4.1. Назначение и классификация вычислительных сетей

Назначение и основные компоненты вычислительной сети

Вычислительная (компьютерная) сеть образуется при физическом соединении двух и более ЭВМ.

Если в организации несколько компьютеров, то они, как правило, объединя­ются в вычислительную сеть.

В настоящее время в мире используется около 200 млн. ЭВМ, из них более 80% объединены в различные информационно-вычислительные сети - от небольших локальных до глобальных сетей типа Internet.

Вычислительной (компьютерной) сетью называют ЭВМ, взаимодейст­вующие между собой с помощью специальной аппаратуры и программных средств, обеспечивающих пользователям возможность обмена информацией и коллективного использования ресурсов сети: аппаратурных, программных и информационных.

Назначение всех видов вычислительных сетей определяется двумя функ­циями:

- обеспечением совместного использования аппаратных и программных средств;

- обеспечением совместного использования информационных ресурсов. Объединение ЭВМ в сеть дает ряд новых возможностей. Например, если бы

каждая ЭВМ работала автономно, то для нее нужен свой принтер. В сети может быть только один принтер, однако пользователь любой ЭВМ может распечатать на нем результаты своей работы. Практика показывает, что на десять пользова­телей достаточно иметь один сетевой принтер, что дает существенную экономию денежных средств. Большие базы данных можно вынести на отдельный компью­тер, и пользователи при необходимости будут обращаться к нему со своей рабо­чей станции (PC). В вычислительной сети для передачи данных от одной ЭВМ к другой не требуется использования носимой памяти (дискет, флэш-памяти и др.). Достаточно воспользоваться специальными программными средствами и направить данные в нужное место по линиям передачи данных, связывающим компьютеры сети. Это существенно ускоряет обмен данными при совместной работе над документами.

Вычислительные сети своим появлением в значительной мере обязаны разра­боткам, направленным на повышение эффективности совместной работы коллек­тивов людей. В частности, таможенное оформление и контроль - коллективная

166

работа, в которой участвуют множество людей и организаций. Поэтому естествен­но, что в таможенных органах широко применяются вычислительные сети.

ЭВМ, входящие в состав сети, могут совместно использовать данные, про­граммы, принтеры, плоттеры, сканеры, факсимильные аппараты, модемы и др.

Совместно используемые в вычислительной сети устройства, программы, базы данных и т.д. называют сетевыми ресурсами.

При сетевом объединении ЭВМ появляются преимущества, которые кратко приводятся ниже.

Разделение ресурсов позволяет рационально использовать возможности устройств, входящих в состав сети (принтер, сканер, факс и др.), со всех присо­единенных к ним рабочих станций.

Разделение данных предоставляет возможность доступа и управления база­ми данных одних ЭВМ другими рабочими станциями.

Разделение программных средств дает возможность одновременного использования одними рабочими станциями программных средств, установлен­ных на других ПЭВМ.

Разделение ресурсов процессора позволяет одним ЭВМ использовать вычислительные мощности (возможности) или их специально отведенную доступную часть для обработки данных другими рабочими станциями, входя­щими в сеть.

Многопользовательский режим позволяет одновременно нескольким операторам одних PC использовать прикладные программные средства, уста­новленные на других ЭВМ, без каких-либо отрицательных последствий для последних.

Для создания сети, кроме наличия ЭВМ, необходимо специальное обору­дование и программные средства, которые обеспечивают совместное использо­вание аппаратных и программных средств, а также доступ к сетевым ресурсам [12, 13,19,39,40,50].

Основными элементами сети являются стандартные компьютеры, как пра­вило, ПЭВМ, которые называют рабочими станциями. На них пользователи решают свои прикладные задачи. Обмен данными между компьютерами осу­ществляется через специальные устройства - сетевые адаптеры. Они обычно устанавливаются внутри системного блока PC. Линии связи, соединяющие ЭВМ, подключаются к сетевым адаптерам.

Системное программное обеспечение вычислительных сетей должно выпол­нять, по крайней мере, две функции: управление ресурсами отдельной ЭВМ и организацию взаимодействия (обмена) с другими PC сети.

Эти функции выполняют специальные программные комплексы, получив­шие название «операционные системы» (ОС).

