Качество работы сети характеризуют следующие свойства: производительность, надежность, совместимость, управляемость, защищенность, расширяемость и масштабируемость.

Существуют два основных подхода к обеспечению качества работы сети. Первый - состоит в том, что сеть гарантирует пользователю соблюдение некоторой числовой величины показателя качества обслуживания. Например, сети frame relay и АТМ могут гарантировать пользователю заданный уровень пропускной способности. При втором подходе (best effort) сеть старается по возможности более качественно обслужить пользователя, но ничего при этом не гарантирует.

К основным характеристикам производительности сети относятся: время реакции, которое определяется как время между возникновением запроса к какому-либо сетевому сервису и получением ответа на него; пропускная способность, которая отражает объем данных, переданных сетью в единицу времени, и задержка передачи, которая равна интервалу между моментом поступления пакета на вход какого-либо сетевого устройства и моментом его появления на выходе этого устройства.

Для оценки надежности сетей используются различные характеристики, в том числе: коэффициент готовности, означающий долю времени, в течение которого система может быть использована; безопасность, то есть способность системы защитить данные от несанкционированного доступа; отказоустойчивость - способность системы работать в условиях отказа некоторых ее элементов.

Расширяемость означает возможность сравнительно легкого добавления отдельных элементов сети (пользователей, компьютеров, приложений, сервисов), наращивания длины сегментов сети и замены существующей аппаратуры более мощной.

Масштабируемость означает, что сеть позволяет наращивать количество узлов и протяженность связей в очень широких пределах, при этом производительность сети не ухудшается.

Прозрачность - свойство сети скрывать от пользователя детали своего внутреннего устройства, упрощая тем самым его работу в сети.

Управляемость сети подразумевает возможность централизованно контролировать состояние основных элементов сети, выявлять и разрешать проблемы, возникающие при работе сети, выполнять анализ производительности и планировать развитие сети.

Совместимость означает, что сеть способна включать в себя самое разнообразное программное и аппаратное обеспечение.

Топология – конфигурация физических связей между узлами сети. Характеристики сети зависят от типа устанавливаемой топологии. В частности, выбор той или иной топологии влияет:

На состав необходимого сетевого оборудования;

Возможности сетевого оборудования;

Возможности расширения сети;

Способ управления сетью.

Под термином «топология КС» может подразумеваться физическая топология (конфигурация физических связей) или логическая топология – маршруты передачи сигналов между узлами сети. Физическая и логическая топологии КС могут совпадать или различаться. Локальные сети строятся на основе трех базовых топологий, известных как:

· общая шина (bus);

· звезда(star)

Глава 3. Общие сведения о компьютерных сетях

Материал, изложенный ранее, будет необходим нам для изучения компьютерных сетей, так как компьютерные сети являются дальнейшим развитием ввода-вывода и позволяют пересылать данные между компьютерами, а также использовать общие ресурсы вычислительных систем

Определение, терминология и назначение компьютерных сетей

Человек без общения - что птица без крыльев.

В общем случае сетью связи является распределенная система коммуникаций, служащая для передачи информации на расстоянии. К ним относятся теле- и радиовещательные сети, сети телефонной и сотовой связи, сети кабельного телевидения и т. д. Синоним связи - передача данных. Понятие телекоммуникационная сеть подразумевает территориально распределенную сеть передачи данных.

Отдельный компьютер - пример централизованной вычислительной системы. В отличие от централизованной, вычислительная сеть - распределенная вычислительная система. Это совокупность компьютерной и коммуникационной техники, каналов связи и специального программного обеспечения, управляющего процессом распределенных вычислений между членами данной сети.

Поскольку в последнее время повысилась роль передачи нечисловой информации через вычислительные сети, теперь для них часто используется термин сеть передачи данных. Чтобы избежать путаницы с сетью связи, в которых также передаются данные, для вычислительной сети применяется термин компьютерная сеть.

Компьютерные сети служат для выполнения следующих задач:

o проведения распределенных вычислений;

o организации доступа при централизованной (серверной) обработке информации;

o общего использования аппаратных ресурсов;

o оперативного поиска и получения данных в корпоративных ресурсах;

o оперативного поиска и получения различной информации в глобальных сетях;

o обмена сообщениями, переписки, передачи информации различных видов и т. д

Общие понятия. Сетевые топологии

Любая сеть состоит из узлов и соединяющих их линий связи. Узлы бывают конечными и промежуточными. Конечный узел имеет 1 соединение с линией связи, промежуточный - более одного.

Узлы сети могут быть станциями (хостами, компьютерами-членами сети), либо специальным коммуникационным оборудованием (на рис. 10 узлы, обозначенные символом « »). Простейшая сеть содержит 2 узла-станции (рис. 10, а).

Сетевая топология - это граф связей компьютерной сети, то есть тип соединения узлов и линий связи. Различают следующие основные сетевые топологии (рис. 10):

o типовые: а) точка-точка - содержит 2 узла; б) шина (линейная сеть) - содержит только два оконечных узла, любое число промежуточных узлов и имеет только один путь между любыми двумя узлами; в) звезда - сеть, в которой имеется только один промежуточный узел; г) дерево (иерархическая звезда) - сеть, которая содержит более двух оконечных узлов и по крайней мере два промежуточных узла, и в которой между двумя узлами имеется только один путь; д) кольцо - сеть, в которой к каждому узлу присоединены только две ветви;

o производные: е) смешанная (комбинированная) - образована соединением типовых; ж) полносвязная - каждый узел соединен со всеми остальными; з) ячеистая - сеть, которая содержит по крайней мере два узла, имеющих два или более пути между ними (вид смешанной, в которой разделение на типовые топологии не просматривается явно);

Рис. 10 Основные сетевые топологии.

Линии, связывающие узлы сети передачи данных, называются каналами передачи данных или каналами (линиями) связи. Физические среды, используемые для каналов связи, будут рассмотрены в этой главе ниже.

Некоторые важные понятия.

Трафиком называется поток данных по каналу связи или через сетевое устройство, а также объем этого потока в байтах.

Протоколом называются правила передачи информации по сети.

Адресом узла сети (сетевым адресом) называется его уникальный идентификатор, описывающий местона-хождение узла сети и позволяющий пересылать информацию именно этому узлу.

Уточненное определение протокола и более подробно об адресации в компьютерных сетях будет рассказано в этой главе при изучении модели OSI.

Классификация и характеристики компьютерных сетей

Диаметром сети называется расстояние между двумя наиболее удаленными друг от друга станциями данной сети.

Компьютерные сети подразделяются в зависимости от диаметра сети и типа используемого оборудования на следующие виды (в скобках указан приблизительный диапазон диаметров):

o локальные (1-3000 м) - объединяют компьютеры в пределах нескольких зданий;

o кампусные (100-10000 м) - локальные сети масштаба «кампуса» - небольшого городка;

o городские (5-20 км) - высокоскоростные каналы связи в пределах большого города;

o региональные (территориальные) (100-1000 км) - объединяют компьютеры географической области;

o глобальные (10000-20000 км) - объединение компьютеров в различных частях света (Интернет).

Важнейшая характеристика компьютерной сети - ее пропускная способность. Пропускная способность (битовая скорость передачи информации) - это количество информации, которое можно передать по данной сети за единицу времени. Пропускная способность измеряется в бит/с. 1 бит/с равен 1 биту информации, переданному за 1 с. Используются кратные единицы: кбит/с, Мбит/с, Гбит/с.

В зависимости от характера распределения функций различают:

o одноранговые сети - небольшие локальные сети, в которых все компьютеры являются функционально равноправными; обычно включают в себя до 15 станций;

o сети с выделенными серверами (двухранговые сети) - средние и крупные сети, в которых часть выполняемых функций по обслуживанию станций возложена на серверы.

Сети с выделенными серверами характеризуются типами используемых в них сетевых служб (серверов), которые будут описаны ниже.

Среды передачи данных

В качестве носителей информации в современной коммуникационной технике используются электромагнитные сигналы в виде колебаний различных частот. Под средой передачи данных (связи) понимается физическая среда, по которой распространяется сигнал при его прохождении по линии связи.

В линиях связи используются 2 основные технологии: проводниковая и беспроводная.

Проводники , используемые в компьютерных сетях, подразделяются на:

1. 1) Медные электрические проводники . Наиболее распространенная среда передачи. В качестве носителя информации используется переменный электрический ток различных частот и форм сигнала. Наиболее распространенные виды кабелей, используемых в компьютерных сетях:

o коаксиальный кабель - изолированная медная жила, экранированная металлической оплеткой;

o экранированная или неэкранированная витая пара - пара изолированных скрученных проводов;

o телефонные линии общего пользования (ТфОП) - двухжильные изолированные провода абонентских линий и многожильные кабели телефонных коммуникаций.

2. 2) Волоконно-оптические (оптоволоконные) линии связи (ВОЛС) представляют собой полый гибкий проводник (световод), покрытый изнутри отражающим веществом. В качестве носителя используется модулированный световой луч, испускаемый лазером.

При беспроводной связи в качестве среды передачи используется окружающий воздух, вода, вакуум или другая среда, не задерживающая электромагнитные волны, являющиеся в данном случае носителем информации. По частотному диапазону беспроводная связь подразделяется на:

o радиосвязь - используется в спутниковой связи и при удаленном доступе;

o инфракрасную - используется в основном для связи с беспроводными периферийными устройствами;

o оптическую - используется редко из-за наличия помех на пути распространения сигнала;

o сверхвысокочастотную (СВЧ) - используется в локальных сетях.

Топология компьютерных сетей

Одним из важнейших различий между разными типами сетей является их топология.

Под топологией обычно понимают взаимное расположение друг относительно друга узлов сети. К узлам сети в данном случае относятся компьютеры, концентраторы, свитчи, маршрутизаторы, точки доступа и т.п.

Топология – это конфигурация физических связей между узлами сети. Характеристики сети зависят от типа устанавливаемой топологии. В частности, выбор той или иной топологии влияет:

на состав необходимого сетевого оборудования;
на возможности сетевого оборудования;
на возможности расширения сети;
на способ управления сетью.

