Принципы организации компьютерных сетей

Первые сети (network) были созданы на базе разработок Массачусетского технологического института. Становление в 80-х годах локальных вычислительных сетей

(Local Area Network — LAN) на базе устойчивых промышленных стандартов открыло возможность интенсивного использования персональных компьютеров в интегрированных системах связи и обработки информации.

В 1992 г. в мире насчитывалось уже около 37 млн. персональных машин, объединенных в сети. Сегодня в распоряжении пользователей находится более 10 тысяч частных, более 150 тысяч государственных сетей и более 500 видов различных сетевых продуктов. Только в США функционируют десятки тысяч локальных сетей с миллионами персональных компьютеров.

Локальная вычислительная сеть (ЛВС) позволяет: снизить затраты каждого отдельного пользователя, благодаря совместному доступу к внешним устройствам; повысить надежность системы, так как, при отказе одного устройства его функции можно передать другому; сократить средства на приобретение и сопровождение новых программных продуктов за счет использования сетевых версий программ; реализовать новые формы взаимодействия пользователей в одном коллективе, например, при работе над общим проектом.

Постепенно к локальным сетям добавились корпоративные сети масштаба предприятия длиной до 10 км, а также глобальные сети GAN (Global Area network), на базе которых выполняются телекоммуникации, охватывающие десятки и сотни (километров). Такие сети, объединяющие территориально распределенные системы обработки данных, обеспечивают общий доступ к информационным ресурсам пользователей, распределение функций между ними, резервирование ресурсов.

Сеть состоит из абонентов и каналов связи. Абоненты, или рабочие станции, могут выступать в качестве передатчиков и приемников информации, клиентов и серверов. Управление сетью выполняют администраторы. В их распоряжении находится информация:

· о клиентах (модели компьютеров, типы процессоров, объемы ОЗУ, типы сетевых адаптеров, версии сетевых драйверов, емкости дисковых накопителей, каталоги приложений, версии ВIOS и ОС, перечень программного обеспечения, карты логических устройств и сетевой адресации, схемы физического расположения абонентов);

· о серверах (аналогичная информация, а также данные о сетевой ОС и перечень подключенной периферии, сведения о драйверах устройств, список системных ресурсов);

· о сети (план разводки кабелей с указанием концентраторов, повторителей, заглушек, распределительных и оконечных устройств).

Геометрическая схема, или топология сети может быть звездообразной, кольцевой, шинной. Наличие центральной машины и простота звездообразной топологии способствуют быстрой локализации неисправностей, легкости расширения сети и отключения дефектных элементов, но чревато ненадежностью при выходе из строя главного компьютера и требует больших затрат кабеля. Наименьшей длины кабеля требует шинная топология, а наибольшей надежностью характеризуется кольцевая схема. В любой топологии сигналы передаются по многоканальной (broadband) или одноканальной (baseband) линиям.

Международная организация по стандартизации ISO разработала базовую модель взаимодействия систем в сетях (OSI — Open System Interconnection). Модель содержит семь уровней.

1) Физический — устанавливает битовые протоколы передачи данных. Здесь определены электрические, механические, функциональные и процедурные параметры для физической связи в системах. Стандарты этого уровня включают рекомендации V.24 МККТТ, ЕIA RS232 и Х.21.

2) Канальный — регламентирует правила формирования передаваемой информации и управления доступом к среде, синхронизации, обнаружения и исправления ошибок.

3) Сетевой — устанавливает маршруты и адреса связи между абонентами. Наиболее распространенный стандарт этого уровня — рекомендации Х.25 для сетей общего пользования.

4) Транспортный — обеспечивает взаимодействие удаленных абонентов.

5) Сеансовый — поддерживает диалог удаленных процессов. Он управляет паролями, подсчетом платы за ресурсы, синхронизацией и отменой связи после сбоев.

6) Представления данных — интерпретирует данные и готовит их для следующего уровня. Здесь данные преобразуются в экранный формат или формат печатающего устройства.

7) Прикладной — предоставляет в распоряжение пользователя переработанную информацию.

Сетевое оборудование

К сетям предъявляются различные требования по скорости передачи информации. В локальных сетях стандартная скорость передачи данных на сегодняшний день составляет 100 Мбит/с, доступ в сеть Интернет обычно осуществляется на скоростях 56; 64;128; 256; 512 Кбит/с, иногда 1-2 Мбит/с.

Каналы связи выполняются на базе различных технологий: аналоговых и цифровых. В локальных сетях преобладают выделенные цифровые линии. Наиболее распространенными проводящими средами таких вычислительных сетей служат: экранированные и неэкранированные витые проводниковые пары, коаксиальные кабели, волоконно-оптические линии.

Витая пара является наиболее дешевым соединением. Она позволяет передавать информацию со скоростью до 100 Мбит/с, легко наращивается, но плохо защищена от помех.

Коаксиальный кабель используется в последнее время гораздо реже чем витая пара, т.к. позволяет передавать данные в локальной сети на скорости до 10 Мбит/с.

Наиболее дорогие волоконно-оптические кабели. Скорость распространения информации по ним достигает 100 Гбит/с, допустимое удаление абонентов составляет 2 — 50 км, а внешнее воздействие помех практически отсутствует.

В глобальных сетях используются телефонные и телевизионные линии. Кроме того, применяются дискретные выделенные линии связи коммутируемых каналов, системы направленной радиосвязи.

Цифровая техника позволяет в 6 — 20 раз увеличить пропускную способность сотовых телефонных сетей, по сравнению с аналоговыми линиями. Микросхемы таких фирм, как «Texas Instruments», «умудряются» даже заполнять паузы в телефонных разговорах для пересылки оцифрованных отрывков других вызовов. Скорость передачи данных здесь возрастает до 64 Кбит/с, а в международных цифровых каналах и в спутниковых системах она достигает 2 Мбит/с.

Самая популярная в мировой практике сеть Ethernet имеет шинную топологию. Лидирующими поставщиками адаптеров для таких сетей являются фирмы: ЗСОМ, SМС, Intel. Сеть Ethernet обеспечивает скорость передачи информации 10 Мбит/с. Специальная технология Full Duplex Switched Ethernet способствует повышению быстродействия до 20 Мбит/с, а модули Fast Ethernet рассчитаны уже на 100 Мбит/с.

Если Ethernet по принципу действия напоминает совещание, где каждый высказывается по мере необходимости, то Token Ring фирм IВМ, «Рroteon» и «Olicom» основана на кольцевой топологии. Роль «ведущего совещание» здесь исполняет маркер, непрерывно циркулирующий в сети. К свободному маркеру присоединяются данные, адресуемые одному или нескольким абонентам.

Замкнутость сети позволяет легко локализовать и устранить нарушения передачи данных, поэтому сеть отличается надежностью. При повреждении абонента кольцо замыкается через запасной путь. Сеть Token Ring обеспечивает большую скорость передачи информации, чем Ethernet (16 Мбит/с), но она и намного дороже. Поэтому ее чаще применяют для объединения большого числа машин и там, где первоочередным требованием является высокая надежность.

При формировании корпоративных сетей простое объединение большого числа машин затруднит работу. Удобнее объединить ряд хост-машин с подключенными к ним абонентами в функционально замкнутые группы (домены). Объединение проводится таким образом, чтобы минимизировать необходимость обращения пользователей одного домена к другим. Примером такой сети масштаба предприятия служит Microsoft Windows NT Advanced Server, обеспечивающая надежное хранение информации и высокую степень защиты данных.

Сократить количество подключаемых к сети адаптеров помогают также терминальные станции (hab) — интеллектуальные процессоры передачи данных, присоединяющие к сети терминалы, персональные компьютеры, периферию. Для усиления сигналов и увеличения эффективной длины сегмента используются повторители (repeater). Они повышают и надежность сети, создавая условия для оперативного отключения дефектных сегментов.

Повторители, выполняющие локальное и дистанционное управление сетью, называются концентраторами. Собирая данные о состоянии сети, они посылают диагностические сообщения администратору.

Аппаратно-программный блок, обеспечивающий «прозрачное» соединение локальных сетей либо сегментов одной сети, имеющих различные протоколы работы на канальном уровне, называют мостом (bridge). Мостами могут объединяться между собой адаптеры типов Ethernet, Аrcnet, Token Ring и другие. С помощью межсетевых шлюзов, или маршрутизаторов (gateway), на сетевом уровне связываются между собой неоднородные системы, использующие различные операционные среды и протоколы. Таким образом, например, большие ЭВМ подключаются к мини- и микрокомпьютерам. Шлюз согласует скорости передачи данных и используемые коды.

Наиболее сложна организация глобальных сетей. Высокую оперативность здесь обеспечивают частные линии, системы с коммутацией каналов, системы с коммутацией пакетов. Примером такой сети служит Internet, имеющая более нескольких десятков миллионов пользователей. Стандарты Internet фиксируют весь перечень соглашений о межсетевом взаимодействии и допустимых механизмах его реализации.

Дата добавления: 2015-07-20