Каждая ЭВМ работает под управлением собственной ОС. Для координации совместной работы в вычислительной сети обычно дополнительно используется специальная «общая» операционная система, которую называют сетевой опе­рационной системой (сетевой ОС). Заметим, что некоторые современные вер­сии ОС для персональных компьютеров (например, Windows-2000) позволяют

167

организовывать простейшие варианты сетевого взаимодействия, т.е. обладают функциями обычной и сетевой ОС, правда, в ограниченном объеме.

При работе в сети одна PC часто запрашивает доступ к локальным ресур­сам другой PC. Такими ресурсами могут быть как данные, хранящиеся на дис­ке, так и разнообразные периферийные устройства (принтеры, модемы, факс и др.) этой ЭВМ. Чтобы пользователь имел доступ к ресурсам не только своей PC (файлы, диски, принтер и др.), но и к аналогичным другим PC, кроме уста­новки сетевых адаптеров и соединения их проводниками, необходимо внести изменения в их ОС.

Одноранговые вычислительные сети

Существуют три типа построения вычислительных сетей:

• одноранговые;

• с выделенным сервером;

- смешанные, в которых используются как одноранговые технологии, так и технологии с выделенным сервером.

Простейшие соединения двух ЭВМ для обмена данными называется пря­мым соединением. При таком соединении ЭВМ их взаимодействие опреде­ляют устройства физического порта (параллельного или последовательного) и механические компоненты (типы разъемов, кабеля и т.д.), а также програм­мные средства, поддерживающие это взаимодействие и управляющие передачей потока данных через порты.

Для прямого соединения двух ЭВМ, работающих в ОС не ниже Windows-2000, не требуется специального аппаратного или программного обес­печения. В этом случае аппаратными средствами являются стандартные порты «ввода-вывода» последовательного или параллельного типа, а в качестве про­граммного обеспечения используется стандартное средство, имеющееся в опера­ционной системе - «Удаленный доступ к сети» (программы - стандарт - связь). Напомним, что порт «ввода-вывода» - это устройство обмена информацией ЭВМ с другими устройствами (ЭВМ).

В общем случае вычислительные сети, не имеющие единого центра хранения данных и управления рабочими станциями, называют одноранговыми сетями. В такой сети каждая PC со своей ОС может обрабатывать данные других ЭВМ и отправлять свои запросы на обслуживание в сеть.

Одноранговые сети являются наиболее простыми и дешевыми сетями как при их создании, так и в процессе эксплуатации.

Наряду с относительно небольшой стоимостью и достаточно высокой надеж­ностью функционирования, качество работы одноранговых сетей существенно зависит от количества PC и характеризуется сложностью управления сетью и обеспечения необходимого уровня защиты информации, а также трудностями обновления и изменения программного обеспечения PC.

Этот тип сетей устойчиво работоспособен при небольшом количестве рабочих станций, обычно не более 10 ЭВМ. При большем количестве ЭВМ, когда несколько пользователей одновременно попытаются получить доступ к ресурсам какого-то одного компьютера, производительность сети может

168

снизиться, а с ростом количества пользователей и ресурсов сеть становится неработоспособной.

В одноранговой сети требования к производительности и к уровню защи­ты для сетевого программного обеспечения ниже, чем в сетях с выделенным сервером.

Выбор одноранговой сети будет правильным при выполнении следующих условий:

• количество пользователей не более 10 и расположено компактно;

• вопросы защиты данных не критичны;

- пользователи сами могут выступать в роли администраторов и обеспечи­вать защиту информации;

- для объединения ЭВМ в сеть применяются простые кабельные соединения;

- в обозримом будущем не ожидается расширения подразделения (органи­зации) и, следовательно, сети.

Сети с выделенным сервером

Вычислительные (компьютерные) сети реализуют распределенную обработку данных, в которой участвуют клиент и сервер. Такие сети принято называть системами «клиент - сервер».

