Компьютерные сети. Общие принципы организации компьютерных сетей. Классификация компьютерных сетей

    К недостаткам иерархической сети, по сравнению с одноранговыми сетями, относятся:

1. необходимость дополнительной ОС для сервера;
2. более высокая сложность установки и модернизации сети;
3. необходимость выделения отдельного компьютера в качестве сервера.

    Различают две технологии использования сервера: технологию файл-сервера и архитектуру клиент-сервер. В первой модели используется файловый сервер, на котором хранится большинство программ и данных. По требованию пользователя ему пересылаются необходимая программа и данные. Обработка информации выполняется на рабочей станции. В системах с архитектурой клиент-сервер обмен данными осуществляется между приложением-клиентом и приложением-сервером. Хранение данных и их обработка производится на мощном сервере, который выполняет также контроль над доступом к ресурсам и данным. Рабочая станция получает только результаты запроса. Разработчики приложений по обработке информации обычно используют эту технологию. 
 
 
 
 
 

    Глава 2. Локальные компьютерные сети

    2.1 Классификация локальных компьютерных сетей 

    Локальная сеть представляет собой набор компьютеров, периферийных устройств (принтеров и т. П.) и коммутационных устройств, соединенных кабелями. Локальные сети делятся на учрежденческие (офисные сети фирм, сети организационного управления и другие сети, отличающиеся по терминологии, но практически одинаковые по своей идеологической сути) и сети управления технологическими процессами на предприятиях. Локальные сети характерны тем, что расстояния между компонентами сети сравнительно невелики, как правило, не превышают нескольких километров. Локальные сети различаются по роли и значению ПЭВМ в сети, структуре, методам доступа пользователей к сети, способам передачи данных между компонентами сети и др. Каждой из предлагаемых на рынке сетей присуши свои достоинства и недостатки. Выбор сети определяется числом подключаемых пользователей, их приоритетом, необходимой скоростью и дальностью передачи данных, требуемой пропускной способностью, надежностью и стоимостью сети.

    Локальные компьютерные сети можно классифицировать по следующим признакам:

1. по роли персонального компьютера в сети:
• сети с сервером;
• одноранговые (равноправные) сети.
2. по структуре (топологии) сети:

• одноузловые («звезда»);

• кольцевые («кольцо»);
• магистральные («шина»);
• комбинированные.

3. по способу доступа пользователей к ресурсам и абонентам сети:

• сети с подключением пользователя по указанным адресам абонентов по 
  принципу коммутации каналов («звезда»);
• сети с централизованным (программным) управлением подключения 
  пользователей к сети («кольцо» и «шина»);
• сети со случайной дисциплиной обслуживания пользователей («шина»).

4. по виду коммуникационной среды передачи информации:

• сети с использованием существующих учрежденческих телефонных сетей;
• сети на специально проложенных кабельных линиях связи;
• комбинированные сети, совмещающие кабельные линии и радиоканалы.

5. по дисциплине обслуживания пользователей (способу доступа пользователей к сети):

• приоритетные, задающиеся ЦУС, когда пользователи получают доступ к сети в соответствии с присвоенными им приоритетами (постоянными или изменяющимися);
• неприоритетные, когда все пользователи сети имеют равные права доступа к сети.

6. по размещению данных в компонентах сети:

• с центральным банком данных;
• с распределенным банком данных;
• с комбинированной системой размещения данных.

    По  роли персонального компьютера сети делятся на сети с сервером и одноранговые сети. Компонентами локальных сетей с сервером являются рабочие ПК (рабочие станции) и серверы. Сервер – это специально выделенный в сети компьютер, в задачу которой входит управление всей сетью или частью сети (например, в комбинированных сетях), прием, хранение, обновление и выдача пользователям общей информации, управление высококачественными принтерами и графопостроителями. По-этому к серверу предъявляются более высокие требования по производительности, объему памяти и надежности. Рабочие станции (клиенты, абоненты) – это менее мощные компьютеры, которые могут использовать ресурсы (например, дисковое пространство) сервера. Достоинствами этой сети являются:

• более эффективное централизованное управление сетью;
• рабочие станции могут быть достаточно простыми и дешевыми;
• операционная система, поддерживающая работу сети, может устанавливаться только на сервере.

    Недостатками этой сети являются:

• более высокая стоимость установки;
• сложная настройка системы;

    В локальных одноранговых сетях все компьютеры равноправны. Каждый пользователь предоставляет в сеть какие-либо ресурсы: жесткий диск, высококачественный принтер, графопостроитель и другие.

    Достоинствами этого вида локальных сетей являются:

• меньшие затраты на установку сети;
• возможность использования каждым пользователем ресурсов других компьютеров;
• удобство и простота работы пользователей в сети;

    Также они имеют и свои недостатки:

• число компьютеров в сети не превышает 25-30;
• операционная система, поддерживающая работу сети, устанавливается на каждом компьютере;

 
 
 
 
 

    2.2 Структура локальных компьютерных сетей 

    В локальных сетях применяются  в основном одноузловые (звездообразные) сети. В качестве средств коммуникаций могут использоваться телефонные линии  связи и АТС организаций, предприятий, фирм и др., специально проложенные кабельные линии и каналы передачи сигналов по радио.

