Компьютерные сети и их классификация
Компьютерная сеть (Computer NetWork) – это совокупность компьютеров и других устройств, соединенных линиями связи и обменивающихся информацией между собой в соответствии с определенными правилами – протоколом.
Протокол играет очень важную роль, поскольку недостаточно только соединить компьютеры линиями связи. Нужно еще добиться того, чтобы они «понимали» друг друга.
Основная цель сети – обеспечить пользователей потенциальную возможность совместного использования ресурсов сети. Ресурсами сети называют информацию, программы и аппаратные средства.
Преимущества работы в сети:
- Разделение дорогостоящих ресурсов – совместное использование периферийных устройств (лучше и дешевле купить один дорогой, но хороший и быстродействующий принтер и использовать его как сетевой чем к каждому компьютеру покупать дешевые, но плохие принтеры), разделение вычислительных ресурсов (возможность использования удаленного запуска программ).
- Совершенствование коммуникаций (доступ к удаленным БД, обмен информации)
- улучшение доступа к информации
- свобода в территориальном размещении компьютеров
В зависимости от среды передачи данных линии связи разделяются на:
- Витая пара (экранированная и неэкранированная)
- Коаксиальный кабель
- Оптоволоконный
- Wi-Fi
- IrDa
Классификации сетей:
- глобальные — вычислительная сеть объединяет абонентов, расположенных в различных странах, на различных континентах. Глобальные вычислительные сети позволяют решить проблему объединения информационных ресурсов человечества и организации доступа к этим ресурсам;
- региональные — вычислительная сеть связывает абонентов, расположенных на значительном расстоянии друг от друга. Она может включать абонентов большого города, экономического региона, отдельной страны;
- локальные — вычислительная сеть объединяет абонентов, расположенных в пределах небольшой территории. К классу локальных сетей относятся сети отдельных предприятий, фирм, офисов и т. д.
По топологии физических связей – по способу соединения компьютеров между собой
Под топологией вычислительной сети понимается конфигурация графа, вершинам которого соответствуют компьютеры сети (а иногда и другое оборудование), а ребрами — физические связи между ними.
 | Полносвязная топология – каждый компьютер связан со всеми остальными. Громоздкий и неэффективный вариант, т.к. каждый компьютер должен иметь большое кол-во коммуникационных портов. |
 | Ячеистая топология – получается из полносвязной путем удаления некоторых связей. Непосредственно связываются только те компьютеры, между которыми происходит интенсивный обмен данными. Даная топология характерна для глобальных сетей |
 | Общая шина – до недавнего времени самая распространенная топология для локальных сетей. Компьютеры подключаются к одному коаксиальному кабелю. Дешевый и простой способ, недостатки – низкая надежность. Дефект кабеля парализует всю сеть. Дефект коаксиального разъема редкостью не является |
 | Кольцевая топология – данные передаются по кольцу от одного компьютера к другому, если компьютер распознает данные как свои, он копирует их себе во внутренний буфер. |
 | Топология Звезда – каждый компьютер отдельным кабелем подключается к общему устройству – концентрат (хаб). Главное преимущество перед общей шиной – большая надежность. Недостаток – высокая стоимость оборудования и ограниченное кол-во узлов в сети (т.к. концентрат имеет ограниченное число портов) |
 | Иерархическая Звезда (древовидная топология, снежинка) – топология типа звезды, но используется несколько концентратов, иерархически соединенных между собой связями типа звезда. Самый распространенный способ связей как в локальных сетях, так и в глобальных. |
Выбор топологии электрических связей существенно влияет на многие характеристики сети. Например, Наличие резервных связей повышает надежность сети. Базовые требования компьютерных сетей:
- открытость — возможность включения дополнительных компьютеров, терминалов, узлов и линий связи без изменения технических и программных средств существующих компонентов;
- живучесть — сохранение работоспособности при изменении структуры;
- адаптивность — допустимость изменения типов компьютеров, терминалов, линий связи, операционных систем;
- эффективность — обеспечение требуемого качества обслуживания пользователей при минимальных затратах;
- безопасность информации. Безопасность — это способность сети обеспечить защиту информации от несанкционированного доступа.
