Лекция
Вводная
Вопросы лекции:
Введение
1. Классификация информационно-компьютерных сетей.
2. Способы коммутации.
3. Сети одноранговые и «клиент-сервер».
4. Уровни и протоколы.
Введение
В лекции рассмотрена классификация информационно-компьютерных сетей по различным способам и средствам. Приведены основные используемые критерии разбиения сетей на классы и основные классы сетей для каждого критерия.
Рассмотрены способы коммутации, применяемые в сетях, а также одноранговые и клиент-серверные сети.
Определено понятие «уровня» и протокола ЭМВОС.
1 . Классификация информационно-вычислительных сетей
Объединение компонентов в сеть, может производиться различными способами и средствами. По их составу, способам их соединения, сфере использования и другим признакам сети можно разбить на классы таким образом, чтобы принадлежность описываемой сети к тому или иному классу достаточно полно могла характеризовать свойства и качественные параметры сети, интересующие исследователя или разработчика.
Приведем основные используемые критерии разбиения сетей на классы и основные классы сетей для каждого критерия.
1. Территориальное размещение сетей.
Tерриториальные сети - охватывают значительное географическое пространство. Среди территориальных сетей можно выделить сети региональные и глобальные, имеющие соответственно региональные или глобальные масштабы. Региональные сети иногда называют сетями MAN (Metropolitan Area Network), а общее англоязычное название для территориальных сетей - WAN (Wide Area Network).
По этому признаку сети делятся на три основных класса:
LAN - локальные сети (Local Area Networks);
WAN - глобальные сети (Wide Area Networks);
MAN - городские сети (Metropolitan Area Networks).
Локальная сеть (ЛС) - это коммуникационная система, поддерживающая в пределах здания или некоторой другой ограниченной территории один или несколько высокоскоростных каналов передачи цифровой информации, предоставляемых подключенным устройствам для кратковременного монопольного использования.
Территории, охватываемые ЛС, могут существенно различаться. Длина линий связи для некоторых сетей может быть не более 1000 м, другие же ЛС в состоянии обслужить целый город. Обслуживаемыми территориями могут быть как заводы, суда, самолеты, так и учреждения, университеты, колледжи.
В качестве передающей среды могут использоваться коаксиальные кабели, хотя все большее распространение получили сети на витой паре и оптоволокне. В последнее время стремительно развивается технология беспроводных локальных сетей, в которых используется один из трех видов излучений: широкополосные радиосигналы, маломощное излучение сверхвысоких частот (СВЧ излучение) и инфракрасные лучи. Небольшие расстояния между узлами сети, используемая передающая среда и связанная с этим малая вероятность появления ошибок в передаваемых данных позволяют поддерживать высокие скорости обмена - от 1 Мбит/с до 10 Гбит/с. Основными стандартами нижних уровней в функционирующих в настоящее время локальных сетях являются: Ethernet, Token Ring и FDDI.
Глобальные сети, в отличие от локальных, как правило, охватывают значительно большие территории, и даже большинство регионов земного шара (примером может служить сеть Internet). В настоящее время в качестве передающей среды в глобальных сетях используются аналоговые или цифровые проводные каналы, а также спутниковые каналы связи (обычно для связи между континентами). Ограничения по скорости передачи (до 28,8 Кбит/с на аналоговых каналах и до 64 Кбит/с - на пользовательских участках цифровых каналов) и относительно низкая надежность аналоговых каналов, требующая использования на нижних уровнях протоколов средств обнаружения и исправления ошибок, существенно снижают скорость обмена данными в глобальных сетях, по сравнению с локальными сетями.
Особо выделяют единственную в своем роде глобальную сеть Internet (реализованная в ней информационная служба World Wide Web (WWW) переводится на русский язык как всемирная паутина); это сеть сетей со своей технологией.
Основными стандартами, используемыми в настоящее время в глобальных сетях, являются: протоколы сети Internet, X.25, стандарты цифровой сети ISDN. Frame Relay, ATM.
