Топологии информационно вычислительных сетей

18. Топологии компьютерных сетей, сетевые протоколы, роль информационно-вычислительных сетей в информационных системах.

Топология ЛВС — это усредненная геометрическая схема соединений узлов сети. Узел – любое устройство, непосредственно подключенное к сети. Топология имеет важное значение, поскольку она определяет такие свойства сети, как надежность и производительность сети.

Топологии сетей могут быть самыми различными, но для локальных вычислительных сетей типичными являются всего три: кольцевая, шинная, звездообразная. Иногда для упрощения их называют — кольцо, шина и звезда. Не следует думать, что рассматриваемые типы топологий представляют собой идеальное кольцо, идеальную прямую или звезду.

Кольцевая топология предусматривает соединение узлов сети замкнутой кривой — кабелем передающей среды. Выход одного узла сети соединяется со входом другого. Информация по кольцу передается от узла к узлу. Каждый промежуточный узел между передатчиком и приемником ретранслирует посланное сообщение. Принимающий узел распознает и получает только адресованные ему сообщения.

Шинная топология — одна из наиболее простых. Она связана с использованием в качестве передающей среды коаксиального кабеля. Данные от передающего узла сети распространяются по шине в обе стороны. Промежуточные узлы не транслируют поступающих сообщений. Информация поступает на все узлы, но принимает сообщение только тот, которому оно адресовано. Дисциплина обслуживания параллельная.

Звездообразная топология базируется на концепции центрального узла, к которому подключаются периферийные узлы. Каждый периферийный узел имеет свою отдельную линию связи с центральным узлом. Вся информация передается через центральный узел, который ретранслирует, переключает и маршрутизирует информационные потоки в сети.

Сетевые протоколы

Передача и прием сообщений в любых компьютерных сетях осуществляется с помощью специальных протоколов обмена данными, представляющих набор семантических и синтаксических правил, определяющих поведение функциональных блоков в сети. Специалисты отмечают, что интернет-протокол, как стандарт передачи данных, используется для проектирования и создания сетей практически любого масштаба и назначения.

Протокол сети (англ. «Network Protocol») – это стандарт на взаимодействие одноименных уровней и процессов взаимодействия между собой; документ, определяющий правила и процедуру совместного взаимодействия систем и ЭВМ.

В Интернете данные пересылаются в пакетах с помощью протокола IP. IP-протокол (англ. «Internet Protocol») является межсетевым протоколом. Он обеспечивает доставку сетевых пакетов с информацией и межмашинные коммуникации. Протокол управляет адресацией пакетов, направляя их по разным маршрутам между узлами сети, и позволяет объединять различные сети.

Правила работы с пакетами данных называются протоколом TCP. TCP-протокол (англ. «Transmission Control Protocol») служит для организации надёжной полнодуплексной связи между конечными пунктами (узлами) обмена информацией в Интернете. Он преобразует сообщения в поток пакетов на передающей стороне и собирает полученные пакеты в сообщения на приемной стороне. Протокол TCP основан на протоколе IP, поэтому их обычно обозначают вместе и называют стеком TCP/IP. Эти межсетевые протоколы управляют передачей данных в сети.

Помимо протокола TCP/IP существует большое количество других протоколов. Например, для приема и отправки сообщений в Интернете используются специальные протоколы POP3 и SMTP. HTTP (англ. «HyperText Transfer Protocol») – это гипертекстовый транспортный протокол для связи веб-серверов и веб-клиентов. Он является протоколом прикладного уровня, разработанным для обмена гипертекстовой информацией в Интернете.

FTP (англ. «File Transfer Protocol») – это протокол файлового обмена, используемый для пересылки файлов с одного компьютера на другой, например, для получения клиентом файлов с FTP-сервера. Telnet – это протокол эмуляции удаленного терминала. Он служит для управления в сети (в т.ч. Интернете) одним компьютером с другого.

Роль информационно-вычислительных сетей в ИСЗа исключением одиночных ИС, которые функционируют на автономных персональных компьютерах, технической основой большинства современных ИС являются информационно-вычислительные сети. Особенности сети (локальная или корпоративная), на которой построена и функционирует ИС, зависят от архитектуры ИС.Архитектура информационной системы – концепция, определяющая модель, структуру, выполняемые функции и взаимосвязь компонентов информационной системы.

Выделяют следующие типы архитектур ИС:

Источник

1.Классификация информационно-вычислительных систем и сетей. Основные виды архитектуры и топологии сетей и систем телекоммуникаций.

Распределенная система обработки данных (РСОД) — любая система, по­зволяющая организовать взаимодействие независимых, но связанных между собой ЭВМ. Концептуально распределенная обра­ботка подразумевает тот или иной вид организации сети связи и децентрали­зацию трех категорий ресурсов:

• аппаратных вычислительных средств и собственно вычислительной мощ­ности;
• баз данных;
• управление системой.

