Назначение и классификация сетей

Коммуникационная сеть – система узлов и соединений между ними. В узлах осуществляются функции создания, преобразования, хранения и потребления продукта коммуникаций. Соединения (каналы передачи, линии связи) служат для передачи продукта между узлами. В зависимости от вида продукта различают вещественные, энергетические, информационные сети. Примеры вещественных сетей: автотранспортное и железнодорожное сообщения; водо- и газоснабжение.

Информационная сеть – коммуникационная сеть, в которой продуктом коммуникаций является информация. Примеры: телефонные сети, телевидение, радиовещание.

Вычислительная, или компьютерная сеть – информационная сеть, узлами которой являются компьютеры и другое вычислительное оборудование. Помимо специального сетевого оборудования, необходимо также сетевое программное обеспечение. Благодаря взаимодействию компьютеров в сети, становится доступным ряд новых возможностей.

Первое – совместное использование аппаратных и программных ресурсов. Так, при общем доступе к дорогостоящему периферийному устройству (принтеру, плоттеру, сканеру, факсу и др.) снижаются затраты на каждого отдельного пользователя. Аналогично используются сетевые версии прикладного программного обеспечения.

Второе – совместный доступ к ресурсам данных. При централизованном хранении информации значительно упрощаются процессы обеспечения ее целостности, а также резервного копирования, что обеспечивает высокую надёжность. Наличие альтернативных копий на двух машинах одновременно позволяет продолжать работу при недоступности одной из них.

Третье – ускорение передачи данных и обеспечение новых форм взаимодействия пользователей в одном коллективе при работе над общим проектом.

Четвертое – использование общих средств связи между различными прикладными системами (коммуникационные услуги, передача данных, видео, речи и т.д.).

Одним из важных классификационных признаков сетей является их размер. Размеры сети влияют на выбор используемого оборудования и применяемых технологий передачи.

Локальная вычислительная сеть (ЛВС, или LAN – Local Area Network) объединяет близкорасположенные компьютеры в пределах ограниченной территории, помещения, здания. Отличительные особенности ЛВС – минимальное время задержки и низкий уровень ошибок. ЛВС могут являться элементами более крупномасштабных образований: кампусная, или корпоративная сеть (CAN – Campus Area Network), объединяющая локальные сети близко расположенных зданий; муниципальная сеть, или сеть городского масштаба (MAN – Metropolitan Area Network); региональная, или широкомасштабная сеть (WAN – Wide Area Network), охватывающая значительную территорию; глобальная вычислительная сеть (ГВС, или GAN – Global Area Network), имеющая размеры страны и континента.

По способу управления сети делятся на одноранговые и с выделенным сервером (централизованным управлением). В одноранговых сетях все узлы равноправны – каждый узел может выступать в роли и клиента, и сервера. Под клиентом понимается программно-аппаратный объект, запрашивающий некоторые услуги. А под сервером – комбинация аппаратных и программных средств, которая эти услуги предоставляет. Компьютер, подключенный к локальной сети, в зависимости от задач, решаемых на нем, называют рабочей станцией (workstation) или сервером (server).

Одноранговые ЛВС достаточно просты в обслуживании, однако не могут обеспечить должной защиты информации при большом размере сети. Затраты на организацию одноранговых вычислительных сетей относительно небольшие. Однако при увеличении числа рабочих станций эффективность использования сети резко уменьшается. Поэтому одноранговые ЛВС используются только для небольших рабочих групп – не более 20 компьютеров.

Выделенный сервер реализует функции управления сетью (администрирования) в соответствии с заданными политиками – совокупностями правил разделения и ограничения прав участников сети. ЛВС с выделенным сервером имеют хорошие средства обеспечения безопасности данных, способны поддерживать тысячи пользователей, однако требуют постоянного квалифицированного обслуживания системным администратором.

В зависимости от используемой технологии передачи данных различают широковещательные сети и сети с передачей от узла к узлу. Широковещательная передача применяется в основном в небольших сетях, а в крупных – передача от узла к узлу.

В широковещательных сетях всеми узлами сети совместно используется единый канал связи. Посылаемые одним компьютером сообщения, называемые пакетами, принимаются всеми остальными машинами. В каждом пакете имеется адрес получателя сообщения. Если пакет адресован другому компьютеру, то он игнорируется. Таким образом, после проверки адреса получатель обрабатывает только те пакеты, которые ему предназначены.

Сети с передачей от узла к узлу состоят из попарно соединённых машин. В такой сети, чтобы попасть в пункт назначения, пакет проходит через ряд промежуточных машин. При этом часто существуют альтернативные пути от источника к получателю.

Способ объединения компьютеров между собой в сети называют топологией. Различают три наиболее распространенные топологии, которые используют в ЛВС. Это так называемые шинная, кольцевая и звездообразная структуры.

В случае реализации шинной (линейной) структуры все компьютеры связываются в цепочку с помощью одного общего коаксиального кабеля. Если же хотя бы один из участков сети с шинной структурой оказывается нарушенным, вся сеть в целом становится неработоспособной. Дело в том, что тогда происходит разрыв единственного физического канала, необходимого для движения сигнала.

Кольцевая структура используется в основном в сетях Token Ring и отличается от шинной тем, что все компьютеры попарно соединяются друг с другом, образуя замкнутый контур. Также в случае неисправности одного из сегментов сети вся сеть выходит из строя.

В сети с звездообразной структурой центральным узлом, к которому подключаются все остальные, является концентратор (Hub – «хаб»). Его основная функция – обеспечение связи между компьютерами, входящими в сеть. Данная структура предпочтительнее, поскольку в случае выхода из строя одной из рабочих станций или кабеля, связывающего её с концентратором, все остальные сохраняют работоспособность.

При построении сетей находит применение ячеистая (полносвязная) топология, при которой каждый узел соединяется со всеми другими отдельными каналами. Затраты на создание избыточных каналов компенсируются высокой надёжностью – практически всегда существует несколько путей для прохождения сигналов от отправителя к получателю, поэтому при отключении одних каналов сигналы могут передаваться по другим.

Различают следующие способы коммутации данных в информационных сетях: коммутацию каналов, коммутацию пакетов и коммутацию сообщений.

При коммутации каналов сначала устанавливается весь путь соединения – от отправителя до получателя. Этот путь состоит из нескольких участков, соединённых коммутаторами и(или) мультиплексорами. Все данные передаются по установленному маршруту. По завершении передачи соединение разрывается. Пример – телефонный разговор: канал занят всё время разговора, даже если абоненты молчат. Скорость передачи по такому каналу ограничена участком с наименьшей пропускной способностью.

При втором методе сообщения разбиваются на пакеты фиксированной длины, которые могут доставляться по сети независимыми маршрутами, обеспечивая равномерную загрузку сети. При этом по одному каналу могут передаваться пакеты разных сообщений. В качестве примера приведём аналогию: в час «пик» группа студентов добирается из общежития в университет на разном транспорте, каждый по-своему.

Коммутация сообщений напоминает коммутацию пакетов, но на более высоком уровне (при этом узлы коммутации сообщений могут соединяться как сетью с коммутацией каналов, так и сетью с коммутацией пакетов). Основное отличие заключается в том, что размер блока данных определяется не технологическими ограничениями, а содержанием информации в сообщении. Это может быть текстовый документ, электронное письмо, файл. Пример – группа туристов следует по маршруту, в каждом пункте проверяется состав группы. По такой схеме передаются сообщения, не требующие немедленного ответа, например, сообщения электронной почты.