Топология вычислительных сетей

Саратовский государственный технический университет

И.Л.Пластун

СЕТИ ЭВМ

Учебное пособие

Для студентов специальностей 220400, 075500

Саратов 2005

УДК 681.31

ББК 32.973

П 37

Рецензенты:

кафедра прикладной информатики и информационного менеджмента Поволжской академии госслужбы;

профессор кафедры теоретической и математической физики Саратовского государственного университета Л.М. Бабков

Одобрено

редакционно-издательским советом

Саратовского государственного технического университета

Пластун И.Л.

П 37 Сети ЭВМ:

Учеб. пособие. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2005. 75с.

ISBN 5-7433-1126-9

Учебное пособие представляет собой курс лекций по дисциплине «Сети ЭВМ», для студентов специальностей 220400 и 075500. В пособии описаны основные архитектурные типы локальных и глобальных вычислительных сетей, принципы построения их основных элементов, узлов и устройств, а также изложены основы построения сетевой безопасности.

Для студентов специальностей 220400 и 075500, а также для специалистов, работающих в области разработки и применения сетевых технологий.

УДК 681.31

ББК 32.973

© Саратовский государственный

технический университет, 2005

ISBN 5-7433-1126-9 © Пластун И.Л., 2005

Введение

Учебное пособие написано по курсу «Сети ЭВМ», для студентов специальностей 220400 – «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем» и 075500 –«Комплексное обеспечение информационной безопасности автоматизированных систем» СГТУ. Кроме того, оно может быть использовано при изучении дисциплин «Глобальные сети», «Системы и сети передачи информации», «Безопасность вычислительных сетей» студентами специальности 075500.

В учебном пособии приведен краткий вводный курс по фундаментальным принципам построения и архитектуре сетей передачи информации. Изложены базовые понятия, необходимые для понимания основ функционирования и архитектуры локальных и глобальных сетей, основы логической организации сетей, базовые сетевые стандарты, протоколы и форматы данных. В пособии также описаны основные архитектурные типы сетей ЭВМ, принципы построения их основных элементов, узлов и устройств и способы создания крупных составных сетей и управления такими сетями. Кроме того, в пособии излагаются основные принципы и методика защиты информации от несанкционированного доступа в локальных и глобальных сетях передачи данных.

Пособие представляет интерес для специалистов, работающих в области разработки и применения сетевых технологий.

Введение в сетевые технологии

Сетью называется совокупность компьютеров (узлов, станций), имеющих возможность взаимодействия друг с другом с помощью аппаратных средств и сетевого ПО.

Классификация сетей

Сети можно классифицировать по различным критериям.

Одним из основных классификационных признаков сетей является размер, который характеризует не только территориальную протяженность, но и среду передачи сигналов.

Размер(в сочетании со скоростью дальних коммуникаций):

• LAN (Local-Area Network) — локальная сеть (ЛВС): располагается в пределах офиса, этажа, здания; основное средство сопряжения узлов сети – кабельные линии (витая пара, коаксиальный кабель);

• CAN (Campus-Area Network) — кампусная сеть, объединяющая значительно удаленные узлы или локальные сети, но еще не требующая удаленных коммуникации через телефонные линии и модемы; средством сопряжения узлов также являются кабельные линии;

• MAN (Metropolitan-Area Network) — городская сеть с радиусом и десятки километров с высокой скоростью передачи (100 Мбит/с); строится на базе широкополосных коаксиальных кабелей и оптоволоконных линий связи;

• WAN (Wide-Area Network) — широкомасштабная сеть, использующая удаленные мосты и маршрутизаторы с возможно невысокими скоростями передачи; средой передачи в таких сетях являются телефонные линии связи, сопряжение с которыми осуществляется через модемы;

• GAN (Global-Area Network) — глобальная (международная, межконтинентальная) сеть. Строится на базе телефонных линий и модемного сопряжения, а также спутниковой связи.

Пропускная способность:

• низкая, до сотен кбит/с;

• средняя, 0.5 - 20 Мбит/с;

• высокая, более 20 Мбит/с.

Полоса канала:

• узкополосные (Baseband) — прямая (немодулированная) передача только одного сообщения в любой момент времени, свойственна большинству локальных сетей;

• широкополосные (Broadband) — одновременная передача нескольких сообщений по частотно - разделенным каналам.

Типы узлов сети: персональные, мини и большие компьютеры или сети. Сети общего назначения обычно строятся из PC. Базовая сеть (Backbone) кампусной сети в качестве «узлов» имеет небольшие сети.

