Современные топологии компьютерных сетей и принципы построения компьютерных сетей

Общие принципы построения компьютерных сетей и основные определения

Под термином «Сеть» будем понимать систему связи со многими источниками и/или получателями сообщений. Места, где пути распространения сигналов в сети разветвляются или оканчиваются, называются узлами сети.

Компьютерная сеть– это сеть, в которой источниками и получателями сообщений являются компьютеры. Можно назвать несколько близких понятий, а именно, — вычислительная сеть, сеть передачи данных, распределённая система, различие между которыми определяется акцентами.

Классификация компьютерных сетей

Компьютерные сети как сложные и многопрофильные объекты принято классифицировать, исходя из разных точек зрения. Наиболее популярными являются следующие принципы классификации:

По «диаметру», т. е. расстоянию между наиболее удалённым узлами сети:

Сотни метров — LAN (Local Area Network) или ЛВС (Локальная Вычислительная Сеть);

Километры — MAN/CAN (Metropolitan/Campus Area Network) или РВС (Региональная Вычислительная Сеть);

Сотни и тысячи километров — WAN (Wide Area Network) или ГВС (Глобальная Вычислительная Сеть).

Поскольку современные компьютерные сети практически всегда имеют выход в глобальную сеть Internet, классификация сетей по этому принципу носит довольно условный характер.

По физической топологии(звезда, кольцо, общая шина, сотовая, иерархическая (древовидная), комбинированная), показывающей физическое соединение линий связи между узлами сети.

По логической топологии(звезда, кольцо, общая шина), показывающей способ обмена сигналами.

Физическая и логическая топологии слабо связаны между собой. Например, популярной технологии Ethernet на витой паре соответствует физическая топология звезда и логическая топология общая шина.

По виду кабельной системы– витая пара, оптический кабель, коаксиальный кабель, беспроводные сети.

По способу организации соединения и передачи информациисети делятся на сети с коммутацией

• каналов (например, телефонная сеть общего пользования),
• сообщений (информация перемещается от узла к узлу целиком)
• пакетов (пакеты внутри сети перемещаются независимо друг от друга и собираются целиком в узле назначения).

• одноранговые (все компьютеры могут быть и источниками и потребителями ресурсов сети),
• клиент – сервер (выделенные компьютеры являются источниками ресурсов – серверами, а остальные – клиентами, т. е. потребителями ресурсов).

Международные организации. Модель osi

Глобальность охвата и интернациональный характер развития компьютерных сетей делает роль международных организаций в вопросах стандартизации определяющей. При этом, в большинстве случаев, принимаемые стандарты носят характер рекомендаций, однако «де факто» становятся обязательными и соблюдаются всеми производителями сетевого оборудования и программного обеспечения. Механизм создания рекомендаций, кроме собственных разработок, включает в себя и рассмотрение инициативных предложений крупных компаний, самостоятельно разрабатывающих и продвигающих те или иные сетевые технологии. Отличительной чертой рекомендация является их непрерывная модернизация, отслеживающая новейшие достижения в этой области. Наиболее авторитетными организациями в области сетевых технологий являются: ITU-T(International Telecommunications Union sector Telecommunication) Международный союз электросвязи, сектор телекоммуникаций. До 1993 года организация называлась CCITT (Consultative Committee for International Telephone and telegraphy), или в русском переводе МККТТ (Международный Консультативный Комитет по Телефонии и Телеграфии). Кроме сектора Т (Telecommunication), важными являются секторы R (распределения радиочастот) и D (развития). ISO (International Organization for Standardization) Международная организация по стандартизации. Эта организация объединяет национальные институты стандартов из 89 стран (ANSI — США, DIN – Германия, BSI – Великобритания и др.). IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике – национальный «профсоюз» «электрических» учёных и инженеров США. Модель OSI (Open System Interconnection) — взаимодействия открытых систем была опубликована в 1983 г. по результатам совместных работ ISO и ITU-T. Согласно этой модели все процессы в сетях рассматриваются на семи (поэтому модель иногда называют «семиуровневой») относительно независимых уровнях для наилучшей реализации на каждом уровне по отдельности. Обмен данными между двумя компьютерами в сети согласно семиуровневой модели иллюстрирует рисунок 1.2.1. Рис. 1.2.1. Модель OSI. На этом рисунке использованы следующие обозначения: AH (application header) заголовок прикладного уровня, PH (presentation) – заголовок уровня представлений, SH (session) – заголовок сеансового уровня, TH (transport) – заголовок транспортного уровня, NH (network) – заголовок сетевого уровня, DH (data link) – заголовок канального уровня, DT (data link tail) – хвостовик кадра канального уровня. Основной принцип построения модели, обеспечивающий независимость уровней, состоит в том, что пакет вышележащего уровня на нижележащем уровне рассматривается как данные, а вся необходимая для работы информация добавляется в виде заголовка/хвостовика. При невозможности формирования пакета на нижележащем уровне из-за ограничений на размер пакета используется фрагментация (дробление) пакетов. Пример фрагментации показан на рисунке 1.2.2, где для обозначения данных используется буква M (message), заголовка – H (header) и хвостовика – T (tail). Рис. 1.2.2. Фрагментация. На узлах внутри сети действуют три нижних уровня, как это показано на рисунке 1.2.3, где PDU (protocol data unit) означает пакет протокола соответствующего уровня. При описании сетей принято использовать следующие термины: Протокол – правило, определяющее состав пакета и последовательность действий на соответствующем уровне. Интерфейс – способ передачи данных с уровня на уровень. Стек протоколов – упорядоченная совокупность протоколов нескольких уровней. Служба (service) отличается от протокола тем, что оговаривается только результат без подробной регламентации процесса выполнения. Технология чаще всего используется для обозначения протоколов нижних уровней (физического и канального), например, Ethernet или АТМ. Инкапсуляция— преобразование пакета верхнего уровня одного стека в пакет нижнего уровня другого стека, например, при использовании IP поверх ATM. Основные задачи уровней: Физический(Physical) – стандартизация электрических и временных характеристик сигналов, физических параметров линий связи и разъёмов. Канальный(Data Link) – доставка пакета на следующий узел сети (адресация, обнаружение/исправление ошибок). Сетевой (Network) – доставка пакета в узел назначения (адресация, маршрутизация, проверка целостности данных). Транспортный(Transport) – сборка всех пакетов в узле назначения. Сеансовый(Session) – идентификация, начало/окончание сеанса передачи, аварийные режимы. Представлений(Presentation) – преобразование данных к удобному для передачи по сети виду (например, шифрование данных по протоколу SSL (Secure Socket Layer)). Прикладной(Application) – организация доступа к ресурсам сети. Например, получение файла – FTP (File Transfer Protocol), доступ к терминалу – Telnet и пр.

