели в социальных сетях в рабочее время.)

При использовании Проски сервера, клиент отправляет запрос к нему, а уже с прокси запрос уходит на нужный сайт. В обратную сторону данные поступают аналогичным образом через этот своеобразный шлюз. Получается, что IP адрес целевого компьютера заменяется на IP адрес прокси сервера.

Использование proxy является наиболее распространенным способом обхода различных блокировок и сокрытия данных пользователей.

Ну и последнее, что мы с Вами рассмотрим при ознакомление с понятием сервер, это особенности серверного оборудования:

Как я уже говорила выше, сервера могут прекрасно работать на компонентах обычных персональных компьютеров, но эти устройства являются очень важными элементами сетей, так как от них зависит работа большого числа клиентов. Поэтому, специально разрабатываются и производятся серверные версии электронных компонентов. Например:

1. Корпуса серверов, чаще всего, имеют стоечное исполнение (широкие плоские блоки с креплениями по бокам). Это позволяет делать компактное размещение большого числа серверов в одном месте (в серверных шкафах).

2. Элементы памяти серверов (жесткие диски и оперативная память) имеют повышенную надежность и контроль ошибок.

3. Как правило, в серверах применяются мощные процессоры и слабые видео карты. Это обусловлено тем, что их работа связана удаленной с обработкой данных и редким взаимодействием с живым человеком (только на этапе наладки).

4. Промышленные сервера всегда имеют повышенную климатическую защиту (от влаги и пыли), это позволяет снизить частоту технического обслуживания и уменьшить связанные с этим периоды простоя.

5. Серверные шкафы оборудуются мощной системой вентиляции, защищающей от перегрева.

6. Для подключения к сетям электропитания применяются источники бесперебойного питания, предохраняющие от скачков напряжения и отключения электричества.

 

Так что же такое маршрутизатор?

На самом деле роутер это неправильное название для русского языка. Это на английском устройство называется router, а вот на русском оно Маршрутизатор. Итак, как же он работает? Большинство пользователей не знают о наличии множества маршрутизаторов в собственной сети или в Интернете. Пользователи хотят открывать веб-страницы, отправлять сообщения электронной почты и загружать музыку вне независимости от того, в собственной или в другой сети находится сервер, к которому они получают доступ. Сетевые специалисты знают, что именно маршрутизатор обеспечивает пересылку пакетов из сети в сеть, от первоисточника до конечного назначения(т.е. выполняет роль администратора).

Смотрим на картинку и вникаем. Простыми словами получается так: к вам в квартиру заходит кабель сети Интернет. В некоторых случаях этот кабель сначала нужно подключить к модему (зависит от провайдера), а модем уже будет обрабатывать сигнал, и на выходе получим все тот же Интернет. У вас есть выбор – подключить его к компьютеру и получить доступ к сети только на нем, либо же подключить этот кабель в маршрутизатор, который будет раздавать доступ всем вашим устройствам. Компьютер можно будет подключить к роутеру отдельным куском кабеля, а устройства с приемником WiFi – по воздуху. Большинство роутеров уже с завода настроено как нужно и вам будет достаточно только поставить пароль на доступ к своей сети WiFi.

Маршрутизатор - это специализированное сетевое устройство, подключенное к двум или более сетям с программным обеспечением, которое позволяет перемещать данные из одной сети в другую.

Как работает роутер

Внутренняя организация устройства такова: в памяти у него хранится таблица маршрутизации, которая содержит пути ко всем устройствам в сети, а также к другим маршрутизаторам. Получается такая связанная сеть устройств, к каждому из которых можно подобрать наиболее оптимальный и короткий путь. Роутер периодически отправляет тестовые пакеты по каждому адресу, чтобы узнать время, за которое дойдет пакет и дойдет ли он вообще (может устройство отключилось). Таким образом, он всегда поддерживает актуальное состояние карты сети с помощью своей таблицы маршрутизации.

Тут следует уточнить, что это относится к динамической маршрутизации(IP адрес дается на сеанс, при смене сеанса он меняется, он действует только внутри провайдера)(при закачке информации через торрент удобен статический IP адрес), которая очень действенна и удобна. Однако, бывают случаи, когда нужно жестко задать адреса всех устройств в сети, чтобы пакеты вдруг не уходили «не туда», например, злоумышленникам. Тогда применяется статическая маршрутизация, которая хоть и отнимает много времени и сил, особенно если сеть большая, но она безопаснее.

В отличие от компьютера, маршрутизатор не имеют видео- и звуковых карт, но при этом имеет:

1. оперативную память (RAW) - энергозависимая память которая обеспечивает временное хранение различных приложение и процессов (файл текущей конфигурации, буфер пакетов)

2. постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) – энергозависимая память которая обеспечивает хранение базовых данных.

3. флэш-память – это место, где хранится операционная система, и в этом отношении она похожа на жесткий диск компьютера.

И оснащен специализированными портами и сетевыми платами для подключения устройств к другим сетям.

Зачем нужен маршрутизатор?

Причин, на самом деле, много. Вот основные из них.

• Создание и объединение сети. Например, как в примере с офисом компании, где администратор может иметь доступ к каждому из компьютеров.

• Подключение к интернету. Можно подключиться к интернету напрямую (с помощью кабеля), а можно через маршрутизатор. Этот способ в том числе позволит раздавать интернет (смотрите следующий пункт).

• Раздача интернета. Собственно, это основная причина, по которой роутеры(маршрутизаторы) приобретают для дома: они способны раздавать интернет на компьютеры или прочие устройства.

• Защита домашней сети от угроз из сети.

• Контроль трафика.

Основные функции маршрутизатора:

• Определение оптимального пути для передачи информационных  пакетов. Маршрутизатор использует свою таблицу маршрутизации, чтобы найти оптимальный путь для пересылки пакетов. Когда маршрутизатор получает пакет, он проверяет адрес назначения пакета и использует таблицу маршрутизации для поиска оптимального пути к нужной сети.
• Пересылка пакетов к месту назначения.