Лекция 11. Компьютерные сети
Компьютерная сеть (англ. Computer NetWork, от net — сеть и work — работа) — совокупность компьютеров, соединенных с помощью каналов связи и средств коммутации в единую систему для обмена сообщениями и доступа пользователей к программным, техническим, информационным и организационным ресурсам сети.
Компьютерную сеть представляют как совокупность узлов (компьютеров и сетевого оборудования) и соединяющих их ветвей (каналов связи). Ветвь сети — это путь, соединяющий два смежных узла. Различают узлы оконечные, расположенные в конце только одной ветви, промежуточные, расположенные на концах более чем одной ветви, и смежные — такие узлы соединены по крайней мере одним путём, не содержащим никаких других узлов. Компьютеры могут объединяться в сеть разными способами.
Логический и физический способы соединения компьютеров, кабелей и других компонентов, в целом составляющих сеть, называется ее топологией. Топология характеризует свойства сетей, не зависящие от их размеров. При этом не учитывается производительность и принцип работы этих объектов, их типы, длины каналов, хотя при проектировании эти факторы очень важны.
СПРАВКА. Топология как математическое понятие: Топология (от греч. topos — место и . логия), раздел математики, изучающий топологические свойства фигур, т. е. свойства, не изменяющиеся при любых деформациях, производимых без разрывов и склеиваний. Примерами топологических свойств фигур являются размерность, число кривых , ограничивающих данную область и т. д. Так, окружность, эллипс, контур квадрата имеют одни и те же топологические свойства, т. к. эти линии могут быть деформированы одна в другую описанным выше образом; в то же время кольцо и круг обладают различными топологическими свойствами: круг ограничен одним контуром, а кольцо —двумя. (Советский энциклопедический словарь. «Советская энциклопедия», 1979).
Наиболее распространенные виды топологий сетей:
Линейная сеть. Содержит только два оконечных узла, любое число промежуточных узлов и имеет только один путь между любыми двумя узлами.
Кольцевая сеть. Сеть, в которой к каждому узлу присоединены две и только две ветви.
Древовидная сеть. Сеть, которая содержит более двух оконечных узлов и по крайней мере два промежуточных узла, и в которой между двумя узлами имеется только один путь.
Звездообразная сеть. Сеть, в которой имеется только один промежуточный узел.
Ячеистая сеть. Сеть, которая содержит по крайней мере два узла, имеющих два или более пути между ними.
Важнейшая характеристика компьютерной сети — её архитектура.
Архитектура сети — это реализованная структура сети передачи данных, определяющая её топологию, состав устройств и правила их взаимодействия в сети. В рамках архитектуры сети рассматриваются вопросы кодирования информации, её адресации и передачи, управления потоком сообщений, контроля ошибок и анализа работы сети в аварийных ситуациях и при ухудшении характеристик.
Наиболее распространённые архитектуры:
- Ethernet (англ. ether — эфир) — широковещательная сеть. Это значит, что все станции сети могут принимать все сообщения. Топология — линейная или звездообразная. Скорость передачи данных 10 или 100 Мбит/сек.
- Arcnet (Attached Resource Computer Network — компьютерная сеть соединённых ресурсов) — широковещательная сеть. Физическая топология — дерево. Скорость передачи данных 2,5 Мбит/сек.
- Token Ring (эстафетная кольцевая сеть, сеть с передачей маркера) — кольцевая сеть, в которой принцип передачи данных основан на том, что каждый узел кольца ожидает прибытия некоторой короткой уникальной последовательности битов — маркера — из смежного предыдущего узла. Поступление маркера указывает на то, что можно передавать сообщение из данного узла дальше по ходу потока. Скорость передачи данных 4 или 16 Мбит/сек.
- FDDI (Fiber Distributed Data Interface) — сетевая архитектура высокоскоростной передачи данных по оптоволоконным линиям. Скорость передачи — 100 Мбит/сек. Топология — двойное кольцо или смешанная (с включением звездообразных или древовидных подсетей). Максимальное количество станций в сети — 1000. Очень высокая стоимость оборудования.
- АТМ (Asynchronous Transfer Mode) — перспективная, пока ещё очень дорогая архитектура, обеспечивает передачу цифровых данных, видеоинформации и голоса по одним и тем же линиям. Скорость передачи до 2,5 Гбит/сек. Линии связи оптические.
1.4 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 связипредставляют собой маршруты передачи данных между узлами сети, образуются путем соответствующей настройки оборудования. Существует три основных типа физической топологии локальных вычислительных сетей: Кольцевая топологияпредусматривает 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 топологияодна 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 звездаиспользует отдельный кабель для каждого компьютера, проложенный от центрального устройства, называемогохабом (hub)иликонцентратором.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.