Каналы связи, топология и сетевое оборудование

Компьютерные сети

Компьютерные (вычислительные) сети и сетевые технологии

Вычислительная сеть представляет собой множество удаленных друг от друга компьютеров, совместное взаимодействие которых обеспечивается коммуникационной сетью передачи данных и сетевым программным обеспечением. Конкретный вариант используемого набора программных и аппаратных средств, а также соглашений и механизмов передачи данных определяет сетевую технологию.

Устройства, взаимодействующие между собой через сеть, принято называть станциями. Поэтому станциями являются не только компьютеры, но и терминалы, принтеры, а также другое коммуникационное оборудование. При этом станции, имеющие уникальный адрес, называют хостами.

Схема соединения станций каналами связи определяет физическую топологию сети. При отсутствии прямого канала связи между двумя станциями используется передача данных через промежуточные узлы сети с помощью одного из методов коммутации.

Все современные сетевые технологии используют метод коммутации пакетов, который заключается в предварительном разбиении передаваемой информация на части (пакеты). Каждый пакет при этом снабжается заголовком, где указывается сетевые адреса отправителя и получателя, а также порядковый номер пакета в передаваемом сообщении. Эта дополнительная служебная информация позволяет передавать данные через промежуточные узлы сети без предварительного выделения полного комплекта оборудования на всем пути от отправителя к получателю. Причем этот метод коммутации обеспечивает возможность параллельной передачи разных пакетов одного сообщения в сети по разным маршрутам.

Типы вычислительных сетей

В зависимости от числа компьютеров, от расстояния между ними и от используемых сетевых технологий вычислительные сети подразделяются на следующие виды.

Локальная компьютерная сеть, LAN — объединение компьютеров сосредоточенных на относительно небольшой территории (обычно до 10 км). LAN может обслуживать дом, офис, фирму или группу зданий, например, предприятие с отделениями в разных частях города. LAN может соединяться с другими сетями. В объединенных LAN может существовать множество общих ресурсов, которыми могут пользоваться все участники. Это могут быть не только общие папки, устройства хранения или принтеры, но и сетевые сервисы.

Крупномасштабная, региональная или глобальная компьютерная сеть, WAN. Такие сети служат для объединения разрозненных сетей так, чтобы пользователи и компьютеры, где бы они ни находились, могли взаимодействовать со всеми остальными участниками крупномасштабной и даже глобальной сети, которая охватывает разные страны и континенты.

Лучшим примером WAN является глобальная сеть Интернет, но существуют и другие крупномасштабные сети. Некоторые из них построены исключительно для отдельных крупных корпораций, а другие являются средством коммуникации корпоративных сетей с сетью Интернет, или посредством Интернет с другими удалёнными сетями, входящими в состав одной и даже нескольких организаций.

Городская сеть, MAN (промежуточный вариант между WAN и LAN) – компьютерная сеть, охватывающая большой город (мегаполис) или даже несколько городов в области.

Основные термины, используемые при рассмотрении типов компьютерных сетей

При рассмотрении компьютерных сетей, следует пояснить и уточнить значение основных терминов и обозначений.

Интернет - знакомая всем глобальная компьютерная сеть, а интернет (со строчной буквы) – локальная, региональная или глобальная сетевая среда, объединенная с помощью средств маршрутизации, которые управляют пересылкой данных на базе протоколов TCP/IP.

Корпоративная сеть – это компьютерная сеть, оказывающая услуги только сотрудникам отдельной корпорации или предприятия.

Интранет - в общем случае, изолированная пределами одной организации среда обеспечения сетевого доступа к общим данным при поддержке их разделения между отдельными подразделениями. Хотя часто под интранет подразумевается обеспечение основных сетевых сервисов Интернет в пределах корпоративной LAN.

Экстранет - сетевое объединение нескольких организаций, обеспечивающее прямой доступ к приложениям каждой из сторон. Такое объединение может осуществляться как за счет выделенных соединений, так и с помощью, так называемых виртуальных частных сетей VPN (Virtual Private Networks).

Сеть доступа – это нижний уровень иерархии компьютерных сетей. Основное назначение – концентрация информационных потоков. Сеть доступа – это региональная разветвленная сеть, которая в свою очередь может состоять из нескольких иерархических уровней.

Магистральная сеть объединяет отдельные сети доступа, обеспечивая транзит трафика между ними.

