Архитектура компьютерной сети. Основные определения и термины

Архитектура сети

Архитектурой компьютера называется его описание на некотором общем уровне, включающее описание пользовательских возможностей программирования, системы команд, системы адресации, организации памяти и т.д. Архитектура определяет принципы действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера: процессора, оперативного ЗУ, внешних ЗУ и периферийных устройств. Общность архитектуры разных компьютеров обеспечивает их совместимость с точки зрения пользователя.

Структура компьютера - это совокупность его функциональных элементов и связей между ними. Элементами могут быть самые различные устройства - от основных логических узлов компьютера до простейших схем. Структура компьютера графически представляется в виде структурных схем, с помощью которых можно дать описание компьютера на любом уровне детализации.

Наиболее распространены следующие архитектурные решения.

Классическая архитектура (архитектура фон Неймана) - одно арифметико-логическое устройство (АЛУ), через которое проходит поток данных, и одно устройство управления (УУ), через которое проходит поток команд - программа.Это однопроцессорный компьютер.

К этому типу архитектуры относится и архитектура персонального компьютера с общей шиной. Все функциональные блоки здесь связаны между собой общей шиной, называемой также системной магистралью.

Физически магистраль представляет собой многопроводную линию с гнездами для подключения электронных схем. Совокупность проводов магистрали разделяется на отдельные группы: шину адреса, шину данных и шину управления.

Периферийные устройства (принтер и др.) подключаются к аппаратуре компьютера через специальные контроллеры - устройства управления периферийными устройствами.

Контроллер - устройство, которое связывает периферийное оборудование или каналы связи с центральным процессором, освобождая процессор от непосредственного управления функционированием данного оборудования.

Сетевая архитектура сродни архитектуре строений. Архитектура здания отражает стиль конструкций и материалы, используемые для постройки. Архитектура сети описывает не только физическое расположение сетевых устройств, но и тип используемых адаптеров и кабелей. Кроме того, сетевая архитектура определяет методы передачи данных по кабелю.

Архитектура сетей

Архитектура сети определяет основные элементы сети, характеризует ее общую логическую организацию, техническое обеспечение, программное обеспечение, описывает методы кодирования. Архитектура также определяет принципы функционирования и интерфейс пользователя.

В данном курсе будет рассмотрено три вида архитектур:

архитектура терминал – главный компьютер;

одноранговая архитектура;

архитектура клиент – сервер.

Архитектура терминал – главный компьютер

Архитектура терминал – главный компьютер (terminal – host computer architecture) – это концепция информационной сети, в которой вся обработка данных осуществляется одним или группой главных компьютеров.

Рассматриваемая архитектура предполагает два типа оборудования:

Главный компьютер, где осуществляется управление сетью, хранение и обработка данных.

Терминалы, предназначенные для передачи главному компьютеру команд на организацию сеансов и выполнения заданий, ввода данных для выполнения заданий и получения результатов.

Главный компьютер через мультиплексоры передачи данных (МПД) взаимодействуют с терминалами.

Классический пример архитектуры сети с главными компьютерами – системная сетевая архитектура (System Network Architecture – SNA).

Одноранговая архитектура

Одноранговая архитектура (peer-to-peer architecture) – это концепция информационной сети, в которой ее ресурсы рассредоточены по всем системам. Данная архитектура характеризуется тем, что в ней все системы равноправны.

К одноранговым сетям относятся малые сети, где любая рабочая станция может выполнять одновременно функции файлового сервера и рабочей станции. В одноранговых ЛВС дисковое пространство и файлы на любом компьютере могут быть общими. Чтобы ресурс стал общим, его необходимо отдать в общее пользование, используя службы удаленного доступа сетевых одноранговых операционных систем. В зависимости от того, как будет установлена защита данных, другие пользователи смогут пользоваться файлами сразу же после их создания. Одноранговые ЛВС достаточно хороши только для небольших рабочих групп.

Архитектура клиент – сервер

Клиент-сервер (англ. Client-server) - вычислительная или сетевая архитектура, в которой задания или сетевая нагрузка распределены между поставщиками услуг (сервисов), называемыми серверами, и заказчиками услуг, называемыми клиентами. Нередко клиенты и серверы взаимодействуют через компьютерную сеть и могут быть как различными физическими устройствами, так и программным обеспечением.Содержание

Преимущества

Делает возможным, в большинстве случаев, распределить функции вычислительной системы между несколькими независимыми компьютерами в сети. Это позволяет упростить обслуживание вычислительной системы. В частности, замена, ремонт, модернизация или перемещение сервера, не затрагивают клиентов.

Все данные хранятся на сервере, который, как правило, защищён гораздо лучше большинства клиентов. На сервере проще обеспечить контроль полномочий, чтобы разрешать доступ к данным только клиентам с соответствующими правами доступа.

Позволяет объединить различные клиенты. Использовать ресурсы одного сервера часто могут клиенты с разными аппаратными платформами, операционными системами и т.п.

Недостатки

Неработоспособность сервера может сделать неработоспособной всю вычислительную сеть.

Поддержка работы данной системы, требует отдельного специалиста - системного администратора.

Высокая стоимость оборудования.

Многоуровневая архитектура клиент-сервер

Многоуровневая архитектура клиент-сервер - разновидность архитектуры клиент-сервер, в которой функция обработки данных вынесена на один или несколько отдельных серверов. Это позволяет разделить функции хранения, обработки и представления данных для более эффективного использования возможностей серверов и клиентов.

Частные случаи многоуровневой архитектуры:

Трёхуровневая архитектура

Сеть с выделенным сервером

Сеть с выделенным сервером (англ. Client/Server network) - это локальная вычислительная сеть (LAN), в которой сетевые устройства централизованы и управляются одним или несколькими серверами. Индивидуальные рабочие станции или клиенты (такие, как ПК) должны обращаться к ресурсам сети через сервер(ы).

Сетевые архитектуры

Сетевые архитектуры разделяются по скорости передачи данных, среде передачи, вариантах реализации, топологии

Ethernet. 10Мбит/с.

• 10BaseT (Витая пара);
• 10Base2 (Тонкий коаксиал);
• 10Base5 (Толстый коаксиал);
• 10BaseFL (Оптоволокно) .

10Base2 или Тонкий Ethernet

10Base5

IEEE 10Base5 или "толстый" Ethernet - самый старый стандарт среди остальных. В настоящее время затруднительно найти в продаже новое оборудование для построения сети на этом стандарте. Основные его параметры:

10Base-T или Ethernet на витой паре

В 1990 году IEEE опубликовал спецификацию 802.3 для построения сети Ethernet на основе витой пары. l0BaseT (10 - скорость передачи 10 Мбит/с, Base - узкополосная, Т - витая пара) - сеть Ethernet, которая для соединения компьютеров обычно использует неэкранированную витую пару (UTP). Тем не менее и экранированная витая пара (STP) также может применяться в топологии lOBaseT без изменения каких-либо ее параметров. Большинство сетей этого типа строятся в виде звезды, но по системе передачи сигналов представляют собой шину, как и другие конфигурации Ethernet. Обычно концентратор сети lOBaseT выступает как многопортовый (multiport) репитер и часто располагается в распределительной стойке здания. Каждый компьютер подключается к другому концу кабеля, соединенного с концентратором, и использует две пары проводов: одну - для приема, другую - для передачи. Максимальная длина сегмента l0BaseT - 100 м (328 футов). Минимальная длина кабеля - 2,5 м (около 8 футов). Сеть l0BaseT может обслуживать до 1024 компьютеров.

