5.1.1. Классификация сетей
Локальная сеть (Local Area Network -LAN) — группа компьютеров и периферийного оборудования, объединенных высокоскоростными каналами связи в пределах одного или нескольких соседних зданий. Локальная вычислительная сеть, позволяет совместно использовать ресурсы сети, такие, как принтеры, плоттеры, диски, модемы и другие периферийные устройства. В этих сетях компьютеры расположены на расстоянии до километра и соединены линиями связи со скоростью обмена 100 и более Мбит/сек. Локальные сети обычно развертываются в границах одной организации, поэтому их иногда называют корпоративными сетями. В качестве основных каналов передачи данных используются: витая пара, коаксиальный кабель, оптический кабель, радиоканал.
Региональная или Городская вычислительная сеть (Metropolitan Area Network — MAN) различные предприятия в пределах или город целиком. Иногда объединены с кабельной телевизионной сетью или телефонной сетью.
Глобальная вычислительная сеть (Wide Area Network — WAN) охватывает большие территории и включает в себя десятки и сотни тысяч компьютеров. Примером глобальной вычислительной сети является Интернет, но существуют и другие глобальные сети.
5.1.2. Сетевые топологии
Архитектура сети задает принципы построения и функционирования ее аппаратного и программного обеспечения. Функционирование компьютерных сетей определяется стандартом Open Systems Interconnection (OSI). Сети классифицируются по следующим признакам: топологии, назначению, перечню услуг, по способу управления, по способу коммутации, по типу среды передачи. Основными видами функционального взаимодействия в сетях являются следующие:
сеть точка-точка — простейший вид компьютерной сети, когда два компьютера соединяются между собой напрямую через коммуникационное оборудование, соединить таким образом можно только два компьютера.
одноранговые сети — это компьютерные сети, основанные на равноправии объединяемых компьютеров. В таких сетях отсутствуют выделенные серверы, а каждый узел является как клиентом, так и сервером. В отличие от архитектуры клиент-сервер, такая организация позволяет сохранять работоспособность сети при любом количестве и сочетании узлов.
клиент-сервер (Сlient/Server) — это архитектура, в которой некоторые компьютеры являются серверами, а остальные клиентами. Клиент — это запрашивающий компьютер, сервер – это компьютер, который отвечает на запрос. Клиенты сети обращаются к ресурсам сети через сервер.
Под топологией компьютерной сети обычно понимается логическая схема объединения компьютеров различного назначения, называемых узлами сети, в единую компьютерную сеть. Это понятие относится в основном к локальным сетям, в которых структуру связей можно проследить. В глобальных сетях не топология не так важна, так как каждый сеанс связи может производиться по другому пути. Требования к оборудованию, надежность работы, производительность, возможность расширения сети, ее стоимость и защищенность определяются топологией сети. Рассмотрим основные топологии, их достоинствах и недостатки необходимо. Существует три основных топологии компьютерных сетей:
На практике используются и другие топологии локальных сетей, однако большинство сетей ориентировано именно на три указанных основных топологии. Для определения последовательности доступа компьютеров к каналу связи и предотвращения конфликтных ситуаций при передаче пакетов данных между различными узлами необходимо иметь протокол доступа. Протокол доступа – это набор правил, определяющих использование канала передачи данных, соединяющего компьютеры на физическом уровне. В каждый компьютер устанавливается сетевая плата, с помощью которой и обеспечивается передача и прием информации по каналам сети.
Основными факторами, влияющими на физическую работоспособность сети и непосредственно связанными с понятием топология, являются:
работоспособность компьютеров сети, так как в некоторых случаях отказ компьютера сети может приостановить работу всей сети. Однако для некоторых топологий сети неисправность компьютера не влияет на работу сети в целом, не мешает остальным компьютерам обмениваться информацией;
исправность сетевого оборудования, то есть технических средств, обеспечивающих организацию работы сети (концентраторы, адаптеры, разъемы и т.д.). Выход из строя сетевого оборудования одного из компьютеров может оказать влияние, как на всю сеть, так и на обмен только с одним или несколькими компьютерами;
длина и целостность кабеля сети, так как при его обрыве может произойти нарушение обмена информацией во всей сети или в одном из ее сегментов. Длина кабеля оказывает влияние на затухание передаваемого по нему сигнала. Как известно, в любой среде при распространении сигнал ослабляется и чем большее расстояние он проходит, тем больше он затухает. Необходимо следить, чтобы длина кабеля сети не была больше предельной длины, при превышении которой затухание становится уже неприемлемым и принимающий компьютер не распознает слабый сигнал.
