8.3. Коммуникационные сети

Существуют различные способы формирования сетей на основе телекоммуника­ционных компонентов. Основной является классификация сетей в соответствии с их формой (топологией). Сети также делятся в соответствии с охватываемой ими территорией, а также типами предлагаемых услуг. Все эти вопросы рассмат­риваются в этом разделе.

Сетевые топологии

Один из наиболее распространенных методов классификации сетей — их описа­ние в соответствии с топологией. Как показано на рис. 8.5-8.7, три наиболее рас­пространенные топологии — звезда, шина и кольцо.

Звездообразная сеть

Звездообразная сеть (рис. 8.5) состоит из центрального хост-компьютера, соеди­ненного с меньшими компьютерами или терминалами. Эта топология применя­ется в случае наличия приложений, выполняющих локальную и централизован­ную обработку данных. Единственной проблемой, связанной со звездообразной сетью, является ее уязвимость. Все коммуникации между сетевыми компонентами осу­ществляются через центральный компьютер. Поскольку последний является конт­роллером трафика, осуществляемого между другими сетевыми компьютерами и тер­миналами, в случае его повреждения работа сети окажется заблокированной.

Шинная сеть

Шинная сеть (рис. 8.6) предусматривает объединение компьютеров в одну цепь,

с вязанную с помощью витой пары, коаксиального или оптоволоконного кабеля.

Topology (топология)

Форма (конфигурация) сети.

Star network (звездообразная сеть)

Топология сети, предусматривающая подключение всех компьютеров и дру­гих сетевых устройств к центральному хост- компьютеру. Все сообщение меж­ду сетевыми устройствами пересылаются через хост-компьютер.

Bus network (шинная сеть)

Сетевая топология, предусматривающая объединение нескольких компьюте­ров в одну цепь, в которой происходит распространение сообщений.

ненты. Однако канал передачи данных осуществляет последовательную передачу сообщений, поэтому по мере увеличения сетевого трафика производительность может падать. В том случае, если сообщения передаются одновременно двумя компьютерами, происходит «коллизия», требующая повторной пересылки сооб­щений.

Кольцевая сеть

Как и в случае шинной сети, кольцевая сеть (рис. 8.7) не предусматривает ис­пользование центрального хост-компьютера. Благодаря этому обеспечивается ее дальнейшая работа после выхода из строя одного из сетевых компонентов. Каж­дый сетевой компьютер может непосредственно взаимодействовать с другим ком­пьютером, причем реализуется независимое выполнение сетевых приложений. В кольцевой топологии соединяющий провод, кабель или оптоволокно формиру­ют замкнутый контур. Данные передаются по кольцу, от одного компьютера к дру­гому, и всегда в одном направлении. Кольцевая и шинная топологии применяют­ся в локальных вычислительных сетях (ЛВС), рассматриваемых в следующих разделах.

Частные системы передачи информации, локальные вычислительные сети (лвс) и глобальные вычислительные сети (гвс)

Сети могут быть классифицированы по географическим признакам на локаль­ные сети и межрегиональные сети. Межрегиональные сети охватывают относи­тельно широкую географическую площадь, от нескольких миль до нескольких тысяч миль, тогда как локальные сети соединяют локальные ресурсы, такие как компьютеры и терминалы, в одном и том же отделе или здании фирмы. Локаль­ные сети состоят из частных систем передачи информации и собственно локаль­ных сетей.

Телефонные системы частного пользования

Частные системы передачи информации (РВХ) — это специальный компьютер, предназначенный для обработки и коммутации офисных телефонных звонков, поступающих на телефонный узел компании. Современные РВХ могут переда­вать речь и данные, образуя локальные сети. Системы РВХ могут хранить, пере­давать, удерживать и повторно набирать телефонные звонки, а также применять­ся для коммутации цифровой информации между компьютерами и офисными устройствами. С помощью сетей РВХ можно составить письмо, используя офис­ный ПК, вывести его на принтер, затем подключиться к локальному ксероксу, сделав несколько копий созданного вами письма.

Преимущество цифровых РВХ по сравнению с другими вариантами локаль­ных сетей проявляется в том, что они не требуют специального монтажа. ПК, под­ключенный к сети с помощью обычной телефонной линии, может свободно переме­щаться внутри здания. Поскольку поддержка РВХ осуществляется коммерческими провайдерами услуг, не требуется обращения к услугам специально подготовлен­ного персонала.

Р азмер сетей РВХ обычно ограничивается несколькими сотнями футов, хотя возможно объединение сетей РВХ, а также их подключение к сетям с коммутаци­ей пакетов (сети с переключением пакетов рассматривается в следующем разделе главы), благодаря чему охватывается большая площадь. Основной недостаток сетей РВХ проявляется в том, что они ограничены телефонными линиями, в ре­зультате чего невозможно передавать большие объемы данных.

Ring network (кольцевая сеть)

Сетевая топология, предусматривающая объединение компьютеров в виде замкнутого контура, организующего передачу данных в одном направлении (от одного компьютера к другому).

Private branch exchange (РВХ) (частная система передачи информации)

Централизованная коммутирующая система, обрабатывающая речевые и циф­ровые коммуникации внутри фирмы.

Local area network (Ian) (локальная сеть)

Телекоммуникационная сеть, требующая своих собственных выделенных ка­налов, которая охватывает ограниченную площадь (обычно в одном здании или в нескольких зданиях, находящихся в непосредственной близости друг от друга).

Локальные вычислительные сети

Локальная вычислительная сеть (ЛВС) (рис. 8.8) имеет ограниченные размеры (обычно в одном или нескольких зданиях, находящихся в непосредственной бли­зости друг от друга). Большинство ЛВС связывают устройства, которые находят­ся в пределах 2000-футового радиуса. Основное назначение — обеспечение связи между ПК. При организации ЛВС применяются собственные коммуникацион­ные каналы.

Локальные сети обеспечивают более высокие скорости передачи данных и по­лосу пропускания, чем сети РВХ. В процессе их построения применяется шинная или кольцевая топология. Этот вид сетей рекомендуется для приложений, гене­рирующих большой трафик, а также обладающих иными свойствами, требующи­ми большой полосы пропускания (например, в случае передачи видео и графики). Локальные сети часто применяются для объединения офисных ПК, благодаря чему обеспечивается совместное использование принтеров и других вычислитель­ных ресурсов. Еще одна область применения — объединение компьютеров и управ­ляемых ими машин на предприятиях.

Установка локальных сетей обходится дороже, чем сетей РВХ. Им также при­суща меньшая степень гибкости, поэтому приходится заново прокладывать кабе­ли и монтировать оборудование в случае переноса сетевых компьютеров. Добить­ся большей степени гибкости можно только путем формирования беспроводной ЛВС (соответствующий пример представлен в «Окне технологий»). Как прави­ло, администрирование, поддержка и управление локальных сетей осуществля-

ОКНО ТЕХНОЛОГИЙ

Эффективность работы Avis обеспечивается с помощью беспроводной ЛВС

Фирма Avis Group Holdings является лидером в области применения беспро­водной технологии в бизнесе, связанном с арендой автомобилей. В 1984 г. она снабдила свой многочисленный обслуживающий персонал карманными радиотерминалами, с помощью которых обеспечивался сбор данных об арен­дованных автомобилях, возвращаемых арендодателю. В настоящее время компания хочет ускорить процесс входного контроля клиентов и возвраща­емых автомобилей с помощью более мощной технологии передачи данных. В июле 2000 г. Avis начала устанавливать высокоскоростные беспроводные ЛВС в своих 700 отделениях, предоставляющих услуги по аренде автомоби­лей. Благодаря ЛВС персонал Avis может получать цифровые подписи и дан­ные о счетах от пользователей в режиме реального времени, а также пере­давать подписанные документы непосредственно в корпоративную систему фирмы. Данные о счетах сначала передаются в точки доступа беспроводной ЛВС, размещенные в аэропорту. Затем они передаются локальному ПК или серверу, который, в свою очередь, направляет их в корпоративную систему фирмы. Устаревшие карманные терминалы Avis обеспечивали скорость пере­дачи данных до 8 Кбит/с. Эта скорость была недостаточной для передачи электронных подписей, а также других приложений, которым присущ интен­сивный обмен данными. Новые беспроводные ЛВС обеспечивают скорость передачи данных до 11 Мбит/с. Новые портативные устройства также вклю­чают сканер штрих-кода и портативную клавиатуру, благодаря чему агенты Avis могут более гибко реагировать на ситуацию.

Фирма Symbol Technologies из Холтсвилля (штат Нью-Йорк) разработала технологию для новой беспроводной ЛВС, предусматривающую применение карманных терминалов Symbol модели 7500, функционирующих под управле­нием операционной системы Microsoft Windows СЕ. Выбор этих терминалов обусловлен целым рядом преимуществ (гибкость, программируемость и спо-

ются конечными пользователями. Поэтому им приходится достаточно много знать о телекоммуникационных приложениях и сетях.

Рисунок 8.8 иллюстрирует одну из моделей ЛВС. В данном случае сервер вы­ступает в роли некоего библиотекаря, который организует хранение программ и файлов данных для сетевых пользователей. Сервер определяет пользователей, уполномоченных на получение доступа, а также последовательность выполня­емых в этом случае действий. В качестве серверов используются мощные ПК, на которых установлены винчестеры большого объема, рабочие станции, средние компьютеры или мэйнфреймы. Могут также применяться специализированные компьютеры.

Сетевой шлюз соединяет ЛВС с общедоступными сетями (наподобие телефон­ной сети) или с другими корпоративными сетями, благодаря чему ЛВС может обмениваться данными с внешними сетями. Вообще говоря, шлюз — ^го комму­никационный процессор, объединяющий разнородные сети с помощью трансля-

собность к быстрому расширению). Avis не хотела замыкаться на чем-либо, что она не могла бы легко изменить. Например, Avis хотела бы внедрить бес­проводную технологию LAN в свой парк автобусов в аэропорту так, чтобы кли­енты могли осуществлять регистрацию, пока они продвигаются к офису Avis. Терминал на пригородном автобусе передавал бы данные в корпоративную систему Avis сразу же по приходе в сферу действия LAN, которая могла бы быть в нескольких сотнях футов.

В локальной вычислительной сети Symbol применяется стандарт Wireless Ethernet Compatibility Alliance, который поддерживается более чем 30 произ­водителями. Компания Avis может поддерживать партнерские отношения с фирмами, обеспечивающими общий доступ к беспроводной ЛВС, наподо­бие MobileStar Network Corporation (Ричардсон, штат Техас) и Waport Inc. (Остин, штат Техас). Эти фирмы установили беспроводные локальные сети в основных аэропортах, благодаря чему авиапассажиры получают высокоско­ростной доступ к Интернету за определенную плату. Если бы клиенты компа­нии Avis могли воспользоваться ее сетью, партнерское сотрудничество явля­лось бы источником определенных доходов. В компании также разрабатываются приложения беспроводных сетей, призванные оказать помощь в деле аренды автомобилей. Она лицензировала бортовую компьютерную систему OnStar от General Motors, управляемую голосом, с помощью которой водители могут по­лучать электронную почту или отчеты из Интернета, связанные с перемещени­ем транспортных средств. Компания также разрабатывает приложения, которые позволили бы клиентам использовать сотовые телефоны или беспроводные карманные компьютеры, позволяющие арендовать транспортные средства или составлять отчеты о пройденном километраже.

Информация к размышлению. Каким образом мобильные технологии и бес­проводные ЛВС поддерживают бизнес-стратегию Avis?

Источники: Bob Brewin. «/AWs Goes Wireless to Fuel Efficiency», Computerworld, July 24, 2000, Tischelle George. «Avis Avoids Mishaps on Acquisition Space», Information Week, September 11, 2000.

иии различных наборов протоколов. Маршрутизатор применяется для маршру­тизации пакетов данных, а также для определения точки в сети, являющейся адресатом пересылаемых данных.

Технология ЛВС предусматривает прокладку кабеля (витая пара, коаксиаль­ный или оптоволоконный кабель) или применение беспроводной технологии. Эти промежуточные элементы объединяют отдельные вычислительные устрой­ства, сетевые интерфейсные карты (специальные адаптеры, выполняющие роль интерфейсов для кабелей). Сюда также можно включить специальные програм­мы, обеспечивающие контроль функционирования ЛВС. Сетевая интерфейсная карта ЛВС определяет скорость передачи данных, размер пакетов сообщений, информацию об адресах, присоединенную к каждому сообщению, и топологию сети (например, Ethernet использует шинную топологию).

Возможности ЛВС также определяются сетевой операционной системой (СОС). Эта система может устанавливаться на каждом сетевом компьютере или

Gateway (шлюз)

Коммуникационный процессор, соединяющий разнородные сети, транслируя один набор протоколов в другой. Router (маршрутизатор)

Устройство, маршрутизирующее пакеты данных между сетями. Network operating system (NOS) (сетевая операционная система) Специальное программное обеспечение, выполняющее функции маршрути­затора, а также управляющее передачей сетевых сообщений и координирую­щее сетевые ресурсы.

Peer-to-peer network (одноранговая сеть)

Архитектура сети, предусматривающая равные возможности для всех компью­теров в сети; используется преимущественно в маленьких сетях. Wide area network (WAN) (глобальная сеть)

Телекоммуникационная сеть, охватывающая большие географические рас­стояния. Может включать ряд проводных, спутниковых и микроволновых ка­налов передачи данных.

Switched lines (коммутируемая линия)

Телефонные линии, доступные пользователю с терминала с целью передачи данных другому компьютеру (вызов маршрутизируется или направляется к це­ли по одному из доступных каналов).

же на выделенном сервере, используемом сетевыми приложениями. Сетевая опе­рационная система выполняет функции маршрутизации и управления сетевыми коммуникациями, а также координирует сетевые ресурсы. Примерами популяр­ных СОС могут служить Novell NetWare, Microsoft Windows 2000 Server, Win­dows 2000 Enterprise Server, а также OS/2 Warp Server от IBM.

Локальные сети могут быть клиент-серверной архитектуры, предусматри­вающей наличие сервера, который поддерживает данные и приложения для «клиентских» компьютеров в сети (гл. 5). Может также применяться одноран­говая архитектура, предусматривающая одинаковый статус для всех вычисли­тельных устройств (как правило, применяется для формирования небольших сетей). В этом случае каждый сетевой компьютер получает непосредственный доступ к другим компьютерам, а также становится возможным совместное ис­пользование периферийных устройств.

Глобальные вычислительные сети (ГВС)

Глобальные вычислительные сети (ГВС) могут простираться на большие расстоя­ния (от нескольких миль до масштабов целых континентов). Эти сети могут пред­ставлять собой комбинацию коммутируемых и выделенных линий, микровол­новых и спутниковых каналов связи. Коммутируемая линия — это обычная телефонная линия, доступ пользователя к которой с целью передачи данных дру­гому компьютеру обеспечивается с помощью терминала. В процессе установки соединения производится маршрутизация данных с помощью коммутации кана­лов. Выделенные линии (некоммутируемые линии) непрерывно доступны для передачи, и арендатор обычно платит определенную плату за общий доступ к ли-

нии. Линии могут быть арендованы или приобретены у провайдеров услуг (у част­ных продавцов коммуникационных средств). Большинство существующих ГВС является коммутируемыми. Сеть Amoco, используемая для передачи сейсмиче­ских данных (рис. 8.4), представляет типичный пример ГВС. Если отдельные коммерческие фирмы поддерживают свои собственные глобальные сети, фирма несет ответственность за управление и сопровождение сетей. Однако поддержка частных глобальных сетей обходится дорого, в результате чего оборотных средств фирмы может оказаться недостаточно. В подобных случаях компании могут об­ратиться к коммерческим сетевым службам, предоставляющим возможности по осуществлению передачи данных на большие расстояния.

Сетевые услуги и широкополосные технологии

Помимо топологических и географических признаков сети могут классифициро­ваться по типам предоставляемых ими услуг. Сети с дополнительными услугами (VAN)

Сети с дополнительными услугами представляют альтернативу решению, заклю­чающемуся в проектировании и управлении собственными сетями фирмы. Сети с дополнительными услугами (VAN) являются частными, многомаршрутными, передающими только данные, а также управляемые сторонними фирмами. Обра­щение к этим сетям способствует экономии средств, затрачиваемых на управле­ние и поддержку, поэтому они являются весьма популярными. Сеть с дополни­тельными услугами устанавливается компанией, которая несет все издержки по управлению. Сетевые услуги распространяются подписчикам, желающим ис­пользовать сеть. Подписчики платят только за трафик, а также вносят фиксиро­ванную плату за подписку. В этой сети могут применяться кабели витой пары, спутниковые каналы передачи данных, а также другие коммуникационные кана­лы, арендуемые владельцем сети.

Термин дополнительные услуги связан с дополнительными телекоммуникаци­онными и вычислительными услугами, предлагаемыми клиентам этих сетей. Кли­енты не должны инвестировать капитал в сетевое оборудование и программное обеспечение либо решать вопросы, связанные с проверкой наличия ошибок, ре­дактированием, маршрутизацией и преобразованием протоколов. Экономия, свя­занная с поддержкой линии и передачей данных, связана с тем, что эксплуата­ционные издержки разделяются между многими пользователями. Конечные издержки могут быть ниже, чем если бы клиенты должны были арендовать свои

Dedicated lines (выделенная линия)

Арендованная телефонная линия, обеспечивающая возможность непрерыв­ной передачи данных. Способна обеспечить высокую скорость передачи дан­ных, требуемую приложениями, генерирующими большой сетевой трафик. Value-added network (VAN) (сеть с дополнительными услугами)

Частная мультимаршрутная сеть, ориентированная на передачу данных (управ­ляемая сторонними провайдерами), услуги доступа к которой предоставля­ются на основе подписки.

линии или спутниковые услуги. (Содержание частной сети может быть наиболе! эффективно в отношении издержек для организаций, сталкивающихся с боль шим объемом сетевого трафика.) Международные представительства VAN вклю чают в свой штат людей со знанием языков, благодаря чему облегчается заключе ние договоров аренды с заинтересованными лицами. Другие сетевые услуги

Традиционная аналоговая телефонная услуга основана на технологии коммута­ции каналов, предусматривающей установку непосредственного соединения между двумя сетевыми узлами во время сеанса передачи данных. Передача дан­ных на большие расстояния с высокой скоростью и низкими затратами обеспечи­вается с помощью технологии коммутации пакетов. В частности, эта технология применяется в сетях VAN, а также в Интернете. Она предусматривает разбиение длинных текстовых блоков на маленькие, фиксированные наборы данных, кото­рые называются пакетами. (Стандарт Х.25, являющийся одним из вариантов реали­зации технологии коммутации пакетов, предусматривает использование 128-бай­товых пакетов.) Наравне с данными в состав каждого пакета входит информация, обеспечивающая его передачу по правильному адресу, а также проверку на нали­чие ошибок. Данные, принадлежащие разным пользователям, разбиваются на па­кеты, передаваемые через различные коммуникационные каналы. Затем осуще­ствляется передача пакета через сеть независимым образом. Пакеты данных, относящиеся к одному исходному сообщению, могут передаваться по различным сетевым каналам, прежде чем произойдет восстановление первоначального сооб­щения (по достижении места назначения). Технология коммутации пакетов ил­люстрируется на рис. 8.9.

Ретрансляция кадров является одним из видов совместно используемых сете­вых услуг. Она обеспечивает большую скорость передачи данных (до 1,544 Мбит/с), а также менее дорогостояща, чем технология коммутации пакетов. В процессе ее реализации на практике предусматривается разбиение данных на группы, напо­минающие пакеты, хотя при этом не выполняется коррекция ошибок. Техноло­гия ретрансляции кадров идеально подходит в случае надежных линий, которые не требуют частой повторной пересылки данных из-за возникающих ошибок.

Большинство современных корпораций применяют отдельные сети для пере­дачи речи, предоставления услуг, связанных с частными каналами, а также пере-

Packet switching (коммутация пакетов)

Технология, которая предусматривает разбиение блоков текста на меньшие по размеру фиксированные наборы данных, реализующая выбор наиболее экономичного маршрута с применением любого доступного коммуникацион­ного канала.

Frame relay (ретрансляция кадров)

Совместно используемая технология сетевых услуг, которая предусматрива­ет упаковку данных в наборы для передачи, но не использует подпрограммы коррекции ошибок. Является более дешевой и быстродействующей, чем тех­нология коммутации пакетов.

дачи данных, причем в каждом случае применяется своя технология. Некоторые возникающие в этом случае проблемы могут решаться с помощью услуги, назы­ваемой асинхронным режимом передачи данных (ATM). Благодаря этой техно­логии обеспечивается незаметное динамическое переключение между передава­емыми различными пользователями речи, данными, изображениями, а также видеороликами. Благодаря технологии ATM становится возможной интеграция локальных и глобальных сетей естественным образом (как правило, скорость пе­редачи данных в ЛВС меньше, чем в ГВС). Технологией ATM предусматривается разбиение данных на однородные ячейки, каждая из которых представляет собой 53 группы, включающие 8 байтов. Благодаря этому устраняется необходимость в преобразовании протоколов. Обеспечивается также передача данных между разнородными компьютерами на максимальной скорости, поддерживаемой се­тевой средой. При этом максимальная скорость передачи данных составляет

2,5 Гбит/с.

Цифровая сеть связи с комплексными услугами (ISDN) является междуна­родным стандартом коммутируемого доступа к сети, предусматривающим пере­дачу по одному сетевому каналу речи, данных, изображений, а также оказание услуг передачи видео. Существуют два уровня услуг ISDN: базовый уровень

Asynchronous transfer mode (ATM) (асинхронный режим передачи)

Сетевая технология, предусматривающая разделение информационного по­тока на восьмибайтовые слова, позволяя передавать данные между различ­ными компьютерами с применением разных скоростей передачи данных.