Тема лекции № 3 Основы построения компьютерных сетей. Классификация сетей.

Вычислительные сети (ВС) появились очень давно. Еще на заре появления компьютеров (в эпоху больших ЭВМ) существовали огромные системы, известные как системы разделения времени.

В 70–х годах большие ЭВМ уступили место мини компьютерным системам, использующим тот же режим разделения времени. Но технология развивалась, и с конца 70–х годов на рабочих местах появились персональные компьютеры (ПК). Однако, автономно работающие ПК:

а) не дают непосредственного доступа к данным всей организации;

б) не позволяют совместно использовать программы и оборудование.

С этого момента начинается современное развитие компьютерных сетей.

При физическом соединении двух или более компьютеров образуется компьютерная сеть. Для создания компьютерных сетей необходимо специальное аппаратное обеспечение (сетевое оборудование) и специальное программное обеспечение (сетевые программные средства). Простейшее соединение компьютеров для обмена данными называют прямым соединением.(тогда не нужно спец.программное обеспечение и спец.аппаратное обеспечение)

Самая простая сеть Network состоит из нескольких ПК, соединенных между собой сетевым кабелем. При этом в каждом ПК устанавливается специальная плата сетевого адаптера (NIC), осуществляющая связь между системной шиной компьютера и сетевым кабелем.

Компьютерные сети предназначены для:

– обеспечения совместного использования аппаратных и программных ресурсов сети;

– обеспечение совместного доступа к ресурсам данных.

Рисунок 1 – Назначение вычислительной сети

Локальные сети – ЛВС (LAN – Local Area Network)объединяют находящиеся недалеко друг от друга (в соседней комнате или здании) компьютеры. Иногда компьютеры могут находиться на расстоянии нескольких миль и все равно принадлежать локальной сети.

Компьютеры глобальной сети – ГВС (WAN – Wide Area Network) могут находиться в других городах или даже странах. Информация проделывает длинный путь, перемещаясь в данной сети. Интернет состоит из тысячи компьютерных сетей, разбросанных по всему миру. Однако, пользователь должен рассматривать Интернет как единую глобальную сеть.

Соединяя компьютеры между собой и давая им возможность общаться друг с другом, вы создаете сеть. Соединяя две и более сетей, вы создаете межсетевое объединение, называющееся «интернет» (internet – первая буква строчная). На рисунке 2 показано как соотносятся сети и межсетевое объединение.

Рисунок 2 – Межсетевое объединение

Корпоративная сеть – это сеть, поддерживающая работу конкретного предприятия, владеющего данной сетью. Пользователями корпоративной сети являются только сотрудники данного предприятия.

Сети отделов – это сети, которые используются сравнительно небольшой группой сотрудников, работающих в одном отделе предприятия. Эти сотрудники решают некоторые общие задачи, такие как ведение бухгалтерского учета или занятие маркетингом. Сеть отдела – это локальная сеть, которая охватывает все помещения, принадлежащие отделу. Это могут быть несколько кабинетов или этаж здания.

Главной целью сети отдела является разделение локальных ресурсов, таких как приложения, данные, лазерные принтеры и модемы. Обычно сети отделов не разделяются на подсети, имея в своем составе один или два файловых сервера и не более тридцати пользователей. В этих сетях локализуется большая часть трафика предприятия. Сети отделов обычно создаются на основе какой-либо одной сетевой технологии – Ethernet. Для такой сети характерен один или, максимум, два типа операционных систем.

Задачи сетевого администрирования на уровне отдела относительно просты: добавление новых пользователей, устранение простых отказов, установка новых узлов и новых версий программного обеспечения. Такой сетью может управлять сотрудник, посвящающий обязанностям администратора только часть своего времени, но является тем человеком в отделе, который лучше разбирается в компьютерах и занимается администрированием в сети.

Сеть отдела может входить в состав сети здания (кампуса) или же представлять сеть удаленного офиса предприятия.

Сеть здания и кампуса объединяет сети различных отделов одного предприятия в пределах отдельного здания или в пределах одной территории (кампуса), покрвающей площадь в несколько квадратных километров. Для построения етей зданиий (кампусов) используются технологии локальных сетей, возможностей которых достаточно, чтобы обеспечить такую зону покрытия.

Обычно сеть здания (кампуса) строится по иерархическому принципу с собственной магистралью, построенной на базе технологии Gigabit Ethernet, к которой присоединяются сети отделов, использующие технологию Ethernet.

Услуги такой сети включают взаимодействие между сетями отделов, доступ к общим факс-серверам, высокоскоростным модемам и высокоскоростным принтерам. В результате сотрудники каждого отдела предприятия получают доступ к некоторым файлам и ресурсам сетей других отделов. Важной услугой, предоставляемой сетями кампусов, является доступ к корпоративным базам данных независимо от того, на каких типах компьютеров эти базы располагаются.

Интернет – самое большое и популярное межсетевое объединение в мире.

Интернет – это глобальная всемирная сеть, образованная компьютерами и локальными компьютерными сетями, используемыми различные системные и аппаратные платформы. Интернет представляет собой «информационной пространство», внутри которого осуществляется постоянная циркуляция данных.

При обмене данными как между ПК в ЛВС, так и между ЛВС любое информационное сообщение разбивается программами передачи данных на небольшие блоки данных, которые называются пакетами.