Шинная топология представляет собой общий кабель, называемый шиной или магистралью, к которому подсоединены все рабочие станции. Если используется коаксиальный кабель, то на концах кабеля находятся терминаторы для предотвращения отражения сигнала (рис.5.1).
Рис.5.1. Шинная топология сети
Каждый компьютер проверяет, кому адресовано сообщение и если ему, то обрабатывает сообщение. Для исключения одновременной передачи данных один из компьютеров является главным и предоставляет право передачи остальным компьютерам. Компьютеры в такой сети могут передавать информацию только по очереди, так как линия связи в данном случае единственная. Если несколько компьютеров будут передавать информацию одновременно, она исказится в результате наложения — конфликта коллизии. В шине всегда реализуется режим так называемого полудуплексного обмена – передача возможна в обоих направлениях, но не одновременно, а в режиме разделения.
В топологии шина отсутствует явно выраженный центральный компьютер, через который передается вся информация, что увеличивает ее надежность, так как при отказе центрального компьютера перестанет функционировать вся сеть. Добавление новых компьютеров в сеть возможно даже во время ее работы. В этой топологии требуется минимум соединительного кабеля связи. Устранение возможных конфликтов в данной топологии производится каждым абонентом самостоятельно, так как центральный компьютер в сети отсутствует. Сетевая аппаратура в шинной топологии сложнее, чем в других топологиях. Тем не менее, из-за широкого распространения сетей с топологией шина, прежде всего популярной сети Ethernet, стоимость сетевого оборудования не слишком высока. Основными достоинствами шинной топологии являются:
низкая стоимость (требуется меньше кабеля и сетевых устройств);
выход из строя рабочей станции не отражается на работе сети.
К недостаткам можно отнести:
любые неполадки в сети, как обрыв кабеля, выход из строя терминатора полностью уничтожают работу всей сети;
сложная локализация неисправностей;
с добавлением новых рабочих станций падает производительность сети.
Топология «Кольцо» — это топология компьютерной сети, в которой рабочие станции подключены последовательно друг к другу, образуя замкнутую сеть (рис.5.2).
Рис.5.2. Сетевая топология кольцо
В кольце не используется конкурентный метод посылки данных, компьютер в сети получает данные от соседа и передает их дальше, если они адресованы не ему. Для определения того, кому можно передавать данные обычно используют специальный маркер. Данные передаются по кругу, только в одном направлении. Каждой передатчик передает данные своему приемнику, поэтому не нужны внешние терминаторы. Каждый компьютер усиливает приходящий к нему сигнал, то есть выступает в роли ретранслятора и затухание сигнала существует только между соседними компьютерами
Достоинствами данной топологии являются:
практически полное отсутствие дополнительного оборудования;
возможность устойчивой работы без существенного падения скорости передачи данных при интенсивной загрузке сети, поскольку использование маркера исключает возможность возникновения коллизий.
В качестве недостатков можно назвать:
выход из строя одной рабочей станции, и другие неполадки (обрыв кабеля), отражаются на работоспособности всей сети;
сложность конфигурирования и настройки;
сложность поиска неисправностей.
Топология «Звезда» — это базовая топология компьютерных сетей, в которой все компьютеры сети присоединены к центральному узлу — обычно сетевой коммутатор или концентратор (рис.5.3).
Рис.5.3. Сетевая топология Звезда
В определённый момент времени только одна машина в сети может пересылать данные, если на концентратор одновременно приходят два пакета, обе посылки оказываются не принятыми и отправителям необходимо повторить передачу данных. Центральный компьютер является самым мощным, так как он управляет обменом данных в сети и поэтому никакие конфликты в сети с топологией звезда невозможны.
Центральный компьютер и периферийный соединяются двумя линиями связи, по каждой из которых информация передается в своем направлении. На каждой линии связи имеется по одному приемнику и передатчику, и нет необходимости в дополнительных, внешних терминаторах.
Проблема затухания сигналов в линии связи отсутствует, так как каждый приемник всегда получает сигнал одного уровня. Подключая в звезде другие центральные компьютеры, получаем топология из нескольких звезд.
Топология «Звезда» — одна из наиболее распространённых топологий, достоинствами которой являются:
выход из строя одной рабочей станции не отражается на работе всей сети в целом;
хорошая возможность изменения количества компьютеров в сети;
лёгкий поиск неисправностей и обрывов в сети;
высокая производительность сети;
гибкие возможности администрирования.
К основному недостатку данной топологии относят то, что для прокладки сети зачастую требуется больше кабеля, чем для большинства других топологий.