Виды компьютерных сетей

       1. Сети – совокупность технических  средств для обмена информацией различного вида.

Телекоммуникации (от греческого слова tele – расстояние и communication – связь, коммуникация) –  системы передачи информации на расстояние.

Виды:

n Телефонные сети     Сети радиотелефонной связи     Системы сотовой связи

n Системы пейджинговой связи   Системы спутниковой связи

n Системы передачи документации (телеграфная и факсимильная связь)

n Компьютерные сети     Телемеханические системы (системы дистанционного контроля и управления объектами)

Под компьютерной сетью (network) понимают группу объединенных с  помощью передающей среды и сетевых  технических средств компьютеров  с целью совместного использования  данных и сетевых ресурсов. Данные – сообщения, представленные в цифровой форме. Передающая среда – электрические  или оптические кабели, радиоэфир. Сетевые  технические средства -  кабель, сетевые  адаптеры, концентраторы, коннекторы, репиторы и т.д. Сетевые ресурсы - дисковая память, принтеры, сканеры, плоттеры, модемы, программный продукт. Основное назначение информационно-вычислительных сетей (ИВС) — обеспечение эффективного предоставления различных информационно-вычислительных услуг пользователям сети путем  организации удобного и надежного  доступа к ресурсам, распределенным в этой сети.

В последние годы подавляющая часть услуг большинства  сетей лежит в сфере именно информационного обслуживания.

С появлением компьютерных сетей стали различать две  технологии работы с компьютером:

• работу в автономной среде, т.е. с компьютером, который не подключен к сети;

• работу в условиях сетевого взаимодействия, т.е. когда компьютер подключен к сети.

Когда не было сетей, приходилось распечатывать каждый документ, или, в лучшем случае, копировать информацию на дискету (магнитную ленту), чтобы другие пользователи могли  работать с ним. Одновременная обработка  документа несколькими пользователями исключалась. Такая работа называется работой в автономной среде.  Работа в условиях сетевого взаимодействия дает пользователю ряд преимуществ, в числе которых:

• возможность передачи файлов с одного компьютера на другой;

• возможность распределенной обработки информации на нескольких компьютерах;

• совместное использование дорогостоящей аппаратуры (сетевых ресурсов).

Сетевое взаимодействие обеспечивает не только дополнительные функциональные возможности (передача данных, распределенная обработка), но и значительную экономию денежных средств.

В компьютерных сетях  широко используются понятия клиент и сервер.

На аппаратном уровне под сервером понимается компьютер, предоставляющий свои ресурсы другим компьютерам, которые называют клиентами  или рабочими станциями. Сам сервер не использует ресурсы других компьютеров.

В сети может быть несколько серверов, и совсем не обязательно сервер - это самый  мощный компьютер. Сервер может быть выделенным и невыделенным:

• выделенный сервер - это сервер, занимающийся только сетевыми задачами;

• невыделенный сервер может заниматься помимо обслуживания сети и другими задачами.

Специфический тип  сервера - это сетевой принтер.

С рабочих станций  пользователи получают доступ к ресурсам  компьютерной сети. Каждый компьютер  может быть одновременно как клиентом, так и сервером.

На программном  уровне под сервером и клиентом понимаются процессы (программы или приложения), выполняющие, соответственно, функции  предоставления и использования  сетевых ресурсов. 

           2.Виды компьютерных сетей

Компьютерные сети подразделяются на:

• локальные (ЛВС или LAN — Local Area Network);

• региональные (РВС или MAN — Metropolitan Area Network);

• глобальные (ГВС или WAN — Wide Area Network).

Понятие ЛВС

Существуют разные определения локальной сети. В  эти определения авторы закладывают  разные отличительные признаки, в  числе которых:

• территориальный признак,

• количество компьютеров, объединяемых ЛВС,

• характер среды распространения сигналов (однородная или неоднородная),

• скорость передачи данных.

Наиболее точно  представляется определить ЛВС  как  систему, которая позволяет пользователям  не замечать связи, т.е.  как систему, в которой компьютеры объединяются в один виртуальный компьютер, ресурсы  которого могут быть доступны любому пользователю, причем этот доступ не менее  удобен, чем доступ к ресурсам собственного компьютера. Под удобством в первую очередь понимается высокая скорость доступа. При которой обмен данными между приложениями происходит незаметно для пользователей. Под такое определение не попадают ни глобальные сети, ни медленная связь через последовательный порт. Из такого определения следует, что скорость передачи по ЛВС должна расти с ростом быстродействия компьютеров. Это и наблюдается на практике. Если раньше приемлемой считалась скорость 1-10 Мбит/с, то сейчас среднескоростной считается сеть, работающая со скоростью 100 Мбит/с и входят в жизнь сети со скоростью передачи 1000 Мбит/с и более. При меньших скоростях сеть станет узким местом, будет замедлять работу объединенного виртуального компьютера. Таким образом, главное отличие ЛВС от любой другой – высокая скорость обмена данными. Но это не единственное отличие, не менее важны и другие факторы.

