Назначение и классификация компьютерных сетей

НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ  КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ

Протекающие в ЭВМ любого класса информационные процессы локализованы рамками входящих в ее состав устройств. При этом обмен данными реализуется  посредством системной шины и  различного рода кабелей, обеспечивающих подключение внешних устройств. Современные информационные технологии предполагают широкое использование  компьютерных сетей, в которых процессы обмена данными между компьютерами приобретают основополагающее значение.

Компьютерная сеть - это система, состоящая из двух и более разнесенных в пространстве компьютеров, объединенных каналами связи, и обеспечивающая распределенную обработку данных. Компьютерные сети представляют собой распределенные системы, позволяющие объединить информационные ресурсы входящих в их состав компьютеров.

Общепринятой классификацией компьютерных сетей является их разделение на локальные (LAN - Local Area Network), глобальные (WAN - World Area Network) и корпоративные сети.

Простейшая сеть образуется соединением  двух рядом расположенных компьютеров  через последовательные (СОМ) или  параллельные (LPT) порты с помощью  специальных кабелей. Такое соединение часто применяют при подключении  ноутбука к другому компьютеру с  целью передачи данных. В последние  годы в практику входит использование  инфракрасных портов для соединения компьютеров в пределах прямой видимости (без применения кабелей).

Локальная вычислительная сеть (ЛВС) представляет собой распределенную на небольшой территории вычислительную систему, не требующую специальных устройств (за исключением сетевых карт и в более сложных конфигурациях - концентраторов) для передачи данных. В связи с ослаблением сигналов в соединяющих компьютеры электрических кабелях Протяженность всей системы не должна превышать нескольких километров, что ограничивает ее распространение рядом близко расположенных зданий.

Глобальная компьютерная сеть (ГКС) связывает информационные ресурсы компьютеров, находящихся на любом удалении, что предполагает использование различных специализированных устройств и каналов связи для высокоскоростной и надежной передачи данных. Общедоступные глобальные сети ориентированы на обслуживание любых пользователей.

Корпоративная компьютерная сеть (ККС) создается для обеспечения деятельности различного рода корпоративных структур (например, банков со своими филиалами), имеющих территориально удаленные подразделения. В общем случае корпоративная сеть является объединением ряда сетей, в каждой из которых могут быть использованы различные технические решения. По функциональному назначению корпоративная сеть ближе к локальным сетям, по особенностям используемых для передачи данных технических решений и характеру размещения информационных ресурсов -- к глобальным сетям. В отличие от глобальных сетей как локальные, так и корпоративные сети являются, как правило, сетями закрытого типа, политика доступа в которые определяется их владельцами (как правило, для свободного доступа открыты небольшие сегменты сетей, ориентированные на рекламу, взаимодействие с клиентами и др.).

ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ, ИХ ИЕРАРХИЯ, АРХИТЕКТУРА

Системный подход, предполагающий подчинение всех принимаемых решений общей цели создания компьютерной системы. При этом выбор архитектуры сети, организация каналов передачи данных, характер территориального размещения баз данных, особенности доступа пользователей к ресурсам сети, функциональные возможности аппаратного и программного обеспечения должны соответствовать назначению сети, и в пределе оптимизировать принятые при ее проектировании критерии качества

реализация архитектуры  открытых систем, ориентированной на возможность расширения (изменения), в том числе, через взаимодействие с другими сетями на основе принятых стандартов. Открытый характер построения сети позволяет осуществить ее декомпозицию в виде относительно самостоятельных подсистем меньшего масштаба и модулей, в пределах которых при проектировании могут быть использованы индивидуальные решения. Актуальность данного принципа подчеркивается значением модели взаимодействия открытых систем OSI как общепризнанного стандарта построения сетей. Открытость системы является основой для ее адаптации (как правило, непрерывной) к изменяющимся условиям, включая решение вопросов ее последующего масштабирования;

использование унифицированных  решений. Широкая номенклатура современных серийно выпускаемых специализированных аппаратных и программных средств обеспечивает соответствие действующим международным стандартам в области построения компьютерных сетей, что способствует снижению затрат и сокращению времени на их проектирование, монтаж и отладку, а также повышает надежность их последующей работы;

поддержка различных способов доступа пользователей к ресурсам сети, соответствующих реализованным в ней сервисам (функциям), характеру и использованию конкретных ресурсов и др. При необходимости в сети должен быть обеспечен режим удаленного доступа, реализована возможность одновременного использования сетевого ресурса несколькими пользователями или процессами;

* обеспечение безопасности информации, включающее в себя сохранение ее целостности, конфиденциальности и доступность информации для пользователей при наличии у них требуемых уровней полномочий.

Любая компьютерная сеть в самом  общем виде может быть представлена в виде двух взаимодействующих составляющих: коммутационной системы и совокупности абонентов (включая их оборудование: рабочие станции, серверы и др.). Основным назначением коммутационной системы является формирование транспортной среды, обеспечивающей связь абонентов  друг с другом. Абоненты сети потенциально могут как предоставлять сетевые услуги, так и потреблять их. Изменение масштабов компьютерной сети приводит к изменению сложности ее обеих составляющих.

ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ, КАНАЛЫ СВЯЗИ И КОММУНИКАЦИОННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Телекоммуникационная система представляет собой распределенную сеть, объединяющую традиционные сети передачи данных с передачей сообщений в цифровой форме и телефонные сети с передачей сообщений в аналоговой форме, предназначенную для передачи между абонентами трафика различной природы, с различными вероятностно-временными характеристиками.

Основной функцией телекоммуникационных систем, поддерживающих работу компьютерных сетей, является организация оперативного и надежного обмена данными между  абонентами. Главный показатель эффективности  функционирования телекоммуникационных систем - время доставки сообщений - определяется рядом факторов:

структурой сети связи;

пропускной способностью линий  связи;

способами соединения каналов связи  между абонентами;

используемыми протоколами информационного  обмена;

методами доступа абонентов  к передающей среде;

методами маршрутизации пакетов  и др.

В целом на телекоммуникационную систему  возлагается выполнение ряда задач  связанных с обеспечением пользовательского  трафика:

· согласование форматов сообщений (сигналов) передаваемых через различные каналы системы;

· синхронизацию работы каналов;

· коммутацию (каналов, сообщений, пакетов);

· маршрутизацию (сообщений, пакетов);

· обеспечение требуемого уровня помехозащищенности и др.

Соответственно, все аппаратные и  программные средства, обеспечивающие решение этих задач, являются частью телекоммуникационной системы.

Для телекоммуникационных систем характерен ряд специфических особенностей:

· разнотипность применяемых каналов  связи - от телефонных до спутниковых;

· ограниченность числа каналов  между абонентами, которые можно  использовать для передачи различного рода сообщений;

· различные уровни пропускной способности  доступных каналов связи.

Одним из важнейших факторов, определяющим возможности телекоммуникационных систем и компьютерных сетей в  целом, являются технические характеристики каналов связи.

Канал связи (передачи данных) состоит из линии связи и используемой на обеих сторонах линии аппаратуры передачи данных.

Линия связи представляет собой физическую среду, через которую с помощью сигналов осуществляется передача данных. Для передачи большого трафика на значительные расстояния широкое применение находят спутниковые, радиорелейные, кабельные и оптоволоконные каналы связи.

Для оценивания свойств каналов  связи и коммуникационной сети используют ряд характеристик:

· скорость передачи данных по каналу связи (измеряется в бит/с);

· пропускную способность канала связи (измеряется количеством передаваемых символов за секунду);

· достоверность передачи данных (измеряется количеством ошибок на один переданный знак);

· надежность (измеряется средним  временем безотказной работы в часах).

В зависимости от вида используемых линий связи каналы подразделяются на проводные и беспроводные. К беспроводным каналам относят: спутниковые, инфракрасные, радиорелейные и другие каналы связи. В проводных каналах используются телефонные линии, различного рода кабели для передачи электрических и оптических сигналов.

