Классификация и архитектура вычислительных сетей.

Вычислительная сеть — это совокупность компьютеров, соединенных между собой с помощью каналов связи в единую систему и использующих общие ресурсы

По способу организации сети подразделяются на реальные и искусственные.
Искусственные сети (псевдосети) позволяют связыватькомпьютеры вместе через витую пару, а ранее использовались последовательные или параллельные порты, и не нуждаются в дополнительных устройствах. Искусственные сети используются когда необходимо перекачатьинформацию с одного компьютера на другой.

Реальные сети позволяют связывать компьютерыс помощью специальных устройств коммутации и физической среды передачи данных.

Все многообразие компьютерных сетей можно классифицировать по группе признаков:

1. По территориальной распространенности сети могут быть локальными, глобальными, и региональными.

· -Локальные (LAN) - это сети, расположенные в пределах одного здания.

Локальные сети (от английского local - местный) - это сети, состоящие из близко расположенных компьютеров, чаще всего находящихся в одной комнате, в одном здании или в близко расположенных зданиях. Локальные компьютерные сети, охватывающие некое предприятие или фирму и объединяющие разнородные вычислительные ресурсы в единой среде, называют корпоративными (от английского corporate - корпоративный, общий). Примеры: банковская сеть, сеть учебного заведения.

Важнейшей характеристикой локальных сетей является скорость передачи данных, поэтому компьютеры соединяются с помощью высокоскоростных адаптеров со скоростью передачи данных не менее 10 Мбит/с. В локальных сетях применяются высокоскоростные цифровые линии связи. Кроме того, локальные сети должны легко адаптироваться, обладать гибкостью: пользователи должны иметь возможность располагать компьютеры, подключенные к сети там, где понадобится, добавлять или перемещать компьютеры или другие устройства, а также по необходимости отключать их без прерываний в работе сети.

Локальные сети являются сетями закрытого типа, доступ к ним разрешен только ограниченномукругу пользователей, для которых работа в такой сети непосредственно связана с их профессиональной деятельностью.

Существует три основных топологии локальной сети.

	Шина (bus). Все компьютеры параллельно подключаются к одной линии связи, и информация от каждого компьютера одновременно передается ко всем остальным компьютерам.
	Кольцо (ring). Каждый компьютерпередает информацию всегда только одному компьютеру, следующему в цепочке, а получает информацию только от предыдущего в цепочке компьютера, и эта цепочка замкнута.
	Звезда (star). К одному центральному компьютеру присоединяются остальные периферийные компьютеры, причем каждый из них использует свою отдельную линию связи.

· -Региональные (MAN) - расположенные на территории города или области.

Региональные сети (WAN - WideAreaNetwork) с точки зрения архитектуры и протоколовпрактически не отличаются от глобальных. В региональных сетях обычно не используютсятрансокеанские кабели, но это отличие не может рассматриваться как принципиальное. Региональные сети решают проблему формирования из LAN (локальных сетей) сетей регионовицелых страни даже наднациональных сетей (например, E-BONE для Европы). Как правило, эти сети строятся с использованием протоколов SDH, ATM, ISDN, FrameRelay или X.25.

Архитектурно такие сети формируютсяиз каналов со схемой точка-точка и мощных коммутаторов-мультиплексоров. Из таких фрагментов формируются и опорные сети (BackBone), которые позволяют сократить число шагов от узла к узлу. В этих сетях в основном используются оптоволоконные транспортные системы, а там, где это нерентабельно, спутниковыеилирадиорелейные каналы.

С появлением корпоративных сетей типа Интранет понятия локальной и региональной сетей стало частично перекрываться. Для пользователя Интранет все узлы такой сети являются локальными, хотя и могут отстоять на сотни или даже тысячи километров друг от друга.

· -Глобальные (WAN) - на территории государства или группы государств, например, всемирная сеть Internet.

Глобальные сети являются открытыми и ориентированы на обслуживание любых пользователей.

Глобальные вычислительные сети WideAreaNetworks (WAN), которые относятся к территориальным компьютерным сетям, предназначены, как и ЛВС для предоставления услуг, но значительно большему количеству пользователей, находящихся на большой территории. Глобальные вычислительные сети - это компьютерные сети, объединяющие локальные сети иотдельные компьютеры, удаленные друг от друга на большие расстояния. Самая известная и популярная глобальная сеть - это Интернет. Кроме того, к глобальным вычислительным сетям относятся: всемирная некоммерческая сеть FidoNet, CREN, EARNet, EUNet и другие глобальные сети, в том числе и корпоративные.

Из-за большой протяженности каналов связи построение требует очень больших затрат, поэтому глобальные сети чаще всего создаются крупными телекоммуникационными компаниями для оказания платных услуг абонентам. Такие сети называют общественными или публичными. Но в некоторых случаях WAN создаются как частные сети крупных корпораций.

