Структура компьютерной сети
По размеру охватываемой территории различают следующие сети:
- • малые локальные или домашние (радиус от нескольких метров до десятков метров);
- • локальные (радиус от сотен метров до нескольких десятков километров);
- • распределенные (радиус от сотен до нескольких тысяч километров);
- • глобальные (охватывающие несколько или все континенты земного шара).
Распределенная или локальная сеть, имеющая одного хозяина или единого владельца, называется корпоративной.
Структура локальных сетей может быть различна:
1. Линейная шина – все компьютеры подключены к одной линии связи (рис. 10.1), при наличии повреждений в которой сеть перестает работать. В настоящее время линейная шина применяется редко, в основном при малом количестве компьютеров. Недостаток – низкая защищенность. На вход сетевого адаптера или сетевой карты каждого компьютера независимо от того, включен он или нет, участвует в сетевом обмене или нет, поступает вся информация, передаваемая по сети.
Рис. 10.1. Линейная шина
- 2. Кольцо соединяет все компьютеры друг с другом последовательно (рис. 10.2). При наличии повреждений сеть либо перестает работать целиком, либо «разваливается» на отдельные работающие сектора. В настоящее время кольцевая структура сети применяется редко, поскольку, как и линейная шина, не обеспечивает должной безопасности. Любой из включенных компьютеров может «прослушивать» всю информацию, передаваемую по сети.
- 3. Полносвязная сеть (рис. 10.3) строится по принципу соединения компьютеров «каждый с каждым» потенциальным клиентом. При простоте структуры, а следовательно и кажущейся легкости в управлении, полносвязная сеть требует большого количества линий связи и значительного числа сетевых портов в каждом компьютере. Сеть оказыва-
Рис. 10.2. Кольцо
Рис. 10.3. Полносвязная сеть
ется громоздкой и дорогостоящей, вследствие чего применяется не часто. Полносвязные сети используются на очень загруженных информационных «перекрестках» глобальных сетей, где один сервер работает «на грани срыва». Соединение нескольких близко расположенных серверов в полносвязную сеть значительно повышает пропускную способность на этом информационном перекрестке.
- 4. Распределенная звезда (рис. 10.4). В центре расположено пассивное (неуправляемое программно) устройство коммутации – концентратор, исключающий попадание передаваемой информации «в чужие руки», т.е. на компьютер, не участвующий в данный момент в информационном обмене.
- 5. Звезда – наиболее распространенная в настоящее время структура локальных сетей. В центре структуры расположено активное (управляемое программно) устройство коммутации – сервер (рис. 10.5).
Рис. 10.4. Распределенная звезда
Рис. 10.3. Звезда
Основные элементы локальной сети
Сервер – компьютер, «руководящий обслуживанием» в сети с помощью своих устройств, программ и данных, предоставляющий другим компьютерам (рабочим станциям сети, клиентам) услуги по связи, получению, пересылке и обработке информации, а также совместно используемые ресурсы.
Строго говоря, сервером называется программа, устанавливаемая на компьютер для обслуживания совместной работы в сети других компьютеров. Но поскольку через подобный компьютер «протекает» большое количество информации, его аппаратную часть стараются сделать более мощной. Увеличивают объемы оперативной и дисковой памяти, применяют более быстродействующие процессоры, устанавливают либо несколько обычных сетевых карг, либо сетевые устройства: коммутаторы (свитчи), маршрутизаторы (роутеры). По этой причине сервером называют и компьютер, «руководящий обслуживанием» в сети. Обычно сервер работает круглосуточно для обеспечения бесперебойного доступа к размещенной на нем информации.
Рабочая станция, или хост (host), – компьютер, подключенный к сети и имеющий в сети собственный адрес. Это может быть как сервер, так и клиентский компьютер.
Клиент – компьютер в локальной сети, на котором пользователь запускает прикладные программы и с которого обращается к серверу за обеспечением связи с другими компьютерами и доступом к сетевым ресурсам (файлам, программам и устройствам). В отличие от сервера клиент хотя и подключен физически к сети, в отдельные моменты времени может быть логически (программно) отключен от нее. Еще одно отличие – у клиента в разные моменты времени может быть как постоянный, так и разный (меняющийся в каждом сеансе работы в сети) адрес.
Кроме основных действующих лиц (клиентов, серверов), в сети имеется много других служебных устройств, с которыми пользователь непосредственно не работает, но от которых серьезно зависит и скорость работы в сети, и ее безопасность. Поэтому пользователь должен знать, какие устройства можно установить самостоятельно для усиления защищенности своего компьютера или сегмента сети, если они отсутствуют на участке: компьютер пользователя – сервер провайдера.
Повторитель (repeater) – устройство в сети, позволяющее восстановить амплитуду и мощность предаваемого сигнала, которые уменьшаются вследствие наличия потерь в линиях связи.
Концентратор (concentrator), или хаб (hub), – многовходовый (или многопортовый) повторитель, позволяющий обслуживать сразу несколько компьютеров в сети.
Мост (bridge) – программное или аппаратное средство для преобразования информации при обмене ею между однотипными сетями или их частями (логическими сегментами).
Коммутатор, или свитч (switch, switching hub), – коммуникационное устройство, в котором возможна параллельная независимая обработка информации, поступающей на разные порты (входы). Это отличает его от моста, где информация, поступающая с разных портов, обрабатывается друг за другом (последовательно).
Маршрутизатор (router) – комплекс программных и аппаратных средств, обеспечивающих в сети передачу по назначению (по заданному маршруту) пакетов данных и разделяющий информационные потоки отдельных частей сети друг от друга.
Шлюз (gateway) – устройство для соединения разнотипных сетей, работающих с отличающимся сетевым программным обеспечением и по разным протоколам.
2. Назначение, компоненты и общая структура компьютерной сети
Компьютерная сеть (информационно-вычислительная сеть) — это система распределенных на территории средств ввода/вывода, хранения и обработки информации, связанных между собой каналами передачи данных.
Сети могут обеспечить:
- удаленный доступ пользователей к ресурсам сети (базам и банкам данных, экспертным системам, высокопроизводительным ЭВМ, высококачественным принтерам и графопостроителям и др.);
- создание распределенных банков данных, что снижает стоимость их эксплуатации и уменьшает время доступа пользователей к информации;
- предоставление пользователям различных услуг (службы информации, электронной почты, телеконференций и др.).
Обобщенная структура взаимосвязанных сетей
ЭВМ — вычислительные средства сети, которые могут быть разных классов и типов и работать под управлением различных операционных систем. Для работы в сети ЭВМ должна быть укомплектована необходимыми техническими средствами (например: сетевым адаптером, модемом для телефонных каналов связи, устройством преобразования сигналов для телеграфных каналов, абонентской радиостанцией для радиоканалов и др.) и программами, поддерживающими работу этих устройств.
ЦУС — центр управления сетью, где работает администратор сети. В ЦУС, как правило, устанавливается ЭВМ, обладающая наивысшей производительностью и большим объемом памяти и оснащенная специальным программным обеспечением.
Администратор сети — это человек или группа лиц, которые выполняют следующие функции:
- проверку работоспособности компонентов сети, отключение неисправных, подключение отремонтированных или новых компонентов;
- установление конфигурации сети;
- определение дисциплины (порядка) обслуживания пользователей;
- учет времени работы пользователей и компонентов сети.
Терминалы (Т) — устройства ввода/вывода информации без ее обработки.
Средства коммуникаций (СК) — комплекс технических и программных средств для обеспечения информационного взаимодействия между компонентами сети. В сетях используются каналы связи с различными физическими средствами передачи сигналов: проводными, оптоволоконными и по радио.
Так как в разные годы сети разрабатывали различные организации, ориентируя их на определенные типы ЭВМ, классы задач и сферы применения, то исторически сложилось так, что среди компьютерных сетей нет единообразия. Поэтому взаимодействие между сетями осуществляется в рамках протоколов.
Протокол — это система соглашений, которые определяют все аспекты информационного взаимодействия между компонентами одной сети или разных сетей. Протокол включает правила, процедуры, алгоритмы и требования, касающиеся порядка взаимодействия между компонентами сети. Связь сетей с разными протоколами производится через шлюзы, а с одинаковыми протоколами — через мосты. Шлюзы и мосты осуществляют согласование различных протоколов.
Шлюз (Ш) — комплекс технических и программных средств для организации взаимодействия между неоднородными сетями, т.е. включающими программно-несовместимые ЭВМ.
Мост (М) — комплекс технических и программных средств для организации взаимодействия между однородными сетями, т. е. в которые входят программно-совместимые ЭВМ.