Появление спутниковых сетей связи (первый спутник связи запущен  в 1958 году) сравнимо по значимости с  изобретением телефона. В настоящее  время спутники связи выводятся  на геостационарные орбиты, при этом они постоянно находятся над определенными участками поверхности Земли. К преимуществам спутниковой связи относятся: большая пропускная способность, обусловленная работой в широком диапазоне гигагерцовых частот; обеспечение связи между узлами (станциями), расположенными на большом расстоянии друг от друга; независимость оплаты трафика от расстояния (стоимость определяется временем работы или объемом трафика). В то же время при использовании спутниковой связи необходимо предпринимать меры повышенной информационной безопасности, исключающие возможность перехвата передаваемых сообщений, имеет место задержка сигнала при приеме из-за больших расстояний, возможно временное ухудшение качества связи из-за воздействия атмосферных явлений.

Различают выделенные некоммутируемые  каналы связи и каналы связи с  коммутацией на время передачи данных по этим каналам.

При использовании выделенных каналов связи приемопередающая аппаратура узлов связи постоянно соединена между собой. Этим обеспечивается высокая степень готовности системы к передаче информации и более высокое качество связи. Однако, из-за сравнительно больших расходов на эксплуатацию сетей с выделенными каналами связи их рентабельность достигается только при условии высокой загрузки каналов.

Для коммутируемых каналов, создаваемых только на время передачи определенного объема данных, характерны высокая гибкость и сравнительно небольшая стоимость при малом объеме трафика. Недостатки таких каналов: потери времени на коммутацию (на установление связи между абонентами), возможность блокировки передачи из-за занятости отдельных участков линии связи, пониженное качество передачи, большая стоимость при значительном объеме трафика.

В каналах связи используется три  режима передачи: симплексный, полудуплексный и дуплексный.

Симплексный режим используется для передачи данных только в одном направлении. Характерным примером организации симплексного канала является система телевизионного вещания (от излучающей антенны телевизионного центра к принимающей антенне абонента).

Полудуплексный режим обеспечивает возможность передачи сообщений в обоих направлениях, но в любой момент времени всегда только в одном направлении. Полудуплексный режим обмена сообщениями характерен для нормального протекания экзамена, когда вопросы одной стороны сопровождаются последующими ответами другой стороны.

Дуплексный режим обеспечивает одновременную передачу сообщений в обоих направлениях. Фактически дуплексный канал представляет собой два разнонаправленных симплексных канала между двумя узлами сети. Дуплексный режим широко используется при передаче сообщений как в локальных, так и в глобальных сетях, обеспечивая эффективное использование ЭВМ и каналов связи.

Для сопряжения компьютеров с каналами связи необходимы специализированные устройства - сетевые адаптеры. Они позволяют согласовать параметры сигналов внутреннего интерфейса компьютеров с параметрами сигналов, используемых в каналах связи определенного типа. При этом обеспечивается как физическое согласование по форме, уровню сигналов, так и на уровне кодирования. Помимо одноканальных адаптеров в сетях широко используют и многоканальные адаптеры - мультиплексоры передачи данных. В сетях со сложной конфигурацией находят применение специализированные интеллектуальные связные процессоры.

При подключении компьютера к телефонной линии функции сетевого адаптера выполняет модем. При увеличении протяженности сети с использованием кабелей применяют повторители, обеспечивающие поддержание формы  и амплитуды сигнала при передаче его на большее по сравнению с  типовыми значениями расстояние.

 

ОРГАНИЗАЦИЯ ЛОКАЛЬНЫХ  И КОРПОРАТИВНЫХ СЕТЕЙ, ХАРАКТЕРНЫЕ  ОСОБЕННОСТИ ИХ ТОПОЛОГИИ И ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ

Одной из важных характеристик ЛВС  является топология сети, которая характеризует усредненную геометрическую схему расположения входящих в состав сети компьютеров, узлов коммутации и каналов связи. Узел коммутации -это устройство, задающее направление передачи данных в сети. Для ЛВС характерны три базовых топологии: кольцо (ring), шина (bus) и звезда (star).

В топологии Кольцо повторители сигналов (репитеры) с помощью соединительных кабелей связаны в единую однонаправленную замкнутую цепь (рис.7.4). К каждому из повторителей подключено по одному компьютеру. Сообщение передается от одного повторителя к другому по кольцу до повторителя,295