Класифікація та топологія обчислюваних мереж

Інформаційно-обчислювальні мережі (ІОМ) залежно від території ними охоплюваною, підрозділяються на:

- локальні (ЛОМ або LAN — Local Area Network);

- регіональні (РОМ або MAN — Metropolitan Area Network);

- глобальні (ГОМ або WAN — Wide Area Network).

Локальною називається мережа, абоненти якої знаходяться на невеликій (до 10-15 км.) відстані один від одного. ЛОМ об'єднує абонентів, розташованих в межах невеликої території. В даний час не існує чітких обмежень на територіальний розкид абонентів локальної обчислювальної мережі. Зазвичай така мережа прив'язана до конкретного об'єкту. До класу ЛОМ відносяться мережі окремих підприємств, фірм, банків, офісів, корпорацій і т.д.

Якщо такі ЛОМ мають абонентів, розташованих в різних приміщеннях, то вони (мережі) часто використовують інфраструктуру глобальної мережі Інтернет, і їх прийнято називати корпоративними мережами або мережами інтранет (Intranet).

Регіональні мережі зв'язують абонентів міста, району, області або навіть невеликої країни. Зазвичай відстані між абонентами регіональної ІОМ складають десятки — сотні кілометрів.

Глобальні мережі об'єднують абонентів, що віддалених один від одного на значну відстань, часто знаходяться в різних країнах або на різних континентах. Взаємодія між абонентами такої мережі може здійснюватися на базі телефонних ліній зв'язку, систем радіозв'язку і навіть супутникового зв'язку.

Об'єднання глобальних, регіональних і локальних обчислювальних мереж дозволяє створювати багатомережеві ієрархії. Вони забезпечують могутні, економічно доцільні засоби обробки величезних інформаційних масивів і доступ до необмежених інформаційних ресурсів. Локальні обчислювальні мережі можуть входити як компоненти до складу регіональної мережі, регіональні мережі — об'єднуватися у складі глобальної мережі і, нарешті, глобальні мережі можуть також утворювати складні структури. Саме така структура прийнята в найбільш відомій і популярній зараз усесвітній суперглобальній інформаційній мережі Інтернет.

За принципом організації передачі даних мережі можна розділити на дві групи:

- послідовні;

- широкомовні.

У послідовних мережах передача даних виконується послідовно від одного вузла до іншого і кожен вузол ретранслює прийняті дані далі.

Практично всі глобальні, регіональні і багато локальних мереж відносяться до цього типу. У широкомовних мережах в кожен момент часу передачу може вести тільки один вузол, решта вузлів може тільки приймати інформацію. До такого типу мереж відноситься значна частина ЛОМ, що використовує один загальний канал зв'язку (моноканал) або один загальний пасивний комутуючий пристрій.

По геометрії побудови (топології) мережі можуть бути:

• шинні (лінійні, bus);

• кільця (петлеві, ring);

• радіальні (зіркоподібні, star);

• розподілені радіальні (стільникові, cellular);

• ієрархічні (деревовидні, hierarchy);

• повнозв'язні (сітка, mesh);

• змішані (гібридні).

1. Мережі з шинною топологією використовують лінійний моноканал передачі даних, до якого всі вузли приєднані через інтерфейсні плати за допомогою щодо коротких сполучних ліній. Дані від вузла, що передає, мережі розповсюджуються по шині в обидві сторони. Проміжні вузли не ретранслюють повідомлень, що поступають. Інформація поступає на всі вузли, але приймає повідомлення тільки той, якому воно адресоване.

Шинна топологія — одна з найбільш простих топологий. Таку мережу легко нарощувати і конфігурувати, а також адаптувати до різних систем; вона стійка до можливих несправностей окремих вузлів.

Мережу шинної топології застосовують широко відома' мережа Ethernet і організована на її адаптерах мережа Novell NetWare, дуже часто використовувана в офісах, наприклад. Умовно таку мережу можна зобразити, як показано на мал. 1.

Мал. 1. Мережа з шинною топологією

2. У мережі з кільцевою топологією всі вузли сполучені в єдину замкнуту петлю (кільце) каналами зв'язку. Вихід одного вузла мережі з'єднується з входом іншого. Інформація по кільцю передається від вузла до вузла і кожен вузол ретранслює послане повідомлення. У кожному вузлі для цього є свої інтерфейсна і така, що приемо-передає апаратура, що дозволяє управляти проходженням даних в мережі. Передача даних по кільцю з метою спрощення апаратури, що приемо-передає, виконується тільки в одному напрямі. Приймаючий вузол розпізнає і отримує тільки адресовані йому повідомлення.

Зважаючи на свою гнучкість і надійність роботи мережі з кільцевою топологією набули також широкого поширення на практиці (наприклад, мережа Token Ring).

Умовна структура такої мережі показана на мал. 2.

Мал. 2. Мережа з кільцевою топологією

3. Основу послідовної мережі з радіальною топологією складає спеціальний комп'ютер — сервер, до якого під'єднуються робочі станції, кожна по своїй лінії зв'язку. Вся інформація передається через центральний вузол, який ретранслює, перемикає і маршрутизирует інформаційні потоки в мережі. По своїй структурі така мережа по суті є аналогом системи телеобробки, у якої всі абонентські пункти є інтелектуальними (містять в своєму складі комп'ютер).

Як недоліки такої мережі можна відзначити:

- велику завантаженість центральної апаратури;

- повну втрату працездатності мережі при відмові центральної апаратури;

- велику протяжність ліній зв'язку;

- відсутність гнучкості у виборі шляху передачі інформації.

Послідовні радіальні мережі використовуються в офісах з явно вираженим централізованим управлінням.

Умовна структура радіальної мережі показана на мал. 3.

Мал. 3. Мережа з радіальною топологією

4. Але використовуються і широкомовні радіальні мережі з пасивним центром — замість центрального сервера в таких мережах встановлюється комутуючий пристрій, зазвичай концентратор, що забезпечує підключення одного каналу, що передає, відразу до всіх інших.

У загальному випадку топологію багатозв'язкової обчислювальної мережі можна представити на прикладі топології ;сетка; у наступному вигляді — мал. 4:

Мал. 4. Узагальнена структура обчислювальної мережі

У структурі мережі можна виділити комунікаційна і абонентська підмережі.

Комунікаційна підмережа є ядром обчислювальної мережі, що зв'язує робочі станції і сервери мережі один з одним. Ланки комунікаційної підмережі (в даному випадку — вузли комутації) зв'язані між собою магістральними каналами зв'язку, що володіють високою пропускною спроможністю. У великих мережах комунікаційну підмережу часто називають мережею передачі даних.

Ланки абонентської підмережі (хост-компьютеры, сервери, робочі станції) підключаються до вузлів комутації абонентськими каналами зв'язку — звичайно це среднескоростные телефонні канали зв'язку.

Залежно від використовуваного комунікаційного середовища мережі діляться на мережі з моноканалом, а також ієрархічні, повнозв'язні мережі і мережі із змішаною топологією.

У мережах з моноканалом дані можуть слідувати тільки поодинці і тому ж шляху; у них доступ абонентів до інформації здійснюється на основі селекції (вибору) передаваних кадрів або пакетів даних по адресній частині останніх. Всі пакети доступні всім користувачам мережі, але розкрити пакет може тільки той абонент, чия адреса в пакеті вказана. Такі мережі іноді називають мережами з селекцією інформації.

Ієрархічні, повнозв'язні і мережі із змішаною топологією в процесі передачі даних вимагають маршрутизації останньою, тобто вибору в кожному вузлі шляху подальшого руху інформації. Правда, альтернативна неоднозначна маршрутизація виконується тільки в мережах, що мають замкнуті контури каналів зв'язку (комірчасту структуру). Такі мережі називаються мережами з маршрутизацією інформації.