Логическая структуризация сети

Физическая структуризация сети полезна во многих отношениях, однако в ряде случаев, обычно относящихся к сетям большого и среднего размера, невозможно обойтись без логической структуризации сети.

Логическая структуризация сети – это процесс разбиения сети на сегменты с локализованным трафиком (локализация трафика – распространение трафика, предназначенного для компьютеров некоторого сегмента сети, только в пределах этого сегмента).

Для логической структуризации сети используются такие коммуникационные устройства, как мосты, коммутаторы, маршрутизаторы и шлюзы.

1. Мост – bridge – делит разделяемую среду передачи сети на части (часто называемые логическими сегментами), передавая информацию из одного сегмента в другой только в том случае, если такая передача действительно необходима, то есть если адрес компьютера назначения принадлежит другой подсети. Тем самым мост изолирует трафик одной подсети от трафика другой, повышая общую производительность передачи данных в сети. Локализация трафика не только экономит пропускную способность, но и уменьшает возможность несанкционированного доступа к данным, так как кадры не выходят за пределы своего сегмента и их сложнее перехватить злоумышленнику.

Применение мостов приводит к значительным ограничениям на конфигурацию связей сети – сегменты должны быть соединены таким образом, чтобы в сети не образовывались замкнутые контуры.

2. Коммутатор – switch, switching hub – по принципу обработки кадров ничем не отличается от моста. Основное его отличие от моста состоит в том, что он является своего рода коммуникационным мультипроцессором, так как каждый его порт оснащен специализированным процессором, который обрабатывает кадры по алгоритму моста независимо от процессоров других портов. За счет этого общая производительность коммутатора обычно намного выше производительности традиционного моста, имеющего один процессорный блок.

3. Маршрутизатор – router – более надежно и более эффективно, чем мосты, изолируют трафик отдельных частей сети друг от друга. Маршрутизаторы образуют логические сегменты посредством явной адресации, поскольку используют не плоские аппаратные, а составные числовые адреса. В этих адресах имеется поле номера сети, так что все компьютеры, у которых значение этого поля одинаково, принадлежат к одному сегменту, называемому в данном случае подсетью – subnet.

Кроме локализации трафика маршрутизаторы выполняют еще много других полезных функций. Так, маршрутизаторы могут работать в сети с замкнутыми контурами, при этом они осуществляют выбор наиболее рационального маршрута из нескольких возможных. Другой очень важной функцией маршрутизаторов является их способность связывать в единую сеть подсети, построенные с использованием разных сетевых технологий.

4. Кроме перечисленных устройств отдельные части сети может соединять шлюз – gateway. Обычно основной причиной, по которой в сети используют шлюз, является необходимость объединить сети с разными типами системного и прикладного программного обеспечения, а не желание локализовать трафик. Тем не менее, шлюз обеспечивает и локализацию трафика в качестве некоторого побочного эффекта.

Крупные сети практически никогда не строятся без логической структуризации. Для отдельных сегментов и подсетей характерны типовые однородные топологии базовых технологий, и для их объединения всегда используется оборудование, обеспечивающее локализацию трафика.

 

Типы линий связи

Линия связи (канал связи) состоит в общем случае из физической среды, по которой передаются электрические информационные сигналы, аппаратуры передачи данных и промежуточной аппаратуры.

Физическая среда передачи данных может представлять собой кабель, то есть набор проводов, изоляционных и защитных оболочек и соединительных разъемов, а также земную атмосферу или космическое пространство, через которые распространяются электромагнитные волны.

В зависимости от среды передачи данных линии связи разделяются на следующие:

– проводные (воздушные);

– кабельные (медные и волоконно-оптические);

– радиоканалы наземной и спутниковой связи.

Проводные (воздушные) линии связи представляют собой провода без каких-либо изолирующих или экранирующих оплеток, проложенные между столбами и висящие в воздухе. По таким линиям связи традиционно передаются телефонные или телеграфные сигналы, но при отсутствии других возможностей эти линии используются и для передачи компьютерных данных. Скоростные качества и помехозащищенность этих линий оставляют желать много лучшего. Сегодня проводные линии связи быстро вытесняются кабельными.

Кабельные линии представляют собой достаточно сложную конструкцию. Кабель состоит из проводников, заключенных в несколько слоев изоляции: электрической, электромагнитной, механической, а также, возможно, климатической. Кроме того, кабель может быть оснащен разъемами, позволяющими быстро выполнять присоединение к нему различного оборудования. В компьютерных сетях применяются три основных типа кабеля: кабели на основе скрученных пар медных проводов, коаксиальные кабели с медной жилой, а также волоконно-оптические кабели.

Скрученная пара проводов называется витой парой – twisted pair. Витая пара существует в экранированном (shielded twisted pair, STP) варианте, когда пара медных проводов обертывается в изоляционный экран, и неэкранированном (unshielded twisted pair, UTP), когда изоляционная обертка отсутствует. Скручивание проводов снижает влияние внешних помех на полезные сигналы, передаваемые по кабелю.

