Обновлено: 02.07.2024

Компьютерная сеть (Computer NetWork) – это совокупность компьютеров и других устройств, соединенных линиями связи и обменивающихся информацией между собой в соответствии с определенными правилами – протоколом.

Протокол играет очень важную роль, поскольку недостаточно только соединить компьютеры линиями связи. Нужно еще добиться того, чтобы они "понимали" друг друга.

Основная цель сети – обеспечить пользователей потенциальную возможность совместного использования ресурсов сети. Ресурсами сети называют информацию, программы и аппаратные средства.

Преимущества работы в сети:

• Разделение дорогостоящих ресурсов – совместное использование периферийных устройств (лучше и дешевле купить один дорогой, но хороший и быстродействующий принтер и использовать его как сетевой чем к каждому компьютеру покупать дешевые, но плохие принтеры), разделение вычислительных ресурсов (возможность использования удаленного запуска программ).
• Совершенствование коммуникаций (доступ к удаленным БД, обмен информации)
• улучшение доступа к информации
• свобода в территориальном размещении компьютеров

Физическая среда передачи данных – может представлять собой кабель, т.е набор проводов, изоляционных и защитных оболочек и соединительных разъемов, а также земную атмосферу или космическое пространство, через которые распространяются электромагнитные волны

В зависимости от среды передачи данных линии связи разделяются на:

Кабельные

Радиоканалы наземной и спутниковой связи

Телефонные или телеграфные линии – провода без каких-либо изолирующих или экранирующих оплеток, проложенные между столбами и висящие в воздухе. Плохое качество связи

В компьютерных сетях используют три основных типа кабеля:

• Витая пара (экранированная и неэкранированная)
• Коаксиальный кабель
• Оптоволоконный

беспроводные линии связи

Наиболее перспективным в настоящее время – оптоволокно.

Классификации сетей:

1. По территориальному признаку

Локальные сети
LAN

Городские
(региональные) MAN

Глобальные сети
WAN

Сети компьютеров сосредоточены на небольшой территории (обычно в радиусе 1-2 км).
Обычно локальная сеть принадлежит одной организации.
Из-за коротких расстояний имеется возможность использовать относительно дорогие высококачественные линии связи, которые позволяют, применяя простые методы передачи данных достигать высоких скоростей обмена данными порядка 100 Мбит/с (мегабит)

Промежуточное положение между л.с и г.с. Обладают качественными линиями связи, скорость обмена иногда даже выше чем в классических локальных сетях

Объединяют компьютеры, рассредоточенные на расстоянии сотен и тысяч километров. Часто используют не очень качественные линии связи. Более низкие, чем в локальных сетях скорость передачи данных десятки килобит в секунду
Для устойчивой передачи данных применяются более сложные методы и оборудование

2. По типу функционального взаимодействия

Точка - точка

Сеть точка-точка — простейший вид компьютерной сети, при котором два компьютера соединяются между собой напрямую через коммуникационное оборудование. Достоинством такого вида соединения является простота и дешевизна, недостатком — соединить таким образом можно только 2 компьютера и не больше. Часто используется когда необходимо быстро передать информацию с одного компьютера, например, ноутбука, на другой.

Клиент-сервер (Сlient/Server) — сетевая архитектура, в которой устройства являются либо клиентами, либо серверами. Клиентом (front end) является запрашивающая машина (обычно ПК), сервером (back end) — машина, которая отвечает на запрос. Оба термина (клиент и сервер) могут применяться как к физическим устройствам, так и к программному обеспечению.

Сеть с выделенным сервером (Сlient/Server network) — это локальная вычислительная сеть (LAN), в которой сетевые устройства централизованы и управляются одним или несколькими серверами. Индивидуальные рабочие станции или клиенты (такие, как ПК) должны обращаться к ресурсам сети через сервер(ы).

Одноранговая сеть

Одноранговые, децентрализованные или пиринговые (peer-to-peer, P2P — равный с равным) сети — это компьютерные сети, основанные на равноправии участников. В таких сетях отсутствуют выделенные серверы, а каждый узел (peer) является как клиентом, так и сервером. В отличие от архитектуры клиент-сервер, такая организация позволяет сохранять работоспособность сети при любом количестве и любом сочетании доступных узлов.

3. По топологии физических связей – по способу соединения компьютеров между собой

Под топологией вычислительной сети понимается конфигурация графа, вершинам которого соответствуют компьютеры сети (а иногда и другое оборудование), а ребрами - физические связи между ними.

Полносвязная топология – каждый компьютер связан со всеми остальными. Громоздкий и неэффективный вариант, т.к. каждый компьютер должен иметь большое кол-во коммуникационных портов.

Ячеистая топология – получается из полносвязной путем удаления некоторых связей. Непосредственно связываются только те компьютеры, между которыми происходит интенсивный обмен данными. Даная топология характерна для глобальных сетей

Общая шина – до недавнего времени самая распространенная топология для локальных сетей. Компьютеры подключаются к одному коаксиальному кабелю. Дешевый и простой способ, недостатки – низкая надежность. Дефект кабеля парализует всю сеть. Дефект коаксиального разъема редкостью не является

Кольцевая топология – данные передаются по кольцу от одного компьютера к другому, если компьютер распознает данные как свои, он копирует их себе во внутренний буфер.

