Компьютерных сетей. Классификация компьютерных сетей Методы доступа к несущей в компьютерных сетях

Классификация ЛВС

Локальные сети можно классифицировать по :

• уровню управления;
• назначению;
• однородности;
• административным отношениям между компьютерами;
• топологии;
• архитектуре.

По уровню управления выделяют следующие ЛВС :

• ЛВС рабочих групп, которые состоят из нескольких ПК, работающих под одной операционной системой. В такой ЛВС, как правило, имеется несколько выделенных серверов: файл-сервер, сервер печати;
• ЛВС структурных подразделений (отделов). Данные ЛВС содержат несколько десятков ПК и серверы типа: файл-сервер, сервер печати, сервер баз данных;
• ЛВС предприятий (фирм). Эти ЛВС могут содержать свыше 100 компьютеров и серверы типа: файл-сервер, сервер печати, сервер баз данных, почтовый сервер и другие серверы.

По назначению сети подразделяются на :

• вычислительные сети , предназначенные для расчетных работ;
• информационно-вычислительные сети , которые предназначены, как для ведения расчетных работ, так и для предоставления информационных ресурсов;
• информационно-советующие , которые на основе обработки данных вырабатывают информацию для поддержки принятия решений;
• информационно-управляющие сети , которые предназначены для управления объектов на основе обработки информации.

По типам используемых компьютеров можно выделить:

• однородные сети, которые содержат однотипные компьютеры и системное программное обеспечение;
• неоднородные сети, которые содержат разнотипные компьютеры и системное программное обеспечение.

По административным отношениям между компьютерами можно выделить:

• ЛВС с централизованным управлением (с выделенными серверами);
• ЛВС без централизованного управления (децентрализованные) или одноранговые (одноуровневые) сети.

В локальных сетях с централизованным управлением сервер обеспечивает взаимодействия между рабочими станциями, выполняет функции хранения данных общего пользования, организует доступ к этим данным и передает данные клиенту. Клиент обрабатывает полученные данные и предоставляет результаты обработки пользователю. Необходимо отметить, что обработка данных может осуществляться и на сервере.

Локальные сети с централизованным управлением, в которых сервер предназначен только для хранения и выдачи клиентам информации по запросам, называются сетями с выделенным файл-сервером. Системы, в которых на сервере наряду с хранением осуществляется и обработка информации, называются системами «клиент-сервер».

Необходимо отметить, что в серверных локальных сетях клиенту непосредственно доступны только ресурсы серверов. Но рабочие станции, входящие в ЛВС с централизованным управлением, могут одновременно организовать между собой одноранговую локальную сеть со всеми ее возможностями.

Программное обеспечение, управляющее работой ЛВС с централизованным управлением, состоит из двух частей:

• сетевой операционной системы, устанавливаемой на сервере;
• программного обеспечения на рабочей станции, представляющего набор программ, работающих под управлением операционной системы, которая установлена на рабочей станции. При этом на разных рабочих станциях в одной сети могут быть установлены различные операционные системы.

В больших иерархических локальных сетях в качестве сетевых ОС используются UNIX и LINUX, которые являются более надежными. Для локальных сетей среднего масштаба наиболее популярной сетевой ОС является Windows 2008 Server.

В зависимости от способов использования сервера в иерархических сетях различают серверы следующих типов:

• Файловый сервер . В этом случае на сервере находятся совместно обрабатываемые файлы или (и) совместно используемые программы.
• Сервер баз данных . На сервере размещается сетевая база данных.
• Принт-сервер . К компьютеру подключается достаточно производительный принтер, на котором может быть распечатана информация сразу с нескольких рабочих станций.
• Почтовый сервер . На сервере хранится информация, отправляемая и получаемая как по локальной сети.

Достоинства:

• выше скорость обработки данных;
• обладает надежной системой защиты информации и обеспечения секретности;
• проще в управлении по сравнению с одноранговыми сетями.

Недостатки:

• сеть дороже из-за выделенного сервера;
• менее гибкая по сравнению с равноправной сетью.

Все компьютеры в локальной сети соединены линиями связи. Геометрическое расположение линий связи относительно узлов сети и физическое подключение узлов к сети называется физической топологией. В зависимости от топологии различают сети: шинной, кольцевой, звездной, иерархической и произвольной структуры.

Различают физическую и логическую топологию. Логическая и физическая топологии сети независимы друг от друга. Физическая топология - это геометрия построения сети, а логическая топология определяет направления потоков данных между узлами сети и способы передачи данных.

Все существующие конфигурации можно разделить на два основных класса: широковещательные и последовательностные.

В случае широковещательной конфигурации ЛВС сигналы, передаваемые одним устройством подключения к физической среде, воспринимаются всеми остальными. В широковещательной ЛВС в произвольный момент времени может работать только одна станция. Все рабочие станции могут непосредственно вступать в контакт с любой рабочей станцией, имеющейся в сети.