    Методом доступа к сети является вызов  абонента по его сетевому имени с  коммутацией каналов в узле коммуникации (УК). Способ коммутации каналов обеспечивает соединение абонентов через УК на время передачи сообщения. При этом в УК возможна организация приоритетного доступа к сети абонентов.

    Достоинствами этого вида сети являются:

• простота и низкая стоимость подключения пользователей сети;
• простота управления сетью;
• возможность подключения и отключения абонентов без остановки работы сети;

    Также она имеет и свои недостатки:

• скорость передачи сообщений зависит от количества абонентов, интенсивности приема и передачи сообщений и технических возможностей УК;
• надежность сети определяется надежностью УК;
• большая суммарная длина и низкая эффективность использования физической среды передачи сигналов;

    Для повышения надежности УК строятся по модульному принципу, который предусматривает рабочие и резервные модули. Система диагностики оценивает функционирование рабочего модуля и в случае необходимости переключает сеть на работу с резервным модулем. Примером одноузловой сети может служить Arcnet (США). Хотя сеть не имеет статуса международного стандарта, она широко применяется для построения небольших учрежденческих сетей. В состав сети входит 8-канальный канальный УК. Количество абонентов может быть увеличено путем подключения новых УК. Структура радиокальной сети похожа на одноузловую сеть, только сообщения в сети передаются не по проводным линиям связи, а по радиолиниям. Для этого каждый компьютер снабжена абонентской радиостанцией (АРС). Абонентские радио-станции связаны между собой через центральную радиостанцию (ЦРС). Методы доступа к сети случайные. Наиболее простым является метод ALOHA –захват абонентом канала и выдача сообщения независимо от того, есть ли в сети другие сообщения или нет. Это может привести к столкновению сообщений в сети и взаимному их искажению. Искаженные сообщения повторно передаются через случайные промежутки времени. При столкновениях сообщений теряется активное время работы сети, равное сумме времени передачи обоих сообщений.

    Для уменьшения вероятности появления  столкновений применяются модификации этого метода: доступ с контролем несущей (CSMA) и доступ с контролем несущей и обнаружением столкновений (CSMA/CD). Доступ с контролем не-сущей заключается в том, что абонент «слушает» сеть и передает сообщение только в свободную сеть. Столкновения возможны, когда два или более абонентов начинают передачу одновременно. Искаженные сообщения передаются повторно.

    При доступе с контролем несущей  и обнаружением столкновений абонент «слушает» сеть, передает сообщение в освободившуюся сеть и контролирует возможность столкновения сообщений. Если абоненты начинают передачу одновременно, то столкнувшиеся сообщения сразу уничтожаются, не занимая времени передачей искаженных сообщений. Методы CSMA и GSMA/CD применяются при более высоких нагрузках на сеть, чем метод ALOHA.

    Случайные методы доступа реализуются средствами ЭМВОС каждой ПЭВМ, поэтому они  более надежны, чем централизованные методы доступа, реализуемые программными средствами ЦУС.

    Достоинства сети:

• возможность связи с движущимися абонентами;
• возможность подключения и отключения абонентов без остановки сети.

    Недостатки:

• возможность прослушивания всех абонентов; 
• воздействие промышленных и атмосферных помех;
• наличие «мертвых зон», обусловленных конструкциями зданий и помещений.

    Радиоканальные  сети сейчас начинают все шире использоваться там, где необходимы связи с действующими абонентами.

    Кольцевые сети. Средства коммуникаций сети включают физическую среду передачи сигналов в форме кольца, соединяющего компьютеры, блоки доступа и накопители. Блок доступа — это техническое устройство для подключения компьютера к физической среде. Блоки доступа делятся на две группы: доступ без разрыва целостности физической среды передачи сигналов и доступ с разрывом физической среды и восстановлением ее с помощью блока доступа. Например, без разрыва физической среды можно осуществить доступ к проводным линиям связи, но доступ к оптоволоконным линиям возможен только с разрывом среды передачи сигналов. Сообщение, переданное абонентом, поступает через блок доступа в физическую среду и двиотто по кольцу.

      Повторитель задерживает сообщение на время, необходимое для определения адреса абонента и приема его абонентом, восстанавливает ослабленные и искаженные электрические сигналы сообщения. Участок физической среды между двумя соседними повторителями называется сегментом.

    Достоинства сети:

• простота реализации двухточечной линии связи (в каждый момент соединены только две точки – два абонента), что снижает требования к физической среде;
• простота организации подтверждения о приеме сообщения;
• небольшая общая длина физической среды;

    Недостатки:

• низкая надежность, т.к. выход из строя участка физической силы или повторителя приводит к обстановке работы всей сети;
• невозможность подключения и отключения абонентов без остановки работы сети;
• максимальная задержка передачи сообщения зависит от количества абонентов;

    Для повышения надежности и пропускной способности сети применяется двойное кольцо. Сообщения в кольцах курсируют в разных направлениях. При нарушениях одного кольца уменьшается только пропускная способность сети. При нарушениях обоих колец ближайшие к нарушению автоматически восстанавливают циркуляцию информации в одном кольце. Пример кольцевой сети: Token Ring Network (филиал фирмы IBM в Цюрихе). Сеть обладает статусом мирового стандарта, ее длина достигает 2 км и обслуживает до 256 абонентов.