Топология Звезда – каждый компьютер отдельным кабелем подключается к общему устройству – концентрат (хаб). Главное преимущество перед общей шиной – большая надежность. Недостаток – высокая стоимость оборудования и ограниченное кол-во узлов в сети (т.к. концентрат имеет ограниченное число портов)

Иерархическая Звезда (древовидная топология, снежинка) – топология типа звезды, но используется несколько концентратов, иерархически соединенных между собой связями типа звезда. Самый распространенный способ связей как в локальных сетях, так и в глобальных.

Выбор топологии электрических связей существенно влияет на многие характеристики сети. Например, Наличие резервных связей повышает надежность сети.

Организация совместного использования линий связи

Только в сети с полносвязной топологией для соединения каждой пары компьютеров имеется отдельная линия связи. Во всех остальных случаях возникает вопрос о том, как организовать совместное использование линий связи несколькими компьютерами.

В вычислительных сетях используют как индивидуальные линии связи между компьютерами, так и разделяемые, когда одна линия связи попеременно используется несколькими компьютерами.

Существуют различные технологии организации сети:

Ethernet – (эзернет) – это наиболее популярная сетевая технология, используемая для создания локальных сетей. Основной принцип, положенный в основу – случайный метод доступа к разделяемой среде передачи данных. В качестве такой среды может использоваться коаксиальный кабель, витая пара, оптоволокно или радиоволны. Топология электрических связей – общая шина.

Суть метода случайного доступа в следующем – передающий информацию компьютер вначале убеждается, что сеть свободна, потом передает информацию. Ее принимают все другие компьютеры. Если информация предназначена им (они анализируют адрес назначения), то они ее копируют.

Главное достоинство сети Ethernet – экономичность – достаточно иметь сетевые адаптеры на компьютерах и кусок коаксиального кабеля.

Token Ring – кольцевая сеть, каждый узел кольца ожидает прибытие пакета информации адресованного ему.

Однако в последние годы наметилась тенденция отказа от разделяемых сред передачи данных. Это связано с низкой производительностью таких сетей. Компьютеры подключаются индивидуальными линиями связи к специальному устройству - коммутатору. Следует подчеркнуть, что связи между компьютерами остаются разделяемыми.

В глобальных сетях отказ от разделяемых линий связи объясняется техническими причинами: компьютеры могут затратить больше времени на переговоры о том, кому сейчас можно использовать линии связи, чем непосредственно на передачу данных по линии связи.

Логическая структуризация сети

Для организации локальной сети с небольшим количеством компьютером (10-30) чаще всего используется одна из типовых топологий (общая шина, кольцо, звезда или полносвязная сеть). Данные топология обладают свойством однородности – все компьютеры обладают одинаковыми правами в отношении доступа к другим компьютерам (за исключениям центрального компьютера при соединении звезда). Однородность структуры позволяет легко увеличивать число компьютеров, облегчает обслуживание и эксплуатацию сети. Однако данные типологии обладают и рядом недостатков:
имеются ограничения на

• Длину связи между двумя узлами
• На количество узлов в сети
• На интенсивность трафика

Для снятия этих ограничений используется специальные методы структуризации сети и специальное структурообразующее оборудование – повторители, концентраторы, мосты, коммутаторы, маршрутизаторы. Данное оборудование называется коммуникационным, с его помощью отдельные сегменты сети взаимодействуют друг с другом.

Физическая структуризация сети

Повторитель – простейшее коммуникационное устройство, используется для физического соединения различных сегментов кабеля локальной сети с целью увеличения общей длины сети. Повторитель улучшает качество передаваемого сигнала (восстановление мощности, амплитуды сигналов и пр.)

Повторитель, который имеет несколько портов и соединяет несколько физических сегментов, часто называют концентратором или хабом.

Добавление в сеть концентратора всегда изменяет физическую топологию сети, но при этом оставляет без изменений ее логическую топологию.

В большой сети (необязательно глобальной) возникает необходимость логического разделения потока информации – нет необходимости передавать информацию на всю сеть и тем самым занимать ее. Потоки информации часто можно логически разделить.

Например, в рассмотренном выше примере желательно чтобы информация которой обмениваются компьютеры отдела 1 выходила бы за пределы этой части сегмента только в том случае, сели эта информация предназначена только для какого-либо компьютера из другого отдела.

Для логической структуризации сети используются такие коммуникативные устройства как мосты, коммутаторы, маршрутизаторы, и шлюзы.

Мост – делит разделяемую среду передачи сети на части (часто называемые логическими сегментами), передавая информацию из одного сегмента в другой только в том случае, если такая передача действительно необходима, то есть если адрес компьютера назначения принадлежит другой подсети. Тем самым мост изолирует трафик одной подсети от трафика другой, повышая общую производительность передачи данных в сети. До конкретного получателя мост пакет не доводит.

Локализация трафика не только экономит пропускную способность, но и уменьшает возможность несанкционированного доступа к данным, так как кадры не выходят за пределы своего сегмента, и злоумышленнику сложнее перехватить их.

Коммутатор (switch) по принципу обработки кадров от моста практически ничем не отличается. Единственное его отличие состоит в том, что он является своего рода коммуникационным мультипроцессором, так как каждый его порт оснащен специализированной микросхемой, которая обрабатывает кадры по алгоритму моста независимо от микросхем других портов. За счет этого общая производительность коммутатора обычно намного выше производительности традиционного моста, имеющего один процессорный блок. Можно сказать, что коммутаторы — это мосты нового поколения, которые обрабатывают кадры в параллельном режиме.

Маршрутизатор – более эффективно изолирует трафик отдельных сегментов друг от друга. кроме локализации трафика маршрутизаторы выполняют еще много других полезных функций. Маршрутизатор осуществляет пересылку пакета по определенному маршруту. Алгоритмы определения оптимальных маршрутов придают маршрутизаторам более высокий “интеллект” по сравнению с мостами. Это позволяет:

• избегать больших задержек при передаче пакетов, выбирая альтернативные пути;
• динамически изменять маршруты при отказе каналов или больших нагрузках в сети;
• уменьшать стоимость передачи за счет выбора альтернативных путей.

Шлюз – используется для объединения сетей с разными типами программного и аппаратного обеспечения.

Глобальные сети.

Лучшим примером ГС – Интернет, однако существуют и другие, например Фидонет. Интернет это коммерческая сеть. Фидонет некоммерческая.

com – домен верхнего уровня
example – домен второго уровня
www – домен третьего уровня

Впервые появились в январе 1985 года, тогда таковых было 6:

— для коммерческих сайтов — для образовательных сайтов — для сайтов государственных организаций США — для сайтов, чья деятельность связана с Сетью — для некоммерческих организаций — для военных организаций США

Существуют национальные домены верхнего уровня:
Ru – Россия, uk – Великобритания

World Wide Web (www)

Браузеры

Возможности

Язык HTML позволяет размечать в тексте:

Смысловую роль текстового блока (например: логическое ударение, заголовок (от первого до шестого уровня), параграф, пункт списка и др.), который обрабатывается браузером в соответствии со смыслом (например, в голосовых браузерах — изменение интонации, в графических — выделением курсивом, и т. п.) или настройками пользователя.

Под сетью мы подразумеваем любое количество независимых систем, которые связаны друг с другом таким образом, чтобы обеспечить обмен данными.

Системы, соединенные друг с другом, должны иметь физическое соединение, а также логику, которая создается через определенные сетевые протоколы, такие как TCP (протокол управления передачей). Соединение двух компьютеров достаточно, чтобы считаться сетью.

Сети сконфигурированы специфической целью - это может быть передача данных из одной системы в другую или создание общих ресурсов, таких как серверы, базы данных или принтеры. В зависимости от размера и диапазона компьютерной системы можно различать различные размеры сети . Среди наиболее важных типов сетей:

Персональная сеть (PAN)

Локальная сеть (LAN)

Столичная зона (MAN)

Глобальная сеть (WAN)

Глобальная зональная сеть (GAN)

Физическое соединение, которое лежит в основе этих типов сетей, может быть реализовано кабелем или радиоволнами (радиотехника). Часто физические сети связи устанавливают необходимые условия для нескольких сетей логических соединений, так называемых виртуальных частных сетей (VPN).

Каждый тип сети был разработан для конкретных секторов использования, основан на разных методах и стандартах и ​​поэтому имеет разные преимущества и ограничения.

Персональная сеть (PAN)

Современные устройства, такие как смартфоны, планшеты, ноутбуки или настольные компьютеры, могут быть подключены к сети ad hoc, для обеспечения обмена данными. Когда соединение подключено, это называется Личной сетью (PAN). В этом случае наиболее распространенными способами передачи являются USB или FireWire.

Беспроводный вариант персональной сети (WPAN) основан на таких технологиях, как Bluetooth, беспроводной USB, Insteon, IrDA, ZigBee или Z-Wave. Беспроводная персональная сеть, работающая через Bluetooth, называется пикосети . Соединения PAN и WPAN обычно расширяются на несколько метров и поэтому не подходят для подключения устройств в разных помещениях или в других зданиях.

Помимо связи между двумя терминалами, персональная сеть также позволяет подключаться к другим более крупным сетям. В этом случае мы говорим о восходящей линии связи . Из-за ограниченного диапазона и одинаково низкой скорости передачи данных сети PAN в основном используются для подключения периферийных устройств в области хобби и развлечений. Типичными примерами являются беспроводные наушники, игровые консоли и цифровые камеры. В сети Интернета (IoT) сети WPAN используются для функций управления и мониторинга с низкой скоростью передачи данных. Протоколы, такие как Insteon, Z-Wave и ZigBee, были разработаны специально для умных домов и домашней автоматизации.

Локальная сеть (LAN)

Обычно несколько компьютеров соединены вместе в одной сети через локальную сеть (LAN). Локальная сеть этого типа может подключать два компьютера в частном доме, а также подключать к ней тысячи устройств. Даже сети государственных учреждений, таких как административные здания, школы или университеты, реализуются через ЛВС. Широко используемым стандартом для локальных сетей с кабельным подключением является Ethernet. Протоколы для локальных сетей, таких как ARCNET, FDDI и Token Ring, менее используются и явно устарели. Передача данных осуществляется электронным способом через медные или волоконно-оптические кабели.

Если в локальной сети подключено более двух компьютеров, необходимы дополнительные сетевые компоненты, такие как концентраторы, мосты и коммутаторы, которые действуют как соединяющие элементы и узлы подключения. ЛВС была разработана для быстрой передачи больших объемов данных. В зависимости от структуры сети и используемой среды передачи, передача данных по ЛВС обычно составляет от 10 до 1000 Мбит/с. Сетевые сети позволяют легко обмениваться информацией между различными устройствами, подключенными друг к другу в сети. Обычно в компаниях через локальную сеть файловые серверы, принтеры или программы становятся доступными для нескольких компьютеров.

Когда локальная сеть создается радиоволнами, она называется беспроводной локальной сетью (WLAN). Технические основы стандартов WLAN определены в стандарте IEEE 802.11. Беспроводные локальные сети предлагают возможность удобного подключения устройств к вашей домашней или корпоративной сети и совместимы с сетями LAN, подключенными через кабель Ethernet. Однако передача данных остается ниже, чем у Ethernet-соединения.

Столичная зона (MAN)

Сеть Metropolitan Area (MAN), который по - итальянски можно перевести как беспроводной городской сети, определяется как сеть широкополосной связи, подключения географически близлежащих локальных сетей. Обычно это отдельные филиалы компании, которые подключены к MAN через аренду выделенных линий . Для этого используются эффективные маршрутизаторы и высокопроизводительные волоконно-оптические соединения, которые обеспечивают большую передачу данных, чем Интернет. Скорость передачи между двумя удаленными узлами сопоставима с внутренней связью локальной сети.

Инфраструктура сетей MAN предоставляется поставщиками, работающими на международном уровне. Города с проводкой MAN также подключаются к надрегиональным сетям, называемым глобальной сетью (WAN) , и международным сетям , которые называются Глобальной сетевой сетью (GAN).

С помощью Ethernet-измерителя , использующего технологию Carrier Ethernet (CE 1.0) или Carrier Ethernet 2.0 (CE 2.0), появилась специальная технология передачи для MAN, с помощью которой создается так называемый Metropolitan Ethernet Сеть (MEN) , высокая производительность.

Благодаря стандартам IEEE 802.16 беспроводная городская сеть (WMAN) также регулировалась для крупных региональных радиосетей, и благодаря известной технологии, известной как WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access), можно создать так называемый WiFi Hotspot. Точки доступа Wi-Fi определяются как точки доступа WiFi в разных частях города. Помимо предоставления возможности подключения к Интернету в обширных районах города, WMAN также предлагают эффективное подключение к Интернету потенциальным клиентам в регионах с отсутствием инфраструктуры. Фактически, передача DSL технически связана с подключением медных кабелей; там, где их нет, соединение через DSL невозможно.

Глобальная сеть (WAN)

В то время как столичные территориальные сети связывают точки друг с другом в сельских районах или крупных городах, глобальные сети (WAN) распространяются на более широкую территорию, такую ​​как целые страны и континенты. Число локальных сетей или отдельных компьютеров, которые могут быть подключены к одной глобальной сети, теоретически неограниченно.

Хотя сети LAN и MAN реализованы через кабели Ethernet из-за географической близости подключаемых устройств, WAN использует различные методы, такие как IP / MPLS (многопротокольная коммутация меток), PDH (плексиохронная цифровая иерархия), SDH (синхронный цифровой Иерархия), SONET (синхронная оптическая сеть), ATM (режим асинхронной передачи) и редко все еще устаревший X.25.

Широкополосные сети в основном принадлежат определенной организации или компании и управляются в частном порядке или сдаются в аренду . Кроме того, провайдеры интернет-услуг (ISP) используют WAN для подключения корпоративных сетей и конечных пользователей к Интернету.

Глобальная зональная сеть (GAN)

Универсальная сеть, которая является Интернетом определяется как Globe Area Network (GAN). Однако такая сеть, как Интернет, не единственная в своем роде. Есть компании, которые управляют закрытыми сетями, которые включают в себя несколько WAN, и поэтому они могут подключать свои компьютеры по всему миру. GAN используют волоконно-оптические WAN-инфраструктуры и подключают их через международные подводные кабели или спутниковые передачи.

Виртуальная частная сеть (VPN)

Virtual Private Network (VPN) представляет собой виртуальную сеть связи с использованием инфраструктуры физической сети, для подключения системы в аналоговой форме. Однако это может быть любая из сетей, описанных выше. Обычно это сеть, использующая Интернет как средство транспорта , соединяющая почти все компьютеры по всему миру и доступные бесплатно, в отличие от MAN или WAN, которые находятся в частной собственности. Передача данных осуществляется через виртуальный туннель, который служит для установления соединения между VPN-клиентом и VPN-сервером.

Для обеспечения конфиденциальности данных виртуальные частные сети обычно шифруются . Цель использования VPN - это, как правило, подключение нескольких локальных сетей в Интернете или разрешение удаленного доступа к сети или одному компьютеру через общедоступное соединение.

Показатели

Существует ряд принципов построения ЛВС на основе выше рассмотренных компонентов. Такие принципы еще называют топологиями.

Топологии вычислительных сетей.

Компьютерную сеть представляют как совокупность узлов (компьютеров и сетевого оборудования) и соединяющих их ветвей (каналов связи). Ветвь сети — это путь, соединяющий два смежных узла. Различают узлы оконечные, расположенные в конце только одной ветви, промежуточные, расположенные на концах более чем одной ветви, и смежные — такие узлы соединены по крайней мере одним путём, не содержащим никаких других узлов. Компьютеры могут объединяться в сеть разными способами.

Логический и физический способы соединения компьютеров, кабелей и других компонентов, в целом составляющих сеть, называется ее топологией. 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.

Топология типа “звезда”.

Концепция топологии сети в виде звезды пришла из области больших ЭВМ, в которой головная машина получает и обрабатывает все данные с периферийных устройств как активный узел обработки данных. Этот принцип применяется в системах передачи данных, например, в электронной почте сети R el C om . Вся информация между двумя периферийными рабочими местами проходит через центральный узел вычислительной сети.

Рис. 7. Структура топологии ЛВС в виде “звезды”.

Пропускная способность сети определяется вычислительной мощностью узла и гарантируется для каждой рабочей станции. Коллизий (столкновений) данных не возникает.

Кабельное соединение довольно простое, так как каждая рабочая станция связана с узлом. Затраты на прокладку кабелей высокие, особенно когда центральный узел географически расположен не в центре топологии.

При расширении вычислительных сетей не могут быть использованы ранее выполненные кабельные связи: к новому рабочему месту необходимо прокладывать отдельный кабель из центра сети.

Топология в виде звезды является наиболее быстродействующей из всех топологий вычислительных сетей, поскольку передача данных между рабочими станциями проходит через центральный узел (при его хорошей производительности) по отдельным линиям, используемым только этими рабочими станциями. Частота запросов передачи информации от одной станции к другой невысокая по сравнению с достигаемой в других топологиях.

Производительность вычислительной сети в первую очередь зависит от мощности центрального файлового сервера. Он может быть узким местом вычислительной сети. В случае выхода из строя центрального узла нарушается работа всей сети.

Центральный узел управления – файловый сервер реализует оптимальный механизм защиты против несанкционированного доступа к информации. Вся вычислительная сеть может управляться из ее центра.

При кольцевой топологии сети рабочие станции связаны одна с другой по кругу, т.е. рабочая станция 1 с рабочей станцией 2, рабочая станция 3 с рабочей станцией 4 и т.д. Последняя рабочая станция связана с первой. Коммуникационная связь замыкается в кольцо.

Рис. 8. Структура кольцевой топологии ЛВС.

Прокладка кабелей от одной рабочей станции до другой может быть довольно сложной и дорогостоящей, особенно если географическое расположение рабочих станций далеко от формы кольца (например, в линию).

Основная проблема при кольцевой топологии заключается в том, что каждая рабочая станция должна активно участвовать в пересылке информации, и в случае выхода из строя хотя бы одной из них вся сеть парализуется. Неисправности в кабельных соединениях локализуются легко.

Подключение новой рабочей станции требует кратко срочного выключения сети, так как во время установки кольцо должно быть разомкнуто. Ограничения на протяженность вычислительной сети не существует, так как оно, в конечном счете, определяется исключительно расстоянием между двумя рабочими станциями.

Специальной формой кольцевой топологии является логическая кольцевая сеть. Физически она монтируется как соединение звездных топологий. Отдельные звезды включаются с помощью специальных коммутаторов (англ. Hub – концентратор), которые по-русски также иногда называют “хаб”. В зависимости от числа рабочих станций и длины кабеля между рабочими станциями применяют активные или пассивные концентраторы. Активные концентраторы дополнительно содержат усилитель для подключения от 4 до 16 рабочих станций. Пассивный концентратор является исключительно разветвительным устройством (максимум на три рабочие станции). Управление отдельной рабочей станцией в логической кольцевой сети происходит так же, как и в обычной кольцевой сети. Каждой рабочей станции присваивается соответствующий ей адрес, по которому передается управление (от старшего к младшему и от самого младшего к самому старшему). Разрыв соединения происходит только для нижерасположенного (ближайшего) узла вычислительной сети, так что лишь в редких случаях может нарушаться работа всей сети.

Рис. 9. Структура логической кольцевой цепи ЛВС.

При шинной топологии среда передачи информации представляется в форме коммуникационного пути, доступного дня всех рабочих станций, к которому они все должны быть подключены. Все рабочие станции могут непосредственно вступать в контакт с любой рабочей станцией, имеющейся в сети.

Рис.10. Структура шинной топологии ЛВС.

Рабочие станции в любое время, без прерывания работы всей вычислительной сети, могут быть подключены к ней или отключены. Функционирование вычислительной сети не зависит от состояния отдельной рабочей станции.

В стандартной ситуации для шинной сети Ethernet часто используют тонкий кабель или Cheapernet –кабель с тройниковым соединителем. Отключение и особенно подключение к такой сети требуют разрыва шины, что вызывает нарушение циркулирующего потока информации и зависание системы.

Новые технологии предлагают пассивные штепсельные коробки, через которые можно отключать и/или подключать рабочие станции во время работы вычислительной сети.

Благодаря тому, что рабочие станции можно подключать без прерывания сетевых процессов и коммуникационной среды, очень легко прослушивать информацию, т.е. ответвлять информацию из коммуникационной среды.

В ЛВС с прямой (не модулируемой) передачей информации всегда может существовать только одна станция, передающая информацию. Для предотвращения коллизий в большинстве случаев применяется метод разделения, согласно которому для каждой подключенной рабочей станции в определенные моменты времени предоставляется исключительное право на использование канала передачи данных. Поэтому требования к пропускной способности вычислительной сети при повышенной нагрузке повышаются, например, при вводе новых рабочих станций. Рабочие станции присоединяются к шине посредством устройств ТАР (англ. Terminal Access Point – точка подключения терминала). ТАР представляет собой специальный тип подсоединения к коаксиальному кабелю. Зонд игольчатой формы внедряется через наружную оболочку внешнего проводника и слой диэлектрика к внутреннему проводнику и присоединяется к нему.

Основные характеристики трех наиболее типичных типологий вычислительных сетей приведены в таблице № 2.

Основные характеристики топологий вычислительных сетей.

Характеристики

Топологии вычислительных сетей

Защита от отказов

Защищенность от прослушивания

Поведение системы при высоких нагрузках

Возможность работы в реальном режиме времени

Древовидная структура ЛВС.

Наряду с известными топологиями вычислительных сетей “кольцо”, “звезда” и “шина”, на практике применяется и комбинированная, на пример древовидна структура. Она образуется в основном в виде комбинаций вышеназванных топологий вычислительных сетей. Основание дерева вычислительной сети (корень) располагается в точке, в которой собираются коммуникационные линии информации (ветви дерева).

Вычислительные сети с древовидной структурой применяются там, где невозможно непосредственное применение базовых сетевых структур в чистом виде. Для подключения большого числа рабочих станций соответственно адаптерным платам применяют сетевые усилители и/или коммутаторы. Коммутатор, обладающий одновременно и функциями усилителя, называют активным концентратором.

На практике применяют две их разновидности, обеспечивающие подключение соответственно восьми или шестнадцати линий.

Устройство к которому можно присоединить максимум три станции, называют пассивным концентратором. Пассивный концентратор обычно используют как разветвитель. Он не нуждается в усилителе. Предпосылкой для подключения пассивного концентратора является то, что возможное максимальное расстояние до рабочей станции не должно превышать нескольких десятков метров.

Рис.6. Древовидная структура ЛВС

Архитектура сети

Важнейшая характеристика компьютерной сети — её архитектура.

Локальная сеть Token Ring

Этот стандарт разработан фирмой IBM. В качестве передающей среды применяется неэкранированная или экранированная витая пара (англ. UPT или SPT) или оптоволокно. Скорость передачи данных 4 Мбит/с или 16Мбит/с. В качестве метода управления доступом станций к передающей среде используется метод – маркерное кольцо (англ. То ken Ring ). Основные положения этого метода:

все устройства, подключенные к сети, могут передавать данные, только получив разрешение на передачу (маркер);

В I ВМ То ken Ring используются три основных типа пакетов:

С помощью такого пакета выполняется передача данных или команд управления работой сети.

Станция может начать передачу данных только после получения такого пакета, В одном кольце может быть только один маркер и, соответственно, только одна станция с правом передачи данных.

Посылка такого пакета называет прекращение любых передач.

В сети можно подключать компьютеры по топологии звезда или кольцо.

Локальная сеть ArcNet .

ArcNet (англ. Attached Resource Computer Network ) – простая, недорогая, надежная и достаточно гибкая архитектура локальной сети. Разработана корпорацией Datapoint в 1977 году. Впоследствии лицензию на ArcNet приобрела корпорация S MC (англ. Standard Microsystems Corporation ), которая стала основным разработчиком и производителем оборудования для сетей ArcNet. В качестве передающей среды используются витая пара, коаксиальный кабель (RG–62) с волновым сопротивлением 93 Ом и оптоволоконный кабель. Скорость передачи данных – 2,5 Мбит/с, существует также расширенная версия – ArcNetplus – поддерживает передачу данных со скоростью 20 Мбит/с. При подключении устройств в ArcNet применяют топологии шина и звезда. Метод управления доступом станций к передающей среде – маркерная шина (англ. Token Bus ). Этот метод предусматривает следующие правила:

Основные принципы работы.

Передача каждого байта в ArcNet выполняется специальной посылкой ISU (англ. Information Symbol Unit – единица передачи информации), состоящей из трех служебных старт/стоповых битов и восьми битов данных. В начале каждого пакета передается начальный разделитель АВ (англ. Alert Burst ), который состоит из шести служебных битов. Начальный разделитель выполняет функции преамбулы пакета.

В ArcNet определены 5 типов пакетов:

Пакет ITT (англ. Information to Transmit) – приглашение к передаче . Эта посылка передает управление от одного узла сети к другому. Станция, принявшая этот пакет, получает право на передачу данных.

Пакет FBE (англ. Free Buffer Enquiries ) – запрос о готовности к приему данных. Этим пакетом проверяется готовность узла к приему данных.

Пакет АСК (англ. ACKnowledgments ) – подтверждение приема. Подтверждение готовности к приему данных или подтверждение приема пакета данных без ошибок, т.е. в ответ на FBE и пакет данных.

Пакет NAK (англ. Negative AcKnowledgments ) – неготовность к приему. Неготовность узла к приему данных (ответ на FBE) или принят пакет с ошибкой.

В сети ArcNet можно использовать две топологии: “звезда” и “шина”.

Локальная сеть Ethernet

Спецификацию Ethernet в конце семидесятых годов предложила компания Xerox Corporation . Позднее к этому проекту присоединились компании Digital Equipment Corporation ( DEC ) и Intel Corporation . В 1982 году была опубликована спецификация на Ethernet версии 2.0. На базе Ethernet институтом IEEE был разработан стандарт IEEE 802.3. Различия между ними незначительные.

Основные принципы работы.

На логическом уровне в Ethernet применяется топология шина:

все устройства, подключенные к сети, равноправны, т.е. любая станция может начать передачу в любой момент времени (если передающая среда свободна);

Основные характеристики сетей по методам передачи информации.

Методы передачи информации

Локальная типа “шина”

Кольцевая или типа “звезда”

Наборы сегментов типа “звезда”

Экранированная или неэкранированная витая пара

RG –62 или RG –59

100 – 200 Ом UTP , 150 Ом TP

Максимальная длина кабеля в сегменте

45 – 200 м (в зависимости от используемого кабеля)

В зависимости от используемого кабеля, но в среднем:

Минимальный промежуток между соседними компьютерами

В зависимости от используемого кабеля

Максимальное количество соединенных сегментов

33 устройства MAU

Не поддерживает соединения сегментов

Максимальное количество компьютеров в сегменте

Неэкранированная витая пара: 72 рабочих станции на концентратор, при использовании экранированной витой пары – 260 рабочих станций на концентратор

В зависимости от используемого кабеля

Локальная сеть FDDI (Fiber Distributed Data Interface)

Локальная сеть c сетевой архитектурой 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.

Локальная сеть АТМ (Asynchronous Transfer Mode)

Локальная сеть с дорогой архитектурой обеспечивает передачу цифровых данных, видеоинформации и голоса по одним и тем же линиям. Скорость передачи до 2,5 Гбит/сек. Линии связи оптические.

Сетевые операционные системы для локальных сетей.

В современных NOS применяют три основных подхода к организации управления ресурсами сети.

Первый – это Таблицы Объектов (англ. Bindery ). Используется в сетевых операционных системах NetWare 28б и NetWare 3. XX . Такая таблица находится на каждом файловом сервере сети. Она содержит информацию о пользователях, группах, их правах доступа к ресурсам сети (данным, сервисным услугам, печати через сетевой принтер и т.п.). Такая организация работы удобна, если в сети только один сервер. В этом случае требуется определить и контролировать только одну информационную базу. При расширении сети, добавлении новых серверов объем задач по управлению ресурсами сети резко возрастает. Администратор системы вынужден на каждом сервере сети определять и контролировать работу пользователей. Абоненты сети, в свою очередь, должны точно знать, где расположены те или иные ресурсы сети, а для получения доступа к этим ресурсам – регистрироваться на выбранном сервере. Конечно, для информационных систем, состоящих из большого количества серверов, такая организация работы не подходит.

Второй подход используется в LANServer и Windows NT Server – Структура Доменов (англ. Domain ). Все ресурсы сети и пользователи объединены в группы. Домен можно рассматривать как аналог таблиц объектов (англ. bindery ), только здесь такая таблица является общей для нескольких серверов, при этом ресурсы серверов являются общими для всего домена. Поэтому пользователю для того чтобы получить доступ к сети, достаточно подключиться к домену (зарегистрироваться), после этого ему становятся доступны все ресурсы домена, ресурсы всех серверов и устройств, входящих в состав домена. Однако и с использованием этого подхода также возникают проблемы при построении информационной системы с большим количеством пользователей, серверов и, соответственно, доменов, например, сети для предприятия или большой разветвленной организации. Здесь эти проблемы уже связаны с организацией взаимодействия и управления несколькими доменами, хотя по содержанию они такие же, как и в первом случае.

Третий подход – Служба Наименований Директорий или Каталогов (англ. Directory Name Services – DNS) лишен этих недостатков . Все ресурсы сети: сетевая печать, хранение данных, пользователи, серверы и т.п. рассматриваются как отдельные ветви или директории информационной системы. Таблицы, определяющие DNS, находятся на каждом сервере. Это, во–первых, повышает надежность и живучесть системы, а во-вторых, упрощает обращение пользователя к ресурсам сети. Зарегистрировавшись на одном сервере, пользователю становятся доступны все ресурсы сети. Управление такой системой также проще, чем при использовании доменов, так как здесь существует одна таблица, определяющая все ресурсы сети, в то время как при доменной организации необходимо определять ресурсы, пользователей, их права доступа для каждого домена отдельно.

В настоящее время наиболее распространенными сетевыми операционными системами являются NetWare 3. XX и 4. XX ( Novell Inc .), Windows N Т Server 3.51 и 4.00 ( Microsoft Corp .) и LAN Server ( I ВМ Со r р.).

Рассмотрим более подробно возможности этих и некоторых других сетевых операционных систем и требования, которые они предъявляют к программному и аппаратному обеспечению устройств сети.

LAN Server, IВМ Соrр.

Целостная операционная система с широким набором услуг. Работает на базе O S/2, поэтому сервер может быть невыделенным (англ. nondedicated ). Обеспечивает взаимодействие с иерархическими системами, поддерживает межсетевое взаимодействие.

Выпускаются две версии LAN Server : Entry и Advanced . Advanced в отличие от Entry поддерживает высокопроизводительную файловую систему (англ. High Performance File System – HPFS). Она включает системы отказоустойчивости (англ. Fail Tolerances ) и секретности (англ. Local Security ).

Серверы и пользователи объединяются в домены. Серверы в домене работают как единая логическая система. Все ресурсы домена доступны пользователю после регистрации в домене. В одной кабельной системе могут работать несколько доменов. При использовании на рабочей станции OS/2 ресурсы этих станций доступны пользователям других рабочих станций, но только одному в данное время. Администратор может управлять работой сети только с рабочей станции, на которой установлена операционная система OS/2. LAN Server поддерживает удаленную загрузку рабочих станций DOS, OS/2 и Windows (англ. Remote Interface Procedure Load – RIPL).

Компьютерная сеть — это группа (два и более) компьютеров, соединенных каналами передачи данных.

Компьютерные сети обеспечивают:

— быстрый обмен данными;

— совместное использование ресурсов (сканеров, модемов, принтеров и т. д.);

— совместное использование программного обеспечения и баз данных;

— совместную работу пользователей над некоторым заданием и проектом;

— возможность удаленного управления компьютерами.

В зависимости от выполняемых в сети функций различают компьютеры-серверы и компьютеры-клиенты:

1. Сервер — это компьютер, предоставляющий доступ к собственным ресурсам или управляющий распределением ресурсов сети.
2. Клиент-компьютер, использующий ресурсы сервера.

По территориальному признаку сети разделяются на локальные и глобальные. Локальные сети — это сети, состоящие из близко расположенных компьютером (сеть здания, помещения и т. д.).

Глобальные сети — это сети, охватывающие большие территории и включающие большое число компьютеров.

По архитектуре различают: одноранговые сети и сети с выделенным сервером.

Одноранговые сети — это сети, в которых каждый может представлять свои ресурсы другим компьютерам сети и использовать другие.

Сети с выделенным сервером — это сети, в которых один или несколько компьютеров являются серверами, а все остальные — клиентами.

Компьютерные сети могут разделяться по скорости передачи данным. Пропускная способность сети — это максимальное количество бит, которые могут быть переданы за одну секунду.

Давайте рассмотрим локальные сети. Во многом большинство характеристик локальных сетей определяется конфигурацией или топологией сетей. Топология — это конфигурация сети, способ соединения ее элементов друг с другом.

Чаще всего используются следующие топологии сетей:

1. Шинная топология. Все компьютеры сети подключаются к одному кабелю.
2. Кольцевая топология. Данные передаются по кольцу от одного компьютера к другому.
3. Радиальная топология. Каждый компьютер через специальные сетевой адаптер подключается отдельным кабелем к объединяющему устройству.
4. Древовидная топология. Образуется соединением между собой несколькими звездообразных топологий.

Локальные сети ориентированы прежде всего на сравнительно небольшое количество компьютеров.

Что же касается глобальных сетей, то она ориентирована на обслуживание неограниченного круга пользователей. Самый впечатляющий пример глобальной сети — это ИНТЕРНЕТ.

Интернет — это глобальная сеть, в которой многочисленные научные, корпоративные, государственные и другие сети, а также персональные компьютеры отдельных пользователей соединены между собой каналам передачи данных.

Основной аппаратной структурой сети Интернет можно считать мощные компьютеры (узлы) и связывающие их высокоскоростные магистральные каналы передачи данных. Организации, имеющие в собственности и обслуживающие такое оборудование, называются провайдерами.

За каждым компьютерным узлом в Интернете закреплён постоянный адрес, называемый IP-адресом. Давайте рассмотрим технологию IP- адресации.

Такие адреса получают и пользователи сети Интернет, но в отличии от адресов узлов они действуют только во время подключения пользователя к сети и изменяются при каждом новом сеансе.

IP-адрес представляет собой 32-битный идентификатор, например:

Так как человеку сложно воспринимать такую длинную строку, ее делят на 4 равные части:

Чтобы пользователи было еще удобнее работать с IP-адресом каждую часть переводят в 10-ую систему счисления:

Таким образом число в IP-адресе не может превышать 255.

Мы говорили уже о том, что Интернет представляет собой сеть сетей, поэтому технология IP-адресов учитывает этот факт следующим образом:

Любой IP адрес состоит из двух частей: IP-адрес сети и IP-адрес узла этой сети. При этом деление адреса на части происходит с помощью маски — 32-битным числом, в двоичной записи которого сначала стоят единицы, потом — нули. Первая часть IP- адреса, соответствующая единичным битам маски, относится к адресу сети, а вторая, соответствующая нулям маски, — определяет числовой адрес узла сети. Адрес сети получается в результате поразрядной конъюнкции к IP адреса узла и маски.

Напомним, Конъю́нкция — логическая операция, по своему применению максимально приближённая к союзу "и". Пример:

Пусть дан IP-адрес узла 217.9.142.131 и с помощью маски 255.255.192.0 надо получить IP-адрес сети.

Сначала переведем IP-адрес узла и маски в двоичный вид и произведен поразрядную конъюнкцию:

При этом часть IP-адреса сети, соответствующая единицам в маске, указывает на IP-адрес сети, к которой привязана сеть, а часть, соответствующая нулям, отдается на нумерацию компьютеров пользователей этой сети.

Желтым цветом выделена часть IP-адреса сети, указывающей на узел, а зеленым — на нумерацию пользователей.

Таким образом на нумерацию пользователей такой IP-адрес сети выделяет 14 бит, при этом два адреса из них не используется (адрес сети и широковещательный) А значит она позволяет пользоваться одновременно 16382 компьютера.

Список обязательной и дополнительной литература для углубленного изучения темы

— Босова Л. Л., Босова А. Ю. Информатика. 11 класс. Базовый уровень. — М.: БИНОМ, 2016

— Угринович Н. Д. Информатика и ИКТ. Базовый курс. Учебник для 7—9 классов/ М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2005

— Семакин И. Г., Е. К. Хеннер. Информатика и ИКТ. 10—11 класс/ М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2008

— К. Ю. Поляков, Е. А. Еремин. Информатика. 11 класс. Базовый и углубленный уровни: учебник в 2 ч. Ч. 1 / М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2016

Читайте также:

  
• Кому не принадлежит право законодательной инициативы в московской городской думе
  
• Достоинства и недостатки нпа как источника права
  
• Кому была присуждена нобелевская премия мира
  
• Можно ли изменить свидетельство о расторжении брака
  
• В чем состоят различия правового статуса урожденных и натурализованных граждан сша