Типы сетей

Назначение и классификация компьютерных сетей

ЛОКАЛЬНЫХ И КОРПОРАТИВНЫХ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЯХ

ГЛАВА 6. ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В

Современные информационные технологии нуждаются во все более совершенных средствах обработки информации. Поэтому по­требности в таких средствах постоянно растут. Объединение компь­ютеров и средств коммуникации оказало существенное влияние на принципы организации компьютерных систем. Модель, в которой один компьютер выполнял всю необходимую работу по обработке данных, уступила место модели, представляющей собой большое ко­личество отдельных, но связанных между собой компьютеров. Такие системы называются компьютерными сетями. Два или более компь­ютера называются связанными между собой, если они могут обмени­ваться информацией.

Итак, компьютерная сеть – это совокупность компьютеров, объединенных каналами передачи данных для обмена информацией и коллективного использования аппаратных, программных и информационных ресурсов сети.

Информационные ресурсы сети представляют собой базы данных общего

и индивидуального применения, ориентированные на решаемые в сети задачи.

Аппаратные ресурсы сети составляют компьютеры различных типов, средства территориальных систем связи, аппаратура связи и согласова­ния работы сетей одного и того же уровня или различных уровней.

Программные ресурсы сети представляют собой комплекс программ для планирования, организации и осуществления коллективного досту­па пользователей к общесетевым ресурсам, автоматизации процессов обработки информации, динамического распределения и перераспреде­ления общесетевых ресурсов с целью повышения оперативности и на­дежности удовлетворения запросов пользователей.

Назначение компьютерных сетей:

• обеспечить надежный и быстрый доступ пользователей к ресурсам сети и организовать коллективную эксплуатацию этих ресурсов;

• обеспечить возможность оперативного перемещения информации на любые расстояния с целью своевременного получения данных для принятия управленческих решений.

Компьютерные сети позволяют автоматизировать управление от­дельными организациями, предприятиями, регионами. Возможность концентрации в компьютерных сетях больших объемов информации, общедоступность этих данных, а также программных и аппаратных средств обработки и высокая надежность функционирования — все это позволяет улучшить информационное обслуживание пользователей и резко повысить эффективность применения средств вычислительной техники.

Использование компьютерных сетей предоставляет следующие воз­можности:

1. Организовать параллельную обработку данных несколькими ПК.

2. Создавать распределенные базы данных, размещаемые в памяти различных компьютеров.

3. Специализировать отдельные компьютеры для эффективного решения определенных классов задач.

4. Автоматизировать обмен информацией и программами между отдельными компьютерами и пользователями сети.

5. Резервировать вычислительные мощности и средства передачи данных на случай выхода из строя отдельных ресурсов сети с целью быстрого восстановления нормальной работы сети.

6. Перераспределять вычислительные мощности между пользователями сети в зависимости от изменения потребностей и сложности peшаемых задач.

7. Сочетать работу в различных режимах: диалоговом, пакетном режиме «запрос-ответ», режиме сбора, передачи и обмена информацией

Особенностью использования компьютерных сетей является не только приближение аппаратных средств непосредственно к местам возникновения и использования ин­формации, но и разделение функций обработки и управления на отдель­ные составляющие с целью их эффективного распределения между не­сколькими компьютерами. Кроме того, обеспечивается надежный доступ пользователей к вычислительным и информационным ресурсам и орга­низуется коллективная эксплуатация этих ресурсов.

Как показывает практика, за счет расширения возможностей обра­ботки данных, лучшей загрузки ресурсов и повышения надежности функционирования системы в целом стоимость обработки информации в компьютерных сетях не менее, чем в полтора раза ниже по сравнению с обработкой аналогичных данных на автономных (локальных) компью­терах.

Для каких же целей используются компьютерные сети?

• Первая цель — предоставление доступа к программам, обору­дованию и особенно данным для любого пользователя сети. Это называется совместным использованием ресурсов.

• Вторая цель — обеспечение высокой надежности при помощи альтернативных источников информации. Например, все файлы могут быть расположены на двух или трех машинах одновремен­но, так что, если одна из них недоступна по какой-либо причи­не, то используются другие копии. Возможность продолжать ра­боту, несмотря на аппаратные проблемы, имеет большое значение для военных и банковских задач, воздушного транспор­та, безопасности ядерного реактора и т.п.

• Третья цель — экономия средств. Небольшие компьютеры обладают значительно лучшим соотношением цена-производитель­ность, нежели большие. Это обстоятельство заставляет разработчиков создавать системы на основе модели клиент-сервер. Обмен информацией в модели клиент-сервер обычно принимает фор­му запроса серверу на выполнение каких-либо действий. Сервер выполняет работу и отсылает ответ клиенту. Обычно в сети ко­личество клиентов значительно больше числа используемых ими серверов.

• Четвертая цель — масштабируемость, т.е. способность увели­чивать производительность системы по мере роста нагрузки. В случае модели клиент-сервер новые клиенты и новые серверы могут добавляться по мере необходимости.

• Пятая цель - ускорение передачи информации. Компьютерная сеть является мощным средством связи между удаленными друг от друга пользователями. Если один из них изменяет документ, находящийся на сервере, в режиме on-line, остальные могут не­медленно увидеть эти изменения.

Имеется два важнейших параметра классификации сетей: техно­логия передачи и размеры.

Существуют два типа технологии передачи:

• широковещательные сети;

• сети с передачей от узла к узлу.

Широковещательные сети обладают единым каналом связи, со­вместно используемым всеми машинами сети. Короткие сообщения, называемые пакетами, посылаемые одной машиной, принимаются всеми машинами. Поле адреса в пакете указывает, кому направляет­ся сообщение. При получении пакета машина проверяет его адрес­ное поле. Если пакет адресован этой машине, она обрабатывает па­кет. Пакеты, адресованные другим машинам, игнорируются.

Сети с передачей от узла к узлу состоят из большого количества соединенных пар машин. В такой сети пакету необходимо пройти через ряд промежуточных машин, чтобы добраться до пункта назна­чения. Часто при этом существует несколько возможных путей от источника к получателю.

Обычно небольшие сети используют широковещательную пере­дачу, тогда как в крупных сетях применяется передача от узла к узлу.

Другим критерием классификации сетей является их размер. Сети можно разделить на локальные, муниципальные и глобальные. И, наконец, существуют объединения двух и более сетей. Хорошо из­вестным примером такого объединения является Internet. Размеры сетей являются важным классификационным фактором, поскольку в сетях различного размера применяется различная техника.

Локальными сетями (ЛВС — локальные вычислительные сети или LAN — Local AreaNetwork) называют сети, размещающиеся, как пра­вило, в одном здании или на территории какой-либо организации размерами до нескольких километров. Их часто используют для пре­доставления совместного доступа компьютеров к ресурсам (напри­мер, принтерам) и обмена информацией. Локальные сети отличают­ся от других сетей тремя характеристиками: размерами, технологией передачи данных и топологией. Обычные ЛВС имеют пропускную способность канала связи от 10 до 100 Мбит/с, небольшую задержку — десятые доли мкс и очень мало ошибок.

Муниципальные или региональные сети (MAN — Metropolitan AN) являются увеличенными версиями локальных сетей и обычно исполь­зуют схожие технологии. Такая сеть может объединять несколько предприятий корпорации или город. Муниципальная сеть может поддерживать передачу цифровых данных, звука и включать в себя кабельное телевидение. Обычно муниципальная сеть не содержит переключающих элементов для переадресации пакетов во внешние линии, что упрощает структуру сети.

Глобальные сети (Wide AN или ГВС) охватывают значительную территорию, часто целую страну или даже континент. Они объеди­няют множество машин, предназначенных для выполнения прило­жений. Эти машины называются хостами. Хосты соединяются ком­муникационными подсетями или просто подсетями. Задачей подсети является передача ообщений от хоста хосту, подобно тому, как теле­фонная система переносит слова говорящего слушающему. То есть коммуникативный аспект сети — подсеть отделен от прикладного ас­пекта — хостов, что значительно упрощает структуру сети.

Компьютерные сети можно классифицировать по разным призна­кам, представленным на рис.8.

КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ		По территори­альной рассредо­точенности		глобальные
региональные
локальные
По типу ПК, вхо­дящих в сеть	гомогенные (однородные)
	гетерогенные (неоднородные)
По типу организации передачи данных	с коммутацией каналов
с коммутацией сообщений
с коммутацией пакетов
По режиму передачи данных	широковещательные
	последовательные
По характеру реализуемых функций	вычислительные
информационные
смешанные
По способу управления	с децентрализованным управлением
с централизованным управлением
со смешанным управлением

Рис. 8. Классификация компьютерных сетей

Характеристики различных видов компьютерных сетей представлены в таблице.

Вид компью­терной сети	Характеристика
По территориальной рассредоточенности
Глобальные	Объединяют пользователей, расположенных по всему миру. Взаимодействие або­нентов осуществляется посредством спутниковых каналов связи и телефонных ли­ний
Региональные	Объединяют пользователей города, области, небольших стран и в качестве кана­лов связи чаще всего используют телефонные линии
Локальные	Связывают абонентов одной организации, расположенных в одном или нескольких близлежащих зданиях. Для связи абонентов используется единый высокоскорост­ной канал передачи данных
По типу ПК, входящих в сеть
Гомогенные	Сети, состоящие из программно совместимых компьютеров
Гетерогенные	Сети, в состав которых входят программно несовместимые компьютеры
По типу организации передачи данных
С коммутацией каналов	Характеризуются установлением прямой связи с абонентом на некоторое время в пределах общей очереди. Основным недостатком такой связи является ожида­ние соединения в общей очереди. Положительным качеством такой передачи яв­ляется тот факт, что передача не может быть осуществлена вне очереди (произ­вольно), что повышает достоверность передачи информации в целом
С коммутацией сообщений	Характеризуются наличием узлов коммутации, которые получают сообщение, за­поминают его и, в случае освобождения канала связи с абонентом по определен­ному адресу, передают это сообщение. Положительной стороной такой передачи является минимальное время ожидания, отрицательной - то, что сеть получается более дорогой (необходимо разработать специальное программное обеспечение узла коммутации), а при передаче большого объема информации (1 млн. байт) ка­нал может быть занят несколько часов
С коммутацией пакетов	Позволяют длинное сообщение на передающем пункте разбивать на пакеты сооб­щений. Информация передается пакетами. Положительная сторона такого спосо­ба передачи - сокращается время ожидания передачи, отрицательная - необхо­димость иметь программное обеспечение, позволяющее разбивать на передаю­щем пункте сообщение на пакеты с заголовком, адресом и контрольным числом, а на принимающем пункте - сборку сообщения по идентификатору
По режиму передачи данных
Широковеща­тельные	Характеризуются тем, что в каждый момент времени на передачу данных может ра­ботать только одна рабочая станция, а все остальные станции в это время работают на прием
Последова­тельные	Характеризуются тем, что передача данных производится последовательно от од­ной станции к соседней, причем на разных участках сети могут использоваться различные виды физической передающей среды
По характеру реализуемых функций
Вычислитель­ные	Предназначены для решения задач управления на основе вычислительной обра­ботки исходной информации
Информацион­ные	Предназначены для получения справочных данных по запросу пользователей
Смешанные	Реализуют вычислительные и информационные функции
По способу управления
С централизо­ванным управ­лением	Компьютерная сеть, в которой все функции управления и координации выполняе­мых сетевых операций сосредоточены в одном или нескольких управляющих ком­пьютерах
С децентрали­зованным управлением	Компьютерная сеть, в которой каждый узел сети имеет полный набор программных средств для координации выполняемых сетевых операций
Смешанные	Компьютерные сети, в которых в определенном сочетании реализованы принципы централизованного и децентрализованного управления, например, задачи с выс­шим приоритетом решаются под централизованным управлением, а остальные за­дачи - под децентрализованным

Сети подразделяются на два типа: одноранговые и на основе сер­вера.

Между этими двумя типами сетей существуют принципиальные различия, которые определяют их разные возможности. Выбор типа сети зависит от многих факторов: размера предприятия и вида его деятельности, необходимого уровня безопасности, доступности административной поддержки, объема сетевого трафика, потребностей сетевых пользователей, финансовых возможностей.

В одноранговой сети все компьютеры равноправны. Каждый компьютер функционирует и как клиент, и как сервер. Нет отдель­ного компьютера, ответственного за администрирование всей сети. Пользователи сами решают, какие ресурсы на своем компьютере сде­лать доступными в сети.

Одноранговые сети, как правило, объединяют не более 10 ком­пьютеров. Отсюда их другое название — рабочие группы. Одноранго­вые сети относительно просты, дешевле сетей на основе сервера, но требуют более мощных компьютеров. Требования к производитель­ности и уровню защиты сетевого программного обеспечения (ПО) ниже, чем в сетях с выделенным сервером. Поддержка одноранговых сетей встроена во многие операционные системы (ОС), поэтому для организации одноранговой сети дополнительного ПО не требуется.

Если в сети более 10 компьютеров, то одноранговая сеть стано­вится недостаточно производительной. Поэтому большинство сетей имеют другую конфигурацию — они работают на основе выделенного сервера. Выделенным сервером называется такой компьютер, кото­рый функционирует только как сервер и не используется в качестве клиента или рабочей станции. Он специально оптимизирован для быстрой обработки запросов от сетевых клиентов и обеспечивает за­щиту файлов и каталогов. Сети на основе сервера стали промышлен­ным стандартом.

Основным аргументом при выборе сети на основе сервера явля­ется защита данных. Проблемами безопасности занимается один ад­министратор: он формирует единую политику безопасности и при­меняет ее в отношении каждого пользователя сети.

Сети на основе сервера, в отличие от одноранговых сетей, спо­собны поддерживать тысячи пользователей. При этом к характерис­тикам компьютеров и квалификации пользователей предъявляются более мягкие требования, чем в одноранговых сетях.