Для построения широковещательной конфигурации необходимо применение сравнительно мощных приемников и передатчиков. Следовательно, появляется необходимость ограничения длины кабельных сегментов и числа подключений. В случае превышения ограничений применяется аналоговый усилитель или цифровой повторитель. Кроме того, средства подключения к физической среде выбираются такими, которые не вызывают значительного ослабления сигнала.

Основные типы широковещательных топологий «шина», «дерево» и «звезда» показаны на схемах (рисунок 3).

Рисунок 3 - Типы широковещательных топологий:

а) «шина»; б) «дерево»; в) «звезда»

В случае последовательностной конфигурации ЛВС каждое устройство подключения к физической среде передает информацию только одному устройству. При этом снижаются требования к передатчикам и приемникам, поскольку все станции активно участвуют в передаче.

Основные типы последовательных топологий: «кольцо», «цепочка», «снежинка» и «сетка» показаны на схеме (рисунок 4).

Рисунок 4 - Типы последовательностных топологий «кольцо», «цепочка», «снежинка» и «сетка»

Рассмотрим следующие физические топологии:

• физическая «шина» (bus);
• физическая «звезда» (star);
• физическое «кольцо» (ring);

Шинная топология

• легко подключить новый ПК;
• имеется возможность централизованного управления;
• сеть устойчива к неисправностям отдельных ПК и к разрывам соединения отдельных ПК.

Недостатки сетей топологии «звезда »:

• отказ хаба влияет на работу всей сети;
• большой расход кабеля;

Топология «кольцо»

В сети с топологией кольцо все узлы соединены каналами связи в неразрывное кольцо (необязательно окружность), по которому передаются данные. Выход одного ПК соединяется со входом другого ПК. Начав движение из одной точки, данные, в конечном счете, попадают на его начало. Данные в кольце всегда движутся в одном и том же направлении.

Принимающая рабочая станция распознает и получает только адресованное ей сообщение. В сети с топологией типа физическое кольцо используется маркерный доступ, который предоставляет станции право на использование кольца в определенном порядке. Логическая топология данной сети - логическое кольцо.

Данную сеть очень легко создавать и настраивать. К основному недостатку сетей топологии кольцо является то, что повреждение линии связи в одном месте или отказ ПК приводит к неработоспособности всей сети.

Как правило, в чистом виде топология «кольцо » не применяется из-за своей ненадёжности, поэтому на практике применяются различные модификации кольцевой топологии.

В общем ИТ-инфраструктуру различных предприятий можно различать по:

• масштабу;
• составу компонентов;
• уровню оборудования и т.д.

Исходя из этого, отдельные виды ИТ-инфраструктур можно представить в виде базовых конфигураций, которые отражены на рисунках 5, 6 и 7.

Рисунок 5 - Небольшая локальная сеть.

Небольшая локальная сеть. Обычно состоит из 1-3 серверов, сетевых коммутаторов, 5-30 рабочих станций.

Рисунок 6 - Локальная сеть и телефонная сеть с МиниАТС.

Локальная сеть и телефонная сеть с МиниАТС. Включает все компоненты «небольшой локальной сети» с добавлением внутренней МиниАТС для коммутации телефонов внутри офиса

Рисунок 7 - Локальная сеть и цифровая телефонная сеть на нескольких объектах.

Локальная сеть и цифровая телефонная сеть на нескольких объектах, объединенная в виртуальную частную сеть. Локальная сеть организации используется для IP-телефонии. Возможно объединение цифровых телефонных сетей подразделений организации через Интернет с помощью виртуальных частных сетей.

Уровень подготовки специалистов, обслуживающих ИТ-инфраструктуру предприятий должен быть очень высоким, требующим ответственности за работу, от которой будет зависеть функционирование и безопасность корпоративных компьютерных сетей.

В зависимости от масштабируемости сети, будет зависеть, каким способом на данном предприятии, будет происходить управления сети. Существует несколько способов управления. Локальные вычислительные сети по способу управления подразделяются на две подгруппы: одноранговые и иерархичные (многоуровневые) сети.

Одноранговые сети

В одноранговой сети все компьютеры равноправны: нет иерархии среди компьютеров и нет выделенного (dedicated) сервера. Как правило, каждый компьютер функционирует и как клиент, и как сервер; иначе говоря, нет отдельного компьютера, ответственного за администрирование всей сети. Все пользователи самостоятельно решают, какие данные на своем компьютере сделать общедоступными по сети.

Одноранговые сети называют также рабочими группами. Рабочая группа это - небольшой коллектив, поэтому в одноранговых сетях чаще всего не более 30 компьютеров. Одноранговые сети относительно просты.

