30. Топология и разновидности компьютерных сетей. Локальные и глобальные сети.
Компьютерная сеть — система двух или более компьютеров, связанных каналами передачи информации.
По территориальной распространенности сети могут быть локальными, глобальными, и региональными.
1. Локальные — это сети, расположенные в пределах одного здания.
2. Региональные — расположенные на территории города или области.
3. Глобальные на территории государства или группы государств, например, всемирная сеть Internet.
По скорости передачи информации компьютерные сети делятся на низко-, средне- и высокоскоростные.
1. низкоскоростные (до 10 Мбит/с),
2. среднескоростные (до 100 Мбит/с),
3. высокоскоростные (свыше 100 Мбит/с);
Топологии компьютерных сетей
•Топология типа звезда, все компьютеры сети присоединены к центральному узлу.
Звезда́ — базовая топология компьютерной сети, в которой все компьютеры сети присоединены к центральному узлу (обычно коммутатор), образуя физический сегмент сети. Подобный сегмент сети может функционировать как отдельно, так и в составе сложной сетевой топологии (как правило, «дерево»). Весь обмен информацией идет исключительно через центральный компьютер, на который таким способом возлагается очень большая нагрузка, поэтому ничем другим, кроме сети, он заниматься не может. Как правило, именно центральный компьютер является самым мощным
выход из строя одной рабочей станции не отражается на работе всей сети в целом;
хорошая масштабируемость сети;
лёгкий поиск неисправностей и обрывов в сети;
высокая производительность сети;
выход из строя центрального концентратора обернётся неработоспособностью всей сети;
требуется больше кабеля, чем для большинства других топологий;
конечное число рабочих станций в сети ограничено количеством портов в центральном концентраторе.
•Топология типа кольцо, рабочие станции подключены последовательно друг к другу, образуя замкнутую сеть.
Компьютер в сети получает данные от стоящего предыдущим в списке адресатов и перенаправляет их далее, если они адресованы не ему.
Кольцо́ — это топология, в которой каждый компьютер соединен линиями связи только с двумя другими: от одного он только получает информацию, а другому только передает. На каждой линии связи, как и в случае звезды, работает только один передатчик и один приемник. Это позволяет отказаться от применения внешних терминаторов.
Возможность устойчивой работы без существенного падения скорости передачи данных при интенсивной загрузке сети;
Выход из строя одной рабочей станции, и другие неполадки (обрыв кабеля), отражаются на работоспособности всей сети;
Сложность поиска неисправностей;
•Топология типа шина, все рабочие станции подсоединены к общему кабелю (называемый шина или магистраль)
Топология типа общая ши́на, представляет собой общий кабель (называемый шина или магистраль), к которому подсоединены все рабочие станции. На концах кабеля находятся терминаторы, для предотвращения отражения сигнала.
Небольшое время установки сети;
Дешевизна (требуется меньше кабеля и сетевых устройств);
Выход из строя рабочей станции не отражается на работе сети;
Любые неполадки канала связи уничтожают работу всей сети;
Сложность поиска неисправностей;
С добавлением новых рабочих станций падает производительность сети.
Локальная сеть объединяет компьютеры, установленные в одном помещении (например, школьный компьютерный класс, состоящий из 8-12 компьютеров) или в одном здании (например, в здании школы могут быть объединены в локальную сеть несколько десятков компьютеров, установленных в различных предметных кабинетах).
Локальная вычислительная сеть, ЛВС ( англ. LocalAreaNetwork, LAN ) — компьютерная сеть, покрывающая относительно небольшую территорию.В небольших локальных сетях все компьютеры обычно равноправны, т. е. пользователи самостоятельно решают, какие ресурсы своего компьютера (диски, каталоги, файлы) сделать общедоступными по сети.
Глобальная вычислительная сеть ГВС (англ. WideAreaNetwork, WAN) представляет собой компьютерную сеть, охватывающую большие территории и включающую в себя десятки и сотни тысяч компьютеров. ГВС служат для объединения разрозненных сетей так, чтобы пользователи и компьютеры, где бы они ни находились, могли взаимодействовать со всеми остальными участниками глобальной сети. Лучшим примером ГВС является Интернет, но существуют и другие сети. Глобальную компьютерную сеть еще называют телекоммуникационной сетью, а процесс обмена информацией по такой сети называют телекоммуникацией (от греч. «tele» — далеко и лат. «comunicato» — связь).