10BaseFL

10BaseFL (10 - скорость передачи 10 Мбит/с, Base - узкополосная передача, FL - оптоволоконный кабель) представляет собой сеть Ethernet, в которой компьютеры и репитеры соединены оптоволоконным кабелем. Основная причина причина популярности 10BaseFL - возможность прокладывать кабель между репитерами на большие расстояния (например между зданиями). Максимальная длина сегмента 10BaseFL - 2000м.

Ethernet. 100Мбит/с.

Новые стандарты Ethernet позволяют преодолеть скорость передачи в 10 Мбит/с.Известны несколько стандартов Ethernet, которые могут удовлетворить возросшие требования, рассмотрим 2 из них:

• 100BaseVG-AnyLAN Ethernet;
• 100BaseX Ethernet(Fast Ethernet).

И Fast Ethernet, и 100 Base VG-Any LAN работают примерно в пять-десять раз быстрее, чем стандартный Ethernet. Кроме того, они совместимы с существующей кабельной системой 10BaseT. Это означает, что перейти от l0BaseT к этим стандартам достаточно просто и быстро.

100VG-AnyLAN

100VG (Voice Grade) AnyLAN - новая сетевая технология, которая сочетает в себе элементы Ethernet и Token Ring. Эта технология, разработанная фирмой Hewlett-Packard, в настоящее время совершенствуется стандартом IEEE 802.12. Спецификация 802.12 -стандарт передачи кадров Ethernet 802.3 и пакетов Token Ring 802.5. Эта технология имеет несколько названий:

• l00VG-AnyLAN;
• 100Base VG;
• AnyLAN.

Спецификации

Перечислим возможности некоторых из существующих в настоящее время спецификаций l00VG-AnyLAN:

• минимальная скорость передачи данных 100 Мбит/с;
• поддержка каскадируемой топологии «звезда» на основе витой пары категории 3, 4 или 5 и оптоволоконного кабеля;
• метод доступа по приоритету запроса (различаются два уровня приоритета: низкий и высокий);
• поддержка средств фильтрации персонально адресованных кадров в концентраторе (для повышения степени конфиденциальности);
• поддержка передачи кадров Ethernet и Token Ring.

Топология

Сеть 100VG-AnyLAN строится по топологии «звезда», где все компьютеры соединены с концентратором. Сеть можно расширять, добавляя «дочерние» (child) концентраторы к центральному, «родительскому» (parent), который относится к ним так же, как и к компьютерам, т.е. родительские концентраторы управляют передачей компьютеров, соединенных со своими «детьми».

Некоторые соображения

Представленная технология требует использования специальных концентраторов и плат. Кроме того, длина кабеля 100BaseVG, по сравнению с 10BaseT и другими реализациями Ethernet, ограничена: общая длина пары кабелей от концентратора 100BaseVG до компьютеров не может превышать 250 м. Чтобы преодолеть это ограничение, надо использовать специальное оборудование. Ограничения длины кабеля приведут к тому, что для 100BaseVG потребуется больше кабельных стоек, чем для 10BaseT.

100BaseX Ethernet

Этот стандарт, иногда называемый Fast Ethernet, является расширением существующего стандарта Ethernet. Он строится на UTP категории 5, использует метод доступа CSMA/CD и топологию «звезда-шина» (подобно 10BaseT), где все кабели подключены к концентратору.

Сегодня уже вряд ли кого-то можно удивить понятием сетевых подключений. Однако при упоминании о них многие из нас особо даже не задумываются о том, что собой представляет такое подключение и как функционируют сетевые службы. Мы рассмотрим этот вопрос в кратком изложении, так как о сетях и их возможностях в современном мире можно написать большую монографию.

Архитектура сети: основные виды

Компьютерные сети, как следует из основной трактовки самого термина, представляют собой определенное количество компьютерных терминалов, соединенных между собой и образующих сеть. Сегодня выделяют два основных типа подключений: беспроводное и проводное. Беспроводное соединение использует соединение посредством маршрутизатора вроде роутера Wi-Fi. Однако это только вершина айсберга. Архитектура сети на самом деле предполагает использование сразу нескольких компонентов, и потому может иметь различную классификацию. На сегодняшний день принято выделять три типа сетей: одноранговые сети, сети с выделенными серверами, гибридные сети, которые включают в себя все типы узлов. Отдельную категорию помимо этого представляют широковещательные, локальные, глобальные, частные и другие разновидности. Мы будем останавливаться только на основных понятиях.

Описание сетей по основным типам

Прежде всего, начать стоит с сетей на основе взаимодействия «главный компьютер в сети-клиент». Как уже должно быть ясно, главное положение в данном случае занимает центральный терминал, на котором осуществляется управление сетью и ее компонентами. Терминалы клиентов могут только посылать запросы на предоставление соединения и на получение информации. В такой сети главный терминал не может играть роль клиентской машины. Одноранговые сети, которые еще часто называют пиринговыми, от первого типа отличаются тем, что в них ресурсы в равной степени распределены между всеми подключенными терминалами. В качестве самого простого примера можно привести процессы загрузки файлов при использовании торрентов. При такой организации конечный файл полностью или в частично загруженном виде может находиться на различных компьютерных терминалах. Пользовательская система, которая загружает его на свой компьютер, применяет все доступные на данный момент ресурсы сети, чтобы скачать части искомого файла. Чем больше будет таких файлов, тем выше будет скорость закачки. В данном случае сетевая адресация не играет особой роли. Главное условие заключается в том, чтобы на клиентской машине было установлено специальное программное обеспечение. Оно и будет осуществлять клиентские запросы. Архитектура сети типа «клиент-сервер» является наиболее простой. Для упрощенного понимания соединение между компьютерными терминалами можно представить в виде библиотеки, в которой есть полки с книгами (центральный сервер), а посетители могут прочесть любой материал, который находится на полках. Здесь прослеживается взаимосвязь: посетитель приходит в библиотеку, регистрируется или представляет уже зарегистрированные личные данные, а после этого ищет нужную литературу и читает ее. Такое сравнение является довольно примитивным. Современные сети работают намного сложнее. Однако такой пример как нельзя лучше подойдет для упрощенного понимания.

Вопрос идентификации терминалов

Поговорим немного о том, как осуществляется распознавание компьютеров сети любого типа. Если кто-то не знает, то при подключении любому терминалу присваивается два типа IP-адреса или уникального идентификатора: внешний и внутренний. Стоит отметить, что внутренний адрес не является уникальным. А нынешний IP адрес – да. В мире не существует двух машин с одинаковымIP. Это позволяет идентифицировать любое устройство, будь то мобильное устройство или компьютерный терминал. За это отвечает специальный протокол. Самым распространенным и широко применяемым на данный момент является протокол IPv4. Практика показывает, что данный протокол уже изжил себя, поскольку он неспособен предоставлять уникальные адреса в связи с возросшим числом клиентских устройств. Достаточно только взглянуть на мобильную технику, за последние десять лет количество применяемых гаджетов возросло на столько, что чуть ли не каждый второй житель земли в своем распоряжении имеет мобильный телефон.

