1.3 Модели и структуры информационных сетей
«Глобальная сеть» (англ. Wide Area Network, WAN) — это сеть, абонентские системы которой расположены в разных странах. Они были созданы, как объединение территориальных сетей. Стремление к предоставлению сетевых служб и ресурсов большому числу пользователей привело к объединению территориальных сетей и созданию глобальных сетей. Кроме этого, глобальная сеть является связующим звеном большого числа небольших сетей.
Создание глобальных сетей привело к появлению архитектуры компьютер — сеть, в которой простые и высокоэффективные сетевые компьютеры стали компонентами этих сетей и предназначены для использования их больших возможностей. Абонентские системы, построенные на этих компьютерах, позволили их обладателям интегрироваться в мировую информационную инфраструктуру.
В последнее время термин «глобальная сеть» ассоциируется с термином «Internet» (Интернет). Интернет образует глобальное информационное пространство, служит физической основой для «Всемирной паутины» и множества других систем (протоколов) передачи данных.
Internet не имеет ни четко выраженного владельца, ни национальной принадлежности. Любая сеть может иметь связь с Internet и, следовательно, рассматриваться как ее часть, если в ней используются протоколы TCP/IP или имеются конверторы в протоколы TCP/IP. Практически все сети национального и регионального масштабов имеют выход в Internet.
«Территориальная сеть» — коммуникационная сеть, связывающая географически удаленные друг от друга компьютеры и сетевые сегменты.
Типичная территориальная (национальная) сеть имеет иерархическую структуру. Верхний уровень — федеральные узлы, связанные между собой магистральными каналами связи. Магистральные каналы физически организуются на ВОЛС или на спутниковых каналах связи. Средний уровень — региональные узлы, образующие региональные сети. Они связаны с федеральными узлами и, возможно, между собой выделенными высоко- или среднескоростными каналами, такими, как каналы Т1, Е1, B-ISDN или радиорелейные линии. Нижний уровень — местные узлы (серверы доступа), связанные с региональными узлами преимущественно коммутируемыми или выделенными телефонными каналами связи, хотя заметна тенденция к переходу к высоко- и среднескоростным каналам. Именно к местным узлам подключаются локальные сети малых и средних предприятий, а также компьютеры отдельных пользователей. Корпоративные сети крупных предприятий соединяются с региональными узлами выделенными высоко — или среднескоростными каналами.
«Локальная сеть» — это сеть, системы которой расположены на небольшом расстоянии друг от друга. Она охватывает небольшое пространство, как правило, одно здание и характеризуется высокими скоростями передачи данных. Каналы такой сети имеют высокое качество и принадлежат одной организации.
1.4 Топология и виды информационных сетей
Топология (конфигурация) характеризует свойства сетей, систем и программ, не зависящие от их размеров. Она изучает структуру, образуемую физическими объектами и множеством связывающих их каналов либо частей каналов.
Другими словами, под «топологией» (компоновкой, конфигурацией, структурой) компьютерной сети обычно понимается физическое расположение компьютеров сети друг относительно друга и способ соединения их линиями связи. Важно отметить, что понятие топологии относится, прежде всего, к локальным сетям, в которых структуру связей можно легко проследить. В глобальных сетях структура связей обычно скрыта от пользователей и не слишком важна, так как каждый сеанс связи может производиться по собственному пути.
Топология определяет требования к оборудованию, тип используемого кабеля, допустимые и наиболее удобные методы управления обменом, надежность работы, производительность, возможности расширения сети [32].
Согласно одному из подходов к классификации конфигурации, сети делят на два основных класса:
В широковещательных конфигурациях каждая абонентская система передает сигналы, которые могут быть восприняты остальными системами. К таким конфигурациям относят:
В широковещательных конфигурациях должны применяться сравнительно более мощные приемник и передатчик, которые могут работать с сигналами в большом диапазоне уровней. Эта проблема частично решается введением ограничений на длину кабельного сегмента и на число подключений или использованием цифровых повторителей.
Тип общая шина (рис. 1) позволяет значительно упростить логическую и программную структуру сети, снизить расход кабеля.
Конфигурация типа дерево (рис. 2) представляет собой более развитый вариант конфигурации типа общая шина. Дерево образуется путем соединения нескольких шин активными повторителями или сетевыми концентраторами («хабами»). Оно обладает необходимой гибкостью для того, чтобы охватить средствами ЛС несколько зданий на определенной территории. При наличии активных повторителей отказ одного сегмента не приводит к выходу из строя остальных. В случае отказа повторителя дерево разделяется на два поддерева или на две шины.
Развитием конфигурации типа дерево является сеть типа звезда (рис. 3), которую можно рассматривать как дерево, имеющее корень с ответвлениями к каждому подключенному устройству. В центре звезды может находиться пассивный соединитель или хаб — достаточно простые и надежные устройства. Звездообразные сети менее надежны, чем шина или дерево, но они могут быть защищены от нарушений в кабеле с помощью центрального реле, которое отключает вышедшие из строя кабельные лучи. Такая звезда требует большого количества кабеля.
В последовательных конфигурациях каждый физический подуровень передает информацию только одной из абонентских систем. К передатчикам или приемникам систем здесь предъявляются более низкие требования, чем в широковещательных, и на различных участках сети могут использоваться разные виды физической среды.