Рисунок 3 – Информационное сообщение

Пакет – основная единица информации в компьютерных сетях. При разбиении данных на пакеты скорость их передачи возрастает на столько, что каждый компьютер сети получает возможность принимать и передавать данные практически одновременно с остальными ПК.

Существует большое число способов, которыми можно соединить компьютеры между собой в единую компьютерную сеть. Чем больше разных компьютеров, тем больше таких способов соединения. Каждое соединение – это новый маршрут для передачи данных.

Топология сети – это характеристика физического расположения компьютеров, кабелей и других сетевых компонентов. Топология сети определяет способ взаимодействия компьютеров в сети. Все сети строятся на основе трех базовых топологий:

• шина (Bus);

• звезда (Star);

• кольцо (Ring).

Шинная топология. Сеть похожа на центральную линию, к которой подключен сервер и отдельные рабочие станции. В ней используется один сетевой кабель, именуемый магистралью или сегментом, вдоль которого подключены все РС сети (рисунок 4).

Рисунок 4 – Топология типа «Шина»

1) При передаче пакетов данных каждый компьютер адресует его конкретному компьютеру ЛВС (РС_к), передавая его по сетевому кабелю в виде электрических сигналов.

2) Пакет в виде электрических сигналов передается по шине в обоих направлениях всем компьютерам сети.

3) Однако, информацию принимает только тот адрес, который соответствует адресу получателя, указанному в заголовке пакета. Так как в каждый момент времени в сети может вести передачу только одна РС, то производительности ЛВС зависит от количества РС, подключенных к шине. Чем их больше, тем больше ожидающих передачи данных, тем ниже производительности сети.

Шина – пассивная топология. Это значит, что компьютеры только «слушают» передаваемые по сети данные, но не перемещают их от отправителя к получателю. Поэтому, если один из компьютеров выйдет из строя, это не скажется на работе всей сети.

4) Данные в виде электрических сигналов распространяются по всей сети от одного конца кабеля к другому, и, достигая конца кабеля, будут отражаться и занимать шину, что не позволит другим компьютерам осуществлять передачу.

5) Чтобы предотвратить отражение электрических сигналов, на каждом конце кабеля устанавливаются терминаторы (Т), поглощающие сигналы, прошедшие по шине.

6) При значительном расстоянии между РС (например, 180 м для тонкого коаксиального кабеля) в сегменте шины может наблюдаться ослабление электрического сигнала, что может привести к искажению или потере передаваемого пакета данных. В этом случае исходный сегмент следует разделить на два, установив между ними дополнительное устройство – репитер (повторитель), который усиливает принятый сигнал перед тем, как послать его дальше (рисунок 4).

Достоинства: небольшие затраты на кабели; подключение новой станции не парализует всю сеть; раб.станции могут общаться друг с другом без участия сервера.

Недостатки: при обрыве кабеля выходит из строя весь участок сети от места разрыва; возможность несанкционированного подключения новой станции.

«Звезда». Файловый сервер находится в центре. При топологии «звезда» все компьютеры с помощью сегментов кабеля подключаются к центральному компоненту – концентратору (Hub) (рисунок 5).

Рисунок 5 – Топология типа «Звезда»

Пакеты данных от каждого компьютера направляются к центральному концентратору. Он, в свою очередь, перенаправляет пакеты к месту назначения.

Достоинства: повреждение кабеля не сказывается на работе сети; просто выполняется подключение; защита от несанкционированного доступа; высокая скорость передачи данных от сервера к рабочими станциям.

Недостатки: мощность сети зависит от мощности сервера; скорость передачи данных между рабочими станциями мала.

Кольцевая топология. Все рабочие станции и сервер присоединены друг к другу по кольцу, по которому посылаются данные и адрес получателя.

Рисунок 6 – Топология типа «Кольцо»

Достоинства: так как информация циркулирует по кругу, то существенно сокращается время доступа к этим данным; нет ограничений на длину сети.

Недостатки: чем больше рабочих станций, тем медленней работа; выход из строя одной станции парализует всю сеть; при подключении новой рабочей станции сеть должна быть временно выключена.

В настоящее время получили широкое распространение топологии ЛВС, которые комбинируют компоновку сети по принципу шины, звезды и кольца. При этом применение находят концентраторы, использование которых дает ряд существенных преимуществ:

- простота изменения или расширения сети, так как достаточно просто подключить еще один компьютер или концентратор;

- централизованный контроль за работой сети и сетевым трафиком, так как во многих сетях активные концентраторы наделены диагностическими возможностями, позволяющими определить работоспособность соединения.

Звезда –шина (star-bus) – это комбинация топологий «шина» и «звезда» (рисунок 7).

Рисунок 7 – Топология типа «звезда-шина»

В этом случае выход из строя одного компьютера не окажет никакого влияния на сеть. Остальные компьютеры по-прежнему взаимодействуют друг с другом. Выход из строя концентратора повлечет за собой остановку подключенных только к нему компьютеров и концентраторов. Такая топология очень удобна даже для небольших офисов, когда компьютеры в одном помещении подключаются к собственным концентраторам с помощью витой пары, а помещения (концентраторы) между собой соединяются только одним сетевым кабелем (витой парой, коаксиальным или оптическим кабелем).

Звезда – кольцо (star-ring) – кажется похожей на звезду-шину (рисунок 8). И в том, и в другом случае компьютеры подключены к концентратору, который фактически формирует кольцо или шину.

Рисунок 8 – Топология типа «звезда – кольцо»