Поскольку каждый компьютер является одновременно и клиентом, и сервером, нет необходимости в мощном центральном сервере или в других компонентах, обязательных для более сложных сетей.

Одноранговые сети обычно дешевле сетей на основе сервера, но требуют более мощных (и более дорогих) компьютеров. В одноранговой сети требования к производительности и к уровню защиты для сетевого программного обеспечения, как правило, ниже, чем в сетях с выделенным сервером.

Рисунок 5. Одноранговая сеть

Иерархические сети

В иерархических сетях имеется один или несколько серверов, на которых хранится информация, совместно используемая различными пользователями. С целью повышения надежности хранения информации на сервере может быть установлено два работающих параллельно и дублирующих друг друга диска,

при этом в случае отказа одного из них в работу автоматически включается другой. В зависимости от способов использования сервера в иерархических сетях различают серверы следующих типов:

Файловый сервер. В этом случае на сервере находятся совместно обрабатываемые файлы или (и) совместно используемые программы. Одним из примеров применения файлового сервера является размещение на нем программ MS Office. В этом случае на рабочих станциях находится только небольшая (клиентская) часть этих программ, требующая незначительных ресурсов. Программы, допускающие такой режим работы, называются программами с возможностью инсталляции в сети.

Сервер баз данных. В этом случае на сервере размещается база данных (например, Консультант Плюс, Гарант, Счета клиентов банка и др.). База данных на сервере может пополняться с различных рабочих станций или (и) выдавать информацию по запросам с рабочей станции.

Клиенты Иерархической сети могут использовать операционные системы: Windows XP, Windows Vista,Windows 7, для серверов необходимы специальные серверные версии операционных систем.

Рисунок 6. Иерархическая сеть

В нашем сервисном центре будет использоваться иерархическая сеть. Для нашего случая это самый подходящий вариант. Чтобы наша сеть не превратилась в информационную «помойку», а также, чтоб повысить надежность хранения информации, необходимо иметь несколько серверов. В данном случае файловый сервер, интернет сервер и сервер баз данных. На сервере будут размещаться программы MS Office, 1С и другие, а на рабочих станциях, будет находиться только небольшая (клиентская) часть этих программ, требующая незначительных ресурсов. Также необходимо каждому пользователю выделить его права, в локальной сети.

В основу классификации ТВС положены наиболее характерные функциональные, информационные и структурные признаки.

По степени территориальной рассредоточенности элементов сети (абонентских систем, узлов связи) различают глобальные (государственные), региональные и локальные вычислительные сети (ГВС, РВС и ЛВС).

По характеру реализуемых функций сети делятся на вычислительные (основные функции таких сетей - обработка информации), информационные (для получения справочных данных по запросам пользователей), информационно-вычислительные, или смешанные, в которых в определенном, непостоянном соотношении выполняются вычислительные и информационные функции.

По способу управления ТВС делятся на сети с централизованным (в сети имеется один или несколько управляющих органов), децентрализованным (каждая АС имеет средства для управления сетью) и смешанным управлением, в которых в определенном сочетании реализованы принципы централизованного и децентрализованного управления (например, под централизованным управлением решаются только задачи с высшим приоритетом, связанные с обработкой больших объемов информации).

По организации передачи информации сети делятся на сети с селекцией информации и маршрутизацией информации. В сетях с селекцией информации, строящихся на основе моноканала, взаимодействие АС производится выбором (селекцией) адресованных им блоков данных (кадров): всем АС сети доступны все передаваемые в сети кадры, но копию кадра снимают только АС, которым они предназначены. В сетях с маршрутизацией информации для передачи кадров от отправителя к получателю может использоваться несколько маршрутов. Поэтому с помощью коммуникационных систем сети решается задача выбора оптимального (например, кратчайшего по времени доставки кадра адресату) маршрута.

По типу организации передачи данных сети с маршрутизацией информации делятся на сети с коммутацией цепей (каналов), коммутацией сообщений и коммутацией пакетов. В эксплуатации находятся сети, в которых используются смешанные системы передачи данных.

По топологии, т.е. конфигурации элементов в ТВС, сети делятся на два класса: широковещательные (рис. 11.1) и последовательные (рис. 11.2). Широковещательные конфигурации и значительная часть последовательных конфигураций (кольцо, звезда с интеллектуальным центром, иерархическая) характерны для ЛВС. Для глобальных и региональных сетей наиболее распространенной является произвольная (ячеистая топология). Нашли применение также иерархическая конфигурация и “звезда”.