Для ЛВС принципиально  необходимы:

• низкий уровень ошибок, т.к. быстрая передача с ошибками бессмысленна, поскольку  требует повторной передачи;

• качественные линии связи, специально прокладываемые  для высокоскоростной и достоверной передачи данных;

•  возможность работы с большой интенсивностью обмена (с большим трафиком), т.е. ЛВС должна иметь эффективный механизм управления обмена; в противном случае компьютеры будут долго ждать своей очереди на передачу, что обернется задержкой доступа к сетевым ресурсам;

• ограниченное число компьютеров, при котором механизм управления обменам может гарантировать эффективный обмен.

Таким образом, можно  сформулировать следующие отличительные  признаки ЛВС:

• высокая скорость передачи данных;

• низкий уровень ошибок или высокая достоверность приема (допустимая вероятность ошибок должна быть порядка 10-7-10-8);

• эффективный, быстродействующий механизм управления обменом;

• ограниченное, точно определенное число компьютеров, подключаемых к сети;

• качественные, специально прокладываемые линии связи.

Назначение ЛВС

ЛВС используются для:

• совместного использования  ресурсов (дисковой память, принтеры, сканеры,  выход в глобальную сеть),

• совместной (распределенной) обработки информации, что позволяет многократно ускорить решение сложных математических задач;

• оперативного обмена информацией;

• управления сложными технологическими процессами.

Что касается содержательной стороны передаваемой в ЛВС информации, то по ЛВС может передаваться самая  разная цифровая информация, а именно:

• данные,

• телефонные разговоры,

• электронные письма,

• изображения (в том числе и полноцветные динамические)  и т.д.

Следует заметить, что  именно задача передачи полноцветных динамических изображений предъявляет самые высоки требования к быстродействию ЛВС.

Недостатки ЛВС

Всегда следует  помнить следующее.

1. Установка ЛВС сопряжена с дополнительными затратами:

• на приобретения сетевого оборудования,

• сетевого программного обеспечения,

• прокладку сетевого кабеля,

• обучение персонала,

• оплату специалиста, занимающегося управлением доступом к ресурсам и обслуживанием сети, а также отвечающего за безопасность информации в сети (сохранность и защиту от несанкционированного доступа) – сетевого администратора.

2. Сеть – прекрасная среда для распространения компьютерных вирусов. Поэтому следует принимать особые меры для защиты от вирусов.

3. Перемещение компьютеров в установленной сети сопряжено с определенными трудностями. Однако этот недостаток не распространяется на разрабатываемые и вступающие  в жизнь беспроводные ЛВС (wireless networks).

Понятие корпоративной  сети

К ЛВС относятся  сети от¬дельных предприятий, фирм, банков, офисов, корпораций и т. д. Если такие  ЛВС имеют абонентов, расположенных  в разных помещения, то они (сети) часто  ис¬пользуют инфраструктуру глобальной сети Интернет и их принято называть кор-поративными сетями или сетями интранет (intranet).

Понятие глобальной сети

Глобальные сети не отвечают требованиям, предъявляемым  к ЛВС. Для них характерно следующее:

• рассчитаны на неограниченное число абонентов;

• используют, как правило, низкокачественные каналы связи и низкую скорость передачи данных: десятки - сотни Кбит/с;

• в глобальных сетях важно не качество связи, а факт ее существования.

Т.о., глобальная сеть – это сеть, охватывающая большую территорию и обладающая вышеуказанными признаками.

Примером глобальной сети является сеть Internet, охватывающая весь земной шар, известная по аббревиатуре www – world wide web – «всемирная паутина».

Региональные сети

Иногда выделяют еще один класс компьютерных сетей  – региональные или городские  сети  (MAN – Metropolitan Area Network), которые  ближе к глобальным, хотя имеют черты локальных сетей – например, высококачественные каналы связи и сравнительно высока скорость передачи данных. В принципе городская сеть может быть локальной, со всеми ее преимуществами.

Региональные сети связывают абонентов города, района, области или даже неболь¬шой страны. Обычно расстояния между абонентами региональной ИВС составля¬ют десятки  — сотни километров

Следует заметить, что  по мере развития систем телекоммуникаций все труднее проводить границу  между ЛВС и ГВС.

3-4. Архитектура компьютерных  сетей

Компьютерная сеть не является простым объединением компьютеров, а представляет собой достаточно сложную систему, имеет свою архитектуру, которая определяется такими понятиями  как: топология, протоколы, интерфейсы, сетевые аппаратные и программные  средства (рис.1.1). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис.1.1. Основные компоненты архитектуры компьютерной сети

Сетевые аппаратные средства – это различные устройства, обеспечивающие объединение компьютеров  в единую компьютерную сеть.

Интерфейсы –  средства сопряжения функциональных элементов  сети. В качестве функциональных элементов  могут выступать как отдельные  устройства, так и программные  модули. Соответственно этому, существуют аппаратные и программные интерфейсы.

Топология (компановка, структура, конфигурация) компьютерной сети отражает характер физических или  логических связей между ее основными  элементами.

Существует различие между топологиями локальных  и глобальных  сетей.

Топология локальных  сетей имеет определенную структуру: звездообразную, шинную, кольцевую, древовидную (или комбинированную). Структура  связей в ЛВС легко прослеживается.

Топология глобальных сетей характеризуется сложной, неоднородной структурой, скрытой от пользователей. Здесь каждый сеанс  связи может производиться по своему, отличному от предыдущего  сеанса пути.

Различают физическую и  логическую топологии компьютерных сетей.

Физическая (аппаратная) топология определяет характер физических, т.е. электрических соединений компьютеров  в сети. Иначе – это геометрия  построения сети.

Логическая топология  определяет логическую организацию  взаимодействия компьютеров между  собой, т.е. определяет маршруты передачи данных между компонентами сети и  определяется способом работы коммуникационного  оборудования

Дополняя друг друга, физическая и логическая топологии  дают более полное представление  о компьютерной сети.

Протоколы представляют собой правила взаимодействия функциональных элементов сети.

Сетевые программные  средства – это сетевые операционные системы (ОС) и вспомогательные (сервисные) программы, осуществляющие управление работой компьютерной сети и обеспечивающие интерфейс с пользователями.

Каждая из составляющих сети характеризует ее отдельные  свойства, и только их совокупность определяет всю сеть в целом.  
 
 
 
 

5. Шинная топология

В шинной топологии  сообщения от передающей станции  поступают на адаптеры  всех рабочих  станций, но воспринимается только адаптером  той станции, которой она адресована. В каждый текущий момент времени  передачу данных может вести только одна станция. В противном случае информация будет искажаться в результате наложения (конфликтов, коллизий, столкновений) передаваемых сигналов. Говорят, что  в шине реализуется режим полудуплексного (half duplex)  обмена, при котором информация передается в обоих направлениях, но поочередно. Поскольку сигнал посылается по всей сети, он достигает концов кабеля, соединяющего компьютеры. При достижении конца кабеля возникает отраженный сигнал, который, распространяясь по кабелю, не позволяет станциям начать передачу после завершения работы станции, породившей этот сигнал. Кроме того, возможны коллизии (collision), т.е. столкновение передаваемого и отраженного сигналов: обнаружив отраженный сигнал (collision detection), передающая рабочая станция воспринимает его как сигнал другой станции и прекращает передачу. Следовательно, должны быть приняты меры по устранению возможности распространения отраженного сигнала по сети.  Для поглощения отраженного от концов кабеля сигнала применяется устройство, которое устанавливается на концах кабеля. Это устройство представляет собой резистор, сопротивление которого равно волновому сопротивления кабеля, и называется – терминатор (terminator – ограничитель, гаситель). Один из терминаторов обязательно заземляется. При наличии терминаторов отраженный сигнал поглощается и после окончания работы передающей станции кабель освобождается для работы других станций. Шина – пассивная топология. Компьютеры на шине только «слушают» передаваемые по сети данные. Они не участвуют в перемещении данных от одного компьютера к другому.  Распространение сигнала по линии связи сопровождается его ослаблением. При этом станции сети могут получать сигналы разного уровня, в зависимости от расстояния до передающей станции. Это предъявляет дополнительные требования к приемным узлам сетевого оборудования, что приводит к усложнению этих узлов. Для увеличения длины сети с шинной топологией сеть делят на сегменты (каждый из которых представляет общую шину), соединяемые с помощью репитеров (повторителей) – устройств для восстановления сигналов.

Такое наращивание  не может быть бесконечным, так как  существуют ограничения, связанные  с конечной скоростью распространения  сигнала по линиям связи. Подробнее  эти ограничения будут рассмотрены  позже.

Достоинства шинной топологии

1. Добавление новых абонентов в шину довольно просто и возможно даже во время работы сети.

2. Если любой из компьютеров выходит из строя, это не приводит к выходу из строя («падению») сети. Остальные компьютеры продолжают работать.

3. Отсутствие центрального узла, через который передается вся информация, повышает надежность сети (при отказе  любого центра перестает работать любая управляемая им система).

4. Как правило, шинная топология требует минимальное количество соединительного кабеля по сравнению с другими топологиями

Недостатки шинной топологии 

1. При передаче данных информаци¬онные сигналы ослабляются и никак не восстанавливаются, что наклады¬вает жесткие ограничения на суммарную длину линий связи, кроме того, каждый абонент может получать из сети сигналы разного уровня в зави¬симости от расстояния до передающего абонента. Это приводит к усложнению приемных узлов сетевого оборудования.

2. Разрыв кабеля приводит к тому, что на шине «теряется», по крайней мере, один терминатор. Это создает условие для возникновения отраженного сигнала, а, значит, сеть выходит из строя.

3. При нарушении контакта  кабеля  трудно определить место неисправности.

4. Общая передающая среда не позволяет станциям одновременно передавать сообщения, что приводит к замедлению работы сети при большом числе активных (работающих) станций.