Городские (муниципальные, региональные) сети, как правило, охватывают группу зданий и реализуются на оптоволоконных или широкополосных кабелях. По своим характеристикам они являются промежуточными между локальными и глобальными сетями. Основным стандартом для городских сетей является стандарт IEEE 802.6.
В последнее время в связи с прокладкой высокоскоростных и надежных оптоволоконных кабелей на городских и междугородних участках, появились новые сетевые протоколы, например, ATM (Asynchronous Transfer Mode - режим асинхронной передачи), которые могут использоваться как в локальных, так и в глобальных сетях. Городская сеть может поддерживать передачу цифровых данных, звука, а также может включать в себя кабельное телевидение. Обычно муниципальная сеть состоит из одного или двух кабелей и не содержит переключающих элементов для переадресации пакетов во внешние линии, что упрощает структуру сети. Основанием выделения муниципальных сетей в отдельную категорию служит принятие стандарта, который реализуется в настоящее время стандартом DQDB. (Distributed Queue Dial Bus – распределенная двойная шина с очередностью). Сети DQDB состоят из двух параллельных шин, которыми соединены все компьютеры. У каждой шины есть головное оконечное устройство, определяющее направление передачи шины. Пакет, пересылаемый более правому компьютеру, движется по верхней шине. Влево пакеты перемещаются по нижней шине. Ключевым аспектом муниципальной сети является агент широковещания, с которым связаны все компьютеры. Это значительно облегчает структуру сети по сравнению с другими разновидностями сетей.
2. Передающая среда
Сети могут быть также классифицированы по типам используемой передающей среды: аналоговые сети, цифровые сети (в том числе ISDN), радиосети (в том числе сотовые и спутниковые сети), кабельные и оптоволоконные сети.
3. Архитектура и протоколы
Сети могут быть реализованы с использованием различных архитектур (например сети Internet, сети SNA, сети AppleTalk и т.д.) и протоколов (например сети X.25, локальные сети Ethernet или сети ISDN). Основные протоколы и архитектуры сетей будут рассмотрены в данном курсе.
4. Топология сети
В зависимости от топологии соединений узлов различают сети шинной (магистральной), кольцевой, звездной, иерархической, произвольной структуры.
Наиболее оптимальной, с точки зрения надежности (возможности функционирования сети при выходе строя отдельных узлов или каналов связи), является полносвязная сеть, то есть сеть, в которой каждый узел связан со всеми другими узлами, однако при большом числе узлов такая сеть требует большого количества каналов связи и трудно реализуема из-за технических сложностей и высокой стоимости. Поэтому практически все сети являются неполносвязными.
Хотя при заданном числе узлов в неполносвязной сети может существовать большое количество вариантов соединения узлов сети, на практике обычно используется несколько основных схем соединения узлов (топологий) сети. В соответствии с этими топологиями информационно-компьютерные сети разделяются на следующие основные классы:
шинная, когда все узлы сети подключаются к одному незамкнутому каналу, обычно называемому шиной (рис. 1). Среди ЛВС наиболее распространены шинная (bus) - локальная сеть, в которой связь между любыми двумя станциями устанавливается через один общий путь и данные, передаваемые любой станцией, одновременно становятся доступными для всех других станций, подключенных к этой же среде передачи данных (последнее свойство называют широковещательностью);
кольцевая, когда все узлы сети подключаются к одному замкнутому кольцевому каналу (рис. 2). Узлы связаны кольцевой линией передачи данных (к каждому узлу подходят только две линии); данные, проходя по кольцу, поочередно становятся доступными всем узлам сети;
звездообразная, когда все узлы сети подключаются к одному центральному узлу, называемому хостом (host) или хабом (hub) (рис. 3). Имеется центральный узел, от которого расходятся линии передачи данных к каждому из остальных узлов.
иерархическая топология (топология дерева), когда устройства сети к узлам более высокого уровня иерархии и к ним, в свою очередь, подключаются узлы более низкой иерархии (рис. 4).
Сети могут быть также смешанной топологии, когда отдельные части сети имеют разную топологию. Примером может служить локальная сеть FDDI, в которой основные (магистральные) узлы подключаются к кольцевому каналу, а к ним по иерархической топологии подключаются остальные узлы.