Базовые топологии локальных компьютер­ных сетей

Вычислительные машины, входящие в состав ЛВС, могут быть распо­ложены са­мым разным образом. Для способа обращения к передающей среде и для методов управления сетью небезразлично как расположены пользова­тельские ПК. Поэтому го­ворят о топологии ЛВС (топология - от греч. topos - ме­сто и ... логия). Все локальные сети стро­ятся на основе трех ба­зовых топо­логий: «звезда», «кольцо», «шина». Топология сети характери­зует физиче­ское располо­жение ком­пью­теров, узлов комму­та­ции и кана­лов связи в сети (это усредненная геометриче­ская схема соединений узлов сети).

Топология звезда характерна тем, что в ней все узлы (каждый компью­тер, в том числе и сервер) соединены сегментом кабеля с одним цен­траль­ным узлом (центром сети является специальное устройство - концентра­тор: HUB или SWITCH). Основным преимуществом такой топологии явля­ется ее устойчи­вость к сбоям, возникающим вследствие неполадок на от­дельных ПК или из-за повреж­дения сетевого кабеля (в этом случае только компьютер, находя­щийся в неис­правном сегменте, не может участвовать в обмене данными по сети, а на ра­боту остальных машин этот отказ не по­влияет, однако при отказе централь­ного узла из строя выходит вся сеть). Другим преимущест­вом данной схемы яв­ля­ется ее большая производитель­ность, обусловленная высокой скоростью пере­дачи ин­формации. Звездооб­разную сеть легко рас­ширить (поскольку для добавле­ния но­вого компьютера нужен только один но­вый канал связи). Однако расходы на созда­ние сети с такой топологией существенно вы­сокие (для соеди­нения компьютера с цен­тральным узлом не­обходимо каждый раз прокладывать от­дельный ка­бель, что приводит к уве­ли­чению суммарных рас­ходов на установку ЛВС).

Топология кольцо предусматривает объединение компьютеров с по­мо­щью ка­бельной системы, имеющей форму замкнутого круга, т.е. компьютеры под­ключа­ются к по­вторителям, или репите­рам сигналов, связанным в одно­направ­лен­ное кольцо (повторитель – устрой­ство, обеспечивающее сохране­ние формы и ам­плитуды сигнала при передачи его на большое расстояние). Информация по кольцу передается от узла к узлу. Каждый узел распо­знает и получает только ему адресован­ные сообщения. Кольцевая топология явля­ется идеальной для сетей, зани­мающих сравнительно небольшое простран­ство. Их достоинствами являются равен­ство компьютеров по дос­тупу к сети, простота раз­вертывания и высокая расширяе­мость сети. К недос­таткам можно отнести выход из строя всей сети при выходе из строя одного по­вто­рителя и остановку работы сети при изменении ее конфигурации (любое по­вреждение кабеля на участке между двумя компьютерами в ЛВС приво­дит к выходу из строя всей кольцеобразной сети).

Топология шина, наиболее простая из всех топологий ЛВС и весьма распространенная. Компьютеры в ней под­клю­чены к единому каналу (маги­страли) связи через трансиверы - приемопередат­чики. Данные от пе­редаю­щего компью­тера поступают ко всем ком­пь­ютерам сети, однако восприни­мает их только тот, ад­рес ко­торого указан в переда­ваемом сообщении. В ка­ждый момент времени передачу может вести только один компью­тер. По­этому производи­тельность такой сети зависит от количества компью­теров, подключенных к шине. Шина - пас­сивная тополо­гия. Выход одного или не­скольких компью­теров из строя ни­как не сказыва­ется на работе всей сети. Электрические сиг­налы распространя­ются по шине - от одного конца к дру­гому. Сигналы, достигшие концов шины, отра­жаются от них. Возни­кает на­ложение сигна­лов, и, как следствие, их иска­жение и ослабле­ние. Поэтому сиг­налы, достигшие конца шины, следует по­гасить. Для этого на концах ус­танавли­вают термина­торы. При разрыве шины или от­сутст­вии терминаторов функ­ционирование сети прекра­щается. Шинная то­поло­гия (благодаря своей простате) снижает рас­ходы на оборудова­ние ЛВС, к тому же удобна к рас­ши­рению. К недостат­кам шин­ной организа­ции сети относится не очень вы­сокая надежность и умень­шение пропу­скной спо­собности сети при значитель­ных объемах дан­ных (не­зна­чи­тельный де­фект кабеля может па­рализовать ра­боту всей сети).

В настоящее время часто используются топологии, комбинирующие ба­зовые: «звезда-шина», «звезда-кольцо». Топология «звезда - шина» чаше всего выглядит как объединение с помощью магистральной шины несколь­ких звездообразных се­тей. При топологии «звезда - кольцо» несколько звез­дообразных сетей соединяются своими центральными узлами коммутации в кольцо.

Итак, локальные сети позволяют организовать совместное использова­ние доро­гостоящей аппаратуры, а также распределенную обработку данных на нескольких компьютерах. Это дает значительную экономию материаль­ных средств и ускорение процесса обмена информацией.

Сеть Internet

Историческая справка

Интернет начинался как военная программа, направленная на повыше­ние устой­чивости системы обороны США. Там была создана сеть ARPANETв 1969 году. С од­ной стороны, она должна была обеспечить сохранение ком­муникаций в случае во­енных действий, с другой стороны - облегчить сотруд­ничество различных исследо­вательских учреждений. Когда сеть увеличилась в объеме (объединяла уже тысячи компьютеров), стало ясно: необходимо переработать механизм доступа к ARPANET. И такой механизм (набор пра­вил, определяющих принципы обмена данными), названный «протоколом TCP/IP» (Transmission Control Protocol/Internet Protocol), был введен в 1983 г. (позволивший различ­ным сетям соединяться друг с другом).

