5. Принципы построения вычислительных сетей
5.1. Программные и аппаратные компоненты вычислительной сети
Вычислительная сеть – сложная система программных и аппаратных компонентов, взаимосвязанных друг с другом.
Среди аппаратных компонентов можно выделить компьютеры и коммуникационное оборудование. Программные компоненты состоят из операционных систем и сетевых приложений.
Для эффективной работы сетей используются специальные операционные системы, которые, в отличие от персональных операционных систем, предназначены для решения специальных задач по управлению работой сети компьютеров. Это сетевые операционные системы.
Сетевые приложения – это прикладные программные комплексы, которые расширяют возможности сетевых операционных систем. Среди них можно выделить почтовые программы, сетевые базы данных и др. В процессе развития сетевых операционных систем некоторые функции сетевых приложений становятся обычными функциями операционных систем.
Все устройства, подключаемые к сети, можно разделить на три функциональные группы:
Рабочая станция – это персональный компьютер, подключенный к сети, на котором пользователь сети выполняет свою работу. Каждая рабочая станция обрабатывает свои локальные файлы и использует свою операционную систему, но при этом пользователю доступны все ресурсы сети.
Сервер сети – это компьютер, подключенный к сети и предоставляющий пользователям сети определенные услуги, например, хранение данных общего пользования, печать заданий, обработку запроса к СУБД и т.д. Существует несколько видов серверов (файловый, сервер баз данных, сервер прикладных программ и т.д.).
Топология сети – это конфигурация графа, вершинами которого являются компьютеры сети или другие коммуникационные устройства, а ребрами — физические связи между ними. На рисунке 5.1 показаны некоторые виды топологий сетей.
Рис. 5.1. Топологии компьютерных сетей.
5.2. Локальные и глобальные сети эвм
Вычислительные сети классифицируются по территориальному признаку:
Локальная сеть (ЛВС или англ. LAN – Local Area NetWork) – сеть, которая объединяет компьютеры, как правило, одной организации, компактно расположенные в одном или нескольких зданиях. Размер локальной сети не превышает нескольких километров. Пропускная способность достигает 1000 Мбит/с.
Для соединения локальных сетей используются следующие устройства, различающиеся между собой по назначению и возможностям:
Мост – связывает две локальные сети. Передает данные между сетями в пакетном виде, не производя в них никаких изменений.
Маршрутизатор – объединяет сети с общим протоколом более эффективно, чем мост. Он позволяет расщеплять большие сообщения на более мелкие куски, обеспечивая тем самым взаимодействия локальных сетей с разным размером пакета.
Мостовой маршрутизатор – это гибрид моста и маршрутизатора, который сначала пытается выполнить маршрутизацию, где это возможно, а затем в случае неудачи переходит в режим моста.
Шлюз – в отличие от моста, применяется в случаях, когда соединяемые сети имеют различные сетевые протоколы. Поступившее в шлюз сообщение от одной сети преобразуется в другое сообщение, соответствующее требованиям следующей сети. Шлюзы не просто соединяют сети, а позволяют им работать как единая сеть. С помощью шлюзов также локальные сети подсоединяются к мэйнфреймам – универсальным мощным компьютерам.
Городская сеть (англ. MAN – Metropolitan Area NetWork) – сеть, которая обслуживает информационные потребности большого города.
Глобальная сеть (ГВС или англ. WAN – World Area NetWork) – сеть, соединяющая компьютеры, удаленные географически на большие расстояния друг от друга. Отличается от локальной более протяженными коммуникациями (спутниковыми, кабельными и др.) Глобальная сеть объединяет локальные сети. В общем случае компьютеры могут находиться в любой точке земного шара. Основное отличие глобальных сетей от локальных выражается в применении качественных линий связи.
Итак, интернет – это глобальная информационная структура. Интернет является и механизмом распространения данных, и средой взаимодействия между пользователями и компьютерами вне зависимости от их географического положения.
В настоящее время основу сети Интернет составляют высокоскоростные магистральные сети. Независимые сети подключаются к магистральной сети через точки сетевого доступа NAP (англ. Network Access Point). Независимые сети рассматриваются как автономные системы, то есть каждая их них имеет собственное администрирование и собственные протоколы маршрутизации.
Обычно в качестве автономных сетей выступают крупные, независимые национальные сети, например сеть EUNet, охватывающая страны Центральной Европы, сеть RUNet, объединяющая университеты России.
Отдельные участки Интернета представляют собой сети различной архитектуры, которые связываются между собой с помощью маршрутизаторов. Передаваемые данные разбиваются на небольшие порции, называемые пакетами. Каждый пакет перемешивается по сети независимо от других пакетов.
Сети в Интернете неограниченно коммутируются (связываются) друг с другом, поэтому все компьютеры, участвующие в передаче данных, используют единый протокол коммуникации TCP/IP.
На самом деле протокол TCP/IP – это два разных протокола, определяющие различные аспекты передачи данных в сети:
— протокол TCP – протокол управления передачей данных, использующий автоматическую повторную передачу пакетов, содержащих ошибки; этот протокол отвечает за разбиение передаваемое информации на пакеты и правильное восстановление информации из пакетов отправителя;
— протокол IP – протокол межсетевого взаимодействия, отвечающий за адресацию и позволяющий пакету на пути к конечному пункту назначения проходить по нескольким сетям.
Схема передачи информации по протоколу TCP/IP: протокол TCP разбивает информацию на пакеты и нумерует все пакеты; далее с помощью протокола IP все пакеты передаются получателю, где с помощью протокола TCP проверяется, все ли пакеты получены; после получения всех пакетов протокол TCP располагает их в нужном порядке и собирает в единое целое.