Наиболее распространенные последовательные конфигурации:
- произвольная;
- иерархическая;
- кольцо;
- цепочка;
- звезда с «интеллектуальным» центром;
- снежинка.
При произвольном соединении (рис. 4) все устройства соединены непосредственно. Каждая линия может использовать в себе различные методы передачи. Такой способ соединения устройств вполне удовлетворителен для сетей с ограниченным числом соединений. Преимущество данного типа — простота. Однако он имеет высокую стоимость, большое число каналов связи и необходимость маршрутизации информации.
В иерархическом соединении (рис. 5) промежуточные узлы работают по принципу: «накопи и передай». Преимущества данного метода — оптимальное соединение элементов сети. Недостатки — сложность логической и программной структуры, различная скорость передачи информации на различных уровнях.
В конфигурациях кольцо, цепочка, звезда с «интеллектуальным» центром, снежинка (рис. 6-9) для правильного функционирования сети необходима постоянная работа всех блоков. Чтобы уменьшить эту зависимость в каждый блок включают реле, блокирующее блок при неисправностях. Для упрощения сигналы передаются по кольцу только в одном направлении. Недостатки — замедленная передача данных (в зависимости от числа рабочих станций), меньшая надежность. Достоинства — простота методов управления, высокая пропускная способность при меньших энергозатратах, простота расширения сети.
4. Топология компьютерных сетей
Смешанная топология, которая используется в большинстве компьютерных сетей, строится на основе комбинации стандартных, например, несколько «звезд» объединяются «общей шиной».
5. Модель компьютерной сети
Модель сети предназначена для стандартизации подходов к разработке компьютерных сетей и унификации процесса передачи и приема данных. Первая версия модели была разработана в 1977 г. под названием Базовая модель взаимодействия открытых систем или семиуровневая модель OSI (Open System Interconnection). Доработанная в 1984 г. модель OSI была утверждена на уровне международного стандарта.
Модель OSI основана на уровневых протоколах, что позволяет упростить программу сложной сети путем её деления на простые части (уровни), ввести стандартные интерфейсы на каждом уровне и использовать общий язык для взаимопонимания разработчиков.
Для любого узла сети вводится 7 уровней обработки сообщения: прикладной, представления данных, сеансовый, транспортный, сетевой, канальный, физический. За каждым уровнем закреплена вполне определенная функция обработки и внесения соответствующих служебных данных. Например, на прикладном уровне определяется протокол передаваемых данных, а на физическом происходит преобразование закодированного сообщения в электрические импульсы. Таким образом, в процессе отправки полезная информация последовательно обрабатывается на всех уровнях и обрастает служебными данными, а при получении – освобождается от служебных данных, проходя уровни в обратном порядке.
Существование модели компьютерной сети упрощает процесс передачи данных между существующими сетями и обеспечивает возможность подключения новых сетей к глобальной системе.
Лекция 16. Глобальная компьютерная сеть Интернет
1. Определение сети Интернет
Интернет относится к глобальным компьютерным сетям. В топологии Интернета основной элементарной единицей является локальная сеть, поэтому Интернет иногда называют сетью сетей или Всемирной паутиной. С понятием Интернет тесно связано английское слово web – сеть, сплетение, паутина, от которого происходит сетевая терминология, например, веб-дизайн, веб-сайт, веб-камера.
Интернет – всемирная компьютерная сеть, состоящая из разнообразных компьютерных сетей, объединенных стандартными соглашениями о способах обмена информацией (протоколами) и единой системой адресации.
Топология Интернет аналогична сети транспортных магистралей, схема которых изображается на карте автомобильных или железных дорог. Используя аналогию, транспортные магистрали можно представить как каналы связи между сетями, почтовые адреса как систему адресации глобальной сети, а правила перевозки как протоколы обмена данными.
2. История Всемирной паутины
В истории сети Интернет выделяется 3 основные периода: этап экспериментальных работ, этап становления, этап коммерческого применения и совершенствования
Этап экспериментальных работ (60-70-е годы), выполненный в США с целью проверки основных теоретических предположений, включает:
- создание первой компьютерной сети под названием ARPANET (ARPA – Департамент техники обработки информации Министерства обороны США) в 1969 году;
- разработку и демонстрацию сети с большим количеством компьютеров, в том числе, с подключенными иностранными узлами;
- демонстрацию в 1977 году возможности объединения четырех различных компьютерных сетей.
- первое появление термина «Интернет» (1982 г.);
- перевод в 1982 г. сети ARPANET на протокол межсетевого взаимодействия TCP/IP;
- объединение 5 компьютерных центров США в новую сеть под название NSFNET с увеличением числа компьютеров в этой сети к 1989 году до 100 тыс. шт.
- разработку в 1989 г. технологии публикации гипертекстовых документов; автором разработки был инженер Церна Тим Бернес-Ли, создавший сетевой протокол HTTP, язык разметки сетевых документов HTML, систему адресации URL, которые со временем стали основой Всемирной паутины;
- реализацию в 1991 г. протокола WWW (World Wide Web) и создание первого сайта, который был посвящен описанию устройства сети Интернет;
- создание в 1994 г. Консорциума Всемирной паутины (W3C) для разработки и внедрения технологических стандартов Интернета;
- мощное развитие глобальной сети во второй половине 90-х, включающее появление сетевой операционной системы Windows 95, массовую разработку корпоративных сайтов, появление электронной коммерции и Интернет-магазинов.