Сетевое оборудование локальных компьютерных сетей

Типы локальных сетей

Характеристики локальных сетей

К основным характеристикам ЛКС относятся следующие:

· территориальная протяженность сети (длина общего канала связи);

· максимальная скорость передачи данных;

· максимальное число АС в сети;

· максимально возможное расстояние между рабочими станциями в сети;

· топология сети;

· вид физической среды передачи данных;

· максимальное число каналов передачи данных;

· тип передачи сигналов (синхронный или асинхронный);

· метод доступа абонентов в сеть;

· структура программного обеспечения сети;

· возможность передачи речи и видеосигналов;

· условия надежной работы сети;

· возможность связи ЛКС между собой и сетью более высокого уровня;

· возможность использования процедуры установления приоритетов при одновременном подключении абонентов к общему каналу.

Для деления ЛКС на группы используются определенные классификационные признаки.

1. По назначению ЛКС делятся на информационные (информационно-поисковые), управляющие (технологическими, административными, организационными и другими процессами), расчетные, информационно-расчетные, обработки документальной информации и другие.

2. По типам используемых в сети ЭВМ их можно разделить на неоднородные, где применяются различные классы (микро-, мини-, большие) и модели (внутри классов) ЭВМ, а также различное абонентское оборудование, и однородные, содержащие одинаковые модели ЭВМ и однотипный состав абонентских средств.

3. По организации управления однородные ЛКС различаются на сети с централизованным и децентрализованным управлением.

Адаптеры ориентированы на определенную архитектуру локальной сети и ее технические характеристики, поэтому по топологии ЛКС адаптеры разделяются на следующие группы: поддерживающие шинную топологию, кольцевую, звездообразную, древовидную, комбинированную (звездно-кольцевую, звездно-шинную).

Дифференциация адаптеров по выполняемым функциям и ориентация их на определенную архитектуру ЛКС привели к большому многообразию типов адаптеров и разбросу их характеристик.

Kонцентраторы (хабы). Эти устройства удобны для формирования сети произвольной топологии. Выпускается ряд типов концентраторов — пассивных и активных с автономным питанием, выполняющих роль повторителя. Они отличаются по количеству, типу и длине подключаемых кабелей и могут автоматически управлять подсоединенными сегментами (включать и выключать их в случае обнаружения сбоев и обрывов).

Приемопередатчики (трансиверы) и повторители (репитеры). С помощью этих устройств можно объединить несколько сегментов сети с шинной топологией, увеличивая, таким образом, общую протяженность сети.

Приемопередатчик — это устройство, предназначенное для приема пакетов от контроллера рабочих станций сети и передачи их в шину. Он также разрешает коллизии в шине. Конструктивно приемопередатчик и контроллер могут объединяться на одной плате или находиться в различных узлах.

Повторитель — устройство с автономным питанием, обеспечивающее передачу данных между сегментами определенной длины.

Мосты и шлюзы. Мосты используются для соединения в основном идентичных сетей, имеющих некоторые физические различия на физическом и канальном уровнях. Например, с помощью моста могут соединяться на 3-м (сетевом) уровне две сети с различными более низкими уровнями, но одинаковыми более высокими уровнями. Промышленностью выпускается довольно широкая номенклатура мостов. Среди них — “самообучающиеся” мосты, которые позволяют регулировать доступ к каждой из объединяемых сетей и трафик обмена между ними, а также используются для расширения сети, достигшей своего топологического предела. Некоторые из “самообучающихся мостов” применяются для объединения с помощью арендуемой линии связи локальной сети и удаленной сети в единую сеть, элементы которой могут быть рассредоточены на территории в сотни и тысячи километров. Есть более сложные мосты, которые одновременно выполняют функции многоканального маршрутизатора. К ним относится мост HP 272 A ROUTER ER (он же — многоканальный маршрутизатор), который объединяет две локальные сети и две удаленные сети.

Шлюзы применяются для соединения различных сетей. Они выполняют протокольное преобразование для всех семи уровней модели ВОС, в частности — маршрутизацию пакетов, преобразование сообщения из одного формата в другой или из одной системы кодирования в другую. Следует иметь в виду, что по мере того как взаимная связь устанавливается на все более высоких уровнях модели ВОС, задача поддержания этой связи усложняется и для ее реализации требуется более мощный процессор.

Маршрутизаторы (роутеры). Эти устройства устанавливают соединение на 4-ом (транспортном) уровне, при этом верхние уровни сети (5, 6 и 7) должны быть одинаковы. Они обеспечивают достаточно сложный уровень сервиса, так как могут выполнять “интеллектуальные” функции: выбор наилучшего маршрута для передачи сообщения, адресованного другой сети; управление балансированной нагрузкой в сети путем равномерного распределения потоков данных; защиту данных; буферизацию передаваемых данных; различные протокольные преобразования. Такие возможности маршрутизаторов особенно важны при построении базовых сетей крупных организаций.

Глобальные компьютерные сети: принципы организации

Следует, прежде всего, выделить глобальную сеть Internet, объединяющую множество других сетей и позволяющую войти в мировое сообщество. Internet предоставляет пользователям практически неограниченные информационные ресурсы.

В отличие от локальных сетей, в составе которых имеются свои высокоскоростные каналы передачи информации, глобальная (а также региональная и, как правило, корпоративная) сеть включает подсеть связи (иначе: территориальную сеть связи, систему передачи информации), к которой подключаются локальные сети, отдельные компоненты и терминалы (средства ввода и отображения информации). Подсеть связи состоит из каналов передачи информации и коммуникационных узлов, которые предназначены для передачи данных по сети, выбора оптимального маршрута передачи информации, коммутации пакетов и реализации ряда других функций с помощью компьютера (одного или нескольких) и соответствующего программного обеспечения, имеющихся в коммуникационном узле. Компьютеры, за которыми работают пользователи-клиенты, называются рабочими станциями, а компьютеры, являющиеся источниками ресурсов сети, предоставляемых пользователям, называются серверами. Такая структура сети получила название узловой.

Всемирная глобальная сеть Internet до 1995 г., когда она контролировалась National Science Foundation (NSF), имела строго иерархическую трехуровневую структуру. На верхнем (первом) уровне находилась базовая высокоскоростная магистраль, к которой подключались сети второго уровня – региональные поставщики услуг доступа в Internet. К сетям регионального уровня подключались сети третьего, локального уровня (сети предприятий, учебных заведений, научных учреждений и др.).

По мере развития Internet и, особенно с появлением гипертекстовой системы WWW (World Wide Web), она значительно увеличилась, превратилась в коммерческую сеть и связи перестали представлять трехуровневую иерархическую структуру. Теперь Internet имеет типичную для глобальных сетей узловую структуру, она представляет собой совокупность взаимосвязанных коммуникационных центров, к которым подключаются региональные поставщики сетевых услуг и через которые осуществляется их взаимодействие. Следовательно, с точки зрения пользователя в сети Internet выделяются поставщики услуг, поддерживающие необходимую информацию на серверах, и потребители этих услуг - клиенты. Взаимодействие поставщиков с клиентами осуществляется через коммуникационную систему.

Организация обмена данными в территориальных сетях, в том числе и в сети Internet, осуществляется двумя различными способами: без установления логического соединения между передающим и принимающим узлами сети и с установлением логического соединения (с установлением сеанса связи).

Способ связи без установления логического соединения характеризуется следующим:

• он используется в сетях с коммутацией пакетов, причем каждый пакет рассматривается как индивидуальный объект, независимая единица передачи информации;
• пакеты от отправителя можно передавать в произвольные моменты, а также одновременно множеству адресатов по различным маршрутам;
• перед передачей данных сквозная связь между отправителем и получателем заранее не устанавливается, не требуется также синхронизации аппаратуры связи на передающем и приёмном пунктах;
• из-за занятости отдельных участков маршрута может осуществляться буферизация пакетов в промежуточных узлах связи;
• передача сигнала к отправителю от адресата, подтверждающего получение информации, не производится.

Это один из первых и простейших способов обмена данными в коммуникационной технологии. Он широко используется в дейтаграммных сетях, в которых реализуются дейтаграммные протоколы информационного обмена.

Способ связи (или режим связи), ориентированный на логическое соединение, относится к более поздней технологии. Он обеспечивает более высокий уровень сервиса по сравнению с дейтаграммной связью.

Особенности организации обмена данными с установлением логического соединения:

• перед передачей информации между взаимодействующими абонентами (отправителем и получателем) устанавливается логический (виртуальный) канал, причём технология создания (установления) канала такова: отправитель посылает запрос на соединение удалённому адресату через ряд промежуточных узлов связи; адресат, получив этот запрос, в случае “согласия” на установление логического канала посылает отправителю сигнал подтверждения; после получения сигнала подтверждения отправителем начинается обмен данными с управлением потоком, сегментацией и исправлением ошибок;
• после завершения обмена данными адресат посылает пакет подтверждения этого события отправителю (клиенту — инициатору установления логического канала), который воспринимается как сигнал для разъединения канала. Следовательно, при использовании этого способа связи выделяются три этапа: установление канала, обмен данными, разъединение канала.

Связь с установлением логического канала применяется в виртуальных сетях, где используются протоколы информационного обмена типа виртуального соединения. Такая связь может быть многоканальной, и тогда каждая пара взаимодействующих абонентов, обмениваясь данными по своему виртуальному каналу, воспринимает его как выделенный канал, в распоряжение которого предоставлены все ресурсы связи. В действительности эти ресурсы распределяются между всеми одновременно работающими виртуальными каналами данной линии связи.

При передаче по виртуальному каналу длинных сообщений они разбиваются на одинаковые части (пакеты), которые отправляются в канал в порядке их размещения в сообщении. Это избавляет от необходимости снабжать каждый пакет служебной информацией в полном объёме, с тем чтобы превратить его в независимую единицу передачи информации, как это имеет место в дейтаграммных сетях. Кроме того, передача пакетов в их естественной последовательности, определяемой порядком размещения в сообщении, существенно облегчает задачу формирования первоначального сообщения из принимаемых пакетов на приёмном пункте.

Первый из рассмотренных способов организации обмена данными в сетях отличается простотой в реализации и сравнительно небольшими накладными расходами. При малой загруженности линий связи сети он позволяет существенно сократить время на передачу длинного сообщения. Кроме того, он удобен при рассылке информации по многим адресам. В загруженных сетях реализация такого способа может привести к значительным задержкам пакетов в промежуточных узлах связи и даже к потере отдельных пакетов, что негативно отражается на надёжности доставки информации адресатам. Второй способ, напротив, характеризуется высокими накладными расходами, однако он предоставляет абонентам существенно большие удобства, обеспечивает требуемую оперативность в обмене данными (в идеальном случае переполнение соединений в промежуточных узлах связи полностью исключается) и гарантированную надежность доставки информации абонентам.

Таким образом, каждый из режимов связи имеет свои особенности, а значит и области применения.

Режим “с соединением” целесообразно использовать для тех применений, где взаимодействие имеет долговременный характер, конфигурация взаимодействующих объектов постоянна, а поток данных не имеет больших пауз.

Режим “без соединения” больше подходит там, где взаимодействие имеет кратковременный характер, при котором объём передаваемых данных невелик, а интервалы между передачами значительны (относительно скорости передачи). Кроме того, его целесообразно использовать в системах с повышенными требованиями к надёжности доставки данных адресату, так как эти требования можно удовлетворить путём тиражирования данных и передачи адресату по разным маршрутам.

Наиболее распространенным протоколом управления обменом данных является протокол ТСР/IP. Главное отличие сети Internet от других сетей заключается именно в ее протоколах ТСР/IP, охватывающих целое семейство протоколов взаимодействия между компьютерами сети. ТСР/IP – это технология межсетевого взаимодействия, технология Internet. Сеть, реализующая эту технологию, называется «internet». Если же речь идет о глобальной сети, объединяющей множество сетей с технологией «internet», то ее называют Internet.

Протокол ТСР/IP – это семейство программно реализованных протоколов старшего уровня, не работающих с аппаратными прерываниями. Технически протокол ТСР/IP состоит из двух частей – IP и ТСР.

Протокол IP (Internet Protocol – межсетевой протокол) является главным протоколом семейства, он реализует распространение информации в IP-сети и выполняется на третьем (сетевом) уровне модели ВОС. Протокол IP обеспечивает дейтаграммную доставку пакетов, его основная задача – маршрутизация пакетов. Он не отвечает за надежность доставки информации, за ее целостность, за сохранение порядка потока пакетов. Сети, в которых используется протокол IP, называются IP-сетями. Они работают в основном по аналоговым каналам (т.е. для подключения компьютера к сети требуется IP-модем) и являются сетями с коммутацией пакетов. Пакет здесь называется дейтаграммой.

Высокоуровневый протокол ТСР (Transmission Control Protocol – протокол управления передачей) работает на транспортном уровне и частично на сеансовом уровне. Это протокол с установлением логического соединения между отправителем и получателем. Он обеспечивает сеансовую связь между двумя узлами с гарантированной доставкой информации, осуществляет контроль целостности передаваемой информации, сохраняет порядок потока пакетов.

Для компьютеров протокол ТСР/IP – это как правила разговора для людей. Он принят в качестве официального стандарта в сети Internet, т.е. сетевая технология ТСР/IP де-факто стала технологией всемирной сети.