В широковещательных конфигурациях в любой момент времени на передачу кадра может работать только одна рабочая станция (абонентная система). Остальные PC сети могут принимать этот кадр, т.е. такие конфигурации характерны для ЛВС с селекцией информации. Основные типы широковещательной конфигурации - общая шина, дерево, звезда с пассивным центром. Главные достоинства ЛВС с общей шиной - простота расширения сети, простота используемых методов управления, отсутствие необходимости в централизованном управлении, минимальный расход кабеля. ЛВС с топологией типа “дерево” - это более развитый вариант сети с шинной топологией. Дерево образуется путем соединения нескольких шин активными повторителями или пассивными размножителями (“хабами”), каждая ветвь дерева представляет собой сегмент. Отказ одного сегмента не приводит к выходу из строя остальных. В ЛВС с топологией типа “звезда” в центре находится пассивный соединитель или активный повторитель -достаточно простые и надежные устройства. Для защиты от нарушений в кабеле используется центральное реле, которое отключает вышедшие из строя кабельные лучи.

Рис. 11.1. Широковещательные конфигурации сетей: а - общая шина; б- дерево; в - звезда с пассивным центром

Рис. 11.2. Последовательные конфигурации сетей: а - произвольная (ячеистая); б- иерархическая; в - кольцо; г - цепочка; д - звезда с интеллектуальным центром; е - снежинка

В последовательных конфигурациях, характерных для сетей с маршрутизацией информации, передача данных осуществляется последовательно от одной PC к соседней, причем на различных участках сети могут использоваться разные виды физической передающей среды.

К передатчикам и приемникам здесь предъявляются более низкие требования, чем в широковещательных конфигурациях. К последовательным конфигурациям относятся: произвольная (ячеистая), иерархическая, кольцо, цепочка, звезда с интеллектуальным центром, снежинка. В ЛВС наибольшее распространение получили кольцо и звезда, а также смешанные конфигурации - звездно-кольцевая, звездно-шинная.

В ЛВС с кольцевой топологией сигналы передаются только в одном направлении, обычно против часовой стрелки. Каждая PC имеет память объемом до целого кадра. При перемещении кадра по кольцу каждая PC принимает кадр, анализирует его адресное поле, снимает копию кадра, если он адресован данной PC, ретранслирует кадр. Естественно, что все это замедляет передачу данных в кольце, причем длительность задержки определяется числом PC. Удаление кадра из кольца производится обычно станцией-отправителем. В этом случае кадр совершает по кольцу полный круг и возвращается к станции-отправителю, который воспринимает его как квитанцию - подтверждение получения кадра адресатом. Удаление кадра из кольца может осуществляться и станцией-получателем, тогда кадр не совершает полного круга, а станция-отправитель не получает квитанции-подтверждения.

Кольцевая.структура обеспечивает довольно широкие функциональные возможности ЛВС при высокой эффективности использования моноканала, низкой стоимости, простоте методов управления, возможности контроля работоспособности моноканала.

В широковещательных и большинстве последовательных конфигураций (за исключением кольца) каждый сегмент кабеля должен обеспечивать передачу сигналов в обоих направлениях, что достигается: в полудуплексных сетях связи - использованием одного кабеля для поочередной передачи в двух направлениях; в дуплексных сетях - с помощью двух однонаправленных кабелей; в широкополосных системах - применением различной несущей частоты для одновременной передачи сигналов в двух направлениях.

Глобальные и региональные сети, как и локальные, в принципе могут быть однородными (гомогенными), в которых применяются программно-совместимые ЭВМ, и неоднородными (гетерогенными), включающими программно-несовместимые ЭВМ. Однако, учитывая протяженность ГВС и РВС и большое количество используемых в них ЭВМ, такие сети чаще бывают неоднородными.

Объединение компьютеров и устройств в сеть может производиться различными способами и средствами. По составу своих компоненов, способам их соединения, сфере использования и другим признакам сети можно разбить на классы таким образом, чтобы принадлежность описываемой сети к тому или иному классу достаточно полно могла характеризовать свойства и качественные параметры сети.

Однако такого рода классификация сетей является довольно условной. Наибольшее распространение на сегодня получило разделение компьютерных сетей по признаку территориального размещения. По этому признаку сети делятся на три основных класса:

LAN (Local Area Networks) – локальные сети;

MAN (Metropolitan Area Networks) – региональные (городские или корпоративные) сети;

WAN (Wide Area Networks) – глобальные сети.

Локальная сеть (ЛС) – это коммуникационная система, поддерживающая в пределах здания или некоторой другой ограниченной территории один или несколько высокоскоростных каналов передачи цифровой информации, предоставляемых подключенным устройствам для кратковременного монопольного использования. Территории, охватываемые ЛС, могут существенно различаться.