Чтобы сеть заработала, необходимо внести изменения (добавления) к опера­ционным системам ЭВМ. На тех ЭВМ, ресурсы которых должны быть доступны всем пользователям, необходимо установить модули, которые постоянно долж­ны находиться в режиме ожидания запросов, поступающих по сети от других ЭВМ. Обычно такие модули называются программными серверами (server), так как их главная задача - обслуживать (serve) запросы на доступ к ресурсам своего компьютера. Для тех ЭВМ, пользователи которых хотят получать доступ к ресурсам других ЭВМ, также нужно добавить к ОС некоторые специальные программные модули, которые должны вырабатывать запросы на доступ к уда­ленным ресурсам и передавать их по сети на нужный компьютер. Такие модули обычно называют программными клиентами (client). Собственно сетевые адап­теры и каналы связи решают достаточно простую задачу - они передают по сети сообщения с запросами и ответами от одной ЭВМ к другой, а основную органи­зацию совместного использования ресурсов выполняют клиентские и серверные части операционных систем.

Сервер, являясь элементом сети и источником ее ресурсов, представляет собой персональную или виртуальную ЭВМ, единственной функцией которой является реакция на клиентские запросы. На сервер устанавливается сетевая операционная система и подключаются все разделяемые внешние устройства: жесткие диски, принтеры, модемы и т.д.

Под клиентом понимают пользователя, PC или задачу, решаемую в сети. В них сервер хранит данные общего пользования, организует к ним доступ и передачу другим клиентам. Клиент, в свою очередь, обрабатывает поступаю­щие данные и представляет результаты их обработки на устройства отображе-

169

ния в удобном для восприятия виде. Заметим, что при необходимости обработка данных может быть выполнена сервером.

Технология «клиент - сервер» разделяет приложение системы управления базами данных на: клиентскую (интерактивный графический интерфейс, распо­ложенный на ЭВМ пользователя) и серверную, осуществляющую управление данными, разделение информации, администрирование и безопасность. При этом клиентская часть приложения формирует запрос к серверу баз данных, который выполняет все команды и полученный результат отправляет клиенту для анализа и исполнения.

В связи с тем, что при подключении к сети более 10 пользователей одноран­говая сеть, в которой каждая ПЭВМ является клиентом и сервером, может сни­зить свою производительность. Поэтому возникает необходимость использова­ния выделенных серверов.

Выделенным сервером называется ЭВМ, которая функционирует только как сервер (исключая функции клиента или рабочей станции). Выделенным сер­вером сети назначается ЭВМ (обычно с техническими характеристиками, пре­вышающими PC, и специальным сетевым программным обеспечением), которая является централизованным хранилищем сетевых ресурсов, обеспечивает безо­пасность и управление доступом к ресурсам. Серверы осуществляют быструю обработку запросов сетевых клиентов и управление защитой файлов и катало­гов. В зависимости от решаемых задач, размеров сети и объема обмена данными определяется количество серверов в сети и распределяются выполняемые ими функции.

Термины «клиент» и «сервер» используются для обозначения не только про­граммных модулей, но и компьютеров, подключенных к сети (рис. 4.1). Если ком­пьютер предоставляет свои ресурсы другим PC сети, то он называется сервером, а если их потребляет - клиентом.

Заметим, ЧТО Сети С ВЫДе- _Рис, 4,1, Система клиент - сервер

ленным сервером в отличие от одноранговых сетей обеспечивают централизованную безопасность и управ­ление путем проверки учетных записей пользователей и паролей. При этом изменять связанную с безопасностью информацию в базе данных контроллера домена может только сетевой администратор. Поэтому важно, чтобы серверы располагались в специально выделенном помещении с контролируемым досту­пом ограниченного числа лиц.

Рост требований повышения эффективности работы сети привел к необ­ходимости выполнения серверами большого количества различных слож­ных задач, что потребовало создания и установки в вычислительных сетях специализированных серверов. Назначение некоторых из них приведено в табл. 4.1.

На практике могут использоваться и другие серверы, например такие, как сервер телеконференций, архивационный сервер и другие.

170

Таблица 4.1

Назначение основных специализированных серверов сети

С расширением сети использование серверов разных типов начинает зани­мать важное место. При этом для исключения негативного влияния каждого из выделенных серверов на работу всей сети необходимо заранее продумы­вать возможные последствия, которые могут проявиться при дальнейшем ее расширении.

У пользователей разных компьютеров могут быть разные права для доступа к общим ресурсам сети. Совокупность способов разделения и ограничения прав называют политикой сети. Для ведения политики сети назначают ответственное лицо, которое называют администратором сети. Это лицо с помощью средств сетевой операционной системы назначает адреса компьютерам, выдает пароли пользователям, может ограничить или даже запретить конкретному пользовате­лю доступ к некоторым данным или общим периферийным устройствам, ведет контроль с целью недопущения и обнаружения попыток несанкционированного доступа к ресурсам сети и т.п.

