1.2. Обобщенная структура компьютерной сети
Компьютерные сети являются высшей формой многомашинных ассоциаций. Выделим основные отличия компьютерной сети от многомашинного вычислительного комплекса.
Первое отличие — размерность. В состав многомашинного вычислительного комплекса входят обычно две, максимум три ЭВМ, расположенные преимущественно в одном помещении. Вычислительная сеть может состоять из десятков и даже сотен ЭВМ, расположенных на расстоянии друг от друга от нескольких метров до десятков, сотен и даже тысяч километров.
Второе отличие — разделение функций между ЭВМ. Если в многомашинном вычислительном комплексе функции обработки данных, передачи данных и управления системой могут быть реализованы в одной ЭВМ, то в вычислительных сетях эти функции распределены между различными ЭВМ.
Третье отличие — необходимость решения в сети задачи маршрутизации сообщений. Сообщение от одной ЭВМ к другой в сети может быть передано по различным маршрутам в зависимости от состояния каналов связи, соединяющих ЭВМ друг с другом.
Объединение в один комплекс средств вычислительной техники, аппаратуры связи и каналов передачи данных предъявляет специфические требования со стороны каждого элемента многомашинной ассоциации, а также требует формирования специальной терминологии.
Абоненты сети ‑ объекты, генерирующие или потребляющие информацию в сети.
Абонентами сети могут быть отдельные ЭВМ, комплексы ЭВМ, терминалы, промышленные роботы, станки с числовым программным управлением и т.д. Любой абонент сети подключается к станции.
Станция — аппаратура, которая выполняет функции, связанные с передачей и приемом информации.
Совокупность абонента и станции принято называть абонентской системой. Для организации взаимодействия абонентов необходима физическая передающая среда.
Физическая передающая среда — линии связи или пространство, в котором распространяются электрические сигналы, и аппаратура передачи данных.
На базе физической передающей среды строится коммуникационная сеть, которая обеспечивает передачу информации между абонентскими системами.
Такой подход позволяет рассматривать любую компьютерную сеть как совокупность абонентских систем и коммуникационной сети. Обобщенная структура компьютерной сети приведена на рис. 3.
Рис. 3. Обобщенная структура компьютерной сети.
1.3. Классификация вычислительных сетей
В зависимости от территориального расположения абонентских систем вычислительные сети можно разделить на три основных класса:
- глобальные сети (WAN — Wide Area Network);
- региональные сети (MAN — Metropolitan Area Network);
- локальные сети (LAN — Local Area Network).
Глобальная вычислительная сеть объединяет абонентов, расположенных в различных странах, на различных континентах. Взаимодействие между абонентами такой сети может осуществляться на базе телефонных линий связи, радиосвязи и систем спутниковой связи. Глобальные вычислительные сети позволят решить проблему объединения информационных ресурсов всего человечества и организации доступа к этим ресурсам.
Региональная вычислительная сеть связывает абонентов, расположенных на значительном расстоянии друг от друга. Она может включать абонентов внутри большого города, экономического региона, отдельной страны. Обычно расстояние между абонентами региональной вычислительной сети составляет десятки — сотни километров.
Локальная вычислительная сеть объединяет абонентов, расположенных в пределах небольшой территории. В настоящее время не существует четких ограничений на территориальный разброс абонентов локальной вычислительной сети. Обычно такая сеть привязана к конкретному месту. К классу локальных вычислительных сетей относятся сети отдельных предприятий, фирм, банков, офисов и т.д. Протяженность такой сети можно ограничить пределами 2 — 2,5 км.
Объединение глобальных, региональных и локальных вычислительных сетей позволяет создавать многосетевые иерархии. Они обеспечивают мощные, экономически целесообразные средства обработки огромных информационных массивов и доступ к неограниченным информационным ресурсам. На рис. 4 приведена одна из возможных иерархий вычислительных сетей. Локальные вычислительные сети могут входить как компоненты в состав региональной сети, региональные сети — объединяться в составе глобальной сети и, наконец, глобальные сети могут также образовывать сложные структуры.
Рис. 4. Иерархия компьютерных сетей
Компьютерная сеть Internet является наиболее популярной глобальной сетью. В ее состав входит множество свободно соединенных сетей. Внутри каждой сети, входящей в Internet, существуют конкретная структура связи и определенная дисциплина управления.
Персональные компьютеры, ставшие в настоящее время непременным элементом любой системы управления, привели к буму в области создания локальных вычислительных сетей. Это, в свою очередь, вызвало необходимость в разработке новых информационных технологий.
Практика применения персональных компьютеров в различных отраслях науки, техники и производства показала, что наибольшую эффективность от внедрения вычислительной техники обеспечивают не отдельные автономные ПК, а локальные вычислительные сети.
