Топология глобальной вычислительной сети
Расширение локальных сетей, как базовых, так и комбинированных топологий, из-за удлинения линий связи приводит к необходимости их расчленения и создания распределенных сетей, в которых компонентами служат не отдельные компьютеры, а отдельные локальные сети, иногда называемыми „сегментами“ [6]. Узлами коммутации таких сетей являются активные концентраторы (К) и мосты — устройства, коммутирующие линии связи (в том числе разного типа) и одновременно усиливающие проходящие через них сигналы. Мосты кроме этого еще и управляют потоками данных между сегментами сети. При соединении компьютеров или сетей (локальных или распределенных), удаленных на большие расстояния, используются каналы связи и устройства коммутации, называемые маршрутизаторами (М) и шлюзами (Ш). Маршрутизаторы взаимодействуют друг с другом и соединяются между собой каналами связи, образуя распределенный магистральный канал связи. Для согласования параметров данных (форматов, уровней сигналов, протоколов и т.п.), передаваемых по магистральному каналу связи, между маршрутизаторами и терминальными компонентами включаются устройства сопряжения (УС). При подключение к магистральному каналу вычислительных сетей или устройств (например, мэйнфреймов), которых невозможно согласовать с помощью стандартных устройств сопряжения, используются стандартные средства, называемые шлюзами. Терминальными абонентами называют отдельные компьютеры, локальные или распределенные сети, подключенные через УС к магистральному каналу. Таким образом, возникает глобальная вычислительная сеть. Глобальные сети могут объединяться между собой путем соединения через маршрутизаторы магистральных каналов, что в конечном итоге приводит к созданию мировой (действительно глобальной) информационно — вычислительной сети.
Типовая топология описанной выше глобальной вычислительной сети приведена на рисунке 4.6.
Рисунок 4.6 — Типовая топология глобальной информационно-вычислительной сети (ГВС)
Сетевые протоколы и уровни
Увеличение разнообразия различных архитектур связи побудило Международную организацию по стандартизации (МОС) направить значительные усилия на разработку стандарта архитектуры связи, который позволил бы системам открыто связываться между собой [11]. В 1983 году эти усилия увенчались успехом и была предложена базовая эталонная модель взаимодействия открытых систем (ВОС). Она состоит из семи уровней, показанных на рисунке 4.7. Три нижних уровня представляют сетевые услуги. Протоколы, реализующие эти уровни должны быть предусмотрены в каждом узле сети. Четыре верхних уровня предоставляют услуги самим оконечным пользователям и таким образом связаны с ними, а не с сетью.
Уровень канала передачи данных и находящийся под ним физический уровень обеспечивают канал безошибочной передачи между двумя узлами в сети. Функция физического уровня заключается в гарантии того, что символы, поступающие в физическую среду передачи на одном конце канала, достигнут другого конца. При использовании этой нижестоящей услуги по транспортировке символов задача протокола канала состоит в обеспечении надежной передачи блоков данных по каналу.
Функция сетевого уровня состоит в том, чтобы установить канал для передачи данных по сети от узла передачи до узла назначения. Этот уровень предусматривает также управление потоком или перегрузками в целях предотвращения переполнения сетевых ресурсов, которое может привести к прекращению работы.
Транспортный уровень обеспечивает надежный, последовательный обмен данными между двумя оконечными пользователями. Для этой цели на транспортном уровне используется услуга сетевого уровня. Он также управляет потоком, чтобы гарантировать правильный прием блоков данных.
Существование сеанса между двумя пользователями означает необходимость установления и прекращения его, что делается на уровне сеанса. Этот уровень при необходимости управляет переговорами, чтобы гарантировать правильный обмен данными.
Уровень представления управляет и преобразует синтаксис блоков данных, которыми обмениваются оконечные пользователи, а протоколы прикладного уровня придают соответствующий смысл обмениваемой информации.
В сети с коммутацией пакетов блоками данных, передаваемых по сетевому маршруту от одного конца к другому, являются пакеты. Блоки или кадры данных, передаваемые по каналу связи через сеть, состоят из пакетов плюс управляющей информации в виде заголовков и окончаний, добавляемых к пакету непосредственно перед его отправлением из узла. В каждом принимающем узле управляющая информация отделяется от остальной части пакета, а затем вновь добавляется, когда этот узел в свою очередь передает пакет по каналу в следующий соседний узел. Этот принцип добавления управляющей информации к данным в архитектуре ВОС расширен и включает возможность добавления управляющей информации на каждом уровне архитектуры. Как это происходит, показано на рисунке 4.7.