Каналы связи, топология и сетевое оборудование

Каналы связи

Существует два основных класса кабелей для соединения компьютеров в сеть. Это медные провода (copper) и оптоволокно (fiber). В свою очередь медные проводные линии подразделяются на коаксиальный кабель и витую пару (TP), которая в свою очередь может быть как экранированной (STP), так и неэкранированной (UTP).

Для беспроводного подключения компьютеров к сети используются радиоканалы (наземные или спутниковые). В качестве наземных беспроводных технологий в настоящее время наиболее часто используются технологии Bluetooth (связь на дистанциях до 10 метров), Wi-Fi (связь на дистанциях до 100 метров).и Wi-Мах (связь на дистанциях до 10 км).

Базовые сетевые топологии

Топология сети – это конфигурация графа, вершинам которого соответствуют узлы сети (компьютеры, или коммуникационное оборудование), а ребрам – физические или информационные связи между ними.

Принято выделять следующие три базовые топологии компьютерных сетей.

· “Звезда” (Star) - топология, в которой все компьютеры сети присоединены к ее центральному узлу.

· “Кольцо” (Ring) - топология компьютерной сети, в которой ее узлы подключены последовательно друг к другу, образуя замкнутый круг.

· “Общая шина” (Bus) - топология, которую можно рассматривать как частный случай разорванной в одном месте топологии ”Кольцо”.

Отметим, что на практике компьютерная сеть состоит из множества сетевых сегментов, которые могут сочетать все перечисленные ранее базовые топологии.

Физическая и логическая топологии

Следует иметь в виду, что физическую топологию сети определяет всего лишь схема соединения ее узлов каналами связи. Причем принципы организации и алгоритмы сетевого взаимодействия узлов в этой схеме не учитываются. При рассмотрении этих аспектов сетевого взаимодействия принято говорить о логической топологии сети.

Естественно, что логическая топология сети не всегда совпадает с ее физической топологией. Например, сеть с физической топологией “Звезда” может функционировать по принципу эстафетной передачи от узла к узлу особого маркера, разрешающего посылку данных. Таким образом логически данная сеть является сетью с топологией “Кольцо”, в которой, несмотря на то, что физическая передача маркера всегда идет через центр, логически разрешение на посылку данных передается “по кругу”.

Сетевое оборудование

Устройства, необходимые для построения и работы компьютерной сети, называются сетевым оборудованием. Это оборудование подразделяется на активное, которое обрабатывает передаваемый сигнал, и пассивное, которое его не обрабатывает. Примерами пассивного сетевого оборудования являются кабели, разъемы, повторители и концентраторы, а активного - сетевые карты, мосты, коммутаторы и маршрутизаторы.

Пассивное сетевое оборудование

Повторитель (Repeater) – это устройство имеет один входной сигнальный порт и один выходной. Он принимает слабый сигнал из одного канала связи, усиливает его, улучшает его форму и передает дальше в сеть по другому каналу.

Используют повторитель для увеличения длины линии между соседними компьютерами, объединяя при этом два физических сегмента сети в один. Очевидно, что с обеих его сторон (вход/ выход) должны применяться одинаковые соглашения и методы доступа. Но повторитель может быть использован и для перемещения сигнала из одной среды в другую, например, из кабеля – в радиоканал и наоборот.

Сетевой концентратор (Hub) - практически это многопортовый повторитель. Данное устройство должно передавать сигнал с любого из входных портов на все выходные порты.

Активное сетевое оборудование

Сетевая карта (плата или адаптер), NIC (Network Interface Card) – это устройство, которое устанавливается в компьютер для его сопряжения с сетью.

Коммутатор (Switch) – устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов локальной сети в пределах одного сегмента. В отличие от концентратора, который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передает пакет только непосредственно узлу-получателю.

Мост (Bridge) – это устройство, предназначенное не только для объединения сегментов одной сети, но и для локализации передаваемого трафика. Т.е. мост должен передать данные из одного сегмента сети в другой, только если это необходимо. Для выполнения этой дополнительной функции мост должен анализировать адреса отправителей и получателей пакетов и накапливать эту информацию в специальной таблице маршрутов.

Маршрутизатор (Router) используется для объединения нескольких локальных сетей и имеет дополнительные функции. Термин brouter (bridge-router) обозначает устройство, объединяющее функции моста и маршрутизатора.

Шлюз (Gateway) выполняет все перечисленные функции и кроме этого – выполняет преобразование протоколов и полос пропускания сигналов. Это мощный преобразователь для создания связей между совершенно разными сетями, с разными архитектурами и протоколами, способами сжатия и передачи данных.