Протокол IPv6

Архитектура сети стала постепенно меняться. На смену версии протокола IPv4 пришла IPv6. Пока она еще не получила особо широкого распространения, однако будущее данного протокола не за горами. В скором времени практически все провайдеры интернета, которые предоставляют доступ услугам связи, постепенно перейдут на этот протокол. Посудите сами, с использованием данного протокола с предоставлением 128-битного адреса можно зарезервировать намного больше адресов, чем при использовании четвертой версии.

Выделенные серверы

Рассмотрим, что собой представляют выделенные серверы. В данном случае обозначение уже говорит само за себя. Они предназначены для выполнения каких-то конкретных задач. Это самый настоящий интернет-сервер виртуального типа, который полностью принадлежит тому пользователю, который берет его в аренду. В этом и состоит смысл хостинга, когда владелец подкасты главного ресурса может размещать на выделенном пространстве любую информацию. За безопасность в данном случае отвечает не арендатор, а тот, кто сдает серверное пространство в аренду. Можно привести достаточно много примеров таких серверов. Здесь вам и личные страницы, ифайлообменники, и игры, и почта.

Локальные сети

Локальные сети, или как их еще часто называют «локалки», создаются для объединения ограниченного числа терминалов в одно целое. Как уже должно быть ясно, архитектура локальной сети в плане подключения, может представлять собой и доступ по типу VPN, и проводное соединение. В обоих случаях потребуется наличие подключения к главному администраторскому серверу. В данном случае сетевые службы могут работать в двойном режиме: с ручным вводом параметров и автоматической идентификацией, заключающейся в присвоении адреса каждой машине. В принципе у локальных сетей есть одна отличительная особенность, которая состоит только в том, что любому терминалу требуется регистрация и центральный сервер. Доступ к «расшаренной» информации может быть либо ограниченным, либо полным. В данном случае все будет зависеть от настроек. Однако если взглянуть даже не облачные сервисы, то по сути они представляют собой виртуальную сеть, в которой пользователи, проходя процедуру аутентификации, получают права для доступа к определенной информации, редактированию и скачиванию файлов. Иногда при этом даже предусмотрено одновременное изменение содержимого файла в режиме реального времени.

Архитектура сети: историческая справка

Перейдем, наконец, к самой большой сети в мире. Это, конечно же, Интернет. Прототипом Интернета принято считать ARPANET. Так называлась коммуникация, которая была разработана в 1969 году в США исключительно для военных целей. Правда, тогда соединение было протестировано только между двумя узлами. Со временем подключение к сети при помощи кабеля было установлено даже с терминалами, которые находятся в Великобритании. Позже появилась идентификация на основе протоколов TCP/IP и система присвоения доменных имен. Именно тогда и возникло то, что сегодня называют Интернетом. Вообще считается, что в сети Интернет не существует единого сервера, на котором могла бы храниться вся информация. На сегодняшний день даже не существует дисковых накопителей такой емкости. Информация распределена между сотнями тысяч отдельных серверов различного типа. Иначе говоря, Интернет можно отнести в равной степени к одноранговой и гибридной сети. При этом на отдельно взятой машине можно создать собственный интернет-сервер, который дает возможность не только управлять параметрами сети и сохранить нужную информацию, но и обеспечить доступ к ней другим пользователям. Самым простым примером является раздача Wi-Fi.

Основные настройки и параметры

Если же говорить о параметрах и настройках, то здесь все довольно просто. Ручной ввод сетевыхIP, прокси и DNS-серверов уже давно не применяется. Вместо этого провайдеры предоставляют услуги автоматического распознавания ПК или мобильного устройства в сети. В операционных системах семейства Windows доступ к данным настройкам осуществляется через свойства сети с выбором параметров протокола IPv4. В настройках указывается автоматическое получение адресов. Это позволяет избавить пользователя от ввода данных вручную. Однако в некоторых случаях, особенно при настройке клиентов RDP или организации доступа к некоторым специфичным службам, ручной ввод данный является обязательным.

Заключение

Как вы сами можете убедиться, разобраться в том, что собой представляет архитектура сети, не представляет особой сложности. В данном обзоре были рассмотрены только основные аспекты организации работы сетей. Этого вполне достаточно для того, чтобы объяснить неподготовленному пользователю принцип работы сети на пальцах. На самом деле все немного сложнее. В данной статье мы не затрагивали понятия серверов прокси, DNS, WINS, DHCP и т.д. Также здесь не рассматривались вопросы, связанные с программным обеспечением. Даже представленной информации будет вполне достаточно для понимания основных принципов функционирования сетей любого типа и структуры.

В данном курсе будет рассмотрено три вида архитектур:

• 
  архитектура терминал – главный компьютер;
• 
  одноранговая архитектура;
• 
  архитектура клиент – сервер.

Архитектура терминал – главный компьютер

Рис. 1.1 Архитектура терминал – главный компьютер

Рассматриваемая архитектура предполагает два типа оборудования:

• 
  Главный компьютер, где осуществляется управление сетью, хранение и обработка данных.
• 
  Терминалы, предназначенные для передачи главному компьютеру команд на организацию сеансов и выполнения заданий, ввода данных для выполнения заданий и получения результатов.

Классический пример архитектуры сети с главными компьютерами – системная сетевая архитектура (System Network Architecture – SNA).

Одноранговая архитектура

К одноранговым сетям относятся малые сети, где любая рабочая станция может выполнять одновременно функции файлового сервера и рабочей станции. В одноранговых ЛВС дисковое пространство и файлы на любом компьютере могут быть общими. Чтобы ресурс стал общим, его необходимо отдать в общее пользование, используя службы удаленного доступа сетевых одноранговых операционных систем. В зависимости от того, как будет установлена защита данных, другие пользователи смогут пользоваться файлами сразу же после их создания. Одноранговые ЛВС достаточно хороши только для небольших рабочих групп.

Рис. 1.2 Одноранговая архитектура

Одноранговые ЛВС являются наиболее легким и дешевым типом сетей для установки. Они на компьютере требуют, кроме сетевой карты и сетевого носителя, только операционной системы Windows 95 или Windows for Workgroups . При соединении компьютеров, пользователи могут предоставлять ресурсы и информацию в совместное пользование.

Одноранговые сети имеют следующие преимущества:

• 
  они легки в установке и настройке;
• 
  отдельные ПК не зависят от выделенного сервера;
• 
  пользователи в состоянии контролировать свои ресурсы;
• 
  малая стоимость и легкая эксплуатация;
• 
  минимум оборудования и программного обеспечения;
• 
  нет необходимости в администраторе;
• 
  хорошо подходят для сетей с количеством пользователей, не превышающим десяти.

Использование одноранговой архитектуры не исключает применения в той же сети также архитектуры «терминал – главный компьютер» или архитектуры «клиент – сервер».

Архитектура клиент – сервер

Сервер - это объект, предоставляющий сервис другим объектам сети по их запросам. Сервис – это процесс обслуживания клиентов.

Рис. 1.3 Архитектура клиент – сервер

Сервер работает по заданиям клиентов и управляет выполнением их заданий. После выполнения каждого задания сервер посылает полученные результаты клиенту, пославшему это задание.

Сервисная функция в архитектуре клиент – сервер описывается комплексом прикладных программ, в соответствии с которым выполняются разнообразные прикладные процессы.

