Модуль 2. Компьютерные сети.

Лекция 2.

Компьютерная сеть. Топология сети.

Виды сетей.

Компьютерная сеть — это способ объединения компьютеров таким образом, чтобы один из них мог общаться с любым другим и использовать данные, хранящиеся в общей базе данных, т.е. компьютерная сеть – это способ электронного взаимодействия 2-х и более компьютеров. Компьютерная сеть представляет собой систему распределенной обработки информации. Для работы в сети, каждый компьютер должен иметь специальное программное обеспечение, сконфигурированное для поддержки сетевых операций.

При рассмотрении компьютерных сетей широко используются понятия клиент и сервер. Под сервером понимается компьютер, предоставляющий свои ресурсы другим компьютерам, называемым клиентами.

Соединение компьютеров в сеть осуществляется: 1) с помощью кабеля телефонного, оптоволоконного или коаксиального; 2) без использования кабеля, с помощью радиосигналов или световых волн; 3) с помощью телефонной сети, которая в этом случае используется как часть компьютерной сети.

Можно назвать несколько причин необходимости компьютерной сети:

1) сетевое соединение компьютеров обеспечивает обмен информацией;

2) доступ к получению информации из огромной базы данных непосредственно на персональный компьютер пользователя;

3) электронная почта (E-mail) — один из самых популярных видов общения; 4) возможность использования принтера и сканера в сети: вместо того, чтобы покупать эти устройства для каждого служащего, можно купить несколько принтеров и поместить их в компьютерную сеть.

Наличие компьютерных сетей — это не только благо, но и дополнительные проблемы.

Например: 1) для обслуживания сетей требуется очень высококвалифицированные специалисты по сетям; 2) часть или вся сеть может перестать работать, только потому, что в каком-то компьютере поставили программное обеспечение, которое с данной сетью не очень хорошо взаимодействует; 3) могут происходить технические неполадки, например, разрывы кабелей; 4) из-за чрезмерной загрузки информацией при компьютерном общении всё начинает работать очень медленно.

Компьютерные сети делятся на глобальные и локальные. Глобальные охватывают значительные территории, это может быть отдельное государство, один или несколько континентов.

Компьютерная сеть имеет определенную архитектуру, которая определяется топологией (структура связей между основными элементами), протоколами (правила взаимодействия функциональных элементов сети), интерфейсами (средства сопряжения функциональных элементов сети), сетевыми техническими средствами (устройства, обеспечивающие объединение компьютеров в единую сеть, например, сетевые контроллеры, узлы коммутации и другие) и программными средствами (сетевые операционные системы, вспомогательные сервисные программы).

Топология сети

При объединении в сеть большого числа компьютеров возникает целый комплекс проблем. Прежде всего, необходимо выбрать способ организации физических связей, то есть, топологию. Под топологией вычислительной сети понимается конфигурация графа, вершинам которого соответствуют компьютеры сети (которые часто называют станциями или узлами сети), а ребрам – физические связи между ними. Конфигурация физических связей определяется электрическими соединениями компьютеров между собой и может отличаться от конфигурации логических связей между узлами сети. Логические связи представляют собой маршруты передачи данных между узлами сети и образуются путем соответствующей настройки коммуникационного оборудования.

1. Одноранговыесети — сети, в которых все компьютеры подключаются к одному коаксиальному кабелю и они равноправны. Такое соединение компьютеров называется локальной сетью типа «линейная шина»или«общая шина».Передаваемая информация может распространяться в обе стороны. Применение общей шины снижает стоимость проводки, унифицирует подключение различных модулей, обеспечивает возможность почти мгновенного обращения ко всем станциям сети. В данном случае пользователи сами решают, какие ресурсы своего компьютера сделать общедоступными по сети.

Недостатки: 1) низкая надежность: любой дефект кабеля или какого-нибудь разъёма, полностью парализует всю сеть; 2) невысокая производительность, так как в каждый момент времени только один компьютер может передавать данные в сеть.

2. «Звезда». В этом случае каждый компьютер подключается отдельным кабелем к общему устройству, называемому концентраторомилихабом (от англ. hub), в функции которого входит направление передаваемой компьютером информации одному или всем остальным компьютерам сети.

Преимущество – высокая надежность; неисправности одного компьютера не влияют на работу всей сети. Только неисправность концентратора может вывести из строя всю сеть.

Недостатки: 1) высокая стоимость сетевого оборудования, в частности, концентратора; 2) возможность наращивания количества узлов в сети ограничиваются количеством портов концентратора.

Для большей надежности хранения информации, выделяется специальный компьютер для хранения файлов или программ приложений. Такой компьютер называют сервером, а локальную сеть — сетью на основе сервера.

Кольцеваятопология. В сетях с кольцевой топологией данные передаются по кольцу от одного компьютера к другому, как правило, в одном направлении. Если компьютер распознает данные как «свои», то он копирует их себе во внутренний буфер. В этой сети необходимы защитные меры, чтобы при отключении какой-либо станции, не прервалась связь между остальными. Кольцо – удобная конфигурация для организации обратной связи – данные, сделав полный оборот, возвращаются к узлу-источнику. Поэтому этот узел может контролировать процесс доставки данных адресату.

4. Полносвязнаятопология. Этот вид соответствует сети, в которой каждый компьютер связан со всеми остальными. Несмотря на логическую простоту, этот вариант оказывается громоздким и неэффективным. Каждый компьютер в сети должен иметь большое количество коммуникационных портов. Для каждой пары должна быть выделена отдельная линия связи. Применяется редко.

5. Ячеистая топология. Получается из полносвязной путем удаления некоторых возможных связей. Непосредственно связываются только те компьютеры, между которыми происходит интенсивный обмен данными, а для обмена данными между другими компьютерами используются транзитные передачи через промежуточные узлы. Ячеистая топология допускает соединение большого количества компьютеров и характерна больше для глобальных сетей.

6. Древовидная структура сети. Наряду с известными топологиями вычислительных сетей «кольцо», «звезда» и «шина», на практике применяется и комбинированная, например древовидная структура. Она образуется в основном в виде комбинаций вышеназванных топологий вычислительных сетей. Основание дерева вычислительной сети (корень) располагается в точке, в которой собираются коммуникационные линии информации (ветви дерева). Применяется там, где невозможно применение базовых сетевых структур в чистом виде. Для подключения большого числа рабочих станций соответственно адаптерным платам применяют сетевые усилители и/или коммутаторы. Коммутатор, обладающий одновременно и функциями усилителя, называют активным концентратором.

Каждый компьютер, включенный в сеть, должен иметь специальную плату (сетевой адаптер). Через сетевые адаптеры с помощью кабелей различных типов происходит соединение компьютеров между собой.

Скорость передачи информации по сети – одна из важнейших характеристик локальных сетей, зависящая от типов сетевых адаптеров и кабелей.

Основная функция сетевого адаптера — прием и передача информации из сети. Сетевые адаптеры стараются использовать такие, которые могут объединить в сеть компьютеры различных аппаратных и программных возможностей: IBM – совместимые, Macintoch, Unix.

Компьютерные сети можно классифицировать по следующим назначениям:

• сети терминального обслуживания (подключение ЭВМ и периферийного оборудования);
• сети систем управления производством;
• сети, объединяющие системы автоматизации и проектирования
• сети, на базе которых построены распределенные вычислительные системы.

Компьютерные сети работают на стандарте Open Systems Interconnection (OSI), разработанном Международной организацией по стандартизации (ISO – International Standards Organization). Модель взаимодействия открытых систем (OSI) является международным стандартом для передачи данных.

Модель содержит семь уровней:

1. физический – битовые протоколы передачи информации;
2. канальный - формирование кадров, управление доступом к среде;
3. сетевой – маршрутизация, управление потоками данных;
4. транспортный – обеспечение взаимодействия удаленных процессов;
5. сеансовый – поддержка диалога между удаленными порцессами;
6. представление данных – интерпретация передаваемых данных;
7. прикладной – пользовательское управление данными.

На физическом уровне определяются электрические, механические, функциональные и процедурные параметры для связи в системах.

Канальный уровень формирует из данных, передаваемых на I уровне, так называемые «кадры», последовательности кадров. На этом уровне осуществляется управление доступом к передающей среде, используемой несколькими ЭВМ, синхронизация, обнаружение и устранение ошибок.

Сетевойуровень устанавливает связь в сети между двумя абонентами. Соединение происходит благодаря функциям маршрутизации, которые требуют наличия сетевого адреса в пакете. На этом уровне также обеспечивается обработка ошибок, управление потоками данных.

Транспортныйуровень поддерживает непрерывную передачу данных между двумя взаимодействующими друг с другом пользовательскими процессами. Непрерывная и безошибочная передача данных гарантируется качеством транспортировки, безошибочностью передачи, независимостью сетей, сервисом транспортировки из конца в конец, адресацией и минимизацией затрат.

Сеансовый уровень координирует приём, передачу и выдачу одного сеанса связи. Для этого необходимы: контроль рабочих параметров, управление потоками данных промежуточных накопителей, диалоговый контроль, гарантирующий передачу данных. Кроме этого, сеансовый уровень содержит дополнительно функции управления паролями, подсчета платы за пользование ресурсами сети, управления диалогом, синхронизации и отмены связи в сеансе передачи после сбоя из-за ошибок в нижерасположенных уровнях.

Уровень представления данных предназначен для интерпретации данных, а также подготовки данных для пользовательского прикладного уровня. Здесь происходит преобразование данных из кадров, используемых для передачи данных, в экранный формат или формат для печатающих устройств конечной системы.

На прикладном уровне в распоряжение пользователей предоставляется переработанная информация. Для этого используется системное и пользовательское прикладное программное обеспечение.

Для передачи информации по коммуникационным линиям данные преобразуются в цепочку следующих друг за другом битов (двоичное кодирование с помощью двух состояний: «0» и «1»). Передаваемые алфавитно-цифровые знаки представляются в виде битовых комбинаций, которые располагаются в определенной кодовой таблице, содержащей 4-8 битовые коды. Количество представленных знаков зависит от количества битов в коде:

На международном уровне передача символьной информации осуществляется с помощью 7-битового кодирования, позволяющего закодировать заглавные и строчные буквы английского алфавита, а также некоторые спецсимволы. Для представления знаков национальных алфавитов применяется 8-битовый код.

Для правильной (полной и безошибочной) передачи данных требуется придерживаться согласованных и установленных правил, которые оговариваются в протоколепередачи данных.