Архитектура компьютерных сетей и протоколы компьютерной сети

Локальные вычислительные сети

Первоначально компьютерные сети были небольшими и объединяли до десяти компьютеров и один принтер. Технология ограничивала размеры сети, в том числе количество компьютеров в сети и её физическую длину. Например, в начале 1980-х годов наиболее популярный тип сетей состоял не более, чем из 30 компьютеров, а длина её кабеля не превышала 600 футов (185 метров). Такие сети легко располагались в пределах одного этажа здания или небольшой организации. Для маленьких фирм подобная конструкция подходит и сегодня. Эти сети называются локальными вычислительными сетями (ЛВС или LAN).

Глобальные компьютерные сети

Сегодня, когда географические рамки компьютерных сетей раздвигаются, чтобы соединить пользователей из разных городов и государств, ЛВС объединяются в глобальную вычислительную сеть (ГВС или WAN), а количество компьютеров в сети уже может варьировать от десятка до нескольких тысяч. В настоящее время большинство организаций хранит и совместно использует в сетевой среде огромные объемы жизненно важных данных.

Архитектура компьютерных сетей и протоколы компьютерной сети.

Первоначально локальные вычислительные сети (ЛВС) были созданы для сравнительно небольшого количества компьюте­ров — около 30 для малых и 100 для больших Ethernet-сетей. Для поддержки вычислительных систем большего размера были разработаны специальные устройства, которые позволили объ­единять две и более ЛВС и образовывать сетевые комплексы, по сути являющиеся «сетями сетей», т.е. позволяющие компьютерам одной сети взаимодействовать с компьютерами другой.

Отдельные ЛВС могут быть связаны друг с другом посредством использования различных ти­пов устройств, к которым относятся, в частности, повторители, мосты, ком­мутаторы и маршрутизаторы.

Повторитель представляет собой полностью электрическое устройство, которое увеличивает максимальную протяженность кабеля ЛВС путем усиления сигнала, проходящего через такое устройство. Концентраторы, используемые в сетях, основанных на топологии «звезда», иногда называются многопортовыми по­вторителями, поскольку сами по себе имеют способность к усиле­нию сигнала. Автономные повторители могут применяться в се­тях, созданных с использованием коаксиального кабеля, для уве- личения протяженности этих сетей. Употребление повторителя с целью расширения сегмента сети не разделяет последний физи­чески на две ЛВС и не образует сетевого комплекса.

Мост выполняет функпию усиления сигнала, как и повтори­тель, но вместе с тем имеет способность избирательно отфильтро­вывать пакеты по их адресам. Пакеты, приходящие на вход моста, пропускаются на выход только в том случае, если они адресованы компьютеру, находящемуся по другую сторону моста. Поскольку мосты не препятствуют прохождению широковещательных сооб­щений, они также не делят ЛВС на сегменты и не создают интер­сети.

Коммутатор— устройство, которое во многих случаях абсо­лютно устраняет необходимость наличия среды передачи данных. Коммутатор является многопортовым повторителем, как и кон­центратор, однако вместо работы на чисто электрическом уровне он считывает адрес назначения каждого входящего пакета и пере­дает его только через тот порт, с которым соединен компьютер-адресат. Коммутаторы могут функционировать на разных уровнях, объединяя сети с другими сетями или сетевыми комплексами.

Маршрутизатор — устройство, соединяющее различные ЛВС и формирующее интерсеть. Равно как и мост, маршрутизатор про­пускает только информацию, предназначенную для сегмента, с ко­торым он соединен. Однако в отличие от повторителей и мостов маршрутизаторы препятствуют прохождению широковещательных сообщений. Они могут объединять и сети различных типов (напри­мер, Ethernet и Token Ring), в то время как мосты и повторители мо­гут интегрировать только однотипные сети или сетевые сегменты.

3. Локальные компьютерные сети: особенности организации, топология и методы доступа.

Локальная вычислительная сеть (ЛВС) — группа компьютеров, объединенных совместно используемой средой передачи данных, как правило кабелем. Используя единый кабель, каждый компью­тер требует только одну точку подключения к сети, при этом он может полноценно взаимодействовать с любым другим компью­тером в группе. Геометрически локальная вычислительная сеть всегда ограничена по размерам небольшой площадью в силу элек­трических свойств кабеля, используемого для построения сети, и относительно небольшим количеством компьютеров, которые могут разделять одну сетевую среду передачи данных. ЛВС обыч­но располагается в одном здании или нескольких близко располо­женных зданиях. Некоторые технологии, например волоконная оптика, позволяют увеличить длину линий ЛВС до одного — двух километров.