Процесс, который вызывает сервисную функцию с помощью определенных операций, называется клиентом . Им может быть программа или пользователь. На рис. 1.6 приведен перечень сервисов в архитектуре клиент – сервер.

Клиенты – это рабочие станции, которые используют ресурсы сервера и предоставляют удобные интерфейсы пользователя . Интерфейсы пользователя это процедуры взаимодействия пользователя с системой или сетью.

Клиент является инициатором и использует электронную почту или другие сервисы сервера. В этом процессе клиент запрашивает вид обслуживания, устанавливает сеанс, получает нужные ему результаты и сообщает об окончании работы.

Рис. 1.4 Модель клиент-сервер

В сетях с выделенным файловым сервером на выделенном автономном ПК устанавливается серверная сетевая операционная система. Этот ПК становится сервером. Программное обеспечение (ПО ), установленное на рабочей станции, позволяет ей обмениваться данными с сервером. Наиболее распространенные сетевые операционная системы:

• 
  NetWare фирмы Novel;
• 
  Windows NT фирмы Microsoft;
• 
  UNIX фирмы AT&T;
• 
  Linux.

Сети на базе серверов имеют лучшие характеристики и повышенную надежность. Сервер владеет главными ресурсами сети, к которым обращаются остальные рабочие станции.

В современной клиент – серверной архитектуре выделяется четыре группы объектов: клиенты, серверы, данные и сетевые службы. Клиенты располагаются в системах на рабочих местах пользователей. Данные в основном хранятся в серверах. Сетевые службы являются совместно используемыми серверами и данными. Кроме того службы управляют процедурами обработки данных.

Сети клиент – серверной архитектуры имеют следующие преимущества:

• 
  позволяют организовывать сети с большим количеством рабочих станций;
• 
  обеспечивают централизованное управление учетными записями пользователей, безопасностью и доступом, что упрощает сетевое администрирование;
• 
  эффективный доступ к сетевым ресурсам;
• 
  пользователю нужен один пароль для входа в сеть и для получения доступа ко всем ресурсам, на которые распространяются права пользователя.

• 
  неисправность сервера может сделать сеть неработоспособной, как минимум потерю сетевых ресурсов;
• 
  требуют квалифицированного персонала для администрирования;
• 
  имеют более высокую стоимость сетей и сетевого оборудования.

Выбор архитектуры сети

Следует выбрать одноранговую сеть, если:

• 
  количество пользователей не превышает десяти;
• 
  все машины находятся близко друг от друга;
• 
  имеют место небольшие финансовые возможности;
• 
  нет необходимости в специализированном сервере, таком как сервер БД, факс-сервер или какой-либо другой;
• 
  нет возможности или необходимости в централизованном администрировании.

• 
  количество пользователей превышает десяти;
• 
  требуется централизованное управление, безопасность, управление ресурсами или резервное копирование;
• 
  необходим специализированный сервер;
• 
  нужен доступ к глобальной сети;
• 
  требуется разделять ресурсы на уровне пользователей.

Сетевая архитектура – это комбинация стандартов, топологий и протоколов , необходимых для создания работоспособной сети. В соответствии со стандартными протоколами физического уровня выделяют три основные сетевые архитектуры: Ethernet (протокол 802,3) и Fast Ethernet (протокол 802,30); ArcNet (протокол 802,4); Token Ring (протокол 802.5). Рассмотрим каждую из сетевых архитектур более подробно.

7.1. Ethernet

Это самая популярная в настоящее время сетевая архитектура. Она использует:

• 
  физические топологии «шина», «звезда» или «звезда –шина»;
• 
  логическую топологию «шина»;
• 
  узкополосную передачу данных со скоростями 10 и 100 Мбит/с;
• 
  метод доступа – CSMA/CD.

Рис. 7.1. Формат кадра в Ethernet

Поле «Тип протокола» используется для идентификации протокола сетевого уровня (IPX и IP) – маршрутизируемый или нет. Спецификация Ethernet выполняет функции физического и канального уровня модели OSI. Различают несколько стандартов сетевых архитектур Ethernet:

• 
  10BaseT – на основе витой пары;
• 
  10Base2 – на тонком коаксиале;
• 
  10Base5 – на толстом коаксиале;
• 
  10BaseFL – на оптоволокне;
• 
  10BaseX – со скоростью передачи 100 Мбит/с, который включает в себя ряд спецификаций в зависимости от среды передачи.

7.1.1. Стандарт 10BaseT

Физическая топология представляет собой «звезду» на основе витой пары, соединяющей все узлы сети с концентратором, используя две пары проводов: одну для передачи, другую – для приема (рис. 7.2).

Логически (т.е. по системе передачи сигналов) данная архитектура представляет собой «шину» как и все архитектуры Ethernet. Концентратор выступает как многопортовый репитер. Длина сегмента от 2,5 до 100 м. ЛВС стандарта 10BaseT может обслуживать до 1024 компьютеров.

Концентратор

Концентратор

РС
   

РС
   

2,5 – 100 м сегмент
(витая пара UTP категории 3, 4, 5)
  

Рис. 7.2. Сеть стандарта 10BaseT

Достоинством является возможность использования распределительных стоек и панелей коммутации, что позволяет легко перекоммутировать сеть или добавить новый узел без остановки работы сети. Новейшие концентраторы позволяют расширять топологию сети, соединив отдельные концентраторы между собой магистралью на основе коаксиального или оптоволоконного кабеля и получить топологию «звезда – шина».

7.1.2. Стандарт 10Base2

С
до 30 рабочих станций mmdf
еть такого типа ориентирована на тонкий коаксиальный кабель с максимальной длиной сегмента 185 м и возможностью подключения к одному сегменту до 30 ЭВМ (рис. 7.3).

  … 

Рис. 7.3. Архитектура сети стандарта 10Base2

Эта сетевая архитектура физически и логически представляет собой «шину». С использованием репитеров может быть увеличена общая протяженность сети введением дополнительных сегментов. Однако при этом необходимо учитывать правило 5-4-3 . Сеть на тонком коаксиале может состоять максимум из 5 сегментов кабеля, соединенных 4 репитерами. При

этом только к 3 сегментам можно подключать рабочие станции. Два из пяти сегментов являются межрепитерными связями и служат только для увеличения длины сети (рис. 7.4). Максимальное число компьютеров до 1024, а общая длина сети до 925м.

… … 

Рис. 7.4. Правило 5-4-3 для сети стандарта 10Base2.

7.1.3. Стандарт 10Base5

Сетевая архитектура на толстом Ethernet логически и физически представляет собой «шину» (рис. 7.5). Магистральный сегмент (т. е. главный кабель, к которому подключаются трансиверы для связи с РС) имеет длину до 500 м и возможность подключения до 100 компьютеров. С использованием репитеров, которые также подключаются к магистральному сегменту через трансиверы, общая длина сети может составить 2500 м.

Трансивер

Трансивер

до 100 РС

 . . . 

Рис. 7.5. Сеть стандарта 10Base5

При расширении сети справедливо правило 5–4–3 и возможно комбинирование тонкого и толстого кабеля. В этом случае в качестве магистрали, способной передавать данные не большие расстояния, используется толстый кабель, а в качестве ответвляющих сегментов используют тонкий.