Рисунок 4.7 — Блоки данных, применяемые в структуре
сети ВОС
На каждом уровне блок данных принимается от вышестоящего уровня, к данным добавляется управляющая информация, и блок передается нижестоящему уровню. Данный уровень не просматривает блок данных, который он получает от вышестоящего уровня. Следовательно, уровни самостоятельны и изолированы друг от друга. На принимающем компьютере производятся обратные операции.
На рисунке 4.8 показан пример конкретной многоуровневой архитектуры связи. Между источником и получателем информации включен промежуточный узел. Пакет, поступающий по физической среде, связывающей исходящий узел с промежуточным, направляется на сетевой уровень этого узла, на котором определяется следующая часть пути в составе маршрута через сеть.
Рисунок 4.8 — Семиуровневая архитектура ВОС
47. Базовые топологии локальных компьютерных сетей.
Термин топология сетей характеризуется физическое расположение компьютерных узлов коммутации и каналов связи в сети.
Все сети строятся на основе трех базовых топологии «звезда», «кольцо», «шина».
- Топология звезда характерна тем, что в ней все узлы соединены с одним центральным узлом. Достоинства: экономичность и удобство с точки зрения организации управления взаимодействием компьютеров (абонентов). Звездообразную сеть легко расширить поскольку для добавления нового компьютера нужен только один новый канал связи. Существенным недостатком звездообразной топологии является низкая надежность при отказе центрального узла выходит из строя вся сеть.
- В топологии кольцо компьютеры подключаются к повторителям (среде передачи данных) различают два основных типа кольцевых сетей маркерное и тактированное кольца.
В маркерных кольцевых сетях по кольцу передается специальный управляющий маркер (метки), разрешающий передачу сообщений из компьютера, который им «владеет». В тактированном кольце по сети непрерывно вращается замкнутая последовательность тактов специально закодированных интервалов фиксированной длины. Достоинствами кольцевых сетей являются равенство компьютеров по доступу к сети и высокая расширяемость. К недостаткам можно отнести выход из строя всей сети при выходе из строя одного повторителя и остановка работы сети при изменении ее конфигурации.
- В топологии шина широко применяемой и локальных сетях все компьютеры подключены к одному каналу связи с помощью трансиверов (приемопередатчиков).
48. Топология глобальной вычислительной сети
Расширение локальных сетей как базовых, так и комбинированных топологий из-за удлинения линий связи приводит к необходимости их расчленения и создания распределенных сетей, в которых компонентами служат не отдельные компьютеры, а отдельные локальные сети, иногда называемые сегментами. Узлами коммутации таких сетей являются активные концентраторы (К) и мосты (Мет) — устройства, коммутирующие линии связи (в том числе разного типа) и одновременно усиливающие проходящие через них сигналы. Мосты, кроме того, еще и управляют потоками данных между сегментами сети.
При соединении компьютеров или сетей (локальных или распределенных), удаленных на большие расстояния, используются каналы связи и устройства коммутации, называемые маршрутизаторами (М) и шлюзами (Ш). Маршрутизаторы взаимодействуют друг с другом и соединяются между собой каналами связи, образуя распределенный магистральный канал связи. Для согласования параметров данных (форматов, уровней сигналов, протоколов и т.п.), передаваемых по магистральному каналу связи, между маршрутизаторами и терминальными абонентами включаются устройства сопряжения (УС). Терминальными абонентами называют отдельные компьютеры, локальные или распределенные сети, подключенные через маршрутизаторы к магистральному каналу. При подключении к магистральному каналу вычислительных сетей (например, мейнфреймов), которые невозможно согласовать с помощью стандартных устройств сопряжения, используются стандартные средства, называемые шлюзами. Таким образом возникает глобальная вычислительная сеть,_
Глобальные сети могут, в свою очередь, объединяться между собой через маршрутизаторы магистральных каналов, что в конечном итоге приводит к созданию мировой (действительно глобальной) информационно-вычислительной сети.