2.4 Смешанная топология
Смешанная топология — топология, преобладающая в крупных сетях с произвольными связями между компьютерами. В таких сетях можно выделить отдельные произвольно связанные фрагменты (подсети), имеющие базовую топологию, поэтому их называют сетями со смешанной топологией.
Компьютерная сеть — объединение нескольких ЭВМ для совместного решения информационных, вычислительных, учебных и других задач.
Основное назначение компьютерных сетей — совместное использование ресурсов и осуществление интерактивной связи как внутри одной фирмы, так
Рождение компьютерных сетей было вызвано практической потребностью — иметь возможность для совместного использования данных. Персональный компьютер — прекрасный инструмент для создания документа, подготовки таблиц, графических данных и других видов информации, но при этом нет возможности быстро поделиться своей информацией с другими.
Локальная компьютерная сеть — это совокупность компьютеров, соединенных линиями связи, обеспечивающая пользователям сети потенциальную возможность совместного использования ресурсов всех компьютеров. С другой стороны, проще говоря, компьютерная сеть — это совокупность компьютеров и различных устройств, обеспечивающих информационный обмен между компьютерами в сети без использования каких-либо промежуточных носителей информации.
Глобальная вычислительная сеть (ГВС или WAN — World Area NetWork) — сеть, соединяющая компьютеры, удалённые географически на большие расстояния друг от друга. Отличается от локальной сети более протяженными коммуникациями (спутниковыми, кабельными и др.). Глобальная сеть объединяет локальные сети.
Internet — глобальная компьютерная сеть, охватывающая весь мир.
Фактически Internet состоит из множества локальных и глобальных сетей, принадлежащих различным компаниям и предприятиям, связанных между собой различными линиями связи.
4.2.5 Смешанные топологии
На практике существует множество комбинаций главных сетевых топологий. Рассмотрим основные из них.
Смешанная топология Star Bus (звезда на шине) объединяет топологии Шина и Звезда (рис. 4.5).
Топология Star Ring (звезда на кольце) известна также под названием Star-wired Ring, поскольку сам концентратор выполнен как кольцо.
Эта сеть идентична топологии «звезда», но на самом деле концентратор соединен проводами как логическое кольцо.
Также как и в физическом кольце, в этой сети посылаются маркеры для определения порядка передачи данных компьютерами.
Рисунок 4.5 – Топология «звезда на шине»
Поскольку реализация настоящей топологии Mesh в крупных сетях может быть дорогой, сеть топологии Hybrid Mesh может предоставить некоторые из существенных преимуществ настоящей сети Mesh.
В основном применяется для соединения серверов, хранящих критически важные данные (рис. 4.6).
Рисунок 4.6 – Топология «гибридная ячейка»
5 Глобальная сеть интернет
5.1 Теоретические основы Интернета
Ранние эксперименты по передаче и приему информации с помощью компьютеров начались еще в 50-х годах и имели лабораторный характер. Лишь в конце 60-х годов на средства Агентства Перспективных Разработок министерства обороны США была создана сеть национального масштаба. Она получила название ARPANET. Эта сеть связывала несколько крупных научных, исследовательских и образовательных центров. Ее основной задачей была координация групп коллективов, работающих над едиными научно-техническими проектами, а основным назначением стал обмен электронной почтой файлами с научной и проектно-конструкторской документацией.
Сеть ARPANET заработала в 1969 году. Немногочисленные узлы, входившие в нее в то время, были связаны выделенными линиями. Прием и передача информации обеспечивались программами, работающими на узловых компьютерах. Сеть постепенно расширялась за счет подключения новых узлов, а к началу 80-х годов на базе наиболее крупных узлов были созданы свои региональные сети, воссоздающие общую архитектуру ARPANET на более низком уровне (в региональном или локальном масштабе).
По-настоящему рождением Интернета принято считать 1983 год. В этом году произошли революционные изменения в программном обеспечении компьютерной связи. Днем рождения Интернета в современном понимании этого слова стала дата стандартизации протокола связи TCP/IP, лежащего в основе Всемирной сети по нынешний день.
TCP/IP — это не один сетевой протокол, а несколько протоколов, лежащих на разных уровнях сетевой модели OSI (это так называемый стек протоколов). Из них протокол TCP — протокол транспортного уровня. Он управляет тем, как происходит передача информации. Протокол IP— адресный. Он принадлежит сетевому уровню и определяет, куда происходит передача.
Протокол TCP.
Согласно протоколу TCP, отправляемые данные «нарезаются» на небольшие пакеты, после чего каждый пакет маркируется таким образом, чтобы в нем были данные, необходимые для правильной сборки документа на компьютере получателя.
