Терминология компьютерных сетей

Топология сети. Различают физическую и логическую топологии сети.

1. Физическая топология отражает распределение компонентов сети в пространстве и способ их соединения между собой. Другими словами, это физическая раскладка компонентов или форма сети. Наиболее часто используемыми топологиями являются: общая шина, кольцевая и звездная топологии. В первом случае все компьютеры подключаются к одной общей шине. Во втором - компьютеры объединяются в кольцо. Такое соединение можно получить из первого варианта, если последний компьютер соединить с первым. При звездообразной топологии все компьютеры соединены с одним концентратором. Возможны гибридные топологии на базе трех рассмотренных. Существует еще одна - произвольная - топология, часто называемая сетевой, предполагающая наличие многих избыточных соединений между всеми (или почти всеми) компьютерами.

2. Логическая топология определяет путь прохождения сигналов от одного компьютера к другому. Логическая топология тесно связана с физической ( это не значит, что_они повторят друг друга). Например, физическая топология сети может быть звездообразной, однако внутри концентратора данные могут передаваться по кругу, образуя логическое кольцо (рис. 5.1).

3. Область действия сети учитывает географический район, охваченный сетью, и, в меньшей степени, размер сети и ее физическую топологию. Выделяют следующие типы компьютерных сетей:

• локальные (Local Area Network - LAN), развернутые на небольшой площади (комната, этаж, здание, несколько рядом расположенных зданий);

• территориальные (городские, областные и т. п.) - сети, состоящие из некоторого количества локальных сетей;

• корпоративные - сети крупных предприятий, содержащие достаточно большое количество локальных сетей, распределенных на большой территории и часто (но не обязательно) использующих для связи между собой глобальные сети, в частности Интернет. В этом случае корпоративные сети - это частные виртуальные сети;

• глобальные сети (Wide Area Network - WAN) - сети, состоящие из массы локальных сетей и отдельных компьютеров с производительными связями и практически неограниченными территориями (в пределах стран и даже континентов).

 

Рисунок 5.1

Компьютеры сети. Компьютеры сетей различаются по выполняемой роли (по предназначению). Серверы - компьютеры, предоставляющие свои ресурсы (данные, программное обеспечение, периферийное оборудование) другим компьютерам сети. Чаще всего серверы - это высокопроизводительные компьютеры, обладающие большими вычислительными, информационными, аппаратными и другими ресурсами, со специальными серверными операционными системами. В больших сетях серверы специализируются, т. е. выполняют одну определенную функцию:

• файловым называется сервер, на котором хранятся фалы данных, доступные для пользователей сети;

серверы печати представляют собой компьютеры, управляющие одним или несколькими принтерами, которые могут использоваться пользователями сети;

• серверы приложений - это компьютеры, на которых установлены сетевые приложения. Пользователи могут выполнять эти приложения, например обработку текстов или программы баз данных.

• регистрационные серверы (в сетях Windows - контроллеры доменов) предназначены для обеспечения безопасности работы в сети. Такие серверы проверяют права пользователей и управляют доступом к сети и ее ресурсам;

• интернет-серверы или Web-серверы (например, MS Internet Information Server) обеспечивают создание Web-узлов и управление ими;

• почтовые серверы (например, MS Exchange Server) предназначены для организации электронной почты и коллективной работы в интрасети и Интернете;

• серверы удаленного доступа предоставляют коммутированное соединение. С их помощью пользователи удаленных компьютеров могут получить доступ к сети (серверу) по телефонной линии;

• терминальные серверы предназначены для выполнения клиентских приложений. С их помощью компьютеры таких клиентов (недорогих малопроизводительных компьютеров) могут функционировать как терминалы, а не как независимые системы;

• прокси-серверы служат промежуточным звеном между рабочими станциями локальной сети и Интернет, обеспечивая защиту путем агрегирования IP-адресов, т. е. использование одного IP-адреса для всех сеансов доступа в Интернет (например, MS Proxy Server);

• факс-серверы предназначены для приема и отправки факсов и для распределения поступивших факсов соответствующим пользователям сети;

• кластерные серверы обеспечивают объединение многих серверов в кластеры, т. е. группы независимых компьютерных систем, работающих вместе как одна система (например, MS Windows 2000 Cluster Server), это делается для выполнения особо ответственных задач.

