6.2. Принципы организации и основные топологии вычислительных сетей

К омпьютеры в сети объединяются с помощью одной или нескольких линий связи различных типов (например, телефонных линий), обеспечивающих логическую и физическую связь абонентов (см. рис.6.1.).

АПД – аппаратура передачи данных (например, модем) – обеспечивает интерфейс (сопряжение, соединение).

При организации связи обмен информацией должен осуществляться по определенным правилам. Эти правила определяются протоколом, который представляет собой соглашение, определяющее управление процедурами информационного обмена между взаимодействующими объектами. В различных сетях реализованы разные процедуры обмена, следовательно, разные протоколы. Однако существует общее соглашение по организации взаимодействия в сетях. Программы, выполняющиеся на разных компьютерах в сети, не могут взаимодействовать непосредственно (у них нет общей памяти или дисков, это могут быть компьютеры, принадлежащие различным классам, следовательно, имеющие различные, несовместимые системы команд, установленное программное обеспечение, способы кодирования данных). Кроме того, в памяти компьютера информация представлена в дискретной форме, а для передачи ее на большие расстояния могут использоваться аналоговые линии связи. Поэтому информация в процессе ее передачи должна быть преобразована к пригодной для передачи форме. Эти преобразования разбиваются на несколько уровней, для каждого из которых определен свой протокол. Таким образом, выстраивается целая иерархия протоколов. Международная организация по стандартизации (ISO) разработала описание эталонной модели взаимодействия открытых систем, включающее семь уровней протоколов. Наиболее распространенное семейство протоколов – это TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol – протокол управления передачей/протокол Internet – промышленный стандарт протокола для глобальных сетей). Управление взаимодействием различных объектов в сети осуществляется с помощью сетевого программного обеспечения.

Топология сетей и методы доступа

Топология вычислительной сети – это ее структура («геометрическая форма»), т.е. топология сети определяет, каким образом связаны компьютеры в сети. Существует два основных класса сетей, различаемые по способу объединения компьютеров:

• широковещательная конфигурация (каждый компьютер передает информацию, которая может восприниматься всеми остальными компьютерами данной сети), пример – шинная топология;

• последовательная конфигурация (компьютер может передавать информацию только своему ближайшему соседу, данные передаются по «эстафете»); примером является кольцевая топология.

Наиболее распространенные структуры сетей это: шинная топология, древовидная топология, топология «звезда», кольцевая топология.

Рис. 6.2. – Шинная топология локальной сети	При шинной топологии среда передачи информации представляется в форме доступного для всех серверов и рабочих станций коммуникационного пути, к которому они подключаются для организации взаимодействия. Все рабочие станции могут непосредственно вступать в контакт друг с другом (любая станция с любой другой, имеющейся в сети). Рабочие станции в любое время, без прерывания работы всей сети, могут подключаться к сети или быть отключены. Общая шина является пассивной средой для передачи информации. Наиболее надежным способом доступа для сетей с топологией «общая шина» является метод доступа Ethernet.
Древовидная топология представляет собой комбинацию шин. Дерево образуется путем соединения нескольких шин с помощью активных повторителей или пассивных размножителей. Эта топология обладает достаточной гибкостью. С ее помощью можно охватить несколько зданий. В случае отказа от повторителя дерево разбивается на части. При отказе одного сегмента сети остальные могут продолжать работу.			Рис. 6.3. – Древовидная топология локальной сети
Рис. 6.4. – Радиальная топология локальной сети (Звезда)		При использовании топологии «звезда» каждый компьютер подключается отдельным кабелем к объединяющему устройству (концентратору). В центре пассивный соединитель или активный повторитель (достаточно простые и надежные устройства). Стандарт (метод доступа) Arcnet поддерживает шинную, звездообразную и распределенную звездообразную топологии. Описанная выше топология относится к широковещательным, но центр «звезды» может быть и «интеллектуальным». Такая сеть уже имеет последовательную топологию – структуру с одним центральным компьютером.
Кольцевая топология относится к классу последовательных конфигураций. При кольцевой топологии все рабочие станции связаны одна с другой по кругу. Коммутационная сеть замыкается в кольцо. Сообщения передаются «по эстафете». Продолжительность передачи информации зависит от числа станций в сети. Основная проблема заключается в том, что все рабочие станции должны активно участвовать в пересылке информации. В случае выхода из строя хотя бы одной из них вся сеть парализуется.				Рис. 6.5. – Кольцевая топология локальной сети

Используются также комбинированные топологии: иерархическая структура может быть представлена как комбинация звезд, цепочка – «незамкнутое кольцо».

Различные сети могут соединяться с помощью средств межсетевого взаимодействия. Эта задача решается, например, при создании корпоративных сетей. Подобные сети могут соединяться с помощью мостов. Мост объединяет аналогичные сети, которые могут иметь разные скорости передачи. С помощью мостов можно увеличить дальность охвата, повысить безопасность и эффективность за счет локализации трафика. Межсетевой шлюз (специализированный узел локальной сети) представляет собой аппаратные и программные средства, обеспечивающие межсетевую связь. Шлюзы обеспечивают дополнительные возможности, позволяя связать различные сети с непохожими компьютерными системами, организовать взаимодействие с удаленными компьютерами, что особенно важно при создании крупных корпоративных информационных систем. Если нужно связать большие сети и маршрутизировать пакеты в соответствии с протоколами более высокого уровня, то нужно использовать маршрутизаторы. Они позволяют связать сети с различными топологиями и файловыми серверами.

При выборе архитектуры сети необходимо учитывать требования к надежности, стоимость, возможный рост сети и ее назначение.