Базовые принципы организации компьютерной сети:
- операционные возможности — перечень основных действий по обработке данных. Абоненты сети имеют возможность использовать память и процессоры многих компьютеров для хранения и обработки данных;
- производительность — представляет собой суммарную производительность компьютеров, участвующих в решении задачи пользователя;
- время доставки сообщений — определяется как статистическое среднее время от момента передачи сообщения в сеть до момента получения сообщения адресатом;
- стоимость предоставляемых услуг.
19) Классификация компьютерных сетей по топологии и методам доступа. Модель osi. Протоколы tcp/ip.
Компьютерная сеть – это совок-ть вычисл. техники, спец. оборудования, линий связи предн-ая д. передачи данных.
Соединенные в сеть компьютеры обмениваются инф-ией и совместно исп-ют периферийное оборудование и устр-ва хранения инф-ции (принтеры и др.).
-Локальные вычислительные сети(LAN), расположенные в одном или нескольких близко расположенных зданиях.
-Территориальные комп сети, глобальные(WAN), расположенные в разных зданиях, городах и странах.
В состав сети в общем случае включается следующие элементы:
— компьютеры (оснащенные сетевым адаптером);
-каналы связи (кабельные, спутниковые, телефонные, и др);
-различного рода преобразователи сигналов;
Топология компьютерной сети — общая физическая или логическая конфигурация компьютерной сети. Различают:
Звезда – все устройства соединены с центральным хабом, компом, свичем, маршрутизатором. Узлы связываются м/д собой, посылая данные через центр. Высокоскоростная (линия занята только 2мя устройствами), центр должен обладать высокой надежностью, дорогостоящая, надежная. Исп-ся при построении территориальных сетей, иногда локальных.
Кольцо – каждый комп связан с парой соседних компов, образуя замкнутое кольцо. Данные передаются от одной рабочей станции к другой в одном направлении (по кольцу). Каждый ПК работает как повторитель, ретранслируя сообщения к следующему ПК. Если компьютер получает данные, предназначенные для другого компьютера, он передает их дальше по кольцу, иначе они дальше не передаются. Самая дешевая схема, высокопроизводительная. Ненадежная. Используется в локальных сетях.
Шина — Все устройства подсоединены к центральному кабелю, называемому шиной. Кабель исп-ся всеми станциями по очереди. Все сообщения, посылаемые отдельными компьютерами, принимаются и прослушиваются всеми остальными компьютерами, подключенными к сети. Рабочая станция отбирает адресованные ей сообщения, пользуясь адресной информацией. Применяется в локальных сетях. Надежная, производительность ниже, чем у других.
Линии связи используются для организации связи в сетях. Они состоят из кабелей связи и других элементов (монтаж, крепеж, кожухи и т.д.).
В качестве среды передачи данных используются различные виды кабелей: коаксиальный кабель, кабель на основе экранированной и неэкранированной витой пары и оптоволоконный кабель.
Коаксиальный к. исп-ся в радио и телевизионной аппаратуре. Скорость передачи данных 10 Мбит/с, макс расстояние 100 м.
Витая пара — кабель, в к-ом 4 пары тонких телефонных проводов скручены др. вокруг др. Скручивание проводов уменьшает электрические помехи извне при распространении сигналов по кабелю. Бывают неэкранированные и экранированные. Скорость — 10-100 Мбит/с, расстояние – 100-150 м.
Оптоволоконный кабель обеспечивает высокую скорость передачи данных на большом расстоянии. Для передачи сигналов исп-ся свет. Дорогое, и с ним трудно работать. Состоит из центральной стеклянной нити толщиной в несколько микрон, покрытой сплошной стеклянной оболочкой. Все это спрятано во внешнюю защитную оболочку. Скорость до 100 Гбит/c, расстояние 30 км. и более с применением оптоповторителей.
Радиоволны. Передача данных на радиочастотах. Практически не имеет ограничений по дальности. Исп-ся для соединения локальных сетей на больших географических расстояниях. Радиопередача в целом имеет высокую стоимость и чувствительна к электронному и атмосферному наложению, а также подвержена перехватам, поэтому требует шифрования для обеспечения уровня безопасности. Скорость – 30 Мбит/с
Инфракрасная связь функционирует на очень высоких частотах, приближающихся к частотам видимого света. Инфракрасная передача ограничена малым расстоянием в прямой зоне видимости и может быть использована в офисных зданиях.
Для единого представления данных в сетях с неоднородными устройствами и программным обеспечением разработана базовая модель связи открытых систем OSI (Open System Interconnection). Эта модель описывает протоколы — правила и процедуры передачи данных в различных сетевых средах при организации сеанса связи. Каждый уровень модели OSI выполняет определенную задачу в процессе передачи данных по сети.
Назначение каждого уровня:
7. Прикладной. Это протоколы обмена инф-ей между прикл программами.
6. Представлений Преобразует данные в общий формат д. передачи по сети (описываются способы представления инф-ци разл видов и ее передачи)
5. Сеансовый — обеспечивает установление, поддержание и окончание сеанса связи для уровня представлений, а также возобновление аварийно прерванного сеанса.
4. Транспортный обеспечивает надежную передачу (транспортировку) данных между компьютерными системами сети для вышележащих уровней.
3. Сетевой Протокол этого уровня обеспеч передачу инф-ции в рамках сети, объед-й более 2-устройств. Другой ф-ей сетевого уровня явл-ся маршрутизация данных в сети и между сетями.
2. Канальный управляет передачей данных по каналу. Задача- обеспеч передачу одного или неск байт от одного устр-ва к др. Осн ф-ями этого уровня явл-ся разбиение передаваемых данных на порции, наз-мые пакетами, обнаружение ошибок передачи и восстановление неправильно переданных данных.
1. Физический. на эт уровне описывается взаимодействие устройств в рамках опр-ной физич среды. Регламентируются физич параметры. Эти протоколы всегда реализ в аппаратуре.
Иерархически организованная совокупность протоколов, решающих задачу взаимодействия узлов сети, наз-ся стеком протоколов.
TCP (Transmission Control Protocol – Протокол управления передачей). Протокол стека TCP/IP (транспортный уровень), отвечающий за надежную доставку данных.
IP (Internet Protocol – Протокол Internet). Протокол стека TCP/IP (сетевой уровень), обеспечивающий адресную инф-ию и инф-ию о маршрутизации.
-уровень Приложения TCP/IP соответствует уровням Приложения, Представления и Сеанса модели OSI; через него приложения получают доступ к сети.
-уровень Транспорта TCP/IP соответствует аналогичному уровню Транспорта модели OSI; установления и поддержания соединения между двумя узлами.
-межсетевой уровень TCP/IP выполняет те же ф-ии, что и уровень Сети модели OSI; маршрутизация данных внутри сети и между различными сетями (IP).
-уровень сетевого интерфейса TCP/IP соответствует Канальному и Физическому уровням модели OSI.
Сети Internet интересны не своей способностью передавать инф-ию вообще, а способностью предоставлять конкретные виды ресурсов, поэтому на базе основного протокола TCP/IP действуют несколько протоколов прикладного уровня, отвечающие за доступ приложений в сеть. Задачами этих протоколов явл-ся перенос файлов, обмен почтовыми сообщениями и управление сетью.
К числу наиболее распространенных протоколов верхних уровней относятся: HTTP, SMTP, POP3, FTP, NNTP и др.
1. Электронная почта (e-mail) исп-ет протоколы SMTP для отправки и POP3 для приемки электр корреспонденции.
2. Телеконференции (news) исп-ют протокол NNTP.
3. Сервис WWW исп-ет протокол HTTP.
Сервисы e-mail и news предоставляют инф-ию в виде сообщений. Сервисы FTP, Gopher и WWW предоставляют схожий тип инф-ии – в виде файлов.