Абонентами WAN могут быть ЛВС предприятий, географически удаленные друг от друга, которым нужно обмениваться информацией между собой. Кроме того, отдельные компьютеры могут пользоваться услугами WAN для доступа, как к корпоративным данным, так и к публичным данным Internet.

Компании, осуществляющие поддержку функционирования сети, называются операторами сети, а компании, предоставляющие платные услуги абонентам сети, называются провайдерами или поставщиками услуг.

2. Поархитектуре:

- Ethernet

Различные реализации - Ethernet, FastEthernet,GigabitEthernet– обеспечивают пропускную способность соответственно 10, 100 и 1000 Мбит/с.

- TokenRing

- AppleTalk

- ARCnet

3. Ведомственная принадлежность
- Ведомственные принадлежат одной организации и располагаются на ее территории.
- Государственные сети - сети, используемые в государственных структурах.

4. По скорости передачи
- низкоскоростные (до 10 Мбит/с),
- среднескоростные (до 100 Мбит/с),
- высокоскоростные (свыше 100 Мбит/с);
5. По типу среды передачи
- проводные –коаксиальные, на витой паре, оптоволоконные;
- беспроводные - с передачей информации по радиоканалам, в инфракрасном диапазоне.
6. Топологии компьютерных сетей
- общая шина;
- кольцо;
- звезда;
- древовидная;
- ячеистая или сетчатая;
- смешаная (гибридная);

В самом общем смысле разделение сетей можно проводить по технологии передачи данных, которых всего две: широковещательные сети и сети с передачей от узла к узлу.
Давайте представим строй солдат, стоящий на плацу перед строевой подготовкой. Старшина, проводящий занятие перед его началом должен проверить наличие личного состава подразделения. Для этого он выкрикивает фамилию, например, «Иванов!» и получает ответ «Я». Сообщение от старшины получили все солдаты, но отреагировал на него только Иванов.Это основной принцип работы широковещательных сетей. Все передаваемые сообщения (пакеты) имеют адресное поле, в котором указан адрес ЭВМ получателя, поэтому обрабатывает пакет только та ЭВМ, для которой он предназначен. В адресном поле можно указать, что пакеты адресованы всем ЭВМ сети – это широковещательная передача.
Теперь давайте вспомним старую игру «испорченный телефон». Суть игры состоит в том, чтобы передавать «на ушко» какое-нибудь слово или фразу. Успешный исход игры фиксируется если исходное слово и слово, озвученное последним в цепочке игроком совпадают. Это пример передачи в сети от узла к узлу. Здесь, для того чтобы добраться до места назначения пакету требуется преодолеть ряд промежуточных ЭВМ. Путь, пройденный пакетом (а их может быть несколько), играет очень важную роль, т.к. определяет скорость передачи информации. Поэтому применяемые алгоритмы оптимизации этого пути очень важны. Напоминает «задачу коммивояжера», на которой обычно поясняют суть работы генетического алгоритма.

Еще одним важным классификационным признаком является размерИВС. Принято выделять четыре вида сетей.

Рис. 5.1. Региональная сеть на базе кабельного телевидения

Персональные сети предназначены для одного пользователя (расстояние до 1 м). Примером такой сети может служить беспроводная сеть, объединяющая системный блок, клавиатуру, мышь и принтер.

Локальные сети (LocalAreaNetwork, LAN) располагаются внутри одной комнаты, здания (расстояние от 10 м до нескольких км). К ним также относят сети кампусов. Обычно такие сети располагаются на территории одной организации (фирмы, банка, предприятия). Их также называют корпоративными сетями или сетями Интранет (Intranet).

Региональные сети (MetropolitanAreaNetwork, MAN) объединяют абонентов в пределах города (расстояние 10-100 км). Самым распространенным примером MAN является сеть кабельного телевидения. Сегодня по этим сетям мы получаем еще и доступ к Интернет.

Глобальные сети (WideAreaNetwork, WAN) охватывают страны и континенты (расстояние составляет тысячи км). ЭВМ подключенные к этой сети называются хост-компьютерами или просто хостами. Хосты соединяются между собой коммуникационными подсетями. Владельцамиподсетей являются телефонные компании (исторически первые поставщики услуг Интернет, для которых это не основной бизнес) и поставщики услуг Интернета (для них это главное направление работы). Подсети состоят из кабельных линий связи, называемых магистралями и переключающих элементов или попросту маршрутизаторов.

 

По топологии (геометрии построения) сети разделяют на шинные, кольцевые, звездообразные, ячеистая, древовидные и ряд других.

Сначала рассмотрим топологии широковещательных сетей.

Шинная (bus), дерево (tree) и звезда с пассивным центром (star) имеет место широковещательный режим, когда на передачу работает только одна ЭВМ, а остальные настроены на прием (рис. 5.2).