Cоотношение узлов:

• одноранговые(Peer-to-Peer) — небольшие сети, где каждый узел может являться и клиентом и сервером;

• распределенные (Distributed) — то есть без лидера, в которой сервером называется машина, программа или устройство, обеспечивающее сервис, но не управление сетью (например, UNIX Usenet);

• сети с выделенным сервером, или с централизованным управлением), где сервер наделяет остальные узлы правами использования ресурсов (сети среднего и большого размера: Novell NetWare, Microsoft LAN Manager, IBM LAN Server, Banyan VINES). Понятие «клиент-сервер» в этом контексте подчеркивает меньшую самостоятельность узлов-клиентов таких сетей, хотя чаще применяется как название одного из методов распределенной обработки информации.

Возможности доступа:

• сети с разделяемой средой передачи (Shared-Media Networks), в которых в каждый момент могут взаимодействовать только два узла (не считая широковещательных передач): Ethernet, ARCnet.

• коммутирующие сети (Switching Networks) позволяют одновременно вести множество передач между множеством пар узлов посредством мультиплексирования: АТМ, Х.25...

Родственность архитектур и сетевой ОС узлов:

• гомогенные сети с одинаковыми или родственными ОС всех узлов;

• гетерогенные сети с разнородными ОС. например, Novell NetWare и Windows NT.

Топология вычислительных сетей

Наиболее существенным структурным признаком вычислительных сетей является их топология. Топологическая структура оказывает существенное влияние на пропускную способность сети, устойчивость сети к отказам оборудования, на надежность обслуживания запросов абонентов, логические возможности и стоимость сети.

Существует большое разнообразие в топологии сетей.

1. Наиболее распространена сеть с централизованной радиальной топологией или топология типа звезда (рис.1). Основу такой сети составляет главный центр обработки и распределения информации(сервер), где выполняется основная по объему обработка информации. В нем же помещается узел коммутации (УК). В радиальных направлениях от центра помещаются абонентские пункты (АП), где выполняется часть работы по обработке информации. В современных звездообразных сетях функции коммутации и управления сетью разделены между коммутатором и сетевым сервером. Сервер подключается к коммутатору как и абонентская система, но с максимальным приоритетом. Сервер может согласовать скорости работы станций и преобразовывать протоколы обмена. Внутри коммутатора может быть кольцо. В этом случае имеем архитектуру типа кольцо. Недостаток - выход из строя коммутатора ведет к прекращению работы сети. Достоинства - простота, легкое наращивание сети.

2. Кольцевая топология. В сетях с такой топологией имеется ряд центров обработки информации, которые соединены друг с другом каналами связи. В каждом центре есть свой узел коммутации. Запросы, которые поступают от абонента, могут обслуживаться не только в ближайшем центре, но и в любом другом незагруженном узле. Абонентские пункты могут связываться друг с другом через узлы коммутации по различным маршрутам. Объединение центров обработки в кольцо повышает гибкость и надежность сети.

3. Шинная топология (сеть с общей шиной). В такой сети все абоненты системы с помощью сетевых адаптеров подключаются к общей магистрали (шине) (рис.3). Передающей средой обычно является коаксиальный кабель. Обязательным элементом подобной передающей среды является терминатор (Т) - устройство, согласующее сопротивление, с помощью которого устраняется эффект отраженной волны на концах кабеля.
Система - источник передает информацию на адаптеры всех абонентских систем, но воспринимается той, которой эта информация адресована. Недостаток - большая вероятность столкновений сообщений. Достоинство - легко наращивается и модернизируется.

4. Древовидная топология. В сетях с такой топологией центры обработки информации связаны друг с другом через узлы коммутации (рис.4). Абоненты подключаются к центрам обработки либо непосредственно, либо через узлы коммутации (УК). В таких сетях присутствуют те же преимущества и недостатки, что и в сетях с кольцевой топологией.

Дополнительное преимущество - простота и дешевизна наращивания возможностей сети.

5. Полносвязная сеть (топология типа сетка). В сетях с такой топологией реализован принцип связи каждый с каждым. То есть каждый центр связан со всеми остальными.Требуется большое количество линий связи.Такая топология характерна только для малых сетей (не более 3-5 компьютеров). Наращивание возможностей сети путем добавления новых узлов приводит к значительному увеличению числа соединений и модификации всех имеющихся узлов.

6. Комбинированная топология. Комбинированная топология представляет собой сеть с несколькими топологическими решениями. Примером такой сети может служить сеть с радиально-кольцевой топологией. Здесь основные узлы объединены в кольцо, а к этим узлам через узлы коммутации присоединены сети типа звезда. Такая сеть наилучшая по гибкости и надежности, но самая дорогая.