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

    Магистральные моноканалы. Все абоненты подключены к одной физической среде, представляющей собой магистраль (шину). Сообщение, переданное пользователем, поступает через блок данных ко всем абонентам сети.

    Достоинства сети:

• более высокая надежность, чем у кольцевых сетей, так как отказ абонента не влияет на работу сети;
• возможность подключения и отключения абонентов без остановки работы сети в случае неразрушающего физическую среду подключения абонентов;
• наименьшая длина физической среды.

    Для повышения надежности и пропускной способности применяются двойные моноканалы. Примером магистральной моноканальной структуры является сеть Ethernet, представляющая собой отраслевой стандарт фирм Intel, DEC и Xerox. Сеть положена в основу международного стандарта, обслуживает до 1000 абонентов при длине сети до 10 км, доступ к сети осуществляется по протоколам CSMA/CD. Магистральные поликаналы. Поликаналом называют группу средств коммуникаций, работающих на одной физической среде и предназначенных для организации нескольких сетей различного назначения. Для этого применяется широкополосная физическая, среда, например широкополосный коаксиальный или оптоволоконный кабель.

    Достоинства сети:

• высокая пропускная способность, позволяющая передавать большие потоки разнообразной информации;
• возможность организации на одной физической среде нескольких сетей различного назначения (например, в крупных финансовых организациях, информационных и многопрофильных фирмах).

    Недостатки  сети:

• сложность эксплуатации;
• высокая стоимость оборудования.

    Магистральные поликаналы разрабатываются и производятся по конкретным заказам.

    Комбинированные сети. Каждая из приведенных структур сетей обладает определенными достоинствами и недостатками. Преодолеть некоторые недостатки и повысить эффективность сетей можно путем комбинирования (структурирования) различных топологий.

    Достоинства сетей:

• возможность легкого наращивания абонентов и ресурсов сети;
• изменение конфигурации сетевой структуры;
• повышение надежности сети;
• продление жизненного цикла.

    Недостатком таких систем является более высокая  их стоимость за счет дополнительного  технического и программного сетевого оборудования. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    2.3 Характеристика физических средств передачи данных в локальных компьютерных сетях 

    В качестве физической среды передачи сигналов в ЛКС применяются витые (скрученные) пары проводов (ВП), коаксиальные (КК), оптоволоконные (ОВК) кабели и радиоканалы (РК). Учитывая эксплуатационные характеристики и стоимость различных сред передачи сигналов, наибольшее применение в ЛКС средней протяженности (офисы, небольшие фирмы, предприятия и организации) нашли витые пары и коаксиальные кабели. Витая пара – это телефонный провод европейского стандарта, включающий два изолированных проводника. Коаксиальный кабель состоит из центрального проводника, окруженного слоем изолирующего материала, проводящего электрический ток экрана, и внешней оболочки.

    В ЛКС большой протяженности применяются  оптоволоконные кабели. По ОВК передаются не электрические сигналы, а световая энергия. Внутреннюю часть ОВК составляют тонкие нити кварцевого волокна с низким коэффициентом затухания и высоким коэффициентом отражения. Внутреннюю часть ОВК окружает стеклянная пленка, имеющая меньший коэффициент отражения, чем кварц. В связи с этими физическими свойствами кварца и стекла ОВК могут передавать информацию на значительные расстояния. В радиоканальных ЛКС применяются в основном радиочастотные, инфракрасные и микроволновые радиостанции на дальности прямой видимости. 
 
 
 
 
 

    Глава 3. Глобальные компьютерные сети

    3.1 Классификация глобальных компьютерных сетей 

    Глобальные  компьютерные сети можно классифицировать по следующим признакам:

1. по типу средств коммуникаций:
• наземные многоузловые сети,
• спутниковые радиосети,
• комбинированные сети,
2. по способу коммутации сообщений:

• коммутация каналов,

• коммутация сообщений,
• коммутация пакетов,
• адаптивная коммутация

3. по выбору маршрута передачи сообщения:

• фиксированные пути,
• направленный выбор пути,
• случайные пути,
• лавинный способ.