а) шина; б) дерево;

в) звезда с пассивным центром.
Рис. 5.2. Топологии с широковещательным режимом передачи

Основные преимущества шинной топологии – простота расширения путем подключения новых рабочих станций, простота управления, малый расход кабеляи крепежных материалов.

Дерево – развитие шинной топологии, образующееся путем подключения нескольких сетей с шиннойтопологией активными повторителямиили пассивными размножителями (хабами), а каждая ветвь дерева представляет собой сегмент сети.

 

Сети с ячеистой, кольцевой и звездообразной (с интеллектуальным центром) топологиями относятся к сетям с последовательной передачей.
В топологии типа «звезда» в центре находится пассивный соединитель или активный повторитель (пассивный центр и интеллектуальный центр).

а) ячеистая; б) кольцевая; в) звезда с интеллектуальным центром.
Рис. 5.3. Топологии с последовательным режимом передачи
В сетях с кольцевойтопологией сообщения передаются от одной машины к другой по кругу (обычно против часовой стрелки). При прохождении по кольцу каждая ЭВМ анализирует адресное поле сообщения и в случае совпадения с собственным адресом принимает его и передает дальше. Сообщение проходит последовательно все ЭВМ и возвращается к отправителю, что служит для него сигналом, что сообщение адресатом получено.
Бывают сети с централизованным управлением, когда выделен центр управления сетью (как правило, высокопроизводительная ЭВМ) и децентрализованным управлением, когда узел управления отсутствует.
Сети бывают однородными, т.е. содержащими программно-совместимые ЭВМ и неоднородными, ЭВМ которых программно не совместимы.

Беспроводные и домашние сети

Выделим еще два класса сетей, которые становятся все более популярными в нашей стране – беспроводные и домашние сети.
Беспроводная связь появилась в далеком 1901 году, когда Г. Маркони продемонстрировал телеграфную связь, организовав сообщение между кораблем и берегом с помощью азбуки Морзе.
Первая категория беспроводных сетей – взаимодействующие системы. Эти сети объединяют составные части компьютера с помощью радиоволнмалого радиуса действия. Вы прекрасно знаете, какое количество проводов находится под ногами или на рабочем столе и как они порой мешают. Более того, существует проблема первоначальной сборки частей компьютера и подсоединения монитора, клавиатуры и мыши, хотя соответствующие разъемы окрашены в одинаковые цвета. Например, разъем клавиатуры и порт для нее с обратной стороны системного блока имеют фиолетовый цвет. Для устранения этих проблем и используют взаимодействующие системы, на базе беспроводной сети Bluetooth.
Bluetooth («Синий зуб») был разработан в период с 1994 по 1999 гг. консорциумом, в который вошли компании Ericsson, IBM, Nokia и Toshiba и назван в честь великого короля викингов по имени Гаральд Синий Зуб II (940-981), который объединил Данию и Норвегию.
Bluetooth позволяет подсоединять к компьютеру цифровые камеры, гарнитуры, телефоны и пр. Кроме того, он позволяет соединять устройства друг с другом – телефоны, PDA и телефон и т.д.
Перспективы ближайшего будущего таковы, что все бытовые приборы будут иметь средства коммуникаций, для объединения в сети и доступа в Интернет. Сейчас большинство из нас имеют стационарную телефонию, электричество, а также Интернет. Провести еще одну сеть достаточно затратное дело, однако предусмотреть ее создание у строящихся объектов просто.
У всех на слуху очень популярное направление «умный дом». Эта концепция предполагает управление светом, микроклиматом (вентиляцией, кондиционированием, отоплением), установка высококачественного, разделенного на зоны аудио оборудования и т.д. Естественно, никто не мыслит себе всего этого многообразия без возможности удаленного управления с помощью, например, PDA или коммуникатора. Представьте себе, насколько удобно было бы по пути с работы дать задание холодильнику охладить сок или плееру записать матч любимой команды, а возможно, сидя за столиком в ресторане смотреть все ли в порядке у детей, которые остались дома одни.

Устройства, которые могли бы быть объединены в домашнюю сеть:

• компьютеры (настольные ПК, ноутбуки, PDA, периферийные устройства совместного доступа, игровые приставки);
• приборы для развлечений (телевизоры, плееры, рекордеры, цифровые камеры, аудиосистемы, музыкальные проигрыватели);
• устройства телекоммуникации (телефоны, мобильные телефоны, факсы, системы двусторонней связи);
• бытовые приборы (холодильники, микроволновые печи, часы, кондиционеры, отопительные системы, системы освещения);
• измерительные приборы (счетчики, системы пожарной сигнализации, термостаты, камеры).

И, наконец, последний вопрос - будут домашние сети беспроводными или кабельными. Первые дешевле и медленнее (правда пока), а вторые требуют дополнительных усилий и портят ремонт кабельными каналами, но зато они более надежны с точки зрения защиты информации.
Кроме этого домашние сети должны быть просты в обслуживании, иметь потенциал для наращивания и обладать высокой скоростью передачи данных.