Длина линий связи для некоторых сетей может быть не более 1000 м, другие же ЛС в состоянии обслужить целый город. Обслуживаемыми территориями могут быть как заводы, суда, самолеты, так и учреждения, университеты, колледжи. В качестве передающей среды, как правило, используются коаксиальные кабели, хотя все большее распространение получают сети на витой паре и оптоволокне, а в последнее время также стремительно развивается технология беспроводных локальных сетей, в которых используется один из трех видов излучений: широкополосные радиосигналы, маломощное излучение сверхвысоких частот (СВЧ излучение) и инфракрасные лучи.

Небольшие расстояния между узлами сети, используемая передающая среда и связанная с этим малая вероятность появления ошибок в передаваемых данных позволяют поддерживать высокие скорости обмена – от 1 Мбит/с до 100 Мбит/с (в настоящее время уже есть промышленные образцы ЛС со скоростями порядка 1 Гбит/с).

Региональные сети, как правило, охватывают группу зданий и реализуются на оптоволоконных или широкополосных кабелях. По своим характеристикам они являются промежуточными между локальными и глобальными сетями.

Глобальные сети, в отличие от локальных, как правило, охватывают значительно большие территории и даже большинство регионов земного шара (примером может служить сеть Internet). В настоящее время в качестве передающей среды в глобальных сетях используются аналоговые или цифровые проводные каналы, а также спутниковые каналы связи (обычно для связи между континентами). Ограничения по скорости передачи и относительно низкая надежность аналоговых каналов, требующая использования на нижних уровнях протоколов средств обнаружения и исправления ошибок, существенно снижают скорость обмена данными в глобальных сетях по сравнению с локальными.

Существуют и другие классификационные признаки компьютерных сетей. Так, например:

– по сфере функционирования сети могут быть разделены на банковские научных учреждений, университетские;

– по форме функционирования можно выделить коммерческие и бесплатные сети, корпоративные и общего пользования;

– по характеру реализуемых функций сети подразделяются на вычислительные (предназначенные для решения задач управления на основе вычислительной обработки исходной информации); информационные (предназначенные для получения справочных данных по запросу пользователей); смешанные (в них реализуются вычислительные и информационные функции);

– по способу управления вычислительные сети делятся на сети с децентрализованным, централизованным и смешанным управлением. В первом случае каждая ЭВМ, входящая в состав сети, включает полный набор программных средств для координации выполняемых сетевых операций. Сети такого типа сложны и достаточно дороги, так как операционные системы отдельных ЭВМ разрабатываются с ориентацией на коллективный доступ к общему полю памяти сети. В условиях смешанных сетей под централизованным управлением ведется решение задач, обладающих высшим приоритетом и, как правило, связанных с обработкой больших объемов информации.

Локальные сети

Локальная сеть создается, как правило, для совместного использования ресурсов ЭВМ или данных (обычно в одной организации). С технической точки зрения локальная сеть – совокупность компьютеров и каналов связи, объединяющих компьютеры в структуру с определенной конфигурацией, а также сетевого программного обеспечения, управляющего работой сети. Способ соединения компьютеров в локальную сеть называется топологией.

Топология во многом определяет многие важные свойства сети, например такие, как надежность (живучесть), производительность и др. Существуют разные подходы к классификации топологий сетей. По производительности они делятся на два основных класса: широковещательные и последовательные.

В широковещательных конфигурациях каждый компьютер передает сигналы, которые могут быть восприняты остальными компьютерами. К таким конфигурациям относятся топологии «общая шина», «дерево», «звезда с пассивным центром». Сеть типа «звезда с пассивным центром» можно рассматривать как разновидность «дерева», имеющего корень с ответвлением к каждому подключенному устройству.

В последовательных конфигурациях каждый физический подуровень передает информацию только одному ПК. Примерами последовательных конфигураций являются: произвольная (произвольное соединение компьютеров), иерархическая, «кольцо», «цепочка», «звезда с интеллектуальным центром», «снежинка» и другие.

Топология «Шина»

Рисунок 10.2. Шинная топология локальной сети

При таком соединении обмен может производиться между любыми компьютерами сети, независимо от остальных. При повреждении связи одного компьютера с общей шиной, этот компьютер отключается от сети, но вся сеть работает. В этом смысле сеть достаточно устойчива, но если повреждается шина, то вся сеть выходит из строя.

Топология «Кольцо»

Рисунок 10.3. Кольцевая топология локальной сети

При этом соединении данные также передаются последовательно от компьютера к компьютеру, но по сравнению с простым последовательным соединением данные могут передаваться в двух направлениях, что повышает устойчивость к неполадкам сети. Один разрыв не выводит сеть из строя, но два разрыва делают сеть нерабочей. Кольцевая сеть достаточно широко применяется, в основном из-за высокой скорости передачи данных. Кольцевые сети самые скоростные.