5. Принципы построения вычислительных сетей
5.1. Программные и аппаратные компоненты вычислительной сети
Вычислительная сеть – сложная система программных и аппаратных компонентов, взаимосвязанных друг с другом.
Среди аппаратных компонентов можно выделить компьютеры и коммуникационное оборудование. Программные компоненты состоят из операционных систем и сетевых приложений.
Для эффективной работы сетей используются специальные операционные системы, которые, в отличие от персональных операционных систем, предназначены для решения специальных задач по управлению работой сети компьютеров. Это сетевые операционные системы.
Сетевые приложения – это прикладные программные комплексы, которые расширяют возможности сетевых операционных систем. Среди них можно выделить почтовые программы, сетевые базы данных и др. В процессе развития сетевых операционных систем некоторые функции сетевых приложений становятся обычными функциями операционных систем.
Все устройства, подключаемые к сети, можно разделить на три функциональные группы:
Рабочая станция – это персональный компьютер, подключенный к сети, на котором пользователь сети выполняет свою работу. Каждая рабочая станция обрабатывает свои локальные файлы и использует свою операционную систему, но при этом пользователю доступны все ресурсы сети.
Сервер сети – это компьютер, подключенный к сети и предоставляющий пользователям сети определенные услуги, например, хранение данных общего пользования, печать заданий, обработку запроса к СУБД и т.д. Существует несколько видов серверов (файловый, сервер баз данных, сервер прикладных программ и т.д.).
Топология сети – это конфигурация графа, вершинами которого являются компьютеры сети или другие коммуникационные устройства, а ребрами — физические связи между ними. На рисунке 5.1 показаны некоторые виды топологий сетей.
Рис. 5.1. Топологии компьютерных сетей.
5.2. Локальные и глобальные сети эвм
Вычислительные сети классифицируются по территориальному признаку:
Локальная сеть (ЛВС или англ. LAN – Local Area NetWork) – сеть, которая объединяет компьютеры, как правило, одной организации, компактно расположенные в одном или нескольких зданиях. Размер локальной сети не превышает нескольких километров. Пропускная способность достигает 1000 Мбит/с.
Для соединения локальных сетей используются следующие устройства, различающиеся между собой по назначению и возможностям:
Мост – связывает две локальные сети. Передает данные между сетями в пакетном виде, не производя в них никаких изменений.
Маршрутизатор – объединяет сети с общим протоколом более эффективно, чем мост. Он позволяет расщеплять большие сообщения на более мелкие куски, обеспечивая тем самым взаимодействия локальных сетей с разным размером пакета.
Мостовой маршрутизатор – это гибрид моста и маршрутизатора, который сначала пытается выполнить маршрутизацию, где это возможно, а затем в случае неудачи переходит в режим моста.
Шлюз – в отличие от моста, применяется в случаях, когда соединяемые сети имеют различные сетевые протоколы. Поступившее в шлюз сообщение от одной сети преобразуется в другое сообщение, соответствующее требованиям следующей сети. Шлюзы не просто соединяют сети, а позволяют им работать как единая сеть. С помощью шлюзов также локальные сети подсоединяются к мэйнфреймам – универсальным мощным компьютерам.
Городская сеть (англ. MAN – Metropolitan Area NetWork) – сеть, которая обслуживает информационные потребности большого города.
Глобальная сеть (ГВС или англ. WAN – World Area NetWork) – сеть, соединяющая компьютеры, удаленные географически на большие расстояния друг от друга. Отличается от локальной более протяженными коммуникациями (спутниковыми, кабельными и др.) Глобальная сеть объединяет локальные сети. В общем случае компьютеры могут находиться в любой точке земного шара. Основное отличие глобальных сетей от локальных выражается в применении качественных линий связи.
Итак, интернет – это глобальная информационная структура. Интернет является и механизмом распространения данных, и средой взаимодействия между пользователями и компьютерами вне зависимости от их географического положения.
В настоящее время основу сети Интернет составляют высокоскоростные магистральные сети. Независимые сети подключаются к магистральной сети через точки сетевого доступа NAP (англ. Network Access Point). Независимые сети рассматриваются как автономные системы, то есть каждая их них имеет собственное администрирование и собственные протоколы маршрутизации.
Обычно в качестве автономных сетей выступают крупные, независимые национальные сети, например сеть EUNet, охватывающая страны Центральной Европы, сеть RUNet, объединяющая университеты России.
Отдельные участки Интернета представляют собой сети различной архитектуры, которые связываются между собой с помощью маршрутизаторов. Передаваемые данные разбиваются на небольшие порции, называемые пакетами. Каждый пакет перемешивается по сети независимо от других пакетов.
Сети в Интернете неограниченно коммутируются (связываются) друг с другом, поэтому все компьютеры, участвующие в передаче данных, используют единый протокол коммуникации TCP/IP.
На самом деле протокол TCP/IP – это два разных протокола, определяющие различные аспекты передачи данных в сети:
— протокол TCP – протокол управления передачей данных, использующий автоматическую повторную передачу пакетов, содержащих ошибки; этот протокол отвечает за разбиение передаваемое информации на пакеты и правильное восстановление информации из пакетов отправителя;
— протокол IP – протокол межсетевого взаимодействия, отвечающий за адресацию и позволяющий пакету на пути к конечному пункту назначения проходить по нескольким сетям.
Схема передачи информации по протоколу TCP/IP: протокол TCP разбивает информацию на пакеты и нумерует все пакеты; далее с помощью протокола IP все пакеты передаются получателю, где с помощью протокола TCP проверяется, все ли пакеты получены; после получения всех пакетов протокол TCP располагает их в нужном порядке и собирает в единое целое.