Сущность и топология компьютерных сетей
Компьютерная сеть представляет собой совокупность компьютеров, объединенных средствами передачи данных.
Все известные компьютерные сети по организационному признаку и предоставляемому пользователю множеству возможностей для использования информационных ресурсов можно классифицировать следующим образом:
ƒ локальные вычислительные сети;
ƒ сеть Internet (Интернет);
ƒ корпоративные сети Intranet (Интранет);
ƒ сети электронных досок объявлений (сети BBS);
ƒ компьютерные сети на основе FTN-технологий.
Компьютерные сети основаны на клиент-серверной системе.
Сервер– компьютер, предоставляющий свои ресурсы (файлы, программы, внешние устройства) в общее использование.
• файловый сервер
• сервер печати
• почтовый сервер
Клиент– компьютер, пользующийся услугами сервера.
В зависимости от удаленности компьютеров сети условно разделяют на:
1. глобальные,
2. региональные
3. локальные.
Произвольная глобальная сеть (GAN-Global Area Network) объединяет абонентов, расположенных в различных странах, на различных континентах. Сеть может включать другие глобальные сети, локальные сети, а также отдельно подключаемые к ней компьютеры (удаленные компьютеры) или отдельно подключаемые устройства ввода-вывода. Взаимодействие между абонентами в глобальной сети осуществляется на базе телефонных линий связи, радиосвязи и систем спутниковой связи.
Региональная вычислительная сеть (MAN-Metropolitan Area Network) связывает абонентов, расположенных на значительном расстоянии друг от друга. Она может включать абонентов внутри большого города, экономического региона, отдельной страны. Обычно расстояние между абонентами составляет десятки, сотни километров.
Локальные вычислительные сети (ЛВС), Local Area Network (LAN), объединяют абонентов, расположенных в пределах небольшой территории. В настоящее время не существует четких ограничений на территориальный разброс абонентов ЛВС. Компьютеры в ЛВС могут быть расположены на расстоянии до нескольких километров и обычно соединены при помощи скоростных линий связи со скоростью обмена от 1 до 10 и более Мбит/с.
Топология вычислительной сети во многом определяется структурой сети связи, т.е. способом соединения абонентов друг с другом и ЭВМ. По топологическим признакам ЛВС делятся на сети следующих типов: с общей шиной, кольцевые, иерархические, радиальные и многосвязные
Рис.2 Топология компьютерных сетей
Топология вычислительной сети в ЛВС с общей шиной (Рис. 2, а) характеризуется тем, что одна из машин служит в качестве системного обслуживающего устройства, обеспечивающего централизованный доступ к общим файлам и базам данных, печатающим устройствам и другим вычислительным ресурсам. Сети данного типа приобрели большую популярность благодаря низкой стоимости, высокой гибкости и скорости передачи данных, легкости расширения сети (подключение новых абонентов к сети не сказывается на ее основных характеристиках). К недостаткам шинной топологии следует отнести необходимость использования довольно сложных протоколов и уязвимость в отношении физических повреждений кабеля.
Кольцевая топология (Рис. 2, б) в сети отличается тем, что информация по кольцу может передаваться только в одном направлении и все подключенные ПЭВМ могут участвовать в ее приеме и передаче. При этом абонент-получатель должен пометить полученную информацию специальным маркером, иначе могут появиться «заблудившиеся» данные, мешающие нормальной работе сети.
Как последовательная конфигурация кольцоособенно уязвимо в отношении отказов: выход из строя какого-либо сегмента кабеля приводит к прекращению обслуживания всех пользователей. Разработчики ЛВС приложили немало усилий, чтобы справиться с этой проблемой. Защита от повреждений или отказов обеспечивается либо замыканием кольца на обратный (дублирующий) путь, либо переключением на запасное кольцо. И в том, и в другом случае сохраняется общая кольцевая топология.
Иерархическая ЛВС (конфигурация типа «дерево») представляет собой более развитой вариант структуры ЛВС, построенной на основе общей шины (Рис. 2, в). Дерево образуется путем соединения нескольких шин с корневой системой, где размещаются самые важные компоненты ЛВС. Оно обладает необходимой гибкостью для того, чтобы охватить средствами ЛВС несколько этажей в здании или несколько зданий на одной территории, и реализуется, как правило, в сложных системах, насчитывающих десятки и даже сотни абонентов.
Радиальную (звездообразную) конфигурацию (Рис. 2, г) можно ассматривать как дальнейшее развитие структуры «дерево с корнем» с ответвлением к каждому подключенному устройству. В центре сети обычно размещается коммутирующее устройство, обеспечивающее жизнеспособность системы. ЛВС подобной конфигурации находят наиболее частое применение в автоматизированных учрежденческих системах управления, использующих центральную базу данных. Звездообразные ЛВС, как правило, менее надежны, чем сети с общей шиной или иерархические, но эта проблема решается дублированием аппаратуры центрального узла. К недостаткам можно также отнести значительное потребление кабеля (иногда в несколько раз превышающее расход в аналогичных по возможностям ЛВС с общей шиной или иерархических).
Наиболее сложной и дорогой является многосвязная топология (Рис. 2, д), в которой каждый узел связан со всеми другими узлами сети. Эта топология в ЛВС применяется очень редко, в основном там, где требуются исключительно высокие надежность сети и скорость передачи данных.
-2-
Сетевые протоколы
Протоколы — это набор правил и процедур, регулирующих порядок осуществления некоторой связи.Протоколы реализуются во всех областях деятельности человека, например, дипломатических.
В сетевой среде— это правила и технические процедуры, позволяющие нескольким компьютерам общаться друг с другом.
Различают три определяющих свойства протоколов:
1. Каждый протокол предназначен для различных задач и имеет свои преимущества и недостатки.
2. Протоколы работают на разных уровнях модели OSI. Функции протокола определяются уровнем, на котором он работает.
3. Несколько протоколов могут работать совместно. В этом случае они образуют так называемый стек, или набор протоколов. Как сетевые функции распределяются по всем уровням модели OSI, так и протоколы совместно работают на различных уровнях стека.
Например, Прикладной уровень протокола TCP/IP соответствует уровню Представления модели OSI. В совокупности протоколы определяют полный набор функций и возможностей стека.
Передача данных по сети должна быть разбита на ряд последовательных шагов, каждому из которых соответствует свой протокол.
TCP/IP— стандартный промышленный набор протоколов, обеспечивающий связь в неоднородной среде, т.е. между компьютерами разных типов. Совместимость — одно из основных преимуществ TCP/IP, поэтому его поддерживают большинство ЛВС. Кроме того, TCP/IP предоставляет маршрутизируемый протокол для корпоративных сетей и доступ в Интернет. Из-за своей популярности TCP/IP стал стандартом де-факто для межсетевого взаимодействия. У TCP/ IP есть два главных недостатка: большой размер и недостаточная скорость работы. Но для современных ОС это не является проблемой (проблема только у DOS-клиентов), а скорость работы сравнима со скоростью работы протокола IPX.
Стек TCP/IP включает и другие протоколы:
• SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) — для обмена E-mail;
• FTP (File Transfer Protocol) - для обмена файлами;
• SNMP (Simple Network Management Protocol) — для управления сетью.
TCP/IP разрабатывался специалистами МО США как маршрутизируемый, надежный и функциональный протокол. Он также представляет собой набор протоколов для ГВС. Его назначение — обеспечивать взаимодействие между узлами даже в случае ядерной войны.
Сейчас ответственность за разработку TCP/IP возложена на сообщество Интернет в целом. Установка и настройка TCP/IP требует знаний и опыта со стороны пользователя, однако применение TCP/IP предоставляет ряд существенных преимуществ.
Протокол TCP/IP в точности не соответствует модели OSI. Вместо семи уровней в нем используется только четыре:
1. Уровень сетевого интерфейса.
2. Межсетевой уровень.
3. Транспортный уровень.
4. Прикладной уровень.
В техническом понимании TCP/IP — это не один сетевой протокол, а два протокола, лежащих на разных уровнях (это так называемый стек протоколов). Протокол TCP — протокол транспортного уровня. Он управляет тем, как происходит передача информации. Протокол IP — адресный. Он принадлежит сетевому уровню и определяет, куда происходит передача.
Протокол TCP. Согласно протоколу TCP, отправляемые данные «нарезаются» на небольшие пакеты, после чего каждый пакет маркируется таким образом, чтобы в нем были данные, необходимые для правильной сборки документа на компьютере получателя.
Для понимания сути протокола TCP можно представить игру в шахматы по переписке, когда двое участников разыгрывают одновременно десяток партий. Каждый ход записывается на отдельной открытке с указанием номера партии и номера хода. В этом случае между двумя партнерами через один и тот же почтовый канал работает как бы десяток соединений (по одному на партию). Два компьютера, связанные между собой одним физическим соединением, могут точно так же поддерживать одновременно несколько TСР-соединений. Так, например, два промежуточных сетевых сервера могут одновременно по одной линии связи передавать друг другу в обе стороны множество TCP-пакетов от многочисленных клиентов.
Когда мы работаем в Интернете, то по одной-единственной телефонной линии можем одновременно принимать документы из Америки, Австралии и Европы.
Пакеты каждого из документов поступают порознь, с разделением во времени, и по мере поступления собираются в разные документы.
Протокол IP. Теперь рассмотрим адресный протокол - IP (Internet Protocol), Его суть состоит в том, что у каждого участника Всемирной сети должен быть свой уникальный адрес (IP-адрес). Без этого нельзя говорить о точной доставке TСР-пакетов на нужное рабочее место. Этот адрес выражается очень просто — четырьмя байтами, например: 195.38.46.11.
-3-
Интернет и интранет
Internet (Интернет) - всемирная информационная компьютерная сеть. Самая большая в мире совокупность разнотипных компьютерных сетей. Объединяет миллионы компьютеров, баз данных, файлов и людей.
Каждому компьютеру, подключенному к Интернету, присваивается идентификационный номер, который называется IP-адресом.
При сеансовом подключении к Интернету IP-адрес выделяется компьютеру только на время этого сеанса. Присвоение адреса компьютеру на время сеанса связи называется динамическим распределением IP-адресов. Оно удобно для провайдера, поскольку один и тот же IP-адрес в разные периоды времени может быть выделен разным пользователям. Таким образом, Интернет-провайдер должен иметь по одному IP-адресу на каждый обслуживаемый им модем, а не на каждого клиента.
IP-адрес имеет формат ххх.ххх.ххх.ххх, где ххх — числа от 0 до255. Рассмотрим типичный IP-адрес: 193.27.61.137. Для облегчения запоминания IP-адрес обычно выражают рядом чисел в десятичной системе счисления, разделенных точками. Но компьютеры хранят его в бинарной форме.
На ранней стадии своего развития Интернет состоял из небольшого количества компьютеров, объединенных модемами и телефонными линиями. Тогда пользователи могли установить соединение с компьютером, набрав цифровой адрес, например 163. 25. 51. 132. Это было удобно, пока компьютеров было мало. По мере увеличения их количества цифровые имена стали заменять текстовыми, потому что текстовое имя проще запомнить, чем цифровое.
Когда происходит обращение на Web или посылается e-mail, то используется доменное имя. Например, адрес http://www.microsoft.com содержит доменное имя microsoft.com. Аналогично e-mail-адрес [email protected] содержит доменное имя rambler.ru.
В доменной системе имен реализуется принцип назначения имен с определением ответственности за их подмножество соответствующих сетевых групп.
Каждая группа придерживается этого простого правила. Имена, которые она присваивает, единственны среди множества ее непосредственных подчиненных, поэтому никакие две системы, где бы они ни находились в Интернете, не смогут получить одинаковые имена.
Так же уникальны адреса, указываемые на конвертах при доставке писем обычной почтой. Таким образом, адрес на основе географических и административных названий однозначно определяет точку назначения.
Домены имеют подобную иерархию. В именах домены отделяются друг от друга точками: addressx.msk.ru, addressy.spb.ru. В имени может быть различное количество доменов, но обычно их не больше пяти. По мере движения по доменам в имени слева направо, количество имен, входящих в соответствующую группу, возрастает.
Для перевода буквенного доменного имени в IP-адрес цифрового формата служат DNS-серверы.
В качестве примера рассмотрим адрес group, facult. univers. rst. ru.
Первым в имени стоит название рабочей машины — реального компьютера с IP-адресом. Это имя создано и поддерживается группой facult. Группа входит в более крупное подразделение univers, далее следует домен rst — он определяет имена ростовской части сети, ru- российской.