Топология «Звезда»

Рисунок 10.4. Звездообразная топология локальной сети

При соединении звездой сеть очень устойчива к повреждениям. При повреждении одного из соединений от сети отключается только один компьютер. Кроме того, эта схема соединения позволяет создавать сложные разветвленные сети. Устройства, которые позволяют организовывать сложные структуры сетей, называются концентраторами и коммутаторами.

Современные сети можно классифицировать по различным признакам:

По удаленности компьютеров :

Локальные LAN (Local Area Network) - сеть в пределах предприятия, учреждения, одной организации. Компьютеры расположены на расстоянии до нескольких километров и обычно соединены при помощи скоростных линий связи.

Региональные MAN (Metropolitan Area Network) - объединяют пользователей области, города, небольших стран. В качестве каналов связи используются телефонные линии. Расстояние между узлами сети составляет от 10 до 1000 км.

Глобальные WAN (Wide Area Network) - включают другие глобальные сети, локальные сети, а также отдельно подключаемые к ней компьютеры.

По назначению и перечню предоставляемых услуг:

- Общее использование файлов и принтеров - с помощью специальной ЭВМ (файл-сервер, принтер-сервер) организуется доступ пользователей к файлам и принтерам.

Общее использование баз данных - с помощью специальной ЭВМ (сервер баз данных) организуется доступ пользователей к базе данных.

Применение технологий Интернет - электронная почта, Всемирная паутина, телеконференции, видеоконференции, передача файлов через Интернет.

По способу организации взаимодействия:

- Одноранговые сети - все компьютеры одноранговой сети равноправны, при этом любой пользователь сети может получить доступ к данным, хранящимся на любом компьютере. Главное достоинство одноранговых сетей - это простота установки и эксплуатации. Главный недостаток состоит в том, что в условиях одноранговых сетей затруднено решение вопросов защиты информации. Поэтому такой способ организации сети используется для сетей с небольшим количеством компьютеров и там, где вопрос защиты данных не является принципиальным.

- Сети с выделенным сервером (иерархические сети ) - при установке сети заранее выделяются один или несколько серверов - компьютеров, управляющих обменом данных по сети и распределением ресурсов. Любой компьютер, имеющий доступ к услугам сервера называют клиентом сети или рабочей станцией . Сам сервер может быть клиентом только сервера более высокого уровня иерархии. Иерархическая модель сети является наиболее предпочтительной, так как позволяет создать наиболее устойчивую структуру сети и более рационально распределить ресурсы. Также достоинством иерархической сети является более высокий уровень защиты данных.

К недостаткам иерархической сети, по сравнению с одноранговыми сетями, относятся:

Необходимость дополнительной ОС для сервера.

Более высокая сложность установки и модернизации сети.

Необходимость выделения отдельного компьютера в качестве сервера

По технологии использования сервера:

Сети с архитектурой файл-сервер - используется файловый сервер, на котором хранится большинство программ и данных. По требованию пользователя ему пересылаются необходимая программа и данные. Обработка информации выполняется на рабочей станции.

Сети с архитектурой клиент-сервер - между приложением-клиентом и приложением-сервером осуществляется обмен данными. Хранение данных и их обработка производится на мощном сервере, который выполняет также контроль за доступом к ресурсам и данным. Рабочая станция получает только результаты запроса.

По скорости передачи информации компьютерные сети делятся на низко-, средне- и высокоскоростные:

Низкоскоростные сети - до 10 Мбит/с;

Среднескоростные сети- до 100 Мбит/с;

Высокоскоростные сети - свыше 100 Мбит/с.

По типу среды передачи сети разделяются на:

Проводные (на коаксиальном кабеле, на витой паре, оптоволоконные);

Беспроводные с передачей информации по радиоканалам или в инфракрасном диапазоне.

По топологии (как соединены компьютеры между собой):

Общая шина;

Топология сетей

Топологией сети называется физическую или электрическую конфигурацию кабельной системы и соединений сети.

В топологии сетей применяют несколько специализированных терминов:

Узел сети - компьютер, либо коммутирующее устройство сети;

Ветвь сети - путь, соединяющий два смежных узла;

Оконечный узел - узел, расположенный в конце только одной ветви;

Промежуточный узел - узел, расположенный на концах более чем одной ветви;

Смежные узлы - узлы, соединенные, по крайней мере, одним путём, не содержащим никаких других узлов.

Любую компьютерную сеть можно рассматривать как совокупность узлов. Конфигурация физических связей определяется электрическими соединениями компьютеров между собой и может отличаться от конфигурации логических связей между узлами сети. Логические связи представляют собой маршруты передачи данных между узлами сети, образуются путем соответствующей настройки оборудования.

Существует три основных типа физической топологии локальных вычислительных сетей :

Кольцевая топология предусматривает соединение узлов сети замкнутой кривой, т.е. кабелем передающей среды. В такой сети к каждому узлу присоединены две и только две ветви. Информация по кольцу передаётся от узла к узлу, как правило, в одном направлении. Каждый промежуточный узел между передатчиком и приемником ретранслирует посланное сообщение.

