Функциональная классификация сетей

Глобальные сети позволяют организовать взаимодействие между абонентами на больших расстояниях. Эти сети работают на относительно низких скоростях и могут вносить значительные задержки в передачу информации. Протяженность глобальных сетей может составлять тысячи километров. Поэтому они, так или иначе, интегрированы с сетями масштаба страны.

Региональные сети позволяют взаимодействовать на территориальных образованиях меньших размеров и работают на скоростях от средних до высоких. Они меньше замедляют передачу данных, чем глобальные, но не могут обеспечить взаимодействие на больших расстояниях. Протяженность региональных сетей находится в пределах от десятков до сотен километров.

Локальные вычислительные сети обеспечивают наивысшую скорость обмена информацией между компьютерами. Типичная локальная сеть занимает пространство в одно здание. Протяженность локальных сетей составляет около одного километра. Их основное назначение состоит в объединении пользователей для совместной работы. Такие сети организуются внутри здания, этажа или комнаты.

В нашей стране локальные сети распространены гораздо больше, чем региональные или глобальные. Традиционное русское сокращение для локальных сетей – ЛВС (локальная вычислительная сеть).

Механизмы передачи данных в локальных и глобальных сетях существенно отличаются. Глобальные сети ориентированы на соединение: до начала передачи данных между абонентами устанавливается соединение. В локальных сетях используются методы, не требующие предварительной установки соединения, – пакет с данными посылается без подтверждения готовности получателя к обмену.

Кроме разницы в скорости передачи данных, между этими категориями сетей существуют и другие отличия. В локальных сетях каждый компьютер имеет сетевой адаптер, который соединяет его со средой передачи. Региональные сети содержат активные коммутирующие устройства, а глобальные сети обычно состоят из групп мощных маршрутизаторов пакетов, объединенных каналами связи. Кроме того, сети могут быть частными или сетями общего пользования.

Основой любых компьютерных сетей является сеть передачи данных, представляющая собой совокупность каналов передачи данных и узлов коммутации. В связи с этим одной из определяющих характеристик корпоративной сети является способ коммутации данных. В зависимости от способа коммутации различают сети с коммутацией каналов, коммутацией пакетов и интегральные сети передачи данных.

Наиболее простой и естественный способ передачи данных между двумя рабочими станциями, называемый коммутацией каналов, базируется на установлении физического соединения между ними. По своей сути сети коммутации каналов подобны телефонным сетям коллективного пользования. Физическое соединение между абонентами компьютерной сети создается, как правило, только на время сеанса передачи информации путем образования составного канала из последовательно соединенных каналов. При этом связь между отправителем и получателем устанавливается путем посылки отправителем соответствующего сообщения, которое передается по сети передачи данных от одного узла коммутации канала к другому и управляет коммутацией каналов связи, как бы прокладывая путь от отправителя к получателю.

После образования физического соединения из пункта назначения отправителю передается ответное сообщение, подтверждающее наличие требуемого соединения. Затем осуществляется передача информации, ради которой был создан канал передачи данных. На время сеанса обмена информацией составной канал полностью недоступен для других абонентов. После завершения передачи отправитель информации вырабатывает соответствующее управляющее сообщение, которое передается по составному каналу, управляя его разъединением, а, достигнув адресата, информирует его об окончании сеанса обмена информацией.

Относительно длительное время установления соединения (секунды) в сочетании с низкой надежностью и высоким уровнем шумов, ограничивает использование телефонных каналов связи в быстродействующих компьютерных сетях. Использование современных электронных узлов коммутации каналов позволяет примерно на два порядка уменьшить время коммутации каналов и создавать так называемые компьютерные сети с быстрой коммутацией каналов.

В рамках сетей коммутации каналов могут организовываться так называемые выделенные каналы, которые коммутируются в определенные, заранее заданные, интервалы времени, когда только и допускается передача информации. Очевидно, что режим выделенных каналов обеспечивает максимально допустимую для конкретной сети скорость передачи данных.

Преимуществом сетей коммутации каналов является наличие постоянного соединения между рабочими станциями, которое позволяет достаточно просто организовать взаимодействие между ними в режиме реального времени, в диалоговом режиме. Существенным недостатком сетей коммутации каналов является низкий коэффициент использования каналов передачи данных, прямая зависимость этого коэффициента от режима работы сети.

Передача информации посредством так называемой коммутации пакетов осуществляется без образования физического соединения между пунктами отправления и получения информации. Между ними устанавливается виртуальное (логическое) соединение, а физический канал устанавливается локально между смежными узлами коммутации и только на время передачи данных. При этом информация представляется и передается в виде блока данных фиксированной структуры и длины.

Заголовок блока данных содержит адреса отправителя и получателя информации, а также другую управляющую информацию, необходимую для корректной передачи сообщений между абонентами. Передача блоков данных между абонентами осуществляется с промежуточным запоминанием их в узлах коммутации: поступившее в узел коммутации сообщение запоминается в буферном запоминающем устройстве и при наличии свободного канала связи в направлении адресата передается по этому каналу в следующий свободный узел. Такие узлы, осуществляющие промежуточное хранение и управление передачей сообщений, называются узлами коммутации пакетов, а сети передачи данных, использующие этот способ коммутации, получили название сетей коммутации пакетов.

Таким образом, сообщение последовательно передается от одного узла коммутации к другому, занимая в каждый период времени только канал передачи данных между смежными узлами. Остальные каналы на пути следования пакета могут использоваться для других целей. Это позволяет существенно, по сравнению с сетями коммутации каналов, повысить коэффициент использования физических каналов связи и тем самым увеличить общую пропускную способность сети передачи данных. Однако при этом усложняются узлы коммутации и появляются дополнительные задержки, связанные с необходимостью промежуточного запоминания сообщения в каждом узле сети.

В конечном итоге это приводит к увеличению времени доставки пакетов. Процесс передачи информации в сети коммутации пакетов можно сравнить с работой почтовой сети связи при пересылке писем. Фиксированная длина пакетов предполагает разбиение длинных сообщений на несколько пакетов. Большие массивы информации передаются несколькими пакетами, операция сборки-разборки осуществляется только в рабочих станциях, что упрощает структуру промежуточных узлов сети. Пакеты одного сообщения могут передаваться по различным маршрутам, независимо друг от друга, в этом случае говорят о так называемом дейтаграммном способе передачи данных.

Такой способ передачи характеризуется использованием простейшего транспортного протокола и используется в основном для передачи короткой последовательности пакетов. Отсутствие логического канала может привести к нарушению порядка поступления пакетов к адресату. Поэтому для передачи больших сообщений предпочтительнее способ виртуальных каналов, при котором все пакеты следуют по одному, заранее установленному маршруту.

В таблице 1.1. перечислены технологии, используемые в тех или иных сетях и рассматриваемые в следующем подразделе.

Таблица 1.1.

Технологии и сети