5. Клиенты, рабочие станции, хосты, узлы. Клиентами сети являются компьютеры или другие сетевые устройства (например, принтеры), имеющие доступ к ресурсам сети. Чаще всего клиентом является компьютер пользователя сети. Применительно к этим компьютерам (т. е. к компьютерам пользователей) различают понятия ≪тонкого≫ и ≪толстого≫ клиента. В первом случае основная работа по выполнению задачи пользователя производится на сервере, на клиентский компьютер возлагается в основном логика представления (графический интерфейс) задачи. Поэтому тонкий клиент представляет собой простой недорогой компьютер. Во втором случае практически все обработки можно осуществлять на машине клиента, которая должна быть достаточно мощной и содержать эффективные программные инструменты разработки приложений (например, Power Builder от Power soft Corp. и SQL Windows от Gupta Corp.)

Термин клиент может также обозначать программы, имеющие доступ к программам сервера. Например, программа поддержки электронной почты, выполняющаяся на клиентском компьютере, называется клиентом электронной почты.

 

Клиентская ОС устанавливается на рабочих станциях сети. Это также клиент, имеющий доступ к серверу. Примерами клиентских ОС могут служить MS Dos, Windows 3.11/95/98/Ме, Windows NT Workstation, Windows 2000 Professional, Windows XP.

Термин рабочая станция имеет несколько значений. Им обозначается клиентская операционная система Windows NT/2000 или любой пользовательский компьютер,  на котором установлена любая клиентская операционная система. Другое значение термина рабочая станция - высокопроизводительный компьютер, на котором выполняются приложения, интенсивно загружающие сетевые ресурсы. Например, это может быть графическая рабочая станция или рабочая станция системы автоматизированного проектирования.

Еще один термин, обозначающий компьютеры сети, - основной компьютер, или хост. Этот термин часто используется в сетях на основе протоколов TCP/IP, где он обозначает любое сетевое устройство, которому присвоен IP-адрес.

Узел - это точка соединения в сети. В общем случае узел представляет собой точку перераспределения, или устройство, запрограммированное или спроектированное для распознавания и обработки запросов на передачу информации другим узлам. Часто это специально выделенный компьютер.

6. Сетевая коммуникационная аппаратура. К сетевой коммуникационной аппаратуре относятся:

• простые соединительные устройства;

• сложные соединительные устройства;

• устройства для сегментации и образования подсетей.

К простым соединительным устройствам относятся различные разъемы для подключения коаксиальных кабелей (BNC Т-разъемы и цилиндрические), разъемы для подключения проводных линий (RJ-11 - для подключения модемов и телефонных линий, RJ-45 - для витой пары), разъемы волоконно-оптических кабелей, коммутационные панели и пассивные концентраторы. Все эти элементы коммуникационной аппаратуры не имеют электронных составляющих, не потребляют электроэнергии и служат только для установки электрических соединений.

Сложные соединительные устройства кроме функции соединения выполняют усиление и (или) преобразование сигналов. К таким устройствам относятся преобразователи, повторители, активные концентраторы.

Преобразователи используются при соединении сегментов носителей разных типов, например витой пары с волоконно-оптическим кабелем. Повторитель соединяет два сегмента сети или два участка кабеля. Он не только передает сигнал, но и регенерирует его. Активные концентраторы иногда называют многопортовыми повторителями.

Существуют еще интеллектуальные концентраторы - специальный тип активных концентраторов, имеющих встроенные микропроцессоры. Они не только регенерируют сигналы, но и диагностируют порты.

Наиболее сложными являются устройства сегментации и создания подсетей. Сегментация - это деление сети на части с целью снижения загрузки сегментов (частей) сети.

Создание подсетей - это деление сети на отдельные сети - подсети на основе адресной информации. В некоторых случаях сегментация и создание подсетей взаимозаменяемы.

К устройствам сегментации и создания подсетей относятся мосты, маршрутизаторы и коммутаторы.

Обычный мост (простой прозрачный мост) объединяет два сегмента сети и выполняет фильтрацию передаваемых данных на основе MAC адресов (Media Access Control - управление доступом к среде, МАС-адрес - 48-битовое число – физический адрес сетевой карты). Это позволяет уменьшить загрузку сегментов сети. Такой мост называется прозрачным, поскольку компьютеры сети его не видят и даже не подозревают о его существовании. Мост создает таблицу адресов сегментов и обеспечивает передачу сообщений в смежный сегмент только в том случае,  если адресат получателя принадлежит данному сегменту.

С помощью маршрутизаторов соединяются отдельные сети или подсети (в глобальных и соответственно локальных сетях). В отличие от мостов, маршрутизаторы используют логические сетевые адреса (IP- или IPX-адреса), а не физические адреса устройств. Маршрутизаторы устроены сложнее, чем мосты, поскольку они выбирают оптимальный маршрут передачи пакета среди большого количества возможных маршрутов.

Современные маршрутизаторы способны выполнять функции, как мостов, так и маршрутизаторов.

Последнее время в сетях получили широкое применение коммутаторы. Коммутаторы могут работать на различных уровнях модели открытых систем - OSI (Open System Interconnection): втором (канальный уровень), третьем (сетевой уровень) и четвертом (транспортный уровень). В модели OSI предусматривается 7 уровней (рис. 5.2): прикладной (application), представительный (presentation), сеансовый (session), транспортный (transport), сетевой (network), канальный (data link) и физический (physical). Каждый уровень имеет дело с одним определенным аспектом взаимодействия сетевых устройств. Формализованные правила, определяющие это взаимодействие, последовательность и форматы сообщений каждого уровня, называются протоколами.

Коммутатор 2-го уровня работает как коммутирующий концентратор. Он определяет, какой порт подключен к компьютеру, которому адресован пакет, и передает данные только в этот порт (концентратор передает на все порты). Такой метод дает следующие преимущества:

 

 

 

Рисунок 5.2

уменьшается количество ненужных пакетов, ≪гуляющих≫ по сети. Следовательно, снижается загрузка сетевых каналов;

• создаются отдельные домены коллизий. Это снижает общее число коллизий по сравнению с обычным концентратором, что способствует повышению производительности сети;

• увеличивается безопасность данных вследствие того, что пакеты не передаются на все порты, а следовательно, их труднее перехватить посторонним лицам.

Коммутирующие концентраторы еще называют коммутаторами портов, потому что к каждому порту подключается компьютер или сетевое устройство. Каждое устройство имеет собственный выделенный путь к коммутатору.

Другой тип коммутатора уровня 2 - сегментный коммутатор, к его портам подключаются сегменты сети. Коммутаторы можно использовать для создания виртуальных локальных сетей. В этом случае коммутаторы делят физическую сеть на несколько логических сетей, увеличивая таким образом производительность сети и безопасность данных.

Коммутаторы уровня 3 работают на сетевом уровне модели OSI. Они фактически являются маршрутизаторами специального типа (коммутируемые маршрутизаторы).

Устанавливать и переконфигурировать такие коммутаторы легче, чем маршрутизаторы, и стоят они дешевле маршрутизаторов.

В последнее время функциональные возможности коммутаторов уровня 3 были существенно расширены в целях использования дополнительной информации, содержащейся в заголовках TCP (Transmission Control Protocol - протокол управления передачей данных) и UDP (User Datagram Protocol - протокол пользовательских дейтаграмм), например, о номерах портов. Такие коммутаторы стали называть коммутаторами уровня 4, потому что протоколы TCP и UDP работают на транспортном, четвертом, уровне модели OSI. Наиболее важным результатом применения коммутаторов уровня 4 является повышение безопасности данных путем фильтрации списка контроля доступа (Access Control List - ACL). Традиционные маршрутизаторы тоже могут использовать информацию уровня 4, однако выполнение ими фильтрации ACL существенно снижает производительность. В то же время коммутаторы уровня 4 обрабатывают пакеты на уровне оборудования, поэтому производительность не снижается.

Коммутаторы уровня 4 могут управлять выделением пропускной способности для различных типов пакетов. Это позволяет реализовать службы QоS (Quality of Service управление качеством обслуживания) и выравнивать загрузку сетевых каналов [35].