Принимающий узел распознаёт и получает только адресованные ему сообщения. В сети с кольцевой топологией необходимо принимать специальные меры, чтобы в случае выхода из строя или отключения какой-либо станции не прервался канал связи между остальными станциями. Преимущество данной топологии - простота управления, недостаток - возможность отказа всей сети при сбое в канале между двумя узлами.

Шинная топология одна из наиболее простых, реализуется с помощью кабеля, к которому подключаются все компьютеры. Все сигналы, передаваемые любым компьютером в сеть, идут по шине в обоих направлениях ко всем остальным компьютерам.

Топология звезда использует отдельный кабель для каждого компьютера, проложенный от центрального устройства, называемого хабом (hub) или концентратором. Концентратор транслирует сигналы, поступающие на любой из его портов, на все остальные порты, в результате чего сигналы, посылаемые одним узлом, достигают остальных компьютеров. В такой сети имеется только один промежуточный узел. Сеть на основе «звезды» более устойчива к повреждениям по сравнению сетью на базе шинной архитектуры, так как повреждение кабеля затрагивает непосредственно только тот компьютер, к которому он соединен, а не всю сеть.

В то время как небольшие сети, как правило, имеют типовую топологию - звезда, кольцо или общая шина, для крупных сетей характерно наличие произвольных связей между компьютерами. В таких сетях можно выделить отдельные произвольно подсети, имеющие типовую топологию, поэтому их называют сетями со смешанной топологией . Выбор той или иной топологии определяется областью применения сети, географическим расположением ее узлов и размерностью сети в целом.

Модель взаимосвязи открытых систем. Основной задачей, решаемой при создании компьютерных сетей, является обеспечение совместимости оборудования по электрическим и механическим характеристикам и обеспечение совместимости информационного обеспечения (программ и данных) по системе кодирования и формату данных. Решение этой задачи относится к области стандартизации. Одним из примеров решения данной задачи является так называемая модель взаимосвязи открытых систем OSI (Model of Open System Interconnections).

Согласно модели OSI архитектуру компьютерных сетей следует рассматривать на разных уровнях (общее число уровней - до семи). Самый верхний уровень - прикладной. На этом уровне пользователь взаимодействует с вычислительной системой. Caмый нижний уровень - физический. Он обеспечивает обмен сигналами между устройствами. Обмен данными в системах связи происходит путем их перемещения с верхнего уровня на нижний, затем транспортировки и, наконец, обратным воспроизведением на компьютере клиента в результате перемещения с нижнего уровня на верхний.

Рассмотрим, как в модели ОSI происходит обмен данными между пользователями, находящимися на разных континентах.

1. На прикладном уровне с помощью специальных приложений пользователь создает документ (сообщение, рисунок и т. п.).

2. На уровне представления операционная система его компьютера фиксирует, где находятся созданные данные (в оперативной памяти , в файле на жестком диске и т. п.), и обеспечивает взаимодействие со следующим уровнем.

3. На сеансовом уровне 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. На транспортном уровне документ преобразуется в ту форму, в которой положено передавать данные в используемой сети. Например, он может нарезаться на небольшие пакеты стандартного размера.

5. Сетевой уровень определяет маршрут движения данных в сети. Так, например если на транспортном уровне данные были «нарезаны» на пакеты, то на сетевом уровне каждый пакет должен получить адрес, по которому он должен быть доставлен независимо от прочих пакетов.

6. Уровень соединения (Канальный уровень) необходим для того, чтобы промодулировать сигналы, циркулирующие на физическом уровне, в соответствии с данными, полученным с сетевого уровня. Например в компьютере эти функции выполняет сетевая карта или модем.

Реальная передача данных происходит на физическом уровне. Здесь нет ни документов, ни пакетов, ни даже байтов — только биты, то есть, элементарные единицы представления данных. Восстановление документа из них произойдет постепенно, при переходе с нижнего на верхний уровень на компьютер клиента.

Средства физического уровня лежат за пределами компьютера. В локальных сетях это оборудование самой сети. При удаленной связи с использованием телефонных модемов это линии телефонной связи, коммутационное оборудование телефонных станций и т. п.

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

Разные уровни протоколов сервера и клиента не взаимодействуют друг с другом напрямую, но они взаимодействуют через физический уровень. Постепенно переходя с верхнего уровня на нижний, данные непрерывно преобразуются, «обрастают» дополнительными данными, которые анализируются протоколами соответствующих уровней на сопредельной стороне. Это создает эффект виртуального взаимодействия уровней между собой.

Чтобы различные компьютеры сети могли установить связь друг с другом, они должны “разговаривать” на одном языке, то есть использовать один и тот же протокол. Протокол - это “язык”, используемый для обмена данными при работе в сети.

Существует множество протоколов, каждый из них выполняет различные задачи. На разных уровнях модели OSI используются различные протоколы.

Ethernet - это протокол Уровня соединения, используемый большинством современных локальных сетей. Протокол Ethernet обеспечивает унифицированный интерфейс к сетевой среде передачи, который позволяет операционной системе использовать для приема и передачи данных несколько протоколов Сетевого уровня одновременно. Token Ring - это альтернатива «классическому» протоколу Ethernet на Уровне соединения.

Для возможности передачи информации по сетевым каналам связи необходимо установить протокол обмена сообщениями (пакетами). Существует несколько таких протоколов. Наиболее широко используются следующие: NetBEUI , IPX/SPX , TCP/IP . Протоколы NETBEUI и IPX/SPX - используется в локальных сетях. Протоколы TCP/IP являются базовыми протоколами глобальной сети Интернет.

Сетевое оборудование

Основными компонентами сети являются рабочие станции , серверы , передающие среды (кабели ) и сетевое оборудование .

Рабочими станциями называются компьютеры сети, на которых пользователями сети реализуются прикладные задачи.

Серверы сети - это аппаратно-программные системы, выполняющие функции управления распределением сетевых ресурсов общего доступа. Сервером может быть это любой подключенный к сети компьютер, на котором находятся ресурсы, используемые другими устройствами сети. В качестве аппаратной части сервера используется достаточно мощные компьютеры.

Выделяют следующие виды сетевого оборудования:

Сетевые кабели (коаксиальные , состоящие из двух изолированных между собой концентрических проводников, из которых внешний имеет вид трубки; кабели на витых парах , образованные двумя переплетёнными друг с другом проводами; оптоволоконные и др.).

Сетевые карты (Сетевые интерфейсные адаптеры) - это контроллеры, подключаемые к материнской плате компьютера, предназначенные для передачи сигналов в сеть и приема сигналов из сети. К разъёмам адаптеров подключается сетевой кабель.

Концентраторы (Hub ) - это центральные устройства кабельной системы или сети физической топологии "звезда", которые при получении пакета на один из своих портов пересылает его на все остальные. Хаб с набором разнотипных портов позволяет объединять сегменты сетей с различными кабельными системами. К порту хаба можно подключать как отдельный узел сети, так и другой хаб или сегмент кабеля.

Для соединения локальных сетей друг с другом используются следующие устройства:

Мосты (Bridge) - устройства сети, которые соединяют два отдельных сегмента, ограниченных своей физической длиной. Мосты также усиливают и конвертируют сигналы для кабеля другого типа. Это позволяет расширить максимальный размер сети.

Мосты передают данные между сетями в пакетном виде, не производя в них никаких изменений. Ниже на рисунке показаны три локальные сети, соединённые двумя мостами. Кроме этого, мосты могут фильтровать пакеты , охраняя всю сеть от локальных потоков данных и пропуская наружу только те данные, которые предназначены для других сегментов сети.

Шлюзы (Gateway ) - программно-аппаратные комплексы, соединяющие разнородные сети или сетевые устройства. Шлюзы позволяет решать проблемы различия протоколов или систем адресации. Шлюз, в отличие от моста, применяется в случаях, когда соединяемые сети имеют различные сетевые протоколы. Поступившее в шлюз сообщение от одной сети преобразуется в другое сообщение, соответствующее требованиям следующей сети.

Маршрутизаторы (Router ) - стандартные устройства сети, работающие на сетевом уровне и позволяющее переадресовывать и маршрутизировать пакеты из одной сети в другую. Он позволяет, например, расщеплять большие сообщения на более мелкие порции, обеспечивая тем самым взаимодействие локальных сетей с разным размером пакета. Маршрутизатор может пересылать пакеты на конкретный адрес (мосты могут только отфильтровывают ненужные пакеты), выбирать лучший путь для прохождения пакета.

Межсетевые экраны (firewall, брандмауэры ) - это программный и/или аппаратный барьер между двумя сетями, позволяющий устанавливать только авторизованные межсетевые соединения, реализующий контроль за поступающей в локальную сеть и выходящей из нее информацией, и обеспечивающие защиту локальной сети посредством фильтрации информации.

Большинство межсетевых экранов построено на классических моделях разграничения доступа, согласно которым субъекту (пользователю, программе, процессу или сетевому пакету) разрешается или запрещается доступ к какому-либо объекту (файлу или узлу сети) при предъявлении некоторого уникального, присущего только этому субъекту, элемента. В большинстве случаев этим элементом является пароль. Для сетевого пакета таким элементом являются адреса или флаги, находящиеся в заголовке пакета, а также некоторые другие параметры.