В таблице 4.2 приведены сравнительные характеристики двух рассмотрен­ных типов сетей.

171

Таблица 4.2

Сравнительные характеристики построения сетей

Параметры	Одноранговые сети	Сети на основе сервера
Размер	Не более 10 ЭВМ	Ограничены аппаратным обеспече­нием сервера и сети.
Защита	Обеспечивается каждым пользователем самостоя­тельно	Широкая и комплексная защита ресурсов и пользователей.
Админи­стриро­вание	Выполняет каждый пользо­ватель самостоятельно. Отде­льного администратора нет	Централизованное. Необходим администратор (хотя бы один) с соответствующим уровнем знаний.

Классификация по территориальной распределенности

Вычислительные сети в зависимости от размеров и географически-территориального удаления абонентов принято подразделять на четыре основ­ных класса (рис. 4.2).

Рис. 4.2. Виды вычислительных сетей по территориальной распределенности

Локальная вычислительная сеть (LAN - Local Area Network) представляет собой совокупность компьютеров, которые размещены на относительно неболь­шой территории (например, в пределах одной комнаты или одного здания). Обычно такая система привязана к одному месту и для нее четко не определено удаление абонентов друг относительно друга. Локальная вычислительная сеть (ЛВС) используется в основном для обработки информации, циркулирующей внутри отдельных подразделений или небольших организаций.

Первоначально вычислительные сети были небольшими и относились к категории ЛВС, поскольку существовавшая тогда технология ограничивала их физические размеры и количество ЭВМ в сети (до десяти).

В середине 80-х гг. наиболее популярный тип сетей состоял не более чем из 30 ЭВМ, а длина соединительного кабеля не превышала 185 метров. Такие сети легко располагались в пределах одного этажа здания или небольшой организации. Для небольших организаций подобная конфигурация подходит и сегодня.

172

В настоящее время не существует четких ограничений на территориальное расположение абонентов ЛВС, а протяженность сети может составлять несколь­ко километров.

Региональная вычислительная сеть (MAN - Metropolitan Area Network) объединяет абонентов разных организаций на территории административного образования (город, край, район). Обычно это расстояние определяется мощ­ностью межканальных станций и не превышает нескольких сотен километров.

Глобальная вычислительная сеть (WAN - Wide Area Network) объединяет компьютеры разных организаций, расположенные в разных городах, регионах, странах. Общеизвестный пример такой сети - Интернет, который охватывает пользователей по всему миру. Сеть позволяет объединить мировые информаци­онные ресурсы и обеспечить к ним доступ.

Составляющими региональных вычислительных сетей (РВС) являются PC отдельных пользователей и ЛВС. Все они, в свою очередь, могут входить в гло­бальную вычислительную сеть.

Следует отметить, что в отличие от локальных сетей, где абонентом явля­ется PC, в территориально-распределенных сетях (к ним относятся региональ­ные и глобальные сети) основной абонент представляет собой локальную сеть. При этом перед оператором территориально-распределенной сети встают зада­чи управления трафиком и качеством обслуживания абонентов, которые или не актуальны в локальных сетях, или их значение не так высоко.

Отдельные абоненты и ЛВС являются составляющими РВС. Те и другие, в свою очередь, образуют глобальную вычислительную сеть (рис. 4.3).

Все эти виды сетей позволяют создавать иерархическую структуру, обеспе­чивающую доступ к огромным мировым информационным ресурсам.

Корпоративная вычислительная сеть объединяет несколько территориаль­но достаточно далеко удаленных ЛВС одного предприятия (организации). Так, создаваемая ведомственная вычислительная сеть ФТС России является приме­ром корпоративной сети.

173

В свою очередь, вышеперечисленные виды сетей в зависимости от категорий пользователей, используемого оборудования и протоколов, функционального назначения и других факторов могут иметь более подробную классификацию. Например, в рамках корпоративной сети могут выделяться локальные сети отде­лов (объединяются компьютеры некоторого подразделения в пределах здания или ограниченной территории предприятия) и кампусов (объединяются локаль­ные сети нескольких подразделений с разнородным оборудованием в пределах здания или ограниченной территории предприятия). Сети, создаваемые в жилых домах, называют домашними вычислительными сетями; сети, развертываемые на основе кабельных телевизионных сетей, - кабельными и т. п.

