Локальные и глобальные сети. Основные понятия. Типовые топологии. Способы объединения сетей

Размещено на http://www.allbest.ru

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Российский Государственный Университет нефти и газа имени И.М.Губкина

Кафедра Информатики

Реферат по курсу: «Информационные технологии в экономике»

На тему: «Локальные и глобальные сети. Основные понятия. Типовые топологии. Способы объединения сетей»

Выполнили: студенты группы ЭМ 12-04

Мачавариани Вера, Тедеева Линда, Чанов Алексей

Проверила: Седых Любовь Евгеньевна

Москва, 2013

Введение

Способов и средств обмена информацией за последнее время предложено множество: от простейшего переноса файлов с помощью дискеты до всемирной компьютерной сети Интернет, способной объединить все компьютеры мира. Какое же место в этой иерархии отводится локальным сетям?

Чаще всего термин "локальные сети" или "локальные вычислительные сети" (LAN, Local Area Network) понимают буквально, то есть это такие сети, которые имеют небольшие, локальные размеры, соединяют близко расположенные компьютеры. Однако достаточно посмотреть на характеристики некоторых современных локальных сетей, чтобы понять, что такое определение не точно. Например, некоторые локальные сети легко обеспечивают связь на расстоянии нескольких десятков километров. Это уже размеры не комнаты, не здания, не близко расположенных зданий, а, может быть, даже целого города. С другой стороны, по глобальной сети (WAN, Wide Area Network или GAN, Global Area Network) вполне могут связываться компьютеры, находящиеся на соседних столах в одной комнате, но ее почему-то никто не называет локальной сетью. Близко расположенные компьютеры могут также связываться с помощью кабеля, соединяющего разъемы внешних интерфейсов (RS232-C, Centronics) или даже без кабеля по инфракрасному каналу (IrDA). Но такая связь тоже почему-то не называется локальной

Неверно и довольно часто встречающееся определение локальной сети как малой сети, которая объединяет небольшое количество компьютеров. Действительно, как правило, локальная сеть связывает от двух до нескольких десятков компьютеров. Но предельные возможности современных локальных сетей гораздо выше: максимальное число абонентов может достигать тысячи. Называть такую сеть малой неправильно.

Некоторые авторы определяют локальную сеть как "систему для непосредственного соединения многих компьютеров". При этом подразумевается, что информация передается от компьютера к компьютеру без каких-либо посредников и по единой среде передачи. Однако говорить о единой среде передачи в современной локальной сети не приходится. Например, в пределах одной сети могут использоваться как электрические кабели различных типов (витая пара, коаксиальный кабель), так и оптоволоконные кабели. Определение передачи "без посредников" также не корректно, ведь в современных локальных сетях используются репитеры, трансиверы, концентраторы, коммутаторы, маршрутизаторы, мосты, которые порой производят довольно сложную обработку передаваемой информации. Не совсем понятно, можно ли считать их посредниками или нет, можно ли считать подобную сеть локальной.

Основные понятия

При физическом соединении двух или более компьютеров образуется компьютерная сеть. В общем случае, для создания компьютерных сетей необходимо специальное аппаратное обеспечение (сетевое оборудование) и специальное программное обеспечение (сетевые программные средства). Простейшее соединение двух компьютеров для обмена данными называется прямым соединением.

Основной задачей, решаемой при создании компьютерных сетей, является обеспечение совместимости оборудования по электрическим и механическим характеристикам и обеспечение совместимости информационного обеспечения (программ и данных) по системе кодирования и формату данных. Решение этой задачи относится к области стандартизации и основано на так называемой модели OSI (модель взаимодействия открытых систем -- Model of Open System Interconnections). (создана на основе технических предложений Международного института стандартов ISO (International Standards Organization).

Согласно модели ISO/OSI архитектуру компьютерных сетей следует рассматривать на разных уровнях (общее число уровней -- до семи). Самый верхний уровень -- прикладной. На этом уровне пользователь взаимодействует с вычислительной системой. Caмый нижний уровень -- физический. Он обеспечивает обмен сигналами между устройствами. Обмен данными в системах связи происходит путем их перемещения с верхнего уровня на нижний, затем транспортировки и, наконец, обратным воспроизведением на компьютере клиента в результате перемещения с нижнего уровня на верхний.

Для обеспечения необходимой совместимости на каждом из семи возможных уровней архитектуры компьютерной сети действуют специальные стандарты, называемые протоколами. Они определяют характер аппаратного взаимодействия компонентов сети (аппаратные протоколы) и характер взаимодействия программ и данных (программные протоколы). Физически функции поддержки протоколов исполняют аппаратные устройства (интерфейсы) и программные средства (программы поддержки протоколов). Программы, выполняющие поддержку протоколов, также называют протоколами.

Так, например, если два компьютера соединены между собой прямым соединением, то на низшем (физическом) уровне протокол их взаимодействия определяют конкретные устройства физического порта (параллельного или последовательного) и механические компоненты (разъемы, кабель и т.п.). На более высоком уровне взаимодействие между компьютерами определяют программные средства, управляющие передачей данных через порты. Для стандартных портов они находятся в базовой системе ввода/вывода (BIOS). На самом высоком уровне протокол взаимодействия обеспечивает операционная система.

В соответствии с используемыми протоколами компьютерные сети принято разделять на локальные (LAN -- Local Area Network) и глобальные (WAN -- Wide Area Network). Компьютеры локальной сети преимущественно используют единый комплект протоколов для всех участников. По территориальному признаку локальные сети отличаются компактностью. Они могут объединять компьютеры одного помещения, этажа, здания, группы компактно расположенных сооружений. Глобальные сети имеют, как правило, увеличенные географические размеры. Они могут объединять как отдельные компьютеры, так и отдельные локальные сети, в том числе и использующие различные протоколы.

Назначение всех видов компьютерных сетей определяется двумя функциями:

обеспечение совместного использования аппаратных и программных ресурсов сети;

обеспечение совместного доступа к ресурсам данных.

Так, например, все участники локальной сети могут совместно использовать одно общее устройство печати (сетевой принтер) или, например, ресурсы жестких дисков одного выделенного компьютера (файлового сервера). Это же относится и к программному, и к информационному обеспечению. Если в сети имеется специальный компьютер, выделенный для совместного использования участниками сети он называется файловым сервером. Компьютерные сети, в которых нет выделенного сервера, а все локальные компьютеры могут общаться друг с другом на «равных правах» (обычно это небольшие сети), называются одноранговыми.

Группы сотрудников, работающих над одним проектом в рамках локальной сети называются рабочими группами. В рамках одной локальной сети могут работа несколько рабочих групп. У участников рабочих групп могут быть разные права для доступа к общим ресурсам сети. Совокупность приемов разделения и ограничения прав участников компьютерной сети называется политикой сети. Управление сетевыми политиками (их может быть несколько в одной сети) называет администрированием сети. Лицо, управляющее организацией работы участников локальной компьютерной сети, называется системным администратором.

Создание локальных сетей характерно для отдельных предприятий или отдельных подразделений предприятий. Если предприятие (или отрасль) занимает обширную территорию, то отдельные локальные сети могут объединяться в глобальные сети. В этом случае локальные сети связывают между собой с помощью любых традиционных каналов связи (кабельных, спутниковых, радиорелейных и т. п.). При соблюдении специальных условий для этой цели могут бы использованы даже телефонные каналы, хотя они в наименьшей степени удовлетворяют требованиям цифровой связи.

Для связи между собой нескольких локальных сетей, работающих по разным протоколам, служат специальные средства, называемые шлюзами. Шлюзы могут бы: как аппаратными, так и программными. Например, это может быть специальный компьютер (шлюзовый сервер), а может быть и компьютерная программа. В последнем случае компьютер может выполнять не только функцию шлюза, но и какие-то иные функции, типичные для рабочих станций.

При подключении локальной сети предприятия к глобальной сети важную роль играет понятие сетевой безопасности. В частности, должен быть ограничен доступ в локальную сеть для посторонних лиц извне, а также ограничен выход за пределы локальной сети для сотрудников предприятия, не имеющих соответствующих прав. Для обеспечения сетевой безопасности между локальной и глобальной сетью устанавливают так называемые брандмауэры. Брандмауэром может быть специальный компьютер или компьютерная программа, препятствующая несанкционированному перемещению данных между сетями.

Эволюция сетей

Первоначально сети представляли собой нестандартизованные средства взаимодействия автономных компьютеров в нескольких же нестандартизованных вычислительных системах (в настоящее время их называют терминальными сетями. В таких средах прикладное программное обеспечение работало только под управлением единственной операционной системы. Эта операционная система, в свою очередь, могла надежно функционировать только на аппаратных платформах одного и того же производителя.

В период царствования таких цельных систем отдельных изготовителей произошло два события, изменивших ход развития компьютерных технологий. Во-первых, начали появляться первые примитивные предшественники современных персональных компьютеров (с начала 70-х гг.). Новизна этих устройств заключалась в том, что вся их вычислительная мощность сосредотачивалась непосредственно на рабочем столе. Во-вторых, ученые в исследовательском центре компании Xerox приступили к поискам средств повышения производительности отдельных коллективов. В частности, они начали новый способ совместного использования файлов и данных: рабочими станциями. Как стало известно впоследствии, основной причиной принципиально нового технологического решения оказалась обычная человеческая лень - ученым просто надоело бегать между компьютерами с дискетами.

В результате появилась на свет первая локальная сеть (Local Area Network - LAN), которая получила название "ethernet". Это была примитивная сеть, но рыночный потенциал этой технологии был очевиден и первоначальная версия ethernet, известная сейчас как Ethernet I, была вытеснена улучшенной Ethernet II. Эта версия разработана компаниями Xerox, Digital и Intel, которые совместными усилиями установили "стандарты" для Ethernet II и разработали соответствующие технологии.

Интеллектуальные пользовательские устройства в сочетании с локальными сетями породили новую парадигму -- открытые распределенные вычислительные системы.

Интересна история появления первой распределенной сети, впоследствии превратившейся в сеть Internet. В разгар "холодной войны", в конце 60-х гг. по заказу министерства обороны США началась разработка сети, которая должна была связать между собой компьютеры военного ведомства, и в первую очередь компьютеры исследовательских центров, для ускорения научных исследований в интересах обороны. В январе 1969 г. была запущена система, связавшая между собой четыре компьютера в разных концах США (испытания длились 10 мин.). А через год новая информационная сеть, названная APRANet, уже приступила к работе. С каждым годом APRANet росла и развивалась. В сеть включались все новые и новые участники: право доступа в сеть начали требовать сначала все крупные лаборатории, потом - более мелкие, затем -учебные заведения... В 1973 году впервые через сеть оказались соединены компьютеры разных стран: сеть стала международной. В итоге, когда в сеть оказались соединены тысячи компьютеров, стало ясно: необходимо полностью переработать механизм доступа в APRANet. Такой механизм, названный "протоколом TCP/IP" (Transmission Control Protocol/Internet Protocol), был введен в 1983 году.

Рождение протокола ТСР/IР, позволяющего пользователям с легкостью подключаться к сети при помощи обыкновенной телефонной линии, совпало с другим событием - разделением APRANet. Военные выделили часть компьютеров в новую сеть, получившую название MILNet, а остальное пространство Сети оставили на усмотрение жаждущей коммуникаций общественности. Так родился Internet.

14 апреля 1998 года история Internet вышла на второй виток: в США состоялся торжественный "запуск" новой сети, получившей название "Internet -2". Создателями новой сети стали крупнейшие учебные заведения, научные и исследовательские учреждения, крупные корпорации США. Скорость передачи информации в Internet-2 просто потрясает воображение, - она превышает более чем в 1000 раз возможности самых быстрых каналов сегодняшней сети. Понятно, что с приходом Internet-2 такие понятия, как "компьютерное телевидение", передача "живого видео" в реальном времени и даже "Internet-кинематограф" переходит из области фантастики в разряд бытовых, привычных явлений.

Основные понятия и службы Интернет

Интернет это глобальная компьютерная сеть, объединяющая большое количество локальных сетей. Каждая локальная сеть называется узлом или сайтом, а юридическое лицо, обеспечивающее работу сайта -провайдером. Сайт состоит из нескольких компьютеров - серверов, каждый из которых предназначен для хранения информации в определенном формате. Для подключения к Интернет пользователь должен заключить контракт на обслуживание с одним из провайдеров в своем регионе.

Компьютер, подключенный к Интернет и используемый для связи с другими компьютерами сети называется хостом. Для идентификации хоста в сети совместно используются следующие два способа адресации:

IP-адрес, аналогичный телефонному номеру. IP-адрес назначается провайдером и состоит из четырех групп цифр, разделенных точками. Каждый хост должен иметь свой уникальный IP-адрес;

доменное имя или DNS, тоже назначаемое провайдером и состоящее из простых доменов, разделенных точками, например, "win.smtp.dol.ru". Каждый домен представляет некоторое множество компьютеров, являющееся подмножеством домена, расположенного правее его.

Указание способа организации информации на конкретном хосте и идентификация размещенного на нем определенного информационного ресурса осуществляются посредством системы адресации, называемойURL (Uniform Resource Locator), например: http://home.microsoft.com/intl/ru/www_tour.html. Здесь http:// - тип протокола, указывающий, что адрес относится к хосту, являющемуся WWW-сервером; home.microsoft.com - доменное имя хоста; /Intl/ru/ - подкаталоги хоста; www_tour.html - имя файла.

Основной протокол, по которому работает Интернет, - это протокол TCP/IP, совмещающий протоколы передачи TCP (Transmission Control Protocol) и идентификации хостов IP (Internet Protocol). 

Рассмотрим основные службы Интернет.

Электронная почта (E-mail) - это одна из служб Интернет. Каждому абоненту назначается электронный адрес, аналогичный почтовому. Абоненту может пересылаться текстовая информация, а также файлы произвольного типа. Посланная абоненту информация сохраняется на специальном почтовом сервере в "почтовом ящике" абонента. Сервером может быть личный компьютер, сервер по месту работы или специализированный почтовый сервер. Например, почтовым является сервер mail.ru. Любой пользователь, имеющий доступ к Интернет, может организовать на нем свой почтовый ящик. Для этого следует обратиться по адресу http://www.mail.ru, зарегистрироваться, указав данные о себе, а также имя почтового ящика и пароль для доступа к нему. Допустим, введено имя Ivanov, тогда электронный адрес будет выглядеть так: Ivanov@mail.ru. Если такое имя уже зарегистрировано, через некоторое время Вам будет предложено изменить имя. Основное достоинство использования специализированного сервера - возможность доступа к своему почтовому ящику в любое время и из любой точки земного шара. По сравнению с обычной почтой, электронная является более оперативной и дешевой.

World Wide Web (WWW) - это всемирная информационная паутина. Посредством WWW можно просматривать видеофильмы, слушать музыку, играть в игры, обращаться к различным информационным источникам. Информация в WWW организована в виде гипертекста: в просматриваемом документе имеются гиперссылки (это могут быть слова или рисунки), щелчок по которым мышью выводит на экран документ, на который сделана ссылка. При этом этот документ может храниться совсем на другом сайте.

Служба FTP или File Transfer Protocol предназначена пересылки файлов. При этом способе пересылки файлы становятся доступными только после их копирования на свой компьютер. Несмотря на то, что пересылка файлов может быть выполнена и средствами WWW, FTP - системы остаются популярными из-за их быстродействия, простоты и наличия развитых средств защиты файлов.

Система телеконференций представляет собой совокупность документов, сгруппированных по определенным темам. Пользователь, указав интересующие его темы, может просматривать соответствующие документы и публиковать свои. Очень часто за возможность публикации требуется дополнительная оплата.

Интернет имеет и другие службы, однако, перечисленные выше являются наиболее популярными.

Топология локальных сетей

Под топологией (компоновкой, конфигурацией, структурой) компьютерной сети обычно понимается физическое расположение компьютеров сети друг относительно друга и способ соединения их линиями связи. Важно отметить, что понятие топологии относится, прежде всего, к локальным сетям, в которых структуру связей можно легко проследить. В глобальных сетях структура связей обычно скрыта от пользователей и не слишком важна, так как каждый сеанс связи может производиться по собственному пути.

Топология определяет требования к оборудованию, тип используемого кабеля, допустимые и наиболее удобные методы управления обменом, надежность работы, возможности расширения сети. И хотя выбирать топологию пользователю сети приходится нечасто, знать об особенностях основных топологий, их достоинствах и недостатках надо.

Существует три, базовые топологии сети

Шина (bus) -- все компьютеры параллельно подключаются к одной линии связи. Информация от каждого компьютера одновременно передается всем остальным компьютерам (рис. 1.5).

Рис. 1.5. Сетевая топология шина

Звезда (star) -- к одному центральному компьютеру присоединяются остальные периферийные компьютеры, причем каждый из них использует отдельную линию связи (рис. 1.6). Информация от периферийного компьютера передается только центральному компьютеру, от центрального -- одному или нескольким периферийным.

Рис. 1.6. Сетевая топология звезда

Кольцо (ring) -- компьютеры последовательно объединены в кольцо. Передача информации в кольце всегда производится только в одном направлении. Каждый из компьютеров передает информацию только одному компьютеру, следующему в цепочке за ним, а получает информацию только от предыдущего в цепочке компьютера (рис. 1.7.)

Рис. 1.7. Сетевая топология кольцо

На практике нередко используют и другие топологии локальных сетей, однако большинство сетей ориентировано именно на три базовые топологии.

Прежде чем перейти к анализу особенностей базовых сетевых топологий, необходимо выделить некоторые важнейшие факторы, влияющие на физическую работоспособность сети и непосредственно связанные с понятием топология.

Исправность компьютеров (абонентов), подключенных к сети. В некоторых случаях поломка абонента может заблокировать работу всей сети. Иногда неисправность абонента не влияет на работу сети в целом, не мешает остальным абонентам обмениваться информацией.

Исправность сетевого оборудования, то есть технических средств, непосредственно подключенных к сети (адаптеры, трансиверы, разъемы и т.д.). Выход из строя сетевого оборудования одного из абонентов может сказаться на всей сети, но может нарушить обмен только с одним абонентом.

Целостность кабеля сети. При обрыве кабеля сети (например, из-за механических воздействий) может нарушиться обмен информацией во всей сети или в одной из ее частей. Для электрических кабелей столь же критично короткое замыкание в кабеле.

Ограничение длины кабеля, связанное с затуханием распространяющегося по нему сигнала. Как известно, в любой среде при распространении сигнал ослабляется (затухает). И чем большее расстояние проходит сигнал, тем больше он затухает (рис. 1.8). Необходимо следить, чтобы длина кабеля сети не была больше предельной длины Lпр, при превышении которой затухание становится уже неприемлемым (принимающий абонент не распознает ослабевший сигнал).

Рис. 1.8. Затухание сигнала при распространении по сети

Топология шина

Топология шина (или, как ее еще называют, общая шина) самой своей структурой предполагает идентичность сетевого оборудования компьютеров, а также равноправие всех абонентов по доступу к сети. Компьютеры в шине могут передавать только по очереди, так как линия связи в данном случае единственная. Если несколько компьютеров будут передавать информацию одновременно, она исказится в результате наложения (конфликта, коллизии). В шине всегда реализуется режим так называемого полудуплексного (half duplex) обмена (в обоих направлениях, но по очереди, а не одновременно).

В топологии шина отсутствует явно выраженный центральный абонент, через которого передается вся информация, это увеличивает ее надежность (ведь при отказе центра перестает функционировать вся управляемая им система). Добавление новых абонентов в шину довольно просто и обычно возможно даже во время работы сети. В большинстве случаев при использовании шины требуется минимальное количество соединительного кабеля по сравнению с другими топологиями.

Поскольку центральный абонент отсутствует, разрешение возможных конфликтов в данном случае ложится на сетевое оборудование каждого отдельного абонента. В связи с этим сетевая аппаратура при топологии шина сложнее, чем при других топологиях. Тем не менее из-за широкого распространения сетей с топологией шина стоимость сетевого оборудования не слишком высока.

Рис. 1.9. Обрыв кабеля в сети с топологией шина

Важное преимущество шины состоит в том, что при отказе любого из компьютеров сети, исправные машины смогут нормально продолжать обмен.

Казалось бы, при обрыве кабеля получаются две вполне работоспособные шины (рис. 1.9). Однако надо учитывать, что из-за особенностей распространения электрических сигналов по длинным линиям связи необходимо предусматривать включение на концах шины специальных согласующих устройств, терминаторов, показанных на рис. 1.5 и 1.9 в виде прямоугольников. Без включения терминаторов сигнал отражается от конца линии и искажается так, что связь по сети становится невозможной. В случае разрыва или повреждения кабеля нарушается согласование линии связи, и прекращается обмен даже между теми компьютерами, которые остались соединенными между собой. Подробнее о согласовании будет изложено в специальном разделе книги. Короткое замыкание в любой точке кабеля шины выводит из строя всю сеть.

Отказ сетевого оборудования любого абонента в шине может вывести из строя всю сеть. К тому же такой отказ довольно трудно локализовать, поскольку все абоненты включены параллельно, и понять, какой из них вышел из строя, невозможно.

При прохождении по линии связи сети с топологией шина информационные сигналы ослабляются и никак не восстанавливаются, что накладывает жесткие ограничения на суммарную длину линий связи. Причем каждый абонент может получать из сети сигналы разного уровня в зависимости от расстояния до передающего абонента. Это предъявляет дополнительные требования к приемным узлам сетевого оборудования.

Если принять, что сигнал в кабеле сети ослабляется до предельно допустимого уровня на длине Lпр, то полная длина шины не может превышать величины Lпр. В этом смысле шина обеспечивает наименьшую длину по сравнению с другими базовыми топологиями.

Для увеличения длины сети с топологией шина часто используют несколько сегментов (частей сети, каждый из которых представляет собой шину), соединенных между собой с помощью специальных усилителей и восстановителей сигналов -- репитеров илиповторителей (на рис. 1.10 показано соединение двух сегментов, предельная длина сети в этом случае возрастает до 2 Lпр, так как каждый из сегментов может быть длиной Lпр). Однако такое наращивание длины сети не может продолжаться бесконечно. Ограничения на длину связаны с конечной скоростью распространения сигналов по линиям связи.

Рис. 1.10. Соединение сегментов сети типа шина с помощью репитера

Топология звезда

Звезда -- это единственная топология сети с явно выделенным центром, к которому подключаются все остальные абоненты. Обмен информацией идет исключительно через центральный компьютер, на который ложится большая нагрузка, поэтому ничем другим, кроме сети, он, как правило, заниматься не может. Понятно, что сетевое оборудование центрального абонента должно быть существенно более сложным, чем оборудование периферийных абонентов. О равноправии всех абонентов (как в шине) в данном случае говорить не приходится. Обычно центральный компьютер самый мощный, именно на него возлагаются все функции по управлению обменом. Никакие конфликты в сети с топологией звезда в принципе невозможны, так как управление полностью централизовано.

Если говорить об устойчивости звезды к отказам компьютеров, то выход из строя периферийного компьютера или его сетевого оборудования никак не отражается на функционировании оставшейся части сети, зато любой отказ центрального компьютера делает сеть полностью неработоспособной. В связи с этим должны приниматься специальные меры по повышению надежности центрального компьютера и его сетевой аппаратуры.

Обрыв кабеля или короткое замыкание в нем при топологии звезда нарушает обмен только с одним компьютером, а все остальные компьютеры могут нормально продолжать работу.

В отличие от шины, в звезде на каждой линии связи находятся только два абонента: центральный и один из периферийных. Чаще всего для их соединения используется две линии связи, каждая из которых передает информацию в одном направлении, то есть на каждой линии связи имеется только один приемник и один передатчик. Это так называемая передача точка-точка. Все это существенно упрощает сетевое оборудование по сравнению с шиной и избавляет от необходимости применения дополнительных, внешних терминаторов.

Проблема затухания сигналов в линии связи также решается в звезде проще, чем в случае шины, ведь каждый приемник всегда получает сигнал одного уровня. Предельная длина сети с топологией звезда может быть вдвое больше, чем в шине (то есть 2 Lпр), так как каждый из кабелей, соединяющий центр с периферийным абонентом, может иметь длину Lпр.

Серьезный недостаток топологии звезда состоит в жестком ограничении количества абонентов. Обычно центральный абонент может обслуживать не более 8--16 периферийных абонентов. В этих пределах подключение новых абонентов довольно просто, но за ними оно просто невозможно. В звезде допустимо подключение вместо периферийного еще одного центрального абонента (в результате получается топология из нескольких соединенных между собой звезд).

Звезда, показанная на рис. 1.6, носит название активной или истинной звезды. Существует также топология, называемая пассивной звездой, которая только внешне похожа на звезду (рис. 1.11). В настоящее время она распространена гораздо более широко, чем активная звезда. Достаточно сказать, что она используется в наиболее популярной сегодня сети Ethernet.

В центре сети с данной топологией помещается не компьютер, а специальное устройство -- концентратор или, как его еще называют, хаб (hub), которое выполняет ту же функцию, что и репитер, то есть восстанавливает приходящие сигналы и пересылает их во все другие линии связи.

Рис. 1.11. Топология пассивная звезда и ее эквивалентная схема

Топология кольцо

Кольцо -- это топология, в которой каждый компьютер соединен линиями связи с двумя другими: от одного он получает информацию, а другому передает. На каждой линии связи, как и в случае звезды, работает только один передатчик и один приемник (связь типа точка-точка). Это позволяет отказаться от применения внешних терминаторов.

Важная особенность кольца состоит в том, что каждый компьютер ретранслирует (восстанавливает, усиливает) приходящий к нему сигнал, то есть выступает в роли репитера. Затухание сигнала во всем кольце не имеет никакого значения, важно только затухание между соседними компьютерами кольца. Если предельная длина кабеля, ограниченная затуханием, составляет Lпр, то суммарная длина кольца может достигать NLпр, где N -- количество компьютеров в кольце. Полный размер сети в пределе будет NLпр/2, так как кольцо придется сложить вдвое. На практике размеры кольцевых сетей достигают десятков километров (например, в сети FDDI). Кольцо в этом отношении существенно превосходит любые другие топологии.

Четко выделенного центра при кольцевой топологии нет, все компьютеры могут быть одинаковыми и равноправными. Однако довольно часто в кольце выделяется специальный абонент, который управляет обменом или контролирует его. Понятно, что наличие такого единственного управляющего абонента снижает надежность сети, так как выход его из строя сразу же парализует весь обмен.

Строго говоря, компьютеры в кольце не являются полностью равноправными (в отличие, например, от шинной топологии). Ведь один из них обязательно получает информацию от компьютера, ведущего передачу в данный момент, раньше, а другие -- позже. Именно на этой особенности топологии и строятся методы управления обменом по сети, специально рассчитанные на кольцо. В таких методах право на следующую передачу (или, как еще говорят, на захват сети) переходит последовательно к следующему по кругу компьютеру. Подключение новых абонентов в кольцо выполняется достаточно просто, хотя и требует обязательной остановки работы всей сети на время подключения. Как и в случае шины, максимальное количество абонентов в кольце может быть довольно велико (до тысячи и больше). Кольцевая топология обычно обладает высокой устойчивостью к перегрузкам, обеспечивает уверенную работу с большими потоками передаваемой по сети информации, так как в ней, как правило, нет конфликтов (в отличие от шины), а также отсутствует центральный абонент (в отличие от звезды), который может быть перегружен большими потоками информации.

Рис. 1.12. Сеть с двумя кольцами

Сигнал в кольце проходит последовательно через все компьютеры сети, поэтому выход из строя хотя бы одного из них (или же его сетевого оборудования) нарушает работу сети в целом. Это существенный недостаток кольца.

Точно так же обрыв или короткое замыкание в любом из кабелей кольца делает работу всей сети невозможной. Из трех рассмотренных топологий кольцо наиболее уязвимо к повреждениям кабеля, поэтому в случае топологии кольца обычно предусматривают прокладку двух (или более) параллельных линий связи, одна из которых находится в резерве.

Иногда сеть с топологией кольцо выполняется на основе двух параллельных кольцевых линий связи, передающих информацию в противоположных направлениях (рис. 1.12). Цель подобного решения -- увеличение (в идеале -- вдвое) скорости передачи информации по сети. К тому же при повреждении одного из кабелей сеть может работать с другим кабелем (правда, предельная скорость уменьшится).

Способы объединения сетей

Сети могут объединяться с помощью разных устройств. На физическом уровне сети объединяются повторителями или концентраторами, которые просто переносят биты из одной сети в другую такую же сеть. Чаще всего это аналоговые устройства, ничего не смыслящие в цифровых протоколах (они просто-напросто регенерируют сигналы).

Если мы поднимемся на уровень выше, мы обнаружим мосты и коммутаторы, работающие на уровне передачи данных. Они могут принимать кадры, анализировать их МАС-адреса, направлять их в другие сети, осуществляя по ходу дела минимальные преобразования протоколов, например из Ethernet в FDDI или в 802.11.

На сетевом уровне у нас есть маршрутизаторы, соединяющие две сети. Если сетевые уровни у них разные, маршрутизатор может обеспечить перевод пакета из одного формата в другой, хотя такие преобразования сейчас выполняются все реже. Маршрутизатор может поддерживать несколько протоколов, тогда он называется мультипротокольным маршрутизатором.

На транспортном уровне существуют транспортные шлюзы, предоставляющие интерфейсы для соединений своего уровня. Транспортный шлюз позволяет, к примеру, передавать пакеты из сети TCP в сеть SNA (протоколы транспортного уровня у них различаются), склеивая одно соединение с другим.

Наконец, на прикладном уровне шлюзы занимаются преобразованием семантики сообщений. Например, шлюзы между электронной почтой Интернета (RFC 822) и электронной почтой Х.400 должны анализировать содержимое сообщений и изменять различные поля электронного конверта.

Сосредоточим наше внимание на объединении сетей на сетевом уровне. Чтобы понять, в чем состоит его отличие от объединения на уровне передачи данных, рассмотрим рис. 5.38. На рис. рис. 5.38, а источник S пытается послать пакет приемнику D. Эти две машины работают в разных сетях Ethernet, соединенных коммутатором. Источник S вставляет пакет в кадр и отправляет его. Кадр прибывает на коммутатор, который по МАС-адресу определяет, что его надо переслать в ЛВС 2. Коммутатор просто снимает кадр с ЛВС 1 и передает его в ЛВС 2. Функции подуровней. Уровень MAC получает кадр от уровня LLC и добавляет к нему адрес узла-источника, дополняет поле данных байтами-заполнителями до минимально допустимого размера, если это требуется, а затем вычисляет контрольную сумму и помещает ее в соответствующее поле. После этого кадр передается на физический уровень.

ЛВС 1 ЛВС 2 ЛВС 1 ЛВС 2

Рис. 5.38. Две сети Ethernet, объединенные коммутатором (а); две сети Ethernet, объединенные маршрутизаторами (б)

компьютерная сеть интернет топология

Теперь рассмотрим ту же ситуацию, но с применением другого оборудования. Допустим, две сети Ethernet объединены не коммутатором, а парой маршрутизаторов. Маршрутизаторы между собой соединены двухточечной линией, которая может представлять собой, например, выделенную линию длиной в тысячи километров. Что в данном случае будет происходить с кадром? Он принимается маршрутизатором, из его поля данных извлекается пакет. Далее маршрутизатор анализирует содержащийся в пакете адрес (например, IP-адрес). Этот адрес нужно отыскать в таблице маршрутизации. В соответствии с ним принимается решение об отправке пакета (возможно, упакованного в кадр нового вида -- это зависит от протокола, используемого линией) на удаленный маршрутизатор. На противоположном конце пакет вставляется в поле данных кадра Ethernet и помещается в ЛВС 2.

В чем заключается основная разница между случаем коммутации (установки моста) и маршрутизации? Коммутатор (мост) пересылает весь пакет, обосновывая свое решение значением МАС-адреса. При применении маршрутизатора пакет извлекается из кадра, и для принятия решения используется адрес, содержащийся именно в пакете. Коммутаторы не обязаны вникать в подробности устройства протокола сетевого уровня, с помощью которого производится коммутация. А маршрутизаторы обязаны.

В начале 70-х годов появились большие интегральные схемы. Их невысокая стоимость и высокие функциональные возможности привели к созданию мини-компьютеров, которые стали реальными конкурентами мэйнфреймов. Стоимость миникомпьютерной системы была меньше. Небольшие предприятия получили возможность покупать для себя компьютеры. Мини-компьютеры выполняли задачи управления технологическим оборудованием, складом и другие задачи уровня подразделения предприятия. Появилась концепция распределения компьютерных ресурсов по всему предприятию. Однако при этом все компьютеры продолжали работать автономно. 

Размещено на http://www.allbest.ru