7.1.4. Стандарт 10BaseFL

Данная архитектура строится на оптоволоконном кабеле, доступ к которому со стороны компьютеров и репитеров осуществляется с помощью трансиверов (рис. 7.6). На сегодняшний день в основном используются внешние трансиверы.

оптический ответвитель

 

Рис. 7.6. Сеть стандарта 10BaseFL

Особенность этих трансиверов в том, что их передатчики преобразуют электрические сигналы от ЭВМ в световые импульсы, а приемники – световые в электрические. Популярность использования 10BaseFL обусловлена:

• 
  высокой помехозащищенностью;
• 
  возможностью прокладки кабеля между репитерами на большие расстояния, т. к. длина сегмента до 2 – 4 км;
• 
  использование повторителей позволяющих реализовать «каскадные звезды» путем соединения оптических ответвителей.

7.1.5. Стандарт 100BaseX Ethernet

Этот стандарт, иногда называемый Fast Ethernet, является расширением существующей сетевой архитектуры Ethernet и соответствует протоколу физического уровня IEEE 802.30. Его особенностью является то, что он сохранил стандартный для Ethernet метод доступа CSMA/CD, от которого отходили разработчики других технологий повышенной скорости передачи в сети. Сохранение метода доступа означает, что имеющиеся в наличие драйверы для Ethernet будут работать без изменений.

Преимуществом этой технологии, появившейся в конце 1993 года, является то, что степень ее совместимости с Ethernet–сетями, позволяет интегрировать ее в эти сети с помощью двухскоростных сетевых адаптеров или мостов. Данная сетевая архитектура использует физическую топологию «звезда» или «звезда – шина» (подобно 10BaseT), где все кабели подключаются к концентратору (рис. 7.7). Различают три спецификации среды:

• 
  100BaseT4 (UTR категории 3, 4 или 5 с 4-мя парами);
• 
  100BaseTX (UTR или STP категории 5 с 2-мя парами);
• 
  100BaseFX (двужильный оптоволоконный кабель).

7.1.6. Сегментация сети

Мы уже рассматривали задачу построения сети из нескольких сегментов. В частности, если не хватает длины одного сегмента для соединения всех пользователей сети, то можно через репитер подключить еще один сегмент. Но иногда возникает и другая задача. Пусть имеем сегмент сети с очень интенсивным трафиком, который снижает производительность всей сети. Повысить ее производительность можно, если разделить перегруженный сегмент на два и соединить их с помощью моста или маршрутизатора (рис. 7.8). Тогда трафик в каждом сегменте уменьшится, т.к. меньшее число компьютеров в каждом из сегментов попытается осуществить передачу, и время доступа к кабелю сокращается. Сегментация может помочь и при ограничении доступа к конфиденциальной информации.

7.2. Сетевые архитектуры ArcNet и ArcNet Plus

Это простая, гибкая и недорогая сетевая архитектура, поддерживающая протокол физического уровня IEEE 802.4:

• 
  физическая топология - «звезда», «шина», «звезда – шина»;
• 
  логическая топология – упорядоченное «кольцо»;
• 
  широкополосная передача данных 2,5 Мбит/с и 20 Мбит/с (для ArcNet Plus);
• 
  метод доступа маркерный;
• 
  средой передачи может быть:

• 
  коаксиальный кабель (длиной 600 м при «звезде» и 300 м при «шине»);
• 
  витая пара (максимальная длина 244 м – при «звезде» и «шине»);

Особенность маркерного доступа ArcNet (рис.7.9) состоит в том, что:

• 
  все компьютеры имеют свои сетевые адреса;
• 
  маркер передается между компьютерами согласно их номерам;
• 
  маркер двигается от компьютера с меньшим номером к компьютеру с более высоким номером, хотя тот может находиться на другом конце сети;
• 
  приемник, получив маркер, добавляет к нему свой пакет, который, дойдя до адресата, освобождает маркер.

Рис. 7.10. Пакт передачи информации в ArcNet

Общее количество узлов: 255 – ArcNet; 2047 – Arc Net Plus. ArcNet – это одна из самых старых сетевых архитектур, реализованная недавно фирмой DataPoint в более современную ArcNet Plus. Однако на смену этим архитектурам приходят более современные и производительные. Одной из таких архитектур является FDDI, которая будет рассмотрена ниже. А сейчас познакомимся с давно используемой и хорошо зарекомендовавшей себя архитектурой.

7.3. Token Ring (Маркерное кольцо)

Данная сетевая архитектура была разработана и внедрена фирмой IBM еще в 1984 г. как часть предложенного ею способа объединить в сеть весь ряд выпускаемых IBM компьютеров: персональные компьютеры; средние ЭВМ и мейнфреймы. Разрабатывая эту технологию, IBM ставила задачу обеспечить простоту монтажа кабеля – витой пары – соединяющего компьютер с сетью через розетку. Token Ring является реализацией протокола физического уровня IEEE 802.5:

• 
  физическая топология – «звезда»;
• 
  логическая топология – «кольцо»;
• 
  узкополосный тип передачи;
• 
  скорость передачи 4 и 16 Мбит/с;
• 
  соединение неэкранированной и экранированной витой пары;
• 
  метод доступа – маркерное кольцо.

Указывается: передается кадр маркера или кадр данных

Содержит информацию: кадр – для всех РС;

кадр - для одной РС

Сообщает: был ли распознан и скопирован кадр (доступен ли адрес приемника)

Рис. 7.11. Формат кадра, используемый в сетях Token Ring

7.3.1. Аппаратные компоненты

Логическое кольцо в этой сетевой архитектуре организуется концентратором, который называется модулем множественного доступа (MSAU – MultyStation Access Unit) или интеллектуальным модулем множественного доступа (SMAU – Smart Multystation Access Unit). Кабели (витые пары) соединяют клиентов и серверов с MSAU, который работает по принципу других концентраторов.

Рис. 7.12. Логическое кольцо

При соединении компьютеров он включается в кольцо (рис. 7.12). IBM MSAU имеет 10 портов соединения. К нему можно подключить до 8 компьютеров. Каждое кольцо может содержать до 33 концентраторов.

Общее число компьютеров – 72 при использовании UTP и 260 при использовании STP. Другие производители выпускают MSAU большей емкости (в зависимости от модели). Расширение логического кольца на базе концентраторов позволяет увеличить общее количество узлов в сети (рис. 7.13).

При этом расстояние между концентраторами до 45м (152м), а каждая РС соединяется с MSAU: при UTP - сегментом до 45м; при STR - сегментом до 100м. Расстояние между MSAU можно увеличить до 365, установив репитер.

     

     

     

Репитер

Рис. 7.13. Расширение логического кольца

Известны две модели сетевых плат на 4 и 16 Мбит/с. Платы на 16Мбит/с могут обеспечить передачу более длинных кадров, что сокращает количество передач для одного и того же объема данных.

7.3.2. Мониторинг системы

Компьютер, который первым начал работу, наделяется системой Token Ring особыми функциями. Этот компьютер:

• 
  должен наблюдать за работой всей системы;
• 
  осуществляет текущий ее контроль;
• 
  проверяет корректность отправки и получения кадров;
• 
  отслеживает кадры, проходящие по кольцу более одного раза;
• 
  гарантирует, что в кольце одновременно находится лишь один маркер.