Классификация. Системы обработки данных (СОД):

1. ЭВМ
2. ВК
   1. Многомашинные ВК
   2. Многопроцессорные ВК
3. Вычислительные сети
   1. ГВС
   2. ЛВС
4. Системы телеобработки

1 и 2 – параллельный интерфейс, близкое расположение узлов 3 и 4 – последовательные и связные интерфейсы Сетевая архитектураописывает не только физическое расположение сетевых устройств, но и тип используемых адаптеров и кабелей. Кроме того, сетевая архитектура определяет методы передачи данных по кабелю. Наиболее распространенные архитектуры:Ethernet (англ. ether — эфир) — широковещательная сеть. Это значит, что все станции сети могут принимать все сообщения. Топология линейная или звездообразная. Скорость передачи данных 10 или 100 Мбит/с.Аrcnet (Attached Resource Computer Network — компьютерная сеть соединенных ресурсов) — широковещательная сеть. Топология — дерево. Скорость передачи данных 2,5 Мбит/с.Тоkеn Ring(эстафетная кольцевая сеть, сеть с передачей маркера) -кольцевая сеть, в которой принцип передачи данных основан на том, что каждый узел кольца ожидает прибытия некоторой короткой уникальной последовательности битов — маркера — из смежного предыдущего узла. Поступление маркера указывает на то, что можно передавать сообщение из данного узла дальше по ходу потока. Скорость передачи данных 4 или 16 Мбит/с.FDDI(Fiber Distributed Data Interface) — сетевая архитектура высокоскоростной передачи данных по оптоволоконным линиям. Скорость передачи 100 Мбит/с. Топология — двойное кольцо или смешанная (с включением звездообразных или древовидных подсетей). Максимальное количество станций в сети 1000. Очень высокая стоимость оборудования.АТМ(Asynchronous Transfer Mode) — перспективная, пока еще очень дорогая архитектура, обеспечивает передачу цифровых данных, видеоинформации и голоса по одним и тем же линиям. Скорость передачи до 2,5 Гбит/с. Линии связи оптические. Топология сети.Полносвязная топология (рис. 1.10, а) соответствует сети, в которой каждый компьютер сети связан со всеми остальными. Чаще этот вид топологии используется в многомашинных комплексах или глобальных сетях при небольшом количестве компьютеров. Все другие варианты основаны на неполносвязных топологиях, когда для обме­на данными между двумя компьютерами может потребоваться промежуточная передача данных через другие узлы сети. Ячеистая топология (mesh) получается из полносвязной путем удаления некото­рых возможных связей (рис. 1.10, б). В сети с ячеистой топологией непосредствен­но связываются только те компьютеры, между которыми происходит интенсивный обмен данными, а для обмена данными между компьютерами, не соединенными прямыми связями, используются транзитные передачи через промежуточные узлы. Ячеистая топология допускает соединение большого количества компьютеров и характерна, как правило, для глобальных сетей. Общая шина (рис. 1.10, в) является очень распространенной топологией для локальных сетей. В этом случае компьютеры подключаются к одному коаксиальному кабелю по схеме «монтажно­го ИЛИ». Передаваемая информация может распространяться в обе стороны. При­менение общей шины снижает стоимость проводки, унифицирует подключение различных модулей, обеспечивает возможность почти мгновенного широковещатель­ного обращения ко всем станциям сети. Таким образом, основными преимущества­ми такой схемы являются дешевизна и простота разводки кабеля по помещениям. Самый серьезный недостаток общей шины заключается в ее низкой надежности: любой дефект кабеля или какого-нибудь из многочисленных разъемов полностью парализует всю сеть. Другим недостатком общей шины является ее невысокая производитель­ность, так как при таком способе подключения в каждый момент времени только один компьютер может передавать данные в сеть. Поэтому пропускная способ­ность канала связи всегда делится здесь между всеми узлами сети. Топология звезда (рис. 1.10, г). В этом случае каждый компьютер подключается отдельным кабелем к общему устройству, называемому концентратором, который находится в центре сети. В функции концентратора входит направление передава­емой компьютером информации одному или всем остальным компьютерам сети. Главное преимущество этой топологии перед общей шиной — существенно боль­шая надежность. Любые неприятности с кабелем касаются лишь того компьютера, к которому этот кабель присоединен, и только неисправность концентратора мо­жет вывести из строя всю сеть. Кроме того, концентратор может играть роль ин­теллектуального фильтра информации, поступающей от узлов в сеть, и при необходимости блокировать запрещенные администратором передачи. К недостаткам топологии типа звезда относится более высокая стоимость се­тевого оборудования из-за необходимости приобретения концентратора. Кроме того, возможности по наращиванию количества узлов в сети ограничиваются ко­личеством портов концентратора. В настоящее время иерархическая звезда явля­ется самым распространенным типом топологии связей как в локальных, так и глобальных сетях. В сетях с кольцевой конфигурацией (рис. 1.10, е) данные передаются по кольцу от одного компьютера к другому, как правило, в одном направлении. Если компь­ютер распознает данные как «свои», то он копирует их себе во внутренний буфер. В сети с кольцевой топологией необходимо принимать специальные меры, чтобы в случае выхода из строя или отключения какой-либо станции не прервался канал связи между остальными станциями. Кольцо представляет собой очень удобную конфигурацию для организации обратной связи — данные, сделав полный оборот, возвращаются к узлу-источнику. Поэтому этот узел может контролировать процесс доставки данных адресату. Часто это свойство кольца используется для тести­рования связности сети и поиска узла, работающего некорректно. Рис. 1.10. Типовые топологии сетей В то время как небольшие сети, как правило, имеют типовую топологию — звез­да, кольцо или общая шина, для крупных сетей характерно наличие произвольных связей между компьютерами. В таких сетях можно выделить отдельные произ­вольно связанные фрагменты (подсети), имеющие типовую топологию, поэтому их называют сетями со смешанной топологией (рис. 1.11). Рис. 1.11. Смешанная топология

Источник