Большинство ЛВС созданы с использованием медных кабелей, применяющих обычный электрический ток для передачи сигна­лов. Изначально большинство ЛВС состояли из компьютеров, со­единенных коаксиальным кабелем. Позже ему на смену пришел кабель, используемый в телефонных системах, типа «витая пара» (7Т — twisted pair). В настоящее время большой популярностью пользуется оптоволоконный кабель, не использующий электри­ческие сигналы, а проходящая по нему двоичная информациядируется импульсами света. Также существуют виды сетевых ре­шений, в принципе не использующие кабель и, соответственно, передающие сигналы по так называемым неограниченным сре­дам, таким, как радиоволны, инфракрасные волны и излучение микроволнового диапазона.

Топологии сетей.

Термин «топология», или «топология сети», характеризует физическое расположение компьютеров, кабелей и других компонентов сети.

Выбор той или иной топологии влияет на:

- состав необходимого сетевого оборудования;

- характеристики сетевого оборудования;

- возможности расширения сети;

- способ управления сетью.

Базовые топологии.

Все сети строятся на основе трёх базовых топологий:

шина (bus) звезда (star) кольцо (ring)

Если компьютеры подключены вдоль одного кабеля, топология называется шиной. В том случае, когда компьютеры подключены к сегментам кабеля, исходящим из одной точки, или концентратора, топология называется звездой. Если кабель, к которому подключены к компьютеры, замкнут в кольцо, такая топология носит название кольца.

Шина.

Топологию «шина» часто называют «линейной шиной» (linear bus). Данная топология относится к наиболее простым и широко распространенным топологиям. В ней используется один кабель, именуемый магистралью или сегментом, вдоль которого подключены все компьютеры сети.

В сети с топологией «шина» компьютеры адресуют данные конкретному компьютеру, передавая их по кабелю в виде электрических сигналов.

Так как данные в сеть передаются только одним компьютером, её производительность зависит от количества компьютеров, подключенных к шине. Чем их больше, тем медленнее сеть.

Шина – пассивная топология. Это значит, что компьютеры только «слушают» передаваемые по сети данные, но не перемещают их от отправителя к получателю. Поэтому, если один из компьютеров выйдет из строя, это не скажется на работе остальных. В активных топологиях компьютеры регенерируют сигналы и передают их по сети.

Звезда.

При топологии «звезда» все компьютеры с помощью сегментов кабеля подключаются к центральному компоненту, именуемому концентратором (hub). Сигналы от передающего компьютера поступают через концентратор ко всем остальным. Эта топология возникла на заре вычислительной техники, когда компьютеры были подключены к главному компьютеру.

В сетях с топологией «звезда» подключение кабеля и управление конфигурацией сети централизованы. Но есть и недостаток: так как все компьютеры подключены к центральной точке, для больших сетей значительно увеличивается расход кабеля. К тому же, если центральный компонент выйдет из строя, нарушится работа всей сети.

Кольцо.

При топологии «кольцо» компьютеры подключают к кабелю, замкнутому в кольцо. Сигналы здесь передаются по кольцу в одном направлении и проходят через каждый компьютер. В отличие от пассивной топологии «шина», здесь каждый компьютер, усиливая сигналы, передает их следующему компьютеру. Поэтому, если выйдет из строя один компьютер, прекращает функционировать вся сеть.

Беспроводные сети.

В зависимости от технологии беспроводные сети можно разделить на три типа:

- локальные вычислительные сети;

- расширенные локальные вычислительные сети;

- мобильные сети (переносные компьютеры).

Способы передачи:

- инфракрасное излучение;

- лазер;

- радиопередача в узком спектре (одночастотная передача);

- радиопередача в рассеянном спектре.

Кроме этих способов передачи и получения данных можно использовать мобильные сети, пакетное радиосоединение, сотовые сети и микроволновые системы передачи данных.

4. Глобальные компьютерные сети: структура, способы организации передачи информации. Интернет.

ГЛОБАЛЬНЫЕ КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ: