Классификация сетей

Сети классифицируют по протяженности линий связи, топологии и способу управления.

1) ПО ПРОТЯЖЕННОСТИ ЛИНИЙ СВЯЗИ РАЗЛИЧАЮТ СЕТИ:

-ЛОКАЛЬНЫЕ (ЛВС или LAN — Local Area NetWork) — сети, связывающие ряд компьютеров в зоне, ограниченной пределами одной комнаты, здания или предприятия рис.42.3. Т.е ПРОТЯЖЕННОСТЬ ЛИНИЙ СВЯЗИ таких сетей- ДО НЕСКОЛЬКИХ КИЛОМЕТРОВ. Это сети в пределах офиса, учебного класса, универсального магазина, конструкторского бюро, небольшого предприятия или его отдела. В локальные сети может быть объединено до нескольких десятков машин.

 

Рис. 42.3. Небольшая офисная локальная сеть

-РЕГИОНАЛЬНЫЕ. Это сети, охватывающие город, область, район, страну. Как правило, это ведомственные сети, например, военные или полицейские.

Корпоративную информационную систему(КИС) можно определить как совокупность информационных ресурсов, процессов и технологий, собирающих, преобразующих и распростроняющих корпоративную информацию.

-ГЛОБАЛЬНЫЕ сети (ГВС или WAN — World Area NetWork) — сети, соединяющие компьютеры, удалённые географически на большие расстояния друг от друга рис.42.4. Отличаются от локальных сетей более протяженными коммуникациями (спутниковыми, кабельными и др.). Т.е это сети, охватывающие несколько стран, континентов или весь мир.

Рис. 42.4. Глобальная сеть

2) ПО ТОПОЛОГИИ (СПОСОБУ СОЕДИНЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ СЕТИ)

Топология характеризует свойства сетей, не зависящие от их размеров. При этом не учитывается производительность и принцип работы этих объектов, их типы, длины каналов, хотя при проектировании эти факторы очень важны.

ПО ТОПОЛОГИИ РАЗЛИЧАЮТ СЕТИ:

• «шина» (bus) рис.42.5 – ПК подключены вдоль одного кабеля (сегмента). Является наиболее простой топологией. В ней используется один кабель называемый магистралью, к которому подключены компоненты сети. Концы кабеля не соединены друг с другом, а заканчиваются заглушками или терминаторами . Сети построенные по топологии «шина» используют распространение информации в обе стороны. Компьютеры адресуют данные к конкретному ПК сети передавая их по кабелю в виде электрических сигналов. Данные передаются всем ПК сети, однако информацию получает только тот ПК, чей адрес совпадает с адресом получателя. Сеть выходит из строя только при повреждении общей магистрали.

Рис. 42.5 Топология «шина»

• «кольцо» (ring) рис.42.6 – при такой топологии ПК подключается к общему кабелю, концы которого замкнуты в кольцо. Сигналы передаются по кольцу от одного ПК к другому, при этом каждый ПК выступает в роли повторителя. Поэтому при выходе из строя одного из ПК перестает функционировать вся сеть.

Одним из способов функционирования сети является передача маркера ( определенная последовательность бит). В каждой сети существует только один маркер, который последовательно передается от одного ПК к другому, пока его не получит ПК желающий начать передачу. Этот ПК добавляет в маркер адрес получателя и отправляет его дальше по кольцу. Когда маркер дойдет до получателя, получатель отправляет подтверждение получения маркера, после чего начинается передача информации.

После завершения передачи источник вырабатывает новый маркер и отправляет его в сеть.

Рис. 42.6. Топология «кольцо»

• «Звезда» (star) рис.42.7 – в топологии «звезда» все ПК с помощью кабельных сегментов (витая пара) соединяются с центральным устройством, который называется концентратор. Сигналы от передающего ПК поступают через концентратор к одному или нескольким ПК. Основное преимущество перед топологией «шина» - высокая надежность. Ни при выходе из строя одного из ПК, ни при обрыве кабеля работоспособность сети не нарушается. Выход из строя сети произойдет лишь при выходе из строя концентратора, надежность которого весьма велика.

Рис. 42.7. Топология «звезда»

• Смешанная топология

Для крупных сетей характерно наличие произвольных связей между компьютерами. В таких сетях можно выделить отдельные произвольно связанные фрагменты (подсети), имеющие типовую топологию, поэтому их называют сетями со смешанной топологией.

Смешанная топология популярна в глобальных сетях и сетях предприятий рис.42.8.

Рис. 42.8. Смешанная топология

• Сеть с ячеистой топологией рис.42.9 обладает высокой избыточностью, надежностью, так как каждый компьютер такой сети соединен с любым другим отдельным кабелем. Сигнал от компьютера-отправителя до компьютера-получателя может проходить по разным маршрутам, поэтому разрыв кабеля не сказывается на работоспособности сети. Основной недостаток такой топологии – большие затраты на прокладку кабеля, что компенсируется высокой надежностью и простотой обслуживания. Ячеистая топология применяется, как правило, в комбинации с остальными топологиями при построении относительно больших сетей, таких как Frame Relay или ATM, где требуется большая производительность и надежность.

Рис. 42.9 Сеть с ячеистой топологией

«Шина-звезда» рис. 42.10 (star-bus) - это комбинация топологий «шина» и «звезда». Обычно схема выглядит так: несколько сетей с топологией «шина» объединяются с помощью концентратора в «звезду».

В этом случае выход из строя одного компьютера не скажется на работе всей сети – остальные компьютеры по-прежнему будут взаимодействовать друг с другом, а выход из строя концентратора повлечет за собой отсоединение от сети только подключенных к нему компьютеров и концентраторов.

Рис. 42.10 Топология «Шина-звезда»

«Звезда-кольцо» (star-ring) Рис. 42.11 несколько похожа на звезду-шину. И в той и в другой топологии компьютеры подключаются к концентраторам.

Отличие в том, что концентраторы в «звезде-шине» соединены магистральной шиной, а в «звезде-кольце» все концентраторы подсоединены к главному концентратору, образуя звезду. Кольцо же реализуется внутри главного концентратора.

Рис. 42.11. Топология «Звезда-кольцо»

Каждая топология имеет свои достоинства и недостатки. Например, сеть с ячеистой топологией наиболее дорогая, но самая надежная, поскольку при отказе какой-либо линии связи передаваемая информация может быть направлена в обход. Сеть с шинной топологией наоборот самая дешевая, но при отказе канала передачи данных из строя выходит вся сеть. Кроме того, такая сеть требует специального программного обеспечения для одновременной передачи информации между несколькими машинами по одному каналу. Наиболее проста работа, а значит и программное обеспечение в сети с кольцевой топологией, так как передача информации в такой сети производится только в одном направлении, а каждый компьютер принимает сигнал и передает его следующей станции. В то же время, выход из строя одной части кольца приводит к отказу всей сети.

3) ПО СПОСОБУ УПРАВЛЕНИЯ РАЗЛИЧАЮТ СЕТИ:

-ЦЕНТРАЛИЗОВАННЫЕ, В КОТОРЫХ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ И ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДОСТУПА ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ К РЕСУРСАМ СЕТИ ВЫДЕЛЯЮТ СПЕЦИАЛЬНЫЕ КОМПЬЮТЕРЫ – СЕРВЕРЫ рис. 42.12. Преимущества: высокая защищенность сетевых ресурсов от несанкционированного доступа, удобство администрирования сети, возможность создания сетей с большим числом узлов. Недостатки: уязвимость системы при нарушении работоспособности сервера.

Рис. 42.12 Сеть на основе сервера

-ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННЫЕ (ОДНОРАНГОВЫЕ), В КОТОРЫХ ВСЕ КОМПЬЮТЕРЫ УЧАСТВУЮТ В УПРАВЛЕНИИ СЕТЬЮ НА РАВНЫХ ПРАВАХ рис. 42.13. Иными словами, в такой сети все машины одного ранга и работают под управлением одинаковых (или по крайней мере совместимых) программ, обеспечивающих в том числе и передачу данных по сети. Достоинства: более простое ПО (по сравнению с централизованными сетями), более дешевая система. Однако слабее с точки зрения защиты информации и администрирования.

Рис. 42.13. Одноранговая сеть

Комбинированные сети могут объединять лучшие качества сетей на основе сервера и одноранговых.

Пример локальной централизованной компьютерной сети с шинной топологией рис. 42.15:

Рис. 42.15. Пример локальной централизованной компьютерной сети с шинной топологией

Как видно из схемы, сервер обеспечивает пользователям на остальных машинах (рабочих станциях) доступ к информации на дисковых накопителях, принтеру и выход к другим вычислительным системам через линию связи.

Важнейшая характеристика компьютерной сети — её архитектура.

Архитектура сети — это реализованная структура сети передачи данных, определяющая её топологию, состав устройств и правила их взаимодействия в сети. В рамках архитектуры сети рассматриваются вопросы кодирования информации, её адресации и передачи, управления потоком сообщений, контроля ошибок и анализа работы сети в аварийных ситуациях и при ухудшении характеристик.

Наиболее распространённые архитектуры:

• Ethernet (англ. ether — эфир) — широковещательная сеть. Это значит, что все станции сети могут принимать все сообщения. Разработан фирмой Xerox в 1975 году. Обеспечивает высокую скорость передачи и надежность. Поддерживает топологию с общей шиной. Принадлежность передаваемого по общей шине сообщения определяется включенными в заголовок адресами источника и назначения. Топология — линейная или звездообразная. Скорость передачи данных 10 или 100 Мбит/сек.

Суть метода состоит в том, что PC начинает передачу в том случае, если канал свободен, в противном случае передача сообщений задерживается на некоторое время (для каждой станции свое). Возможные случаи одновременной передачи данных распознаются автоматически аппаратным способом.

Быстродействие сети заметно снижается при одновременной работе 80-100 PC. Это происходит из-за задержек, связанных с конфликтами в канале.

Существует также метод Fast Ethernet, удовлетворяющий стандарту IEEE 802.3u. Он позволяет строить локальные сети со скоростью передачи данных l00 Mps. В сетях такого типа могут использоваться обычные и оптоволоконные кабели (стан­дарт 100Base-FX).

• Arcnet (Attached Resource Computer Network — компьютерная сеть соединённых ресурсов) — широковещательная сеть. Физическая топология — «звезда». Скорость передачи данных 2,5 Мбит/сек.

Разработан фирмой Datapoint Corp. Используется в то­пологии «звезда».

Сообщения от одной PC к другой по этому методу доступа передаются с помо­щью маркера, который создается на одной из PC. Если PC хочет передать сообще­ние, то она дожидается прихода маркера и присоединяет к нему свое сообщение, снабженное адресами отправителя и получателя. Если PC ожидает приема, то она ждет прихода маркера, а по его приходу — анализирует заголовок прикрепленно­го к нему сообщения. Если сообщение предназначено данной PC, то она откреп­ляет его от маркера, а также прикрепляет новое, при наличии такового.

Оборудование для сетей типа Arcnet дешевле Ethernet и Token Ring, но уступа­ет им по характеристикам надежности и производительности.

• Token Ring (эстафетная кольцевая сеть, сеть с передачей маркера) — кольцевая сеть. Разработан фирмой IBM для кольцевой тополо­гии. Этот метод имеет сходство с методом Arcnet. Основное его отличие состоит в том, что имеется механизм при­оритета, благодаря которому отдельные PC могут получать маркер быстрее дру­гих и удерживать его дольше.

Скорость передачи данных 4 или 16 Мбит/сек.

• FDDI (Fiber Distributed Data Interface) — сетевая архитектура высокоскоростной передачи данных по оптоволоконным линиям. Скорость передачи — 100 Мбит/сек. Топология — двойное кольцо или смешанная (с включением звездообразных или древовидных подсетей). Максимальное количество станций в сети — 1000. Очень высокая стоимость оборудования.

• АТМ (Asynchronous Transfer Mode) —архитектура, которая обеспечивает передачу цифровых данных, видеоинформации и голоса по одним и тем же линиям. Скорость передачи до 2,5 Гбит/сек. Линии связи оптические.

Для использования типовых программ в ЛВС важно знать, какой протокол обме­на сообщениями (пакетами) поддерживается в сети. Существует несколько таких протоколов. Широко используются следующие протоколы: IPX, SPX и NETBIOS.

Протокол IPX является протоколом транспортного уровня модели OSI. Он имеет интерфейс с нижележащим сетевым уровнем. Протокол SPX — протокол более высокого сеансового уровня. Он основан на использовании протокола IPX. NETBIOS (Network Basic Input/Output System) — сетевая базовая система ввода-вывода, разработанная фирмой IBM. Реализует функции сетевого, транспортного и сеансового уровней модели OSI.