Понятие сети. Характеристики сетей.

Тема 10. Локальные вычислительные сети.

1. Понятие сети. Характеристики сетей.

3. Топология сети.

Понятие сети. Характеристики сетей.

При работе на ПК в автономном режиме пользователи могут обмениваться информацией, лишь копируя её на дискеты. Однако перемещение дискеты между компьютерами не всегда возможно и может занимать достаточно продолжительное время.

Создание компьютерных сетей вызвано практической потребностью совместного использования информации пользователями, работающими на удаленных друг от друга компьютерах. Сети предоставляют пользователям возможность не только быстрого обмена информацией, но и совместного использования принтеров и других периферийных устройств и даже одновременной работы с документами.

Компьютерная сеть – это совокупность компьютеров, между которыми возможен информационный обмен без промежуточных носителей информации.

Компьютерная сеть – сложная система аппаратных и программных компонентов, взаимосвязанных друг с другом.

Программные компоненты состоят из сетевых ОС и сетевых приложений (почтовые программы, сетевые БД).

Все устройства, подключаемые к сети (т.е. аппаратные компоненты) можно разделить на три функциональные группы:

· рабочие станции;

· серверы сети;

· коммуникационные узлы.

Рабочая станция (workstation) – это ПК, подключенный к сети, на котором пользователь сети выполняет свою работу. Каждая рабочая станция обрабатывает свои локальные файлы и использует свою ОС.

Сервер сети (server) – это компьютер, подключенный к сети и предоставляющий пользователям сети определённые услуги, например, хранение данных общего пользования, обработку запросов к СУБД, печать заданий, удалённую обработку заданий и т.д. Можно выделить следующие группы серверов: файловый сервер, сервер БД, сервер прикладных программ, факс сервер и др.

К коммуникационным узлам относятся следующие устройства:

повторители;

коммутаторы (мосты);

маршрутизаторы;

шлюзы.

Вычислительная сеть создается для обеспечения потенциального доступа к любому ресурсу сети для любого пользователя сети. Качество доступа к ресурсу определяют различные показатели, в частности:

· производительность,

· надежность,

· управляемость,

· расширяемость,

· прозрачность,

· интегрируемость.

Производительность сети определяется временем, которое приходится затрачивать с момента формирования запроса до момента получения ответа на него. На этот показатель влияют многие факторы. В частности, насколько загружена вся сеть или отдельные её фрагменты, как организована работа служб сети и другие.

Надежность сети определяется надежностью работы всех её компонентов, а также обеспечением сохранности информации. Для повышения надежности работы аппаратных компонентов обычно используют дублирование, когда при отказе одного элемента функционирование сети обеспечивают другие.

Для оценки надежности исполнения функции сохранности информации используются показатели вероятности потери (или доставки) блоков информации. В современных сетях важное значение имеет другая сторона надежности – безопасность. Это способность сети защищать информацию от несанкционированного доступа. Задачи обеспечения безопасности решаются применением специального программного обеспечения и соответствующих аппаратных средств. В частности, для обеспечения сетевой безопасности между локальной и глобальной сетью, т.е. для того чтобы ограничить выход за пределы ЛВС для посторонних людей извне, а также ограничить выход за пределы ЛВС сотрудников, не имеющих соответствующих прав, устанавливают т.н. брандмауэры. Это может быть специальный компьютер или компьютерная программа, препятствующая несанкционированному перемещению данных между сетями.

Управляемость сети характеризует возможность воздействия на работу отдельных элементов сети и осуществления управления с любого элемента сети. Управлением сетью занимается администратор сети.

Расширяемость сети характеризует возможность непрерывного изменения сети – расширения, добавления новых элементов, модернизации.

Прозрачность сети предполагает скрытие особенностей сети от конечного пользователя. Пользователь обращается к ресурсам сети как к обычным локальным ресурсам компьютера, на котором он работает.

Интегрируемость сети означает возможность подключения к сети разнообразного и разнотипного оборудования, ПО от различных производителей. Основным направлением развития интегрируемости сетей является стандартизация сетей, их элементов и компонентов. Все стандарты можно разделить на следующие группы:

стандарты отдельных фирм;

стандарты специальных комитетов и объединений, создаваемых несколькими фирмами;

стандарты национальных организаций по стандартизиции;

международные стандарты.

Работы по стандартизации компьютерных сетей ведутся большим количеством организаций. Отметим те из них, которые давно и успешно работают в области стандартизации компьютерных сетей. Это, во-первых, Международная организация по стандартизации – ISO (International Organization for Standardization). Она известна разработкой модели взаимодействия открытых систем, которая в настоящее время является основной, своего рода “эталонной” моделью компьютерной сети. Международный союз электросвязи – ITU (International Telecommunication Union) организация при ООН, в которой существует телекоммуникационный сектор (ITU -T), отвечающий за разработку стандартов в области телекоммуникационного оборудования и услуг телефонной, электронной почты, факсимильной связи, телетекста, аудио и видеосигналов и другие организации.

