Типы телекоммуникационных сетей

Коммуникационная сеть – система, состоящая из объектов, выполняющих функции генерации, преобразования, хранения и потребления продукта, называемых пунктами (узлами) сети, и линий передачи (связей, коммуникаций, соединений), осуществляющих передачу продукта между пунктами. Отличительная особенность коммуникационной сети – большие расстояния между пунктами по сравнению с геометрическими размерами участков пространства, занимаемых пунктами. В качестве продукта могут фигурировать информация, энергия, масса, соответственно различают группы сетей информационных, энергетических, вещественных. В группах сетей возможно разделение на подгруппы. Так, среди вещественных сетей могут быть выделены сети транспортные, водопроводные, производственные и др. При функциональном проектировании сетей решаются задачи синтеза топологии, распределения продукта по узлам сети, а при конструкторском проектировании выполняются размещение пунктов в пространстве и проведение (трассировка) соединений.

Информационная сеть – коммуникационная сеть, в которой продуктом генерирования, переработки, хранения и использования является информация.

Вычислительная сеть – информационная сеть, в состав которой входит вычислительное оборудование. Компонентами вычислительной сети могут быть ЭВМ и периферийные устройства, являющиеся источ­никами и приемниками данных, передаваемых по сети. Эти компоненты составляют оконечное оборудование данных (ООД или DTE – Data Terminal Equipment). В качестве ООД могут выступать ЭВМ, принтеры, плоттеры и другое вычислительное, измерительное и исполнительное оборудование автоматических и автоматизированных систем. Собственно пересылка данных происходит с помощью сред и средств, объединяемых под названием среды передачи данных.

Подготовка данных, передаваемых или получаемых ООД от среды передачи данных, осуществляется функциональным блоком, называемым аппаратурой окончания канала данных (АКД или DCE – Data Circuit-Terminating Equipment). АКД может быть конструктивно отдельным или встроенным в ООД блоком. ООД и АКД вместе представляют собой станцию данных, которую часто называют узлом сети. Примером АКД может служить модем.

Классификация сетей. Вычислительные сети классифицируются по ряду признаков.

В зависимости от расстояний между связываемыми узлами различа­ют вычислительные сети:

• территориальные – охватывающие значительное географическое пространство; среди территориальных сетей можно выделить сети ре­гиональные и глобальные, имеющие соответственно региональные или глобальные масштабы; региональные сети иногда называют сетями MAN (Metropolitan Area Network), а общее англоязычное название для территориальных сетей – WAN (Wide Area Network);

• локальные (ЛВС) – охватывающие ограниченную территорию (обычно в пределах удаленности станций не более чем на несколько десятков или сотен метров друг от друга, реже на 1...2 км); локальные сети обозначают LAN (Local Area Network);

• корпоративные (масштаба предприятия) – совокупность связанных между собой ЛВС, охватывающих территорию, на которой размещено одно предприятие или учреждение в одном или нескольких близко расположенных зданиях.

Локальные и корпоративные вычислительные сети – основной вид вычислительных сетей, используемых в системах автоматизированного проектирования (САПР).

Особо выделяют единственную в своем роде глобальную сеть Интернет (реализованная в ней информационная служба World Wide Web (WWW) переводится на русский язык как всемирная паутина); это сеть сетей со своей технологией. В Интернете существует понятие интрасетей (Интранет) – корпоративных сетей в рамках Интернета.

Различают интегрированные сети, неинтегрированные сети и подсе­ти. Интегрированная вычислительная сеть (интерсеть) представляет собой взаимосвязанную совокупность многих вычислительных сетей, которые в интерсети называются подсетями.

В автоматизированных системах крупных предприятий подсети включают вычислительные средства отдельных проектных подразделений. Интерсети нужны для объединения таких подсетей, а также для объединения технических средств автоматизированных систем проектирования и производства в единую систему комплексной автоматизации (CIM – Computer Integrated Manufacturing). Обычно интерсети приспо­соблены для различных видов связи: телефонии, электронной почты, передачи видеоинформации, цифровых данных и т. п., и в этом случае они называются сетями интегрального обслуживания. Развитие интерсетей заключается в разработке средств сопряжения разнородных подсетей и стандартов для построения подсетей, изначально приспособленных к сопряжению. Подсети в интерсетях объединяются в соответствии с выбранной топологией с помощью блоков взаимодействия.

В зависимости от топологии соединений узлов различают сети шинной (магистральной), кольцевой, звездной, иерархической, произвольной структуры. Среди ЛВС наиболее распространены (рис. 3.23):

• шинная (bus) – локальная сеть, в которой связь между любыми двумя станциями устанавливается через один общий путь и данные передаваемые любой станцией, одновременно становятся доступными для всех других станций, подключенных к этой же среде передачи данных (последнее свойство называют широковещательностью);

• кольцевая (ring) – узлы связаны кольцевой линией передачи дан­ных (к каждому узлу подходят только две линии); данные, проходя по кольцу, поочередно становятся доступными всем узлам сети;

• звездная (star) – имеется центральный узел, от которого расходятся линии передачи данных к каждому из остальных узлов.

Рис. 3.23. Основные топологические структуры локальных вычислительных сетей

В зависимости от способа управления различают сети:

• «клиент/сервер» – в них выделяется один или несколько узлов (их название – серверы), выполняющих в сети управляющие или специальные обслуживающие функции, а остальные узлы (клиенты) являются терми­нальными, в них работают пользователи. Сети «клиент/сервер» различаются по характеру распределения функций между серверами, другими словами, – по типам серверов (например, файл-серверы, серверы баз данных). При специализации серверов по определенным приложениям возникает сеть распределенных вычислений. Такие сети отличают также от централизованных систем, построенных на мэйнфреймах;

• одноранговые – в них все узлы равноправны; поскольку в общем случае под клиентом понимается объект (устройство или программа) запрашивающий некоторые услуги, а под сервером – объект предоставляющий эти услуги, то каждый узел в одноранговых сетях может вы­полнять функции и клиента, и сервера.

Наконец появилась сетецентрическая концепция, в соответствии с которой пользователь имеет лишь дешевое оборудование для обращения к удаленным компьютерам, а сеть обслуживает заказы на выполнение вы­числений и получение информации. То есть, пользователю нет необходи­мости приобретать программное обеспечение для решения прикладных задач, ему нужно лишь платить за выполненные заказы. Подобные компь­ютеры называют тонкими клиентами или сетевыми компьютерами.

В зависимости от того, одинаковые или неодинаковые ЭВМ приме­няют в сети, различают сети однотипных ЭВМ, называемые однородны­ми, и разнотипных ЭВМ, называемые неоднородными (гетерогенными). В крупных автоматизированных системах, как правило, сети оказывают­ся неоднородными.

В зависимости от прав собственности на сети последние могут быть сетями общего пользования (public) или частными (private). Среди се­тей общего пользования выделяют телефонные сети ТфОП (PSTN – Public Switched Telephone Network) и сети передачи данных СПД (PSDN – Public Switched Data Network).

Сети также различают в зависимости от используемых в них прото­колов и по способам коммутации.

Способы коммутации. Под коммутацией данных понимается их передача, при которой канал передачи данных может использоваться попеременно для обмена информацией между различными пунктами информационной сети в отличие от связи через некоммутируемые каналы, обычно закрепленные за определенными абонентами.

Различают следующие способы коммутации данных:

• коммутацию каналов – осуществляется соединение ООД двух или более станций данных и обеспечивается монопольное использование канала передачи данных до тех пор, пока соединение не будет разомкнуто;

• коммутацию сообщений – характеризуется тем, что создание физического канала между оконечными узлами необязательно и пересылка сообщений происходит без нарушения их целостности: вместо физического канала имеется виртуальный канал, состоящий из физических участков, причем между участками возможна буферизация сообщения;

• коммутацию пакетов – сообщение передается по виртуальному каналу, но оно разделяется на пакеты, при этом канал передачи данных занят только во время передачи пакета (без нарушения его целостности) и по ее завершении освобождается для передачи других пакетов.

Протоколы. Это набор семантических и синтаксических правил, определяющий поведение функциональных блоков сети при передаче данных. Другими словами, протокол – это совокупность соглашений относительно способа представления данных, обеспечивающего их передачу в нужных направлениях и правильную интерпретацию всеми участниками процесса информационного обмена.

Поскольку информационный обмен – процесс многофункциональный, то протоколы делятся на уровни. К каждому уровню относится группа родственных функций. Для правильного взаимодействия узлов различных вычислительных сетей их архитектура должна быть открытой. Этим целям служат унификация и стандартизация в области телекоммуникаций и вычислительных сетей.

Унификация и стандартизация протоколов выполняются отдельными международными организациями, что наряду с разнообразием типов се­тей породило большое число различных протоколов. Особенно широко распространены протоколы, разработанные для сети ARPANET и применяемые в глобальной сети Интернет, протоколы открытых систем Международной организации по стандартизации (ISO – Intrenational Standard Organization), протоколы Международного телекоммуникацион­ного союза (International Telecommunication Union – ITU, ранее называв­шегося CCITT) и протоколы Института инженеров по электротехнике и электронике (IEEE – Institute of Electrical and Electronics Engineers). Протоколы сети Интернет объединяют под названием TCP/IP. Протоколы ISO являются семиуровневыми и известны как протоколы базовой эталонной модели взаимосвязи открытых систем – ЭМВОС.