Источник

33. Основы компьютерной коммуникации. Принципы построения и основные топологии вычислительных сетей, коммуникационное оборудование

Появление персональных компьютеров потребовало нового подхода к организации системы обработки данных, к созданию новых информационных технологий. Возникла потребность перехода от использования отдельных ЭВМ в системах централизованной обработки данных к распределенной обработке данных.

Распределенная обработка данных — это обработка данных, выполняемая на независимых, но связанных между собой компьютерах, представляющих распределенную систему.

Компьютерная (вычислительная) сеть — это совокупность компьютеров и терминалов, соединенных с помощью каналов связи в единую систему, удовлетворяющую требованиям распределенной обработки данных.

Абонентами сети (т. е. объектами, генерирующими или потребляющими информацию в сети) могут быть отдельные компьютеры, комплексы ЭВМ, терминалы, промышленные роботы, станки с числовым программным управлением и т. д.

В зависимости от территориального расположения абонентов компьютерные сети делятся на:

• глобальные — вычислительная сеть объединяет абонентов, расположенных в различных странах, на различных континентах. Глобальные вычислительные сети позволяют решить проолему объединения информационных ресурсов человечества и организации доступа к этим ресурсам;
• региональные — вычислительная сеть связывает абонентов, расположенных на значительном расстоянии друг от друга. Она может включать абонентов большого города, экономического региона, отдельной страны;
• локальные — вычислительная сеть объединяет абонентов, расположенных в пределах небольшой территории. К классу локальных сетей относятся сети отдельных предприятий, фирм, офисов и т. д.

• хранение данных;
• обработка данных;
• организация доступа пользователей к данным;
• передача данных и результатов их обработки пользователям.

1. Шина. Канал связи, объединяющий узлы в сеть, образует ломаную линию — шину. Любой узел может принимать информацию в любое время, а передавать — только тогда, когда шина свободна. Данные (сигналы) передаются компьютером на шину. Каждый компьютер проверяет их, определяя, кому адресована информация, и принимает данные, если они посланы ему, либо игнорирует. Если компьютеры расположены близко друг друга, то организация КС с шинной топологией недорога и проста — необходимо просто проложить кабель от одного компьютера к другому. Затухание сигнала с увеличением расстояния ограничивает длину шины и, следовательно, число компьютеров, подключенных к ней. Проблемы шинной топологи возникают, когда происходит разрыв (нарушение контактов) в любой точке страны; сетевой адаптер одного из компьютеров выходит из строя и начинает передавать на шину сигналы с помехами; необходимо подключить новый компьютер.
2. Кольцо. Узлы объединены в сеть замкнутой кривой. Передача данных осуществляется только в одном нийравлении. Каждый узел помимо всего прочего реализует функции ретранслятора. Он принимает и передает сообщения, а воспринимает только обращенные к нему. Используя кольцевую топологию, можно присоединить к сети большое количество узлов, решив проблемы помех и затухания сигнала средствами сетевой платы каждого узла. Недостатки кольцевой организации: разрыв в любом месте кольца прекращает работу всей сети; время пере-рачи сообщения определяется временем последовательного срабатывания каждого узла, находящегося между рггправителем и получателем сообщения; из-за прохождения данных через каждый узел существует возможность непреднамеренного искажения информации.
3. Звезда. Узлы сети объединены с центром лучами. Вся информация передается через центр, что позволяет относительно просто выполнять поиск неисправностей и добавлять новые узлы без прерывания работы сети. Однако расходы на организацию каналов связи здесь обычно выше, чем у шины и кольца. Комбинация базовых топологий — гибридная топология — обеспечивает получение широкого спектра решений, аккумулирующих достоинства и недостатки базовых.

Источник