В «теоретической» кольцевой топологии вышедший из строя компьютер останавливает движение маркера, что в свою очередь останавливает работу всей сети. В реальных сетевых архитектурах Token Ring используются интеллектуальные концентраторы, которые в состоянии обнаружить отказавшую сетевую плату (РС) и во время отключить ее.

Эта процедура позволяет “обойти” отказавший компьютер, поэтому маркер продолжает свое движение. Таким образом, отказавший компьютер не влияет на работу сети.

7.4. FDDI - распределенный волоконно-оптический интерфейс

передачи данных

7.4.1. Общие характеристики

Одной из современных сетевых архитектур является архитектура FDDI (Fiber Distributed Data Interface), которая определяет:

• 
  двухкольцевую топологию на основе оптоволокна;
• 
  с маркерным методом доступа;
• 
  со скоростью передачи 100 Мбит/с;
• 
  при общей длине колец до 200 км.

• 
  захватывает маркер на определенный интервал времени;
• 
  за этот интервал передает столько кадров, сколько успеет;
• 
  завершает передачу либо по окончании выделенного интервала времени, либо из-за отсутствия передаваемых кадров.

FDDI основана на технологии совместного использования сети. Это означает, что передавать данные одновременно могут несколько компьютеров. Хотя FDDI работает со скоростью 100 Мбит/с, технология совместного использования может стать причиной ее перегрузки. Так, если 10 компьютеров начнут передавать данные со скоростью 10 Мбит/с каждый, общий поток будет равен 100 Мбит/с. А при передачи видеоинформации или данных мультимедиа среда передачи окажется потенциально узким местом системы.

7.4.2. Топология и аппаратные компоненты

F
Рис. 7.14. Топология FDDI
DDI использует передачу маркера в двойном кольце. Трафик сети состоит из двух похожих потоков, движущихся в противоположных направлениях по двум кольцам: основному и дополнительному (рис. 7.14). Обычно данные передаются по основному кольцу. Если в основном происходит сбой, сеть автоматически реконфигурируется, и данные начинают передаваться по второму кольцу в другом направлении. Одно из достоинств FDDI – избыточность: одно кольцо является резервным.

При отказе кольца или разрыве кабеля сеть автоматически переконфигурируется и передача продолжится. Существуют ограничения:

• 
  длина кабеля объединенных колец до 200 км;
• 
  общее количество компьютеров до 1000 штук;
• 
  через каждые 2 км необходима установка репитера.

Так как второе кольцо предназначено для защиты от сбоев, то для высоконадежной передачи эти показатели надо делить на два (500 компьютеров при длине каждого кольца в 100 км). Компьютеры могут подключаться к одному или обоим кольцам (рис. 7.15): станции класса А подключены к обоим кольцам; станции класса В только к основному. Если происходит сбой сети, станции класса А участвуют в переконфигурации, а станции класса В – не участвуют.

Ф
концентратор


Рис. 7.15. Подключение РС к кольцам в FDDI
изически FDDI имеет топологию «звезда». При этом отдельные компьютеры могут иметь соединение «точка-точка» с концентратором. Такое решение позволяет использовать интеллектуальные концентраторы для сетевого управления и поиска неисправностей.

7.4.3. Мониторинг системы

Все компьютеры в среде FDDI отвечают за мониторинг передачи маркера. Чтобы изолировать серьезные сбои в кольце, используется метод, который называется «испускание маяка» («beaconing») (рис. 7.16). Суть метода заключается в следующем:

1. 
   Компьютер, обнаруживший сбой, посылает в сеть сигнал, который получил название «маяк».
2. 
   Он посылает его до тех пор, пока не примет маяк предшествующего ему компьютера в кольце.
3. 
   Процесс продолжается до тех пор, пока в кольце не останется только один компьютер, испускающий маяк (т.е. тот, который находится за неисправным).
4. 
   Когда компьютер примет свой собственный маяк, он «понимает», что неисправность устранена, восстанавливает маркер кольца и сеть возвращается к нормальной работе.

• 
  Компьютер 1 отказал. Компьютер 3 обнаружил сбой, изъял из кольца маркер (обозначен символом "м" на рисунке) и посылает маяк (обозначен символом "с" на рисунке). Он будет посылать маяк до тех пор, пока не примет свой сигнал или маяк от компьютера 2 (рис.7.16а).

Обнаружен сбой

Рис. 7.16. Мониторинг передачи маркера

• 
  Компьютер 2, не получив нормального маркерного сообщения, обнаруживает сбой и посылает новый сигнал - свой маяк - в сеть. Компьютер 3, получив маяк от компьютера 2, прекращает передавать свой маяк (рис.7.16б).
• 
  Так как компьютер 1 неисправен, то компьютер 2 продолжает посылать маяк. Этот сигнал указывает на то, что сбой произошел на компьютере 1 (рис.7.16в).
• 
  Если компьютер 1 восстановил свою работоспособность или отключен от сети, компьютер 2 принимает свой собственный маяк, что приводить к восстановлению работы сети (рис.7.16г).

7.4.4. Области применения FDDI

1. 
   FDDI обеспечивает высокоскоростную связь между сетями различных типов и может применяться в сетях городского масштаба.
2. 
   Используется для соединения больших или мини-компьютеров в традиционных компьютерных залах, обслуживая очень интенсивную передачу файлов.
3. 
   Выступает в качестве магистральных сетей, к которым подключаются ЛВС малой производительности. Подключать все оборудование фирмы к одной ЛВС – не самое мудрое решение. Это может перегрузить сеть, а сбой какого-либо компонента – остановить работу всей фирмы.
4. 
   Локальные сети, где нужна высокая скорость передачи данных. Это сети, состоящие из инженерных РС и компьютеров, где ведется видеообработка, работают системы автоматизированного проектирования, управления производством.
5. 
   Любое учреждение, нуждающееся в высокоскоростной обработке. Даже в офисах коммерческих фирм производство графики или мультимедиа для презентаций и других документов нередко вызывает перегрузку сети.

Контрольные вопросы:

1. 
   Архитектура Ethernet.
2. 
   Формат кадра в Ethernet.
3. 
   Сегментация сети.
4. 
   Сетевые архитектуры ArcNet и ArcNet Plus.
5. 
   FDDI - распределенный волоконно-оптический интерфейс передачи данных.
6. 
   Общие характеристики FDDI/
7. 
   Области применения FDDI.

2.1.2 Архитектурный принцип построения сетей

Архитектурный принцип построения сетей (за исключением одноранговых сетей, в которых компьютеры равноправны) называется "клиент – сервер".

В одноранговой сети все компьютеры равноправны. Каждый из них может выступать как в роли сервера, т. е. предоставлять файлы и аппаратные ресурсы (накопители, принтеры и пр.) другим компьютерам, так и в роли клиента, пользующегося ресурсами других компьютеров. Например, если на вашем компьютере установлен принтер, то с его помощью смогут распечатывать свои документы все остальные пользователи сети, а вы, в свою очередь, сможете работать с Интернетом, подключение к которому осуществляется через соседний компьютер.

Важнейшими понятиями теории сетей "клиент-сервер" являются "абонент", "сервер", "клиент".

Абонент (узел, хост, станция) - это устройство, подключенное к сети и активно участвующее в информационном обмене. Чаще всего абонентом (узлом) сети является компьютер, но абонентом также может быть, например, сетевой принтер или другое периферийное устройство, имеющее возможность напрямую подключаться к сети.