Для понимания сути протокола TCP можно представить игру в шахматы по переписке, когда двое участников разыгрывают одновременно десяток партий. Каждый ход записывается на отдельной открытке с указанием номера партии и номера хода. В этом случае между двумя партнерами через один и тот же почтовый канал работает как бы десяток соединений (по одному на партию). Два компьютера, связанные между собой одним физическим соединением, могут точно так же поддерживать одновременно несколько TCP-соединений. Так, например, два промежуточных сетевых сервера могут одновременно по одной линии связи передавать друг другу в обе стороны множество TCP-пакетов от многочисленных клиентов.
Протокол IP.
Суть адресного протокола — IP (Internet Protocol) — состоит в том, что у каждого участника Всемирной сети должен быть свой уникальный адрес (IP-адрес). Без этого нельзя говорить о точной доставке TСР-пакетов на нужное рабочее место. Этот адрес выражается очень просто — четырьмя байтами, например: 195.38.46.11.
Поскольку один байт содержит до 256 различных значений, то теоретически с помощью четырех байтов можно выразить более четырех миллиардов уникальных IР-адресов (256 4 за вычетом некоторого количества адресов, используемых в качестве служебных). На практике же из-за особенностей адресации к некоторым типам локальных сетей количество возможных адресов составляет порядка двух миллиардов, но и это по современным меркам достаточно большая величина.
Смешанная топология
Большинство более или менее крупных сетей имеют смешанную топологию, в которой можно выделить отдельные фрагменты типовых топологий.
Сеть смешанной топологии (звезда-звезда) (рис.10)
Рис.10. Топология Звезда-звезда.
Появление смешанных топологий обусловлено, как правило, необходимостью наращивать и модернизировать сеть. Часто суммарные затраты на постепенную модернизацию оказываются существенно большими, а результаты меньшими, чем при тратах на глобальную замену морально устаревших сетей.
Сеть смешанной топологии (звезда-шина).
Характеристики топологий вычислительных сетей приведены в таблице.
Присоединение абонентов
Защищенность от прослушивания
Стоимость подключения
Поведение системы при высоких нагрузках
Возможность работы в реальном режиме времени
Телефонные линии. Большинство телефонных линий используют два изолированных медных провода. Скрученные спирально, они называются витой парой. Большое количество таких пар сводятся в кабели, имеющие защитную оболочку. Телефонные линии удобны по той причине, что они проведены во многих местах и уже готовы к использованию. Витые пары используются и в локальных вычислительных сетях. Для улучшения качества связи и ускорения передачи данных телефонные компании США разработали стандарт ISDN (Integrated Services Digital network) на цифровые телефонные линии, которые используют три витые пары и позволяют работать без использования модема на скорости 128Kps (28.8Kbps — обычная скорость с на аналоговых телефонных линиях).
Коаксиальный кабель. Используется для междугородних телефонных линий и в локальных сетях. По такому кабелю можно передавать как аналоговый, так и цифровой сигнал. Он представляет из себя медные проводники, окруженные алюминиевой оплеткой. За счет такой изоляции коаксиальный кабель меньше подвержен внешним шумовым воздействиям, поэтому возможно его использование на более высоких скоростях передачи данных.
Оптическое волокно. Оптоволоконный кабель может состоять из тысяч тонких нитей из стекла или пластика, по которым передаются сигналы в виде световых волн. Такой кабель обладает намного большей пропускной способностью, чем коаксиальный. Он практически не подвержен внешним помехам и поэтому дает наименьший процент ошибок при передаче. Сообщения, передаваемые по такому кабелю практически невозможно перехватить, поэтому он обеспечивает высокий уровень безопасности передачи.
Микроволновая радиосвязь. Используется для передачи данных или голоса на большие расстояния. Каналы микроволновой связи состоят из сети радиорелейных (ретрансляционных) станций, отстоящих друг от друга на расстояние до 40 км. Каждая станция имеет вышку с гиперболическими антеннами, получает сигнал, усиливает его и передает на следующую станцию.
Спутниковая связь. В спутниковых системах связи используются антенны для приема радиосигналов от передающих наземных станций и для ретрансляции этих сигналов обратно на наземные станции. Существует 2 основных режима работы спутниковых систем. При первом режиме сигналы передающей станции могут приниматься любой наземной станцией, находящейся в зоне приема спутника. Такой режим называется широковещательным. В основном он используется в телевизионных и радиовещательных системах, а так же для передачи данных. При втором режиме каждый спутниковый канал жестко закреплен между двумя наземными станциями. Остальные не могут принимать сигнал этого спутника. Значительная зона действия связи сопряжена с некоторыми проблемами обеспечения конфиденциальности, так как сигнал может быть перехвачен нелегальной станцией. В отличие от других каналов, стоимость передачи через спутник не зависит от расстояния, на которое передается сообщение.
Сотовая радиосвязь. Предназначена для обслуживания мобильных абонентов. Территория, обслуживаемая такой связью, делится на ячейки диаметром до 20 км. Каждую ячейку обслуживает специальная станция, соединенная с общим центром управления. При пересечении границы ячеек абонент автоматически переключается на новую станцию. Задача центра управления — координировать работу станций и управлять переключениями.