2 Виды сетей связи и основы их построения
Под сетью передачи данных принято понимать совокупность множества узлов, объединенных между собой линиями связи. Узлы сети передачи данных определяют ее назначение.
Вычислительная сеть – это совокупность узлов, представляющих собой вычислительные машины (компьютеры) и линий связи. Приведенное определение вычислительной сети является наиболее простым отражающим физическую составляющую вычислительной сети.
Функции современных вычислительных сетей и основные прикладные аспекты их использования показаны на рисунке 1.Вычислительные сети классифицируются по целому ряду признаков, основными из которых является способ коммутации данных, территориальная удаленность узлов, метод доступа к физической среде передачи данных и др.
По территориальной удаленности узлов вычислительные сети делятся на локальные и территориально-распределенные.
Локальная вычислительная сеть (Local area network, LAN) объединяет по высокоскоростным линиям связи вычислительные машины, расположенные в пределах небольшой (ограниченной) территории, например, учебный класс, офис фирмы или здание предприятия.
Территориально-распределенная вычислительная сеть (Wide area network, WAN) - это сеть, связывающая географически (территориально) удаленные друг от друга вычислительные машины и сетевые сегменты, в том числе и отдельные локальные сети. Территориально-распределенные вычислительные сети в зависимости от размеров и решаемых задач делятся на несколько подвидов.
Корпоративная вычислительная сеть – это вычислительная сеть, объединяющая локальные сети отдельного предприятия (как правило, очень большого), кроме этого, к данному виду сетей можно отнести и специализированные (используемые для выполнения типовых операций) территориально-распределенные вычислительные сети, например, сети продажи билетов, банковские сети платежей и др.
Городская вычислительная сеть (Metropolitan area network MAN) - это сеть большего размера, чем локальная сеть, которая обычно покрывает область одного города (от нескольких десятков до сотни километров).
Вместе с тем на практике чаще используется понятие региональной вычислительной сети, под определение которой попадает любая городская сеть.
Региональная вычислительная сеть – это сеть, объединяющая вычислительные машины, расположенные на значительных расстояниях друг от друга, например, в пределах города, области, региона, отдельных стран и даже нескольких стран одновременно (Европейские сети, Азиатские сети и др.). Региональные сети формируются путем объединения как отдельных узлов, так и разрозненных локальных сетей в пределах рассматриваемых территорий.
Следующими по масштабам и размерам являются глобальные вычислительные сети.
Глобальная вычислительная сеть (Global area network GAN) - объединяет вычислительные машины, расположенные в разных странах и на разных континентах в пределах всей планеты. Отличительной особенностью глобальной сети от всех других видов отсутствие единого владельца и, как следствие, единого управляющего органа. Классическим примером такой сети является Internet.
Основные компоненты локальных вычислительных сетей являются: серверы, рабочие станции и линии связи.
Серверы – это аппаратно-программные комплексы (как правило, высокопроизводительные вычислительные машины), которые управляют распределением сетевых ресурсов общего доступа.
Рабочие станции – это вычислительные машины (персональные компьютеры), посредством которых осуществляющие доступ к сетевым ресурсам, предоставляемым сервером.
Физическая среда передачи данных (линии связи) – это физические линии связи (проводные или беспроводные), по которым происходит обмен данными между узлами вычислительной сети.
В общем случае в зависимости от функций, выполняемых узлами вычислительной сети, локальные сети подразделяются на три типа:
· одноранговые сети;
· сети на основе сервера;
· комбинированные сети.
Различия между этими типами локальных сетей имеют принципиальное значение, т. к. определяют разные возможности этих сетей.
В одноранговых локальных сетях все вычислительные машины выполняют одинаковые функции, например, используются только для обмена данными.
В сетях на основе сервера (сеть с выделенным сервером) один из узлов – сервер, выполняет дополнительные функции (в отличие от остальных узлов) по распределению ресурсов сети, например, предоставление услуг по печати документов (сервер печати).
Комбинированные сети включают сегменты одноранговых сетей и сетей на основе сервера.
Топология сети определяет расположение и взаимные физические связи узлов сети. Существуют три базовые топологии локальных сетей:
· топология «общая шина» или просто «шина»;
· топология «кольцо»;
· топология «звезда».
Топология «шина» (bus) - локальная сеть (рисунок 2), в которой связь между любыми двумя станциями устанавливается через один общий канал (общая шина) и данные, передаваемые любой станцией, одновременно становятся доступными для всех других станций, подключенных к этой же среде передачи данных.
Рисунок 2 Топология «шина»
Топология «кольцо» (ring) – локальная сеть (рисунок 3), в которой все узлы связаны кольцевой линией передачи данных (к каждому узлу подходят только две линии), которая всегда замкнута. Из-за этого сигналы в сети всегда передаются в одном направлении. В отличие от топологии «шина» топология «кольцо» является активной топологией, т.е. каждый узел принимает сигналы, циркулирующие в сети, анализирует адрес и, если сообщение предназначено другому узлу, передает сигнал дальше по кольцу. Эта особенность кольцевой топологии позволяет создавать локальные сети с узлами, расположенными на больших расстояниях. Каждый узел в сети с топологией «кольцо» содержит две сетевые карты, что, соответственно, увеличивает стоимость сети.
Рисунок 3 Топология «кольцо»
Топология «звезда» (star)- локальная сеть (рисунок 4), в которой все узлы подключены к одному устройству – концентратору (HUB). Локальные сети с топологией «звезда» наиболее надежные, поскольку каждый узел имеет выделенный канал, при этом выход из строя рабочей станции не влияет на работу сети. Работа сети нарушается при неисправности центрального узла – концентратора. Топология «звезда» лучше всего подходит для реализации локальной сети на основе сервера. В этом случае сервер также подключается к концентратору, причем в силу особенностей данной топологии все узлы могут одновременно передавать и принимать информацию.
Рисунок 4 Топология «звезда»
В современных вычислительных сетях широко используется понятие л огическая топология. Логическая топология в отличие от физической топологии определяет не физическое подключение узлов, а движение потоков данных в сети.
В топологии логическая «шина» данные одновременно доступны для всех узлов, подключенных к одному сегменту. Реальное считывание производит только тот узел, которому адресован данный пакет. Такая топология реализуется на базе физической топологии «шина» или «звезда».
В топологии логическое «кольцо» данные передаются последовательно от узла к узлу. Каждый узел принимает пакеты только от предыдущего и посылает только последующему узлу по кольцу, при этом узел транслирует все пакеты и обрабатывает только те, которые адресованы ему. В целом выбор топологии вычислительной сети существенно сказывается на ее стоимости и рабочих характеристиках. Поэтому выбор топологии является одним из первых и главных этапов проектирования вычислительной сети, учитывающим характер решаемых задач, количество узлов проектируемой сети, их территориальное расположение. В таблице 1 приведена характеристика базовых топологий вычислительных сетей. Таблица 1