    Рабочими  компьютерами сети могут быть все классы компьютеров от персональных до суперкомпьютеров. Используются также отдельные терминалы (Т). Абоненты подключаются к сети посредством телефонных и телеграфных каналов связи в точках подключения (ТП). Доступ пользователей к ресурсам сети осуществляется через узлы коммутации. Каждый узел коммутации (УК) обслуживает определенное число пользователей, обычно наиболее близко расположенных к узлу. Архитектуру УК составляют компьютеры со специальным сетевым программным обеспечением и коммуникационное оборудование. УК могут быть обслуживаемыми и необслуживаемыми, т. е. работающими в автоматическом режиме. УК выполняют важные сетевые функции: анализ и формирование сетевых адресов абонентов, кодирование сообщений, контроль и коррекцию ошибок, появившихся в процессе передачи информации, управление потоками сообщений, выбор оптимального для данной ситуации маршрута передачи сообщения и др. Один из УК выполняет роль шлюза или моста. С одним из УК совмещается центр управления сетью (ЦУС), на котором работает администратор сети. В ЦУС, как правило, входит наиболее мощный компьютер сети со специальным программным обеспечением. Между УК прокладываются, как правило, магистральные скоростные каналы передачи данных (МСКПД) на основе коаксиальных, многожильных и оптоволоконных кабелей. В крайнем случае используются телефонные линии связи, обладающие средней скоростью передачи данных.

    Достоинства многоузловой сети:

• возможно использование ранее приложенных каналов связи,
• допустимо применение в разных частях сети различных физических средств и скоростей передачи данных,
• возможность применения различных способов коммутации и выбора путей передачи сообщений.

    Недостатки  многоузловой сети:

• сложность прокладки в труднодоступных местах,
• невозможность связи с движущимися абонентами

    Чтобы передать дискретный двоичный сигнал с выхода одного компьютера на вход другой по аналоговой телефонной линии  связи, этот сигнал должен быть преобразован в стандартную форму передачи сигнала по телефонной линии. Такое  преобразование называется модуляцией, а устройство, осуществляющее преобразование модулятором. На входе компьютера - получателя сообщения должно быть сделано обратное преобразование, которое называется демодуляцией, а устройство — демодулятором. Так как компьютер передает и принимает сообщение, то модулятор и демодулятор объединяют в одном устройстве под названием модем. Модемы выпускаются как в виде отдельных блоков, так и встроенными в компьютерах. В зависимости от качества модемов и линий связи скорость передачи данных через модемы составляет 2400,4800,9600 бит/с. Для того чтобы два компьютера могли обмениваться информацией, кроме модема и физической среды передачи сигналов необходимо специальное программное обеспечение для согласования работы компьютера и поддержки средств коммуникаций. Большинство модемов автоматически определяют, с какой скоростью поступает информация, проводят тестирование качества линии связи, а также кодируют сообщения специальными помехоустойчивыми кодами. Обычный тип модема позволяет передавать только текстовую информацию, в связи с чем его иногда называют телефонным. Кроме телефонного модема выпускаются факс-модемы, которые могут передавать графическую информацию: деловые письма с подписями и печатями, чертежи, эскизы, рисунки, фотографии. Для разносторонней работы пользователя в сети к компьютеру должен быть подключен сканер.

    Способы коммутации и выбор пути передачи сообщения. Коммутация каналов устанавливает физическое соединение между абонентом - отправителем сообщения (Отпр.) и получателем (Пол.). Отправитель посылает специальный сигнал, который перемещается от одного УК к другому и устанавливает физический прямой канал связи между отправителем и получателем. После установления физического канала связи получатель посылает об этом отправителю специальный сигнал. Получив сигнал, отправитель посылает сообщение. После передачи всего сообщения канал связи разъединяется. Способ коммутаций каналов прост в реализации, но дает наибольшую задержку при передаче сообщения и снижает пропускную способность сети. Коммутация сообщений не устанавливает физический канал связи между абонентами. Определяется логический канал связи, т. е. указывается адрес получателя сообщения, адрес отправителя и путь передачи сообщения. Поступившее в УК сообщение запоминается и ждет до тех пор, пока не освободится канал к следующему УК. Сообщение в каждый момент времени занимает только канал между двумя соседними УК. Это повышает пропускную способность сети и уменьшает задержку передачи сообщения. Коммутация пакетов. На транспортном уровне ЭМВОС сообщение разбивается на одинаковой длины фрагменты. На более нижних уровнях фрагмент сообщения снабжается заголовком и концевиком. В заголовке записывается: адрес получателя, порядковый номер фрагмента, маршрут его движения и информация для управления каналом связи. В концевик пишется информация (код) для контроля правильности передачи сообщения по каналу связи. Фрагмент сообщения с заголовком и концевиком называется пакетом. Пакеты передаются по сети независимо друг от друга и могут проходить по разным путям.

    Преимущества способа коммутации пакетов:

• увеличение пропускной способности сети,
• уменьшение задержки передачи сообщений,
• увеличение скрытности передачи, т.к. пакеты могут передаваться по разным путям.

    Недостатком способа является усложнение программных и технических средств коммутации.

    Адаптивная  коммутация учитывает достоинства и недостатки различных способов коммутации. Так как при длинных сообщениях более экономичным является коммутация каналов, а при коротких - коммутация пакетов, то в реальных сетях целесообразно совмещение обоих способов. Поэтому наиболее эффективным способом коммутации каналов является адаптивная коммутация, которая предполагает автоматическое переключение способов коммутации каналов и пакетов в зависимости от загрузки сети. Правильный выбор пути передачи сообщения уменьшает задержку в передаче, увеличивает пропускную способность сети и повышает надежность передачи сообщения. Фиксированные пути устанавливают постоянные маршруты передачи сообщений между каждой парой абонентов в сети. С этой целью составляется таблица маршрутов, т. е. конкретные УК, через которые должно пройти сообщение при передаче между абонентами. При видимой простоте метод имеет недостатки: низкая надежность ввиду отсутствия резервных путей и неадаптивность сети к перегрузкам на отдельных участках.

    Направленный  выбор пути является развитием метода фиксированных путей. В таблице маршрутов кроме основных путей указываются резервные пути в порядке их приоритетности. Выбор пути делается с учетом его приоритета, а также состояния отдельных участков сети (наличия отказов и перегрузок). При случайном выборе пути сообщение из УК посылается по случайно выбранному маршруту, лишь бы канал был свободен. Будучи простым по реализации, метод дает самое большое среднее время задержки сообщения. Лавинный метод. Сообщение из каждого УК посылается по всем направлениям. Достоинством метода является его высокая надежность и наименьшая задержка передачи сообщения. Однако при этом резко возрастают нагрузки на сеть и снижается пропускная способность. Спутниковые и комбинированные сети. Применение космических спутников связи привело к возможности создания глобальных радиосетей. Средства коммуникаций включают спутники связи (СС), наземные радиостанции (PC) и проводные каналы связи между компьютером и наземными радиостанциями.

    Достоинства спутниковых сетей:

• используя разные частоты, можно организовать несколько сетей, работающих параллельно и не мешающих друг другу,
• просто реализовать связь с движущимися абонентами,
• сравнительно недорого проложить каналы связи в труднодоступных местах.

    Недостаток: высокая стоимость реализации спутниковой связи.

    В настоящее время среди глобальных сетей все большее распространение получают комбинированные сети, в которых передача данных через наземные УК дополняется радиосвязью абонентов с УК, а при необходимости и спутниковой связью.

    3.2 Сеть Fast Ethernet 

    Fast Ethernet является технологией локальных вычислительных сетей (Local Area Network, LAN) и служит для обеспечения связи компьютеров на небольшой территории, такой как офис, здание или группа зданий. Fast Ethernet не предназначена для использования в больших регионах, подобных крупному селению или целому городу. Этим она отличается от глобальных вычислительных, которые являются системами, спроектированными для связи устройств или ЛВС, находящихся на значительных расстояниях друг от друга.

    Простое определение ЛВС состоит в  том, что это система для непосредственного  соединения многих компьютеров. Можно  сказать, что в этом определении  недостаточно академической точности, но оно практично и вполне соответствует нашим целям. Естественно, данное определение нуждается в некоторых объяснениях. В частности, более четкого разъяснения требует четыре слова: “система”, “непосредственный”, “соединение” и “многие”. Сети являются системами, потому что они состоят из таких компонентов, как кабель, повторители, сетевые интерфейсы, узлы и протоколы. Возможно, вам уже знаком термин концентратор. Терминами концентратор и повторитель часто пользуются как взаимозаменяемыми, но в Fast Ethernet между ними существуют различия. Все эти элементы работают совместно и функционируют как сеть. Если хотя бы один из них отсутствует, то нет и ЛВС.