Коаксиальный кабель – coaxial – имеет несимметричную конструкцию и состоит из внутренней медной жилы и оплетки, отделенной от жилы слоем изоляции. Существует несколько типов коаксиального кабеля, отличающихся характеристиками и областями применения: для локальных сетей, для глобальных сетей, для кабельного телевидения и т.п.

Волоконно-оптический кабель – optical fiber – состоит из тонких волокон, по которым распространяются световые сигналы. Это наиболее качественный тип кабеля. Он обеспечивает передачу данных с очень высокой скоростью и к тому же лучше других типов передающей среды обеспечивает защиту данных от внешних помех.

Радиоканалы наземной и спутниковой связи образуются с помощью передатчика и приемника радиоволн. Существует большое количество различных типов радиоканалов, отличающихся как используемым частотным диапазоном, так и дальностью канала.

В компьютерных сетях сегодня применяются практически все описанные типы физических сред передачи данных, но наиболее перспективными являются волоконно-оптические. На них сегодня строятся как магистрали крупных территориальных сетей, так и высокоскоростные линии связи локальных сетей. Популярной средой является также витая пара, которая характеризуется отличным соотношением качества к стоимости, а также простотой монтажа. С помощью витой пары обычно подключают конечных абонентов сетей на расстояниях до 100 метров от концентратора. Спутниковые каналы и радиосвязь используются чаще всего в тех случаях, когда кабельные связи применить нельзя, например, при прохождении канала через малонаселенную местность или же для связи с мобильным пользователем сети.

 

Классификация сетей

Информационные сети можно классифицировать по различным признакам.

1. Уровень развития архитектуры ИС. По этому признаку классификации все ИС можно разделить на две большие группы:

– коммуникационные сети, т.е. такие, в которых применяемые средства рассчитаны на обеспечение связи и осуществление обмена информацией между территориально разделенными пользователями и абонентскими системами;

– информационно-вычислительные сети (ИВС), предоставляющие по запросам отдельных пользователей и систем те или иные информационные, вычислительные ресурсы и услуги.

Как правило, в ИС второй группы используется в качестве основы та или иная базовая коммуникационная сеть, через которую обеспечивается связь машин, выполняющих обработку информации. В этом отношении можно считать, что архитектура ИВС по уровню выше, чем архитектура коммуникационных ИС.

Уровень развития ИС определяет особенности сетевой архитектуры. К ним относятся: применяемые в ИС методы распределения информации и установления связей между взаимодействующими системами; виды, предоставляемых услуг; способы управления процессами; наличие средств защиты и обеспечения целостности данных и сохранности ресурсов; возможности организации связи с другими сетями и осуществления межсетевых переходов.

2. По способу управления процессами. В зависимости от вида средств, методов и алгоритмов управления можно выделить ИС с централизованным и распределенным управлением. При этом могут осуществляться как жесткие (фиксированные) алгоритмы управления ИС, так и гибкие (адаптивные) алгоритмы, учитывающие многочисленные внутренние и внешние по отношению к ИС факторы.

3. По наличию средств защиты, обеспечения целостности данных и сохранности ресурсов: ИС с системой защиты и ИС без системы защиты.

4. По возможности организации связи с другими сетями и осуществления межсетевых переходов. Если сеть может быть соединена с другими, то она называется открытой, если не может или не должна соединяться, то закрытой. Часто некоторые ИС целиком или только отдельные их части делаются специально закрытыми, чтобы ограничить доступ некоторой категории пользователей и тем самым защитить ее ресурсы.

5. Еще особенность сетевой архитектуры, которая учитывается при классификации ИС – это свойство однородности или неоднородности. Однородными считаются ИС, узлы которых состоят из однотипного оборудования и выполняют одинаковый набор функций, в противном случае сеть является неоднородной.

6. По основному целевому прикладному назначению ИС. По функционально-целевому и прикладному назначению существующие ИС можно разделить на две группы: общего пользования и специального назначения.

ИС общего пользования предназначены для разнообразных сфер применения независимо от конкретного содержания данных, которые эти ИС получают, передают, хранят и перерабатывают. Применяемые средства, структура и функциональные возможности таких ИС оказываются одинаковыми для многих случаев применения и обеспечивают широкие диапазоны услуг.

При использовании ИС специального назначения отметим следующие основные разновидности их: для автоматизированных систем управления (ИС АСУ); для систем автоматизированного проектирования (ИС САПР); автоматизированных систем научно-технической информации (ИС АСНТИ); для автоматизации процессов обучения (ИС АПО); бытового назначения (ИС БН).

7. Разделение по территориальному признаку. Здесь выделяют: глобальные (WAN), городские (MAN) и локальные (LAN) сети.

К локальным сетям – l ocal a rea n etworks (LAN) – относят сети компьютеров, сосредоточенные на небольшой территории (обычно в радиусе не более 1–2 км). В общем случае локальная сеть представляет собой коммуникационную систему, принадлежащую одной организации. Из-за коротких расстояний в локальных сетях имеется возможность использования относительно дорогих высококачественных линий связи, которые позволяют, применяя простые методы передачи данных, достигать высоких скоростей обмена данными. В связи с этим услуги, предоставляемые локальными сетями, отличаются широким разнообразием и обычно предусматривают реализацию в режиме on-line.