Сервером называется абонент (узел) сети, который предоставляет свои ресурсы другим абонентам, но сам не использует их ресурсы. Таким образом, он обслуживает сеть. Серверов в сети может быть несколько, и совсем не обязательно, что сервер - самый мощный компьютер. Выделенный (dedicated) сервер - это сервер, занимающийся только сетевыми задачами. Невыделенный сервер может помимо обслуживания сети выполнять и другие задачи. Специфический тип сервера - это сетевой принтер.

Клиентом называется абонент сети, который только использует сетевые ресурсы, но сам свои ресурсы в сеть не отдает, то есть сеть его обслуживает, а он ей только пользуется. Компьютер-клиент также часто называют рабочей станцией. В принципе каждый компьютер может быть одновременно как клиентом, так и сервером.

Под сервером и клиентом часто понимают также не сами компьютеры, а работающие на них программные приложения. В этом случае то приложение, которое только отдает ресурс в сеть, является сервером, а то приложение, которое только пользуется сетевыми ресурсами - клиентом.

2.1.3 Топология локальных сетей

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, возможности расширения сети. И хотя выбирать топологию пользователю сети приходится нечасто, знать об особенностях основных топологий, их достоинствах и недостатках надо.

Существует три, базовые топологии сети:

а) топология шина

Шина (bus) - все компьютеры параллельно подключаются к одной линии связи. Информация от каждого компьютера одновременно передается всем остальным компьютерам (рис. 1).

Рис. 1 Сетевая топология шина

Топология шина (или, как ее еще называют, общая шина) самой своей структурой предполагает идентичность сетевого оборудования компьютеров, а также равноправие всех абонентов по доступу к сети. Компьютеры в шине могут передавать только по очереди, так как линия связи в данном случае единственная. Если несколько компьютеров будут передавать информацию одновременно, она исказится в результате наложения (конфликта, коллизии). В шине всегда реализуется режим так называемого полудуплексного (half duplex) обмена (в обоих направлениях, но по очереди, а не одновременно).

В топологии шина отсутствует явно выраженный центральный абонент, через которого передается вся информация, это увеличивает ее надежность (ведь при отказе центра перестает функционировать вся управляемая им система). Добавление новых абонентов в шину довольно просто и обычно возможно даже во время работы сети. В большинстве случаев при использовании шины требуется минимальное количество соединительного кабеля по сравнению с другими топологиями.

Поскольку центральный абонент отсутствует, разрешение возможных конфликтов в данном случае ложится на сетевое оборудование каждого отдельного абонента. В связи с этим сетевая аппаратура при топологии шина сложнее, чем при других топологиях. Тем не менее из-за широкого распространения сетей с топологией шина (прежде всего наиболее популярной сети Ethernet) стоимость сетевого оборудования не слишком высока.

Рис. 2. Обрыв кабеля в сети с топологией шина

Важное преимущество шины состоит в том, что при отказе любого из компьютеров сети, исправные машины смогут нормально продолжать обмен.

В случае разрыва или повреждения кабеля нарушается согласование линии связи, и прекращается обмен даже между теми компьютерами, которые остались соединенными между собой. Короткое замыкание в любой точке кабеля шины выводит из строя всю сеть.

Отказ сетевого оборудования любого абонента в шине может вывести из строя всю сеть. К тому же такой отказ довольно трудно локализовать, поскольку все абоненты включены параллельно, и понять, какой из них вышел из строя, невозможно.

При прохождении по линии связи сети с топологией шина информационные сигналы ослабляются и никак не восстанавливаются, что накладывает жесткие ограничения на суммарную длину линий связи. Причем каждый абонент может получать из сети сигналы разного уровня в зависимости от расстояния до передающего абонента. Это предъявляет дополнительные требования к приемным узлам сетевого оборудования.

Если принять, что сигнал в кабеле сети ослабляется до предельно допустимого уровня на длине L пр, то полная длина шины не может превышать величины L пр. В этом смысле шина обеспечивает наименьшую длину по сравнению с другими базовыми топологиями.

Для увеличения длины сети с топологией шина часто используют несколько сегментов (частей сети, каждый из которых представляет собой шину), соединенных между собой с помощью специальных усилителей и восстановителей сигналов - репитеров или повторителей (на рис. 3 показано соединение двух сегментов, предельная длина сети в этом случае возрастает до 2 L пр, так как каждый из сегментов может быть длиной L пр). Однако такое наращивание длины сети не может продолжаться бесконечно. Ограничения на длину связаны с конечной скоростью распространения сигналов по линиям связи.

Рис. 3. Соединение сегментов сети типа шина с помощью репитера

б) топология звезда;

Звезда (star) - к одному центральному компьютеру присоединяются остальные периферийные компьютеры, причем каждый из них использует отдельную линию связи (рис. 4). Информация от периферийного компьютера передается только центральному компьютеру, от центрального - одному или нескольким периферийным.

Рис. 4. Сетевая топология звезда

Звезда - это единственная топология сети с явно выделенным центром, к которому подключаются все остальные абоненты. Обмен информацией идет исключительно через центральный компьютер, на который ложится большая нагрузка, поэтому ничем другим, кроме сети, он, как правило, заниматься не может. Понятно, что сетевое оборудование центрального абонента должно быть существенно более сложным, чем оборудование периферийных абонентов. О равноправии всех абонентов (как в шине) в данном случае говорить не приходится. Обычно центральный компьютер самый мощный, именно на него возлагаются все функции по управлению обменом. Никакие конфликты в сети с топологией звезда в принципе невозможны, так как управление полностью централизовано.

Если говорить об устойчивости звезды к отказам компьютеров, то выход из строя периферийного компьютера или его сетевого оборудования никак не отражается на функционировании оставшейся части сети, зато любой отказ центрального компьютера делает сеть полностью неработоспособной. В связи с этим должны приниматься специальные меры по повышению надежности центрального компьютера и его сетевой аппаратуры.

Обрыв кабеля или короткое замыкание в нем при топологии звезда нарушает обмен только с одним компьютером, а все остальные компьютеры могут нормально продолжать работу.

В отличие от шины, в звезде на каждой линии связи находятся только два абонента: центральный и один из периферийных. Чаще всего для их соединения используется две линии связи, каждая из которых передает информацию в одном направлении, то есть на каждой линии связи имеется только один приемник и один передатчик. Это так называемая передача точка-точка. Все это существенно упрощает сетевое оборудование по сравнению с шиной и избавляет от необходимости применения дополнительных, внешних терминаторов.

Серьезный недостаток топологии звезда состоит в жестком ограничении количества абонентов. Обычно центральный абонент может обслуживать не более 8-16 периферийных абонентов. В этих пределах подключение новых абонентов довольно просто, но за ними оно просто невозможно. В звезде допустимо подключение вместо периферийного еще одного центрального абонента (в результате получается топология из нескольких соединенных между собой звезд).

Звезда, показанная на рис. 4, носит название активной или истинной звезды. Существует также топология, называемая пассивной звездой, которая только внешне похожа на звезду (рис. 5). В настоящее время она распространена гораздо более широко, чем активная звезда. Достаточно сказать, что она используется в наиболее популярной сегодня сети Ethernet.

В центре сети с данной топологией помещается не компьютер, а специальное устройство - концентратор или, как его еще называют, хаб (hub), которое выполняет ту же функцию, что и репитер, то есть восстанавливает приходящие сигналы и пересылает их во все другие линии связи.