Сле­дующим этапом в развитии Интернет, было соз­дание сети Нацио­нального научного фонда США в 1987 году. Сеть NSFNET объединяла на­учные центры США. Ее основой стали пять суперкомпьютеров, соеди­нен­ных ме­жду со­бой высокоскорост­ными линиями связи (были проложены спе­ци­альные ка­бельные линии). Пользователи могли под­ключаться к сети и ис­пользо­вать воз­можности этих суперкомпьютеров. Сеть NSFNET быстро за­няла ме­сто ARPANET, и последняя была ликвидирована. Таким образом, появи­лась сеть Интернет в США. Одновременно были соз­даны националь­ные сети в дру­гих странах. Они стали объединяться, и в 90-х гг. появился Интернет в его ны­неш­нем виде. Сейчас Интернет объединяет тысячи разных сетей, рас­поло­женных по всему миру, к ней имеют доступ де­сятки миллио­нов пользо­вате­лей.

До середины 90-х годов Интернет был доступен относительно узкому кругу на­учных сотрудников, а его наполнение не отличалось особым разно­образием (обмен электронными письмами, общение в группах новостей по интересам с помощью текстовых сообщений, доступ к ограниченному числу серверов и др.). В начале 90-х гг. появилось сообщение о разработке новой технологии (метода передачи и отображения информации) – «Всемирной паутины» WorldWideWeb(концепция гипертекста, которая лежит в ее ос­нове, - это многомерный текст, т.е. такая организа­ция до­кументов, при которой один документ или текст может включать в себя раз­нонаправлен­ные ссылки, указатели на другие документы и ссылки). На началь­ном этапе сервис WWW предназначался для обмена информацией среди фи­зи­ков, рабо­тающих в разных лабораториях. 17 мая 1991 года не вы­числитель­ных систе­мах CERN (Européen pour la Recherche Nucléaire - Евро­пейский Со­вет по ядерным исследованиям) была установлена первая версия пер­вого в мире Web-сер­вера (первоначально проект использовался только во внутрен­ней сети CERN, однако, после написания и опубликования специфи­каций URL, HTTP и HTML и их поддержки другими узлами Интернета, Все­мирная пау­тина становится действительно всемирной). Именно эту дату и принято счи­тать официальной датой рождения сети Интернет.

Структура Internet

Интернет представляет собой глобальную компьютерную сеть, состоя­щую из разнообразных, равноправных и независимых компьютерных сетей, объединенных стандартными соглашениями о способах обмена информацией и единой системой адреса­ции. Логиче­ская структура Интернет представляет собой некое виртуальное объединение имеющее свое собственное информа­ционное пространство. Фи­зически – это совокупность уз­лов, содержащих коммутационное оборудова­ние и серверы, объединенных между собой кана­лами связи (в качестве последних могут исполь­зоваться обычные и опто­во­локонные кабели, радиоканалы и каналы спутни­ковой связи). Управляет уз­лом его собствен­ник – организация, которая на­зы­вается провайдером (и ко­торая предоставляет услуги сети конечным пользователям). Система про­вайдеров построена по многоуровневому иерархическому принципу: ре­гио­нальные провайдеры нижнего уровня (например, Татарстан) подчиня­ются провайде­рам более высокого уровня (например, Россия), которые взаи­модей­ствуют с континентальными провайдерами (например, Западная Ев­ропа). Интернет обеспечивает обмен информацией между всеми компьюте­рами, ко­торые вхо­дят в сеть. Тип компьютера и используе­мая им операци­он­ная сис­тема значе­ния не имеют. Основные ячейки Интернет - локальные вы­числи­тельные сети. Существуют также компьютеры, само­стоятельно под­ключен­ные к Интернет. Они называ­ются хост-компьютерами (host - хозяин). Каждый подключен­ный к сети компьютер имеет свой адрес, по которому его может найти або­нент из любой точки света. Единого центра управления се­тью не существует. Эта функция выполняется слиянием усилий независимых сетей. Однако, следует отметить, что существует целый ряд некоммерческих орга­низаций, которые обеспечивают функционирование Интернета. Среди них можно отметить: Интернет-общество, Совет по архитектуре Интернета (IAB), Рабочую инже­нерную группу по Интернету (IETF), Рабочую исследо­ватель­скую группу по Интернету (IRTF), Корпорацию Интернета по выде­ленным именам и номе­рам (ICANN) и др.

Интернет об­разует таким образом паутину, в которой между двумя лю­быми узлами есть связь либо по прямому каналу, либо посредством проме­жуточных узлов (что обеспе­чивает сохранность работоспособности сети при временном отключении некоторых узлов). Узлы обмениваются между собой сообщениями. Любое сообщение разбива­ется на пакеты и от­правля­ется по доступным каналам связи. При этом различные сети, входящие в Ин­тернет, со­единяются между собой с помо­щью специальных коммуникаци­он­ных ком­пьютеров, называемых маршрути­заторами - устройств, управляю­щих потоками данных в сети (выполняют функции регулировщика движения на перекрестке). Получив па­кет инфор­ма­ции от одной сети, этот коммуника­ци­онный компьютер, исполь­зуя таб­лицы маршрутизации, определяет опти­мальный вариант передачи па­кета и пере­дает ее другой сети. Короче говоря, сообщение, разде­ленное на пакеты ин­фор­мации, может передаваться раз­ными маршрутами. Если ка­кой-то участок одной из сетей выйдет из строя, то данные будут пе­реданы по обходному пути. При такой организации струк­тура Интернет вы­глядит как тысячи ком­пьютерных сетей, соединенных мар­шрути­заторами.