Классификация компьютерных сетей

Всемирная сеть Internet состоит из компьютерных сетей меньшего размера. По размерам и возможностям сети делятся на локальные (в одном или нескольких зданиях) и глобальные (районные, городские, областные, региональные, а также в масштабе страны или мира).

Для обозначения локальных сетей используется аббревиатура LAN (Local Area Network) или ЛВС, для глобальных сетей используется аббревиатура WAN (Wide Area Network) или ГВС.

По своей структуре глобальная сеть - это всегда некоторое количество соединенных между собой локальных сетей.

Классификацию сетей, помимо деления на сети локальные и глобальные, можно провести и по другим признакам.

По программной совместимости узлов сети делятся на однородные (гомогенные) сети, состоящие из программно-совместимых компьютеров, и на неоднородные (гетерогенные) сети, состоящие из программно-несовместимых компьютеров.

По типу информационного обмена сети делятся на сети с коммутацией каналов, сети с коммутацией пакетов и сети со смешанными системами передачи данных. При коммутации каналов выделяется единственный канал (с частотным или временным разделением) на весь сеанс связи. Т. е. на весь сеанс связи двух абонентов выделяется либо фиксированная частота, либо определенный промежуток времени. При коммутации пакетов канал связи выделяется только на время, необходимое для передачи одного пакета.

Рассмотрим более подробно структуру локальных сетей, т.к. локальные сети являются теми "кирпичиками", из которых строятся более крупные сети. Можно сказать, что Internet состоит из огромного количества локальных сетей.

Топология сети - это один из самых важных признаков, по которому проводят классификацию локальных сетей. Под топологией сети понимают структуру построения сети, т.е. схему соединения узлов между собой. Основные виды топологий локальных сетей приведены на Рис. 1.10.

Кружками на схеме обозначены коммуникационные узлы (компьютеры, hub-ы или другие устройства, через которые осуществляется связь), а квадратиками - терминальные узлы (пользовательские компьютеры, сетевые принтеры и т.п.).

Основные особенности приведенных топологических схем построения сетей состоят в следующем.

1) В локальной вычислительной сети с общей шиной одна из машин служит в качестве системного обслуживающего устройства, обеспечивающего централизованный доступ к общим файлам и базам данных, печатающим устройствам и другим вычислительным ресурсам. Преимущества таких сетей состоят в низкой стоимости, высокой гибкости и скорости передачи данных, легкости расширения сети, не значительно влияющей на ее основные характеристики. Недостатки заключаются в необходимости использования довольно сложных протоколов, прекращении обмена при повреждении кабеля и трудностях при поиске повреждения.

2) В сетях с кольцевой топологией (в основном, сети Token Ring - IBM) каждый узел сети соединен с двумя соседними, информация по кольцу может передаваться только в одном направлении, а все подключенные компьютеры могут участвовать в ее приеме и передаче. При этом абонент-получатель помечает полученную информацию специальным маркером, иначе могут появиться «ничейные» данные, мешающие нормальной работе сети. Преимущества таких сетей состоят в высокой надежности (за счет избыточности). Недостатки связаны с высокой стоимостью из-за расходов на адаптеры, кабели и дополнительные приспособления. Защита от повреждений или отказов обеспечивается либо замыканием кольца на обратный (дублирующий) путь, либо переключением на запасное кольцо.

Рис. 1.10. Основные топологии (структуры) сетей

3) Иерархическая сеть имеет конфигурацию типа «дерево» и обладает необходимой гибкостью для того, чтобы охватить несколько этажей в здании или несколько зданий на одной территории. Она реализуется, как правило, в сложных системах, насчитывающих десятки и даже сотни абонентов.

4) Радиальная (звездообразная) конфигурация сети имеет ответвления от коммутирующего устройства (концентратора или коммутатора) к каждому подключенному устройству. Сети подобной конфигурации находят наиболее частое применение в автоматизированных учрежденческих системах управления, использующих центральную базу данных. Преимущества состоят в устойчивости к повреждениям кабеля и более легком поиске повреждений. Недостатки связаны с тем, что надежность при такой конфигурации ниже, чем в сети с общей шиной или в иерархической. Для повышения надёжности выполняют дублирование аппаратуры центрального узла, однако это приводит к значительному потреблению кабеля и увеличивает стоимость.

5) Многосвязная («каждый с каждым») конфигурация ЛВС является наиболее сложной и дорогой. В ней каждый узел связан со всеми другими узлами сети. Эта топология в LAN применяется очень редко, в основном там, где требуются исключительно высокие надежность сети и скорость передачи данных.

Чаще всего на практике встречаются гибридные LAN, включающие элементы различных топологических схем. Они приспособлены к требованиям конкретного заказчика и сочетают фрагменты шинной, звездообразной и других топологий.

Еще один признак, по которому проводят классификацию сетей, - способ взаимодействия компьютеров в сети. По этому признаку сети делят на одноранговые и централизованные.

Одноранговыми называются сети, в которых все компьютеры равноправны друг с другом и ресурсы одного компьютера доступны для всех остальных.

Преимущества связаны с тем, что это наиболее легкий, дешевый и простой вариант использования программных технологий соединения компьютеров в LAN для передачи файлов между ними, а также для разделения дефицитных ресурсов между несколькими пользователями.

Недостатки связаны с тем, что в одноранговых сетях нет одновременного доступа к данным с нескольких компьютеров. Кроме того, они имеют низкую надежность и производительность.

В централизованных сетях компьютеры не равноправны между собой. Централизованные сети строятся на основе архитектуры "клиент-сервер", которая предполагает выделение в сети компьютеров-серверов и компьютеров-клиентов. Основная задача компьютеров-серверов - управление ресурсами сети и предоставление этих ресурсов компьютерам-клиентам. Такими ресурсами могут быть файловая система, процессорное время, базы данных, принтеры, связь с другими сетями и с Internet-ом, доступ к электронной почте, доступ к архивам, управление факсами и т.д. Соответственно различают файл-серверы, вычислительные серверы, серверы баз данных, коммуникационные серверы, в т.ч. Internet-серверы и серверы электронной почты, серверы архивов, факс-серверы и т.д. При этом один компьютер может выполнять функции одного или нескольких серверов (в последнем случае на одном компьютере устанавливается несколько программ-серверов различного назначения).

Простейшая централизованная сеть состоит только из файл-серверной части, включающей файл-сервер, клиент-серверы и способ взаимодействия между ними.

Более сложная архитектура централизованной сети устанавливает разделение прикладной системы на две части: внешнюю, обращенную к пользователю (клиентскую), и внутреннюю, обслуживающую (серверную).

Клиенты передают серверу запросы на получение информации или на ее изменение, а сервер возвращает клиентам результаты выполнения запросов.

Преимущества централизованных сетей заключаются в возможности доступа к одним и тем же данным (одной и той же программе) одновременно с нескольких рабочих мест. Одновременно повышается производительность клиентского места за счет использования ресурсов сервера, и уменьшается вероятность потери информации после программного или аппаратного сбоя. Дополнительным достоинством является возможность разграничения доступа клиентов к ресурсам (по определенным именам и паролям).

К недостаткам централизованных сетей, по сравнению с одноранговыми, можно отнести значительные финансовые затраты на их создание и эксплуатацию.

Обычно локальные сети крупных организаций с точки зрения способов взаимодействия компьютеров являются смешанными, включающими несколько соединенных между собой централизованных и одноранговых подсетей.