Классификация схем соединений компьютеров

При создании вычислительной сети в первую очередь необходимо выбрать топологию сети, т.е. схему соединений PC и каналообразующего обору­дования в вычислительную сеть.

Топологию вычислительной сети обычно изображают в виде графа, верши­нам которого соответствуют ЭВМ сети (иногда и другое оборудование, напри­мер, концентраторы), а ребрам - связи между ними.

Заметим, что топология может отображать схему физических соединений (связей) ЭВМ либо логику обмена данными между ними. Конфигурация физи­ческих связей определяется электрическими связями между ЭВМ и может отли­чаться от конфигурации логических связей между узлами сети. Логические связи представляют собой маршруты передачи данных между узлами сети и образуют­ся путем соответствующей настройки коммуникационного оборудования.

Выбор топологии электрических связей существенно влияет на многие характеристики сети. Например, наличие резервных связей повышает надеж­ность сети и позволяет управлять нагрузкой отдельных каналов. Простота при­соединения новых узлов, свойственная некоторым топологиям, делает сеть легко расширяемой. Экономические соображения часто приводят к выбору топологий, для которых характерна минимальная суммарная длина линий связи.

Типовыми для локальных вычислительных сетей являются четыре тополо­гии: полносвязная, шинная, звездообразная и кольцевая.

Полносвязная топология (рис. 4.4) соответствует сети, в которой каждая ЭВМ связана со всеми остальными. . , , ,

Несмотря на логическую простоту, этот вариант является громоздким и дорогим. Действительно, каждая ЭВМ в сети должна иметь свой сете­вой адаптер с большим количест­вом коммуникационных портов для

связи с каждой из остальных ЭВМ

сети. Кроме того, для каждой пары Рис. 4.4. Полносвязная топология

174

ЭВМ должна быть выделена отдельная электрическая линия связи. Такая топо­логия применяются редко, чаще всего используется в многомашинных комплек­сах или локальных сетях при небольшом количестве ЭВМ. Ее основное досто­инство - высокая отказоустойчивость. Поэтому полносвязная схема соединения применяется в тех случаях, когда требуется высокая надежность работы сети (например, в авиации, на космических аппаратах или в системах управления, где не должно быть сбоев в управлении объектом).

При «кольцевой» топологии Ring (кольцо) выход одной ЭВМ (или узла) сети соединяется кабелем с входом другой, по замкнутому кольцу. Технологии Token Ring и FDDI используются для создания эстафетных сетей с маркерным доступом. Они образуют непрерывное кольцо (рис. 4.5), по которому в одном направлении циркулирует специальная последовательность битов, называемая маркером (token). Маркер передается по кольцу, минуя каждую рабочую стан­цию в сети. Рабочая станция, располагающая информацией, которую необходи­мо передать, может добавить к маркеру кадр данных. Это обеспечивает каждой ЭВМ сети одинаковую возможность получения доступа к носителю и, следова­тельно, пересылку данных. Таким образом, ЭВМ может посылать данные только тогда, когда имеет маркер. В том случае, если данные отсутствуют, она просто передает маркер следующей станции. Сети Token Ring функционируют со ско­ростью 4 или 16 Мбит/с.

Fiber Distributed Data Interface (FDDI) также представляет собой кольцевую технологию, но разработанную для оптоволоконного кабеля и использующуюся в магистральных сетях. В ней протокол аналогичен Token Ring и предусматри­вает передачу маркера по кольцу от одной рабочей станции к другой. Сеть FDDI в отличие от Token Ring обычно состоит из двух колец, маркеры которых цирку­лируют в противоположных направлениях. Это позволяет обеспечить надежную работу сети (как правило, на оптоволоконном кабеле) при отказах в одном из колец. Сети FDDI поддерживают скорость 100 Мбит/с и передачу данных на большие расстояния. Максимальная длина окружности сети FDDI не превыша­ет 100 км, а расстояние между рабочими станциями - 2 км.

Обе кольцевые технологии находят применение в новейших сетевых инстал­ляциях как альтернатива ATM (асинхронный режим передачи данных в сетях) и различных разновидностей Ethernet.

В отличие от других топологий здесь каждая ЭВМ выступает в роли усили­теля-формирователя (репитера), усиливая сигналы и передавая их следующей ЭВМ. Поэтому при отказе одной из ЭВМ прекращается функционирование всей сети. Поддерживать логическое кольцо трудно, особенно при больших размерах сети. Кроме того, при необходимости настройки и реконфигурации любой части сети необходимо отключать всю сеть. Такая топология не име­ет сервера (центрального узла), что при больших размерах сети снижает ее быстродействие.

Используется обратная связь (данные, сделав полный оборот, возвращаются обратно), кольцо позволяет контролировать процесс передачи данных адреса­ту путем тестирования связности сети и поиска некорректно работающего узла.

Для этого в сеть посылаются специальные тестовые сообщения. Кольцевая топо­логия относительно проста для установки и настройки и требует минимального аппаратного обеспечения. В сети с кольцевой топологией необходимо принимать специальные меры, чтобы в случае выхода из строя или отключения какой-либо PC не прервался канал связи между остальными станциями (более подробно об этом излагается в п. 4.5).

ЭВМ 1			ЭВМ 2
ЭВМ 4			ЭВМп-1
ЭВМЗ			ЭВМ N

Рис. 4.5. Кольцевая топология

Шинное соединение является наиболее простым и не требует ретрансляции сообщений от одной ЭВМ (узла) к другой. Эта топология широко распростране­на, причем ее часто называют «общей» или «линейной шиной» (linear bus), пос­кольку в ней используется один кабель, называемый магистралью или шиной, к которому подключаются все ЭВМ сети (рис. 4.6).

В сети с шинной топологией сообщения передаются по кабелю в виде элек­трических сигналов и поступают на все ЭВМ (узлы), но принимаются только

той, адрес которой соответствует

адресу получателя, закодирован­ному в этих сигналах (адресуются конкретной ЭВМ). Причем в каж­дый момент времени только одна ЭВМ может осуществлять пере­дачу сообщения.

В связи с тем, что данные в сеть передаются лишь одной ЭВМ, производительность всей сети зависит от общего количес­тва ЭВМ, подключенных к шине, поэтому чем их больше, тем мед­леннее работает сеть.

Рис. 4.6. Простая сеть с «шинной» топологией

При большом количестве рабочих станций производитель­ность может снижаться. Однако однозначную зависимость между пропускной способностью сети и количест­вом ЭВМ выявить достаточно сложно, поскольку, кроме числа компьютеров, на быстродействие сети влияет множество других факторов.

176

Применение общей шины снижает стоимость проводки, унифицирует под­ключение различных модулей, обеспечивает возможность почти мгновенного широковещательного обращения ко всем станциям сети. Основными преиму­ществами такой топологии являются невысокая стоимость и простота разводки кабеля по помещениям. Самый серьезный недостаток общей шины заключается в ее низкой надежности: любой дефект кабеля или какого-нибудь из многочис­ленных разъемов может полностью парализовать работоспособность всей сети. Кроме того, при ее наращивании или необходимости организовать взаимодейс­твие с другими ЛВС могут возникать технические проблемы, решение которых предполагает применение дополнительных устройств. При попытке одновре­менной передачи двумя и более PC (это явление получило название «колли­зия») всем ЭВМ на некоторое время запрещается передача. В результате снижа­ется пропускная способность сети.

При «звездообразной» топологии (соединение «звезда») все ЭВМ с помо­щью сегментов кабеля подключаются к центральному узлу, называемому кон­центратором (hub). Концентратор соединяет ЭВМ, которые должны обменяться данными (рис. 4.7).

При этой топологии добавление новой рабочей станции к сети происходит гораздо проще и обходится дешевле, упрощается управление процессами обме­на данными. Концентратор содержит ряд разъемов (портов) для подключе­ния PC (обычно их число кратно двум). Как правило, концентратор имеет свобод­ные разъемы. Тогда при подключении новой PC достаточно просто соединить кабе­лем один из свободных портов с разъемом сетевого адаптера этой новой станции.

Поскольку все рабочие станции надо подключать к концентратору, то это значительно увеличивает расход кабеля по сравнению с шинной топологией. К тому же при отказе концентратора нарушается работа всей ЛВС. В то же время отказ любой PC (или кабеля, соединя­ющего ее с концентратором) приведет к отказу только одной PC, но остальная часть сети будет функционировать.

В целом рассматриваемая топология широко применяется на практике, име­ет достаточно высокое быстродействие, надежность, а также обладает высокой устойчивостью к отказам отдельных ЭВМ (узлов), легко реконфигуриру-ется и сохраняет работоспособность при использовании различных типов кабельных соединений.

В настоящее время на практике часто используются комбинируемая компоновка сетей, построенных на принципах «кольцевой», «шинной» и «звездообразной» топологий.

177

12 Ю. В. Малышснко

Комбинация «шинной» и «звездообразной» (star-bus) топологий выглядит как совокупность нескольких сетей с топологией «звезда», объединенных при помощи магистральной «линейной шины» (рис. 4.8).

В этом случае отказ одной из ЭВМ не оказывает никакого влияния на работу остальных, которые не теряют взаимодействия друг с другом, а выход из строя

концентратора повлечет за собой нару-

Концентратор Концентратор Концентратор шение работоспособности только под­ключенных к нему PC.

В топологии «звезда-кольцо» (star­ring) ЭВМ подключены к концент­ратору, который формирует «коль­цо». Концентраторы в «звезде-шине» соединены магистральной линейной шиной в отличие от топологии «звез­да-кольцо», в которой ЭВМ образуют «звезду» на основе главного концент­ратора (рис. 4.9).

Могут существовать и другие, более сложные комбинированные топологии, выбор которых определяется решаемыми задачами, а также финансовыми, кад­ровыми, временными и другими факторами. При проектировании сети следует учитывать не только технические требования с точки зрения решаемых производствен­ных задач, но и достоинства и недо­статки тех или иных топологий (табл. 4.3).

Таблица 4.3

Преимущества и недостатки топологий ЛВС

Топология	Преимущества	Недостатки
Полно­связная	Высокая отказоустойчивость, живучесть и пропускная способность	Высокая стоимость, много линий связи
Кольцевая	Отсутствуют коллизии. Все ЭВМ имеют одинаковый доступ к сети. Количество пользователей не оказывает значительного влияния на про­изводительность всей сети	Выход из строя одной ЭВМ может привести к отказу всей сети. Трудно локализовать проблемы, возникающие при работе сети. Изменение конфи­гурации сети требует остановки ее работы

178

Топология	Преимущества	Недостатки
Шинная	Экономный расход кабеля. Сравнительно невысокая сто­имость и простота использова­ния среды передачи. Простота, высокая надежность. Легко модернизируется	При значительных объемах трафика уменьшается пропускная способность сети. Трудно выявить причины отказа. Выход из строя кабеля останавливает работу всех пользователей.
Звездооб­разная	Легко модифицировать сеть, добавляя новые ЭВМ. Цен­трализованный контроль и управление. Отказ одной ЭВМ не влияет на работоспо­собность всей сети, хорошая ремонтопригодность	Отказ центрального узла выводит из строя всю сеть. При большом количестве PC - повышенный расход кабеля

Только в сети с полносвязной топологией для соединения каждой пары ЭВМ имеется отдельная линия связи. В остальных случаях неизбежно возни­кают проблемы организации совместного использования линий связи несколь­ких ЭВМ сети.

В вычислительных сетях для соединения ЭВМ используют как индивиду­альные, так и разделяемые (shared) линии связи, когда одна линия попеременно используется несколькими ЭВМ. В случае применения разделяемых линий свя­зи (часто используется термин «разделяемая среда передачи данных» - shared media) возникают проблемы, связанные с их совместным использованием: обес­печение нужного качества сигналов при подключении к одному и тому же про­воду нескольких приемников и передатчиков, а также разделение во времени доступа к этим линиям.

Классическим примером сети с разделяемыми линиями связи являются сети с топологией «общая шина», в которой один общий кабель используется всеми ЭВМ сети и при одновременной передаче данных несколькими машинами сиг­налы смешиваются и искажаются.

В сетевых топологиях «кольцо» или «звезда» индивидуальное использова­ние линий связи принципиально возможно, но они часто также рассматриваются как разделяемые для всех ЭВМ сети, поскольку (если не принимать специаль­ных мер) только один компьютер кольца имеет право в определенный момент времени отправлять пакеты данных другим ЭВМ.

179