Структура информационно-вычислительной сети
Информационно-вычислительная сеть (ИВС) включает три взаимосвязанных подсети: базовую сеть передачи данных, компьютерную сеть (сеть ЭВМ) и терминальную сеть (рис. 27).
Рис. 27. Структура информационно-вычислительной сети
Базовая сеть передачи данных (БСПД) – это совокупность средств для организации обмена информацией между отдельными компьютерами (отдельными ЭВМ) и состоит из узлов и линий связи.
Узел связи – это система средств коммутации и передачи данных, расположенных в одном месте. Он принимает поступающие по каналам связи данные для компьютеров, расположенных в данном пункте, и передает их в каналы, соединяющие его с другими узлами связи, если данные предназначены для компьютеров в этих узлах связи. Обычно в основе узла связи находится коммутационная вычислительная машина и аппаратура передачи данных. Коммутационная машина предназначена для определения маршрута передачи данных и выполнения правил организации передачи.
Базовая сеть передачи данных – это ядро вычислительной системы. Именно она обеспечивает объединение компьютеров в сеть, в которую могут входить главные вычислительные машины (ГВМ), выполняющие обработку запросов пользователей, терминальные вычислительные машины, предназначенные для сопряжения терминалов сети с базовой сетью.
Терминальная сеть – это совокупность терминалов, с помощью которых абоненты (пользователи) сети осуществляют связь с сетью и отправляют и получают данные. В терминальной сети могут использоваться интеллектуальные терминалы и абонентские пункты.
Линии или каналы связи – это различные средства, обеспечивающие прохождение информационных сигналов между узлами связи. Линии связи и пространство, в котором распространяются электрические сигналы, и аппаратура передачи данных образуют физическую передающую среду.
Таким образом, информационно-вычислительная сеть – это территориально распределенная система коллективного пользования средствами связи и вычислительными ресурсами. Подобное объединение средств вычислительной техники для совместной работы обеспечивает более эффективное использование линий передачи информации и средств вычислительной техники при решении сложных задач обработки информации и рост оперативности ее обработки, что позволяет решать задачи, выполнение которых без создания сети невозможно.
Объекты, генерирующие или потребляющие информацию в сети, являются ее абонентами. Абонентами сети могут быть отдельные ЭВМ, комплексы ЭВМ, терминалы, промышленные роботы и т. д. Любой абонент сети подключается к станции. Станция – это аппаратура, которая выполняет функции, связанные с передачей и приемом информации.
На базе физической передающей среды строится коммуникационная сеть, которая обеспечивает передачу информации между абонентскими системами. Такой подход позволяет рассматривать любую компьютерную сеть как совокупность абонентских систем и коммуникационной сети.
В структуре ИВС выделяют два основных компонента: средства сбора, хранения и обработки информации, которые строятся на основе компьютеров (ЭВМ) с устройствами хранения информации и аппаратуры ее ввода-вывода, и средства передачи информации, которые служат для обеспечения взаимодействия между компьютерами. ИВС может содержать и средства дистанционного доступа к компьютерам удаленных абонентских пунктов.
Средства передачи информации в ИВС при локализации сети в пределах небольшого пространства обычно состоят из кабельных линий связи и нескольких сетевых контроллеров, обычно размещаемых внутри компьютеров.
Контроль состояния ИВС и управление ее работой обеспечивает административная система, в которую входят компьютеры, терминальное оборудование и программные средства, обеспечивающие включение и выключение сети в целом и отдельных ее составляющих, контроль работоспособности и управление режимом работы отдельных компонентов, систем и сети, а также их взаимодействие с пользователями.
Отдельные ИВС через узлы межсетевой связи могут объединяться в более мощные сети. Узел межсетевой связи должен обеспечивать согласование данных и их преобразование при обмене между сетями.
Разворачиваемые в пределах организации, учреждения сети не требуют передавать информацию на большие расстояния, не нуждаются в мощных узлах связи, используют более простые правила обмена информацией. Такие сети часто называют компьютерными сетями. Компьютерная сеть – это группа персональных компьютеров с необходимыми средствами вычислительной техники, связанных между собой для организации совместной работы.
Компьютерные сети строятся из персональных компьютеров (ЭВМ) и связанных с ними устройств сбора, ввода, отображения и вывода информации. Компьютеры сети называются рабочими станциями, или терминалами сети. Одна из рабочих станций, чаще всего построенная на основе более мощного компьютера, называется сервером. Назначение сервера – организация работы в сети, распределение ее ресурсов между отдельными пользователями, устранение конфликтов между ними, обеспечение ее безопасной работы и сохранение информации, используемой и создаваемой в процессе ее работы.