Топологии вычислительной сети
Концепция топологии сети в виде звезды пришла из области больших ЭВМ, в которой головная машина получает и обрабатывает все данные с периферийных устройств как активный узел обработки данных. Этот принцип применяется в системах передачи данных. Вся информация между двумя периферийными рабочими местами проходит через центральный узел вычислительной сети.
Пропускная способность сети определяется вычислительной мощностью узла и гарантируется для каждой рабочей станции. Коллизий (столкновений) данных не возникает.
Кабельное соединение довольно простое, так как каждая рабочая станция связана с узлом. Затраты на прокладку кабелей высокие, особенно когда центральный узел географически расположен не в центре топологии.
Рисунок 5.15 – Топология в виде звезды
При расширении вычислительных сетей не могут быть использованы ранее выполненные кабельные связи; к новому рабочему месту необходимо прокладывать отдельный кабель из центра сети.
Топология в виде звезды является наиболее быстродействующей из всех топологий вычислительных сетей, поскольку передача данных между рабочими станциями проходит через центральный узел (при его хорошей производительности) по отдельным линиям, используемым только этими рабочими станциями. Частота запросов передачи информации от одной станции к другой невысокая по сравнению с достигаемой в других топологиях.
Производительность вычислительной сети в первую очередь зависит от мощности центрального сервера. Он может быть узким местом вычислительной сети. В случае выхода из строя центрального узла нарушается работа всей сети.
Центральный узел управления — сервер — может реализовать оптимальный механизм защиты против несанкционированного доступа к информации. Вся вычислительная сеть может управляться из ее центра.
При кольцевой топологии сети рабочие станции связаны одна с другой по кругу, т.е. рабочая станция 1 с рабочей станцией 2, рабочая станция 3 с рабочей станцией 4 и т.д. Последняя рабочая станция связана с первой. Коммуникационная связь замыкается в кольцо.
Рисунок 5.16 – Кольцевая топология
Прокладка кабелей от одной рабочей станции до другой может быть довольно сложной и дорогостоящей, особенно если географически рабочие станции расположены далеко от кольца (например, в линию).
Сообщения циркулируют регулярно по кругу. Рабочая станция посылает по определенному конечному адресу информацию, предварительно получив из кольца запрос. Пересылка сообщений является очень эффективной, так как большинство сообщений можно отправлять «в дорогу» по кабельной системе одно за другим. Очень просто можно сделать кольцевой запрос на все станции. Продолжительность передачи информации увеличивается пропорционально количеству рабочих станций, входящих в вычислительную сеть.
Основная проблема при кольцевой топологии заключается в том, что каждая рабочая станция должна активно участвовать в пересылке информации, и в случае выхода из строя хотя бы одной из них вся сеть парализуется. Неисправности в кабельных соединениях локализуются легко.
Подключение новой рабочей станции требует краткосрочного выключения сети, так как во время установки кольцо должно быть разомкнуто. Ограничения на протяженность вычислительной сети не существует, так как оно, в конечном счете, определяется исключительно расстоянием между двумя рабочими станциями.
При шинной топологии среда передачи информации представляется в форме коммуникационного пути, доступного для всех рабочих станций, к которому они все должны быть подключены. Все рабочие станции могут непосредственно вступать в контакт с любой рабочей станцией, имеющейся в сети.
Рисунок 5.17 – Шинная топология
Рабочие станции в любое время, без прерывания работы всей вычислительной сети могут быть подключены к ней или отключены. Функционирование вычислительной сети не зависит от состояния отдельной рабочей станции.
В стандартной ситуации для шинной сети Ethernet часто используют тонкий кабель или Cheapernet-кабель (от англ. Cheap — дешевый) с тройниковым соединителем (или Т-соединением). Выключение и особенно подключение к такой сети требуют разрыва шины, что вызывает нарушение циркулирующего потока информации и зависание системы.
Смешанная структура ЛВС
Наряду с известными топологиями вычислительных сетей — кольцо, звезда и шина, на практике применяется и комбинированная, например, гибридная структура. Она образуется в основном в виде комбинаций вышеназванных топологий вычислительных сетей. Вычислительные сети с гибридной структурой применяются там, где нерационально (или невозможно) непосредственное применение базовых сетевых структур в чистом виде.
Ячеистая (mesh) топология сети напоминает структуру соединения узлов вInternet, т.е. между узлами существует два и более маршрутов прохождения пакетов.
Рисунок 5.18 – Гибридная топология
Рисунок 5.19 – Ячеистая топология