Различают следующие основные виды топологий: щит, кольцо, звезда, ячеистая топология и решетка. Остальные являются комбинациями основных топологий и называются смешанными или гибридными.

Шина . Сети с шинной топологией используют линейный моноканал (коаксиальный кабель) передачи данных, на концах которого устанавливаются специальные заглушки – терминаторы (terminator). Они необходимы для того,

Рис. 6.1.

чтобы погасить сигнал после прохождения по шине. К недостаткам шинной топологии следует отнести следующее:

данные, передаваемые по кабелю, доступны всем подключенным компьютерам;
в случае повреждения шины вся сеть перестает функционировать.

Кольцо – это топология, в которой каждый компьютер соединен линиями связи с двумя другими: от одного он получает информацию, а другому передаст и подразумевает следующий механизм передачи данных: данные передаются последовательно от одного компьютера к другому, пока не достигнут компьютера-получателя. Недостатки топологии "кольцо" те же, что и у топологии "шина":

общедоступность данных;
неустойчивость к повреждениям кабельной системы.

Звезда – это единственная топология сети с явно выделенным центром, называемым сетевым концентратором или "хабом" (hub), к которому подключаются все остальные абоненты. Функциональность сети зависит от состояния этого концентратора. В топологии "звезда" прямые соединения двух компьютеров в сети отсутствуют. Благодаря этому имеется возможность решения проблемы общедоступности данных, а также повышается устойчивость к повреждениям кабельной системы.

Рис. 6.2.

Рис. 6.3. Топология типа "звезда"

– это топология компьютерной сети, в которой каждая рабочая станция сети соединяется с несколькими рабочими станциями этой же сети. Характеризуется высокой отказоустойчивостью, сложностью настройки и переизбыточным расходом кабеля. Каждый компьютер имеет множество возможных путей соединения с другими компьютерами. Обрыв кабеля не приведет к потере соединения между двумя компьютерами.

Рис. 6.4.

Решетка – это топология, в которой узлы образуют регулярную многомерную решетку. При этом каждое ребро решетки параллельно ее оси и соединяет два смежных узла вдоль этой оси. Одномерная решетка – это цепь, соединяющая два внешних узла (имеющие лишь одного соседа) через некоторое количество внутренних (у которых по два соседа – слева и справа). При соединении обоих внешних узлов получается топология "кольцо". Двух- и трехмерные решетки используются в архитектуре суперкомпьютеров.

Сети, основанные па FDDI, используют топологию "двойное кольцо", достигая тем самым высокой надежности и производительности. Многомерная решетка, соединенная циклически в более чем одном измерении, называется "тор".

(рис. 6.5) – топология, преобладающая в крупных сетях с произвольными связями между компьютерами. В таких сетях можно выделить отдельные произвольно связанные фрагменты (подсети ), имеющие типовою топологию, поэтому их называют сетями со смешанной топологией.

Для подключения большого числа узлов сети применяют сетевые усилители и (или) коммутаторы. Также применяются активные концентраторы – коммутаторы, одновременно обладающие и функциями усилителя. На практике используют два вида активных концентраторов, обеспечивающих подключение 8 или 16 линий.

Рис. 6.5.

Другой тип коммутационного устройства – пассивный концентратор, который позволяет организовать разветвление сети для трех рабочих станций. Малое число присоединяемых узлов означает, что пассивный концентратор не нуждается в усилителе. Такие концентраторы применяются в тех случаях, когда расстояние до рабочей станции не превышает нескольких десятков метров.

По сравнению с шинной или кольцевой смешанная топология обладает большей надежностью. Выход из строя одного из компонентов сети в большинстве случаев не оказывает влияния на общую работоспособность сети.

Рассмотренные выше топологии локальных сетей являются основными, т. е. базовыми. Реальные вычислительные сети строят, основываясь на задачах, которые призвана решить данная локальная сеть, и па структуре ее информационных потоков. Таким образом, на практике топология вычислительных сетей представляет собой синтез традиционных типов топологий.

Основные характеристики современных компьютерных сетей

К основным характеристикам производительности сети относятся:

время реакции – характеристика, которая определяется как время между возникновением запроса к какому-либо сетевому сервису и получением ответа на него;
пропускная способность – характеристика, которая отражает объем данных, переданных сетью в единицу времени;
задержка передачи – интервал между моментом поступления пакета на вход какого-либо сетевого устройства и моментом его появления на выходе этого устройства.

Для оценки надежности сетей используются различные характеристики, в том числе:

коэффициент готовности, означающий долю времени, в течение которого система может быть использована;
безопасность, т.е. способность системы защитить данные от несанкционированного доступа;
отказоустойчивость – способность системы работать в условиях отказа некоторых ее элементов.

Прозрачность – свойство сети скрывать от пользователя детали своего внутреннего устройства, упрощая тем самым его работу в сети.

Управляемость сети подразумевает возможность централизованно контролировать состояние основных элементов сети, выявлять и разрешать проблемы, возникающие при работе сети, выполнять анализ производительности и планировать развитие сети.

Для того, чтобы сеть успешно справлялась с задачей, она должна отвечать требованиям по производительности