Глобальные сети – w ide a rea n etworks (WAN) – объединяют территориально рассредоточенные компьютеры, которые могут находиться в различных городах и странах. Так как прокладка высококачественных линий связи на большие расстояния обходится очень дорого, в глобальных сетях часто используются уже существующие линии связи, изначально предназначенные совсем для других целей. Например, многие глобальные сети строятся на основе телефонных и телеграфных каналов общего назначения. Из-за низких скоростей таких линий связи в глобальных сетях (десятки килобит в секунду) набор предоставляемых услуг обычно ограничивается передачей файлов, преимущественно не в оперативном, а в фоновом режиме, с использованием электронной почты. Для устойчивой передачи дискретных данных по некачественным линиям связи применяются методы и оборудование, существенно отличающиеся от методов и оборудования, характерных для локальных сетей. Как правило, здесь применяются сложные процедуры контроля и восстановления данных, так как наиболее типичный режим передачи данных по территориальному каналу связи связан со значительными искажениями сигналов.

Городские сети – m etropolitan a rea n etworks (MAN) – являются менее распространенным типом сетей. Эти сети появились сравнительно недавно. Они предназначены для обслуживания территории крупного города. В то время как локальные сети наилучшим образом подходят для разделения ресурсов на коротких расстояниях и широковещательных передач, а глобальные сети обеспечивают работу на больших расстояниях, но с ограниченной скоростью и небогатым набором услуг, сети мегаполисов занимают некоторое промежуточное положение. Они используют цифровые магистральные линии связи, часто оптоволоконные, со скоростями от 45 Мбит/с, и предназначены для связи локальных сетей в масштабах города и соединения локальных сетей с глобальными.

Сети мегаполисов являются общественными сетями, и поэтому их услуги обходятся дешевле, чем построение собственной (частной) сети в пределах города.

8. Классификация по масштабу производственного подразделения. Еще одним популярным способом классификации сетей является их классификация по масштабу производственного подразделения, в пределах которого действует сеть. Различают сети отделов, сети кампусов и корпоративные сети.

Сети отделов – это сети, которые используются сравнительно небольшой группой сотрудников, работающих в одном отделе предприятия. Эти сотрудники решают некоторые общие задачи. Главной целью сети отдела является разделение локальных ресурсов, таких как приложения, данные, лазерные принтеры и модемы. Обычно сети отделов имеют один или два файловых сервера и не более тридцати пользователей. Сети отделов обычно не разделяются на подсети. В этих сетях локализуется большая часть трафика предприятия. Сети отделов обычно создаются на основе какой-либо одной сетевой технологии. Для такой сети характерен один или, максимум, два типа операционных систем. Чаще всего это сеть с выделенным сервером, хотя небольшое количество пользователей делает возможным использование одноранговых сетевых ОС.

Главными особенностями сетей кампусов являются следующие. Сети этого типа объединяют множество сетей различных отделов одного предприятия в пределах отдельного здания или в пределах одной территории, покрывающей площадь в несколько квадратных километров. При этом глобальные соединения в сетях кампусов не используются. Службы такой сети включают взаимодействие между сетями отделов, доступ к общим базам данных предприятия, доступ к общим факс-серверам, высокоскоростным модемам и высокоскоростным принтерам. В результате сотрудники каждого отдела предприятия получают доступ к некоторым файлам и ресурсам сетей других отделов. Важной службой, предоставляемой сетями кампусов, стал доступ к корпоративным базам данных независимо от того, на каких типах компьютеров они располагаются.

Именно на уровне сети кампуса возникают проблемы интеграции неоднородного аппаратного и программного обеспечения. Типы компьютеров, сетевых операционных систем, сетевого аппаратного обеспечения могут отличаться в каждом отделе. Отсюда вытекают сложности управления сетями кампусов. Администраторы должны быть в этом случае более квалифицированными, а средства оперативного управления сетью более совершенными.

Корпоративные сети называют также сетями масштаба предприятия, Сети масштаба предприятия (корпоративные сети) объединяют большое количество компьютеров на всех территориях отдельного предприятия. Они могут быть сложно связаны и покрывать город, регион или даже континент. Число пользователей и компьютеров может измеряться тысячами, а число серверов – сотнями, расстояния между сетями отдельных территорий могут оказаться такими, что становится необходимым использование глобальных связей. Для соединения удаленных локальных сетей и отдельных компьютеров в корпоративной сети применяются разнообразные телекоммуникационные средства, в том числе телефонные каналы, радиоканалы, спутниковая связь.

Непременным атрибутом такой сложной и крупномасштабной сети является высокая степень гетерогенности – нельзя удовлетворить потребности тысяч пользователей с помощью однотипных программных и аппаратных средств. В корпоративной сети обязательно будут использоваться различные типы компьютеров – от мэйнфреймов до персональных, несколько типов операционных систем и множество различных приложений. Неоднородные части корпоративной сети должны работать как единое целое, предоставляя пользователям по возможности прозрачный доступ ко всем необходимым ресурсам.