Рис. 5. Топология пассивная звезда и ее эквивалентная схема

Получается, что хотя схема прокладки кабелей подобна истинной или активной звезде, фактически речь идет о шинной топологии, так как информация от каждого компьютера одновременно передается ко всем остальным компьютерам, а никакого центрального абонента не существует. Безусловно, пассивная звезда дороже обычной шины, так как в этом случае требуется еще и концентратор. Однако она предоставляет целый ряд дополнительных возможностей, связанных с преимуществами звезды, в частности, упрощает обслуживание и ремонт сети. Именно поэтому в последнее время пассивная звезда все больше вытесняет истинную шину, которая считается малоперспективной топологией.

Можно выделить также промежуточный тип топологии между активной и пассивной звездой. В этом случае концентратор не только ретранслирует поступающие на него сигналы, но и производит управление обменом, однако сам в обмене не участвует (так сделано в сети 100VG-AnyLAN).

Большое достоинство звезды (как активной, так и пассивной) состоит в том, что все точки подключения собраны в одном месте. Это позволяет легко контролировать работу сети, локализовать неисправности путем простого отключения от центра тех или иных абонентов (что невозможно, например, в случае шинной топологии), а также ограничивать доступ посторонних лиц к жизненно важным для сети точкам подключения. К периферийному абоненту в случае звезды может подходить как один кабель (по которому идет передача в обоих направлениях), так и два (каждый кабель передает в одном из двух встречных направлений), причем последнее встречается гораздо чаще.

Общим недостатком для всех топологий типа звезда (как активной, так и пассивной) является значительно больший, чем при других топологиях, расход кабеля. Например, если компьютеры расположены в одну линию (как на рис. 1), то при выборе топологии звезда понадобится в несколько раз больше кабеля, чем при топологии шина. Это существенно влияет на стоимость сети в целом и заметно усложняет прокладку кабеля.

в) топология кольцо;

Кольцо (ring) (рис. 6).

Рис. 6. Сетевая топология кольцо

Кольцо - это топология, в которой каждый компьютер соединен линиями связи с двумя другими: от одного он получает информацию, а другому передает. На каждой линии связи, как и в случае звезды, работает только один передатчик и один приемник (связь типа точка-точка). Это позволяет отказаться от применения внешних терминаторов.

Важная особенность кольца состоит в том, что каждый компьютер ретранслирует (восстанавливает, усиливает) приходящий к нему сигнал, то есть выступает в роли репитера. Затухание сигнала во всем кольце не имеет никакого значения, важно только затухание между соседними компьютерами кольца. На практике размеры кольцевых сетей достигают десятков километров (например, в сети FDDI). Кольцо в этом отношении существенно превосходит любые другие топологии.

Четко выделенного центра при кольцевой топологии нет, все компьютеры могут быть одинаковыми и равноправными. Однако довольно часто в кольце выделяется специальный абонент, который управляет обменом или контролирует его. Понятно, что наличие такого единственного управляющего абонента снижает надежность сети, так как выход его из строя сразу же парализует весь обмен.

Строго говоря, компьютеры в кольце не являются полностью равноправными (в отличие, например, от шинной топологии). Ведь один из них обязательно получает информацию от компьютера, ведущего передачу в данный момент, раньше, а другие - позже. Именно на этой особенности топологии и строятся методы управления обменом по сети, специально рассчитанные на кольцо. В таких методах право на следующую передачу (или, как еще говорят, на захват сети) переходит последовательно к следующему по кругу компьютеру. Подключение новых абонентов в кольцо выполняется достаточно просто, хотя и требует обязательной остановки работы всей сети на время подключения. Как и в случае шины, максимальное количество абонентов в кольце может быть довольно велико (до тысячи и больше). Кольцевая топология обычно обладает высокой устойчивостью к перегрузкам, обеспечивает уверенную работу с большими потоками передаваемой по сети информации, так как в ней, как правило, нет конфликтов (в отличие от шины), а также отсутствует центральный абонент (в отличие от звезды), который может быть перегружен большими потоками информации.

Рис. 7. Сеть с двумя кольцами

Сигнал в кольце проходит последовательно через все компьютеры сети, поэтому выход из строя хотя бы одного из них (или же его сетевого оборудования) нарушает работу сети в целом. Это существенный недостаток кольца.

Точно так же обрыв или короткое замыкание в любом из кабелей кольца делает работу всей сети невозможной. Из трех рассмотренных топологий кольцо наиболее уязвимо к повреждениям кабеля, поэтому в случае топологии кольца обычно предусматривают прокладку двух (или более) параллельных линий связи, одна из которых находится в резерве.

Иногда сеть с топологией кольцо выполняется на основе двух параллельных кольцевых линий связи, передающих информацию в противоположных направлениях. Цель подобного решения - увеличение (в идеале - вдвое) скорости передачи информации по сети. К тому же при повреждении одного из кабелей сеть может работать с другим кабелем (правда, предельная скорость уменьшится).

д) др. топологии.

На практике нередко используют и другие топологии локальных сетей, однако большинство сетей ориентировано именно на три базовые топологии.

Топология сети указывает не только на физическое расположение компьютеров, но и на характер связей между ними, особенности распространения информации, сигналов по сети. Именно характер связей определяет степень отказоустойчивости сети, требуемую сложность сетевой аппаратуры, наиболее подходящий метод управления обменом, возможные типы сред передачи (каналов связи), допустимый размер сети (длина линий связи и количество абонентов) необходимость электрического согласования и многое другое.

Более того, физическое расположение компьютеров, соединяемых сетью, почти не влияет на выбор топологии. Как бы ни были расположены компьютеры, их можно соединить с помощью любой заранее выбранной топологии (рис. 8).

В том случае, если соединяемые компьютеры расположены по контуру круга, они могут соединяться, как звезда или шина. Когда компьютеры расположены вокруг некоего центра, их допустимо соединить с помощью топологий шина или кольцо.

Наконец когда компьютеры расположены в одну линию, они могут соединяться звездой или кольцом. Другое дело, какова будет требуемая длина кабеля.

Рис. 8. Примеры использования разных топологий

Необходимо отметить, что топология все-таки не является основным фактором при выборе типа сети. Гораздо важнее, например, уровень стандартизации сети, скорость обмена, количество абонентов, стоимость оборудования, выбранное программное обеспечение. Но, с другой стороны, некоторые сети позволяют использовать разные топологии на разных уровнях. Этот выбор уже целиком ложится на пользователя, который должен учитывать все перечисленные в данном разделе соображения.

Лекция 3. Использование электронной почты. Продолжительность 2 часа. Цель данной темы - дать основные представления о работе и использовании электронной почты в локальных и глобальных компьютерных сетях. Теоретический материал: 1. Введение. 2. Принципы работы электронной почты. 3. Установка почтовых служб на компьютер. 4. Наиболее популярные программы для работы с...

... ; 44 – нарушение правил эксплуатации ЭВМ и их сетей. Существенную роль в реализации несанкционированного доступа к информации играет компьютерная сеть Интернет, являясь чуть ли самым популярным каналом утечки информации. Поэтому на ее примере целесообразно рассмотреть современные угрозы безопасности и методы защиты от них, используемые средства защиты и услуги безопасности. Интернет действительно...