Топология сети.

В общем случае локальная сеть может объединять до нескольких сотен компьютеров. Соединение компьютеров кабелями организуется различными способами, образуя различную топологию сети.

Топология сети – это общая схема соединения компьютеров в локальной сети. Для локальных сетей основными считаются три топологии: кольцевая, шинная, звездообразная. Иногда для упрощения используют термины “кольцо”, “шина”, “звезда”. Любую компьютерную сеть можно рассматривать как совокупность узлов.

Узел – это устройство, непосредственно подключенное к передающей среде сети. Не следует думать, что рассматриваемые типы топологий представляют собой идеальное кольцо, прямую или звезду. Топология усредняет схему соединения узлов сети. Так, и эллипс, и замкнутая кривая, и замкнутая ломаная линия относятся к кольцевой топологии, а незамкнутая ломаная линия – к шинной.

Сеть кольцевой топологии представлена на рис 9.1.

Рис. 9.1. Сеть кольцевой топологии

Кольцевая топология предусматривает соединение узлов сети замкнутой кривой – кабелем передающей среды. Выход одного узла сети соединяется со входом другого. Центральный узел отсутствует, что повышает надежность сети. Информация по кольцу передается от узла к узлу. Принимающий узел распознает и получает только адресованные ему сообщения. Каждый промежуточный узел между передатчиком и приемником ретранслирует посланное сообщение. Ретрансляция информации позволяет использовать в качестве передающей среды любые типы кабелей.

Кольцевая топология является идеальной для сетей занимающих сравнительно небольшое пространство. Основная проблема при кольцевой топологии заключается в том, что каждая рабочая станция должна активно участвовать в пересылке информации, и в случае выхода из строя хотя бы одной из них вся сеть парализуется. Это требует специальных мер для сохранения тракта передачи информации.

Последовательная дисциплина обслуживания узлов такой сети снижает её быстродействие. Продолжительность передачи информации увеличивается пропорционально количеству рабочих станций, входящих в вычислительную сеть. Подключение новой рабочей станции требует краткосрочного выключения сети, так как во время установки кольцо должно быть разомкнуто. Ограничения на протяженность вычислительной сети не существует, так как она в конечном счете, определяется исключительно расстоянием между двумя рабочими станциями.

Недостатки кольцевой организации КС:

· разрыв в любом месте кольца прекращает работу всей сети;

· время передачи сообщения определяется временем последовательного срабатывания каждого узла, находящегося между отправителем и получателем сообщения;

· из-за прохождения данных через каждый узел сети высока вероятность проявления эффекта “испорченного телефона” – преднамеренного и непреднамеренного искажения информации.

Шинная топология – одна из наиболее простых представлена на рис.9.2

рис.9.2 Сеть шинной топологии

Она связана с использованием в качестве передающей среды коаксиального кабеля. Данные от передающего узла сети распространяются по шине в обе стороны. Промежуточные узлы не транслируют поступающих сообщений. Информация поступает на все узлы, но принимает сообщения только тот, кому оно адресовано. Дисциплина обслуживания узлов такой сети параллельная. Это обеспечивает высокое быстродействие сети с шинной топологией.

Сеть легко наращивать и конфигурировать. Сеть шинной топологии устойчива к возможным неисправностям отдельных узлов.

Волновой принцип распространения сигнала в канале связи имеет, как минимум, две особенности:

· с расстоянием волны (сигнал) затухает;

· встречая на пути преграду, волна отражается.

В шине эти особенности проявляются наиболее ярко. Затухание ограничивает длину шины и, следовательно, число компьютеров, подключенных к ней, а отражение вынуждает использовать на обоих концах шины терминалы (заглушки, оконечные нагрузки). Терминаторы поглощают сигналы в конце шины и предотвращают образование отраженной волны.

Сеть с звездообразной топологией представлена на рис. 9.3

Рис. 9.3. Сеть звездообразной топологии

Звездообразная топология базируется на концепции центрального узла, к которому подключается периферийные узлы. В качестве центрального узла выступает специальный сетеобразующий модуль, называемый ядром, концентратором, распределителем или хабом (HUB – Host Unit Black) или же HUB в паре с компьютером. Каждый периферийный узел имеет свою отдельную линию связи с центральным узлом. Вся информация передается через центральный узел, который ретранслирует, переключает и маршрутизирует информационные потоки в сети.

Топология в виде звезды является наиболее быстродействующей из всех топологий вычислительных сетей, поскольку передача данных между рабочими станциями проходит через центральный узел (при его хорошей производительности) по отдельным линиям, используемым только этими рабочими станциями. Звездообразная топология значительно упрощает взаимодействие узлов ЛВС друг с другом, позволяет использовать более простые сетевые адаптеры. В тоже время работоспособность ЛВС со звездообразной топологией целиком зависит от центрального узла. Он может быть узким местом вычислительной сети. В случае выхода из строя центрального узла нарушается работа всей сети.

Недостатки звездообразной топологии:

· при выходе из строя HUB вся сеть перестает работать;

· затраты на реализацию потоков связи оказываются существенными (каждый узел имеет свой поток связи с центром);

· “емкость” HUB ограничена (число входов в HUB определяет количество подключаемых к нему компьютеров).

По оценкам специалистов плюсы КС с топологией типа “звезда” часто превышают ее недостатки. Поэтому звездообразная топология становится стандартом у разработчиков сети.

В реальных вычислительных сетях могут использоваться более сложные топологии, представляющие в некоторых случаях сочетание рассмотренных.

Существует два принципиально различных способа соподчинения компьютеров в локальной сети и соответственно технологии работы в ней. В связи с этим различают сети одноранговые и иерархические.

Одноранговая сеть – это сеть равноправных компьютеров – рабочих станций, каждая из которых имеет уникальное имя – имя компьютера и пароль для входа в компьютер во время загрузки ОС. Имя и пароль входа назначаются владельцем ПК средствами ОС.

В такой сети могут быть организованы “подсети” – т.н. группы, каждая из которых имеет имя, например “бухгалтерия”, “учет кадров”. Равноправность ПК означает, что владельцу каждого комп-ра в сети предоставлена программная возможность самому преобразовывать свой локальный ресурс (диски, папки, принтер и т.д. в разделяемый), предоставив доступ к нему другим пользователям группы. Он же отвечает за сохранность и работоспособность этого ресурса. Программные средства позволяют владельцу ПК отменить доступ к ресурсу, вернуть ему статус локального, т.е. доступ к чужим ресурсам в такой сети организован на уровне ресурсов. Это означает, что доступ к сетевым ресурсам рабочей станции получает любой компьютер, входящий в ту же группу, что и владелец ресурса. Доступ к сетевым ресурсам компьютеров другой группы невозможен.

Таким образом в одноранговой сети каждая рабочая станция может одновременно как предоставлять свои ресурсы другим компьютерам (быть сервером), так и использовать ресурсы других ПК (быть клиентом). Поэтому схема соподчинения ПК в одноранговой сети имеет следующий вид (рис 9.4.)

Рис.9.4 Схема соподчинения ПК в одноранговой сети

Сети этого вида часто организуются в небольших офисах для объединения в сеть небольшого числа комп-в (10-15 ПК). Создание и эксплуатация такой сети не требуют высокого профессионализма и наличия специального лица – системного администратора, ответственного за функционирование сети.

Иерархические сети – это сети, в которых имеется мощный компьютер, выделленый сервер, ресурсы которого предоставляются другим, соединенным с ним компьютерам – рабочим станциям. Ресурсы рабочих станций серверу, как правило, недоступны. Иерархические сети организуются при большом количестве рабочих станций.

В сравнении с одноранговыми сетями они обеспечивают более высокое быстродействие и надежность работы сети, повышают конфиденциальность и надежность хранения информации. Однако создание иерархической сети требует высокого профессионализма, а работу всей сети организует системный организатор.

Схема соподчинения ПК в иерархической сети представлена на рис 9.5

Рис 9.5 Иерархическая сеть

В отличие от одноранговой сети предоставление ресурсов сервера в иерархической сети производится на уровне пользователей. Это означает, что для полноценной работы в сети каждый пользователь должно быть персонально зарегистрирован администратором сети, после чего ему назначаются уникальное в сети имя и пароль, под которым он “будет известен серверу”. При регистрации пользователю на сервере выделяются также определенные ресурсы и права доступа к ним. В дальнейшем при подключении в серверу пользователь указывает в специальном диалоговом окне это имя и пароль, и только после этого пользователю открывается доступ к назначенным ему сетевым ресурсам.

Наряду с классическими сетями указанных выше двух видов возможно организация сетей и более сложных видов:

· сочетание одноранговой и иерархической сети, в которой рабочие станции могут быть подключены как к выделенному серверу по принципу иерархической сети, так и объединены между собой в одноранговые сети;

· иерархическая сеть с несколькими выделенными серверами;

· иерархическая сеть, в которой есть несколько уровней иерархии серверов, при этом серверы нижнего уровня подключаются к серверу более высокого уровня.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: