Принципы построения и классификация вычислительных сетей

Создание высокоэффективных крупных систем обработки данных связано с объединением средств вычислительной техники, обслуживающих отдельные предприятия, организации и их подразделения, с помощью средств связи в единую распределенную вычислительную систему.

Такое комплексирование СВТ позволяет повысить эффективность систем обработки информации за счет снижения затрат, повышения надежности и производительности эксплуатируемых ЭВМ, рационального сочетания преимуществ централизованной и децентрализованной обработки информации благодаря приближению средств сбора исходной и выдачи результатной информации непосредственно к местам ее возникновения и потребления, а также комплексного использования единых мощных вычислительных и информационных ресурсов.

Сеть - это совокупность программных, технических и коммуникационных средств, обеспечивающих эффективное распределение вычислительных ресурсов.

Сеть позволяет:

· построить распределенные хранилища информации (базы данных);

· расширить перечень решаемых задач по обработке информации;

· повысить надежность информационной системы за счет дублирования работы ПК;

· создать новые виды сервисного обслуживания, например электронную почту;

· снизить стоимость обработки информации.

Основным назначением сети является обеспечение простого, удобного и надежного доступа пользователя к распределенным общесетевым ресурсам и организация их коллективного использования при надежной защите от несанкционированного доступа, а также обеспечение удобных и надежных средств передачи данных между пользователем сети.

Существует множество задач, нуждающихся в централизованных общих данных, удаленном доступе к базам данным, передаче данных на расстоянии и их распределенной обработке. Примерами являются банковские и другие финансовые структуры, коммерческие системы, отражающие состояние рынка, налоговые службы, дистанционное компьютерное обучение, системы резервирования авиабилетов и т.д. Во всех этих приложениях необходимо, чтобы в сети осуществлялся сбор, хранение и доступ к данным, гарантировалась защита данных от искажений и несанкционированного доступа.

К сетям, как и отдельным ПК, приемлемо понятие «архитектура», под которой понимается конструирование сложных объединений ПК, предоставляющих пользователям широкий набор различных информационных ресурсов.

Архитектура сетей имеет характеристики: открытость, ресурсы, надежность, динамичность, интерфейс, автономность, коммуникации.

Важнейшей характеристикой сети является топология, определяемая структурой соединения ЭВМ в сети. Различают два вида топологии: физическая и логическая. Под физической топологией понимается реальная схема соединения узлов сети каналами связи, а под логической - структура маршрутов потоков данных между узлами. Физическая и логическая топологии не всегда совпадают.

Для описания взаимодействия компонентов в сети используются протоколы и интерфейсы.

Протокол в информационной сети - это документ, однозначно определяющий правила взаимодействия одноименных уровней работающих друг с другом абонентов. Протоколы определяют характер аппаратного взаимодействия компонентов сети (аппаратные протоколы) и характер взаимодействия программ и данных (программные протоколы).

Для обеспечения необходимой совместимости протоколы действуют на каждом из семи возможных уровней архитектуры компьютерной сети.

Согласно модели Международного института стандартизации (ISO) OSI (модель взаимодействия открытых систем) архитектуру сети следует рассматривать на следующих уровнях (общее число уровней - семь):

1. Прикладном (верхнем уровне) - с помощью специальных приложений пользователь создает документ;

2. Уровне представления (представительном) - операционная система компьютера пользователя фиксирует, где находятся созданные данные (в ОП, жестком диске и др.) и обеспечивает взаимодействие со следующем уровнем;

3. Сеансовом - компьютер пользователя взаимодействует с локальной или глобальной сетью. Протоколы этого уровня проверяют права пользователя на “выход в эфир” и передают документ к протоколам транспортного уровня;

4. Транспортном - документ преобразуется в ту форму, в которой положено передавать данные в используемой сети;

5. Сетевом - определяет маршрут движения данных в сети;

6. Уровне соединения (канальном) - необходим для того, чтобы промодулировать сигналы, циркулирующие на физическом уровне, в соответствии с данными, полученными с сетевого уровня;

7. Физическом (нижнем) - происходит реальная передача данных. Средства физического уровня лежат за пределами компьютера. Это, например, оборудование сети, линии телефонной связи, коммутационное оборудование телефонных станций и т.п.

На компьютере получателя информации происходит обратный процесс преобразования данных от битовых сигналов до документа.

Наиболее важными функциями протоколов на всех уровнях сети являются:

· защита от ошибок,

· управление потоками данных в сети,

· защита от перегрузок,

· выполнение операций по маршрутизации сообщений,

· оптимизация использования ресурсов в сети.

При подключении компонентов сети друг к другу должны быть однозначно определены правила их стыковки. Их принято называть интерфейсами. Интерфейс - свод правил по взаимодействию между функциональными компонентами, расположенными в смежных уровнях и входящими в одну и ту же систему.

Вычислительные сети классифицируются по различным признакам:

· по программной совместимости ЭВМ: однородные (гомогенные) и неоднородные (гетерогенные);

· по типу организации передачи данных: с коммутацией каналов, с коммутацией сообщений, с коммутацией пакетов, смешанные системы;

· по характеру реализуемых функций: вычислительные, информационные, смешанные;

· по способу управления: с децентрализованным, централизованным и смешанным управлением;

· по структуре построения: одноузловые и многоузловые, одноканальные и многоканальные;

· по структуре сети связи, т.е. способу соединения абонентов друг с другом и ЭВМ: радиальная (звездообразная), кольцевая, многосвязная («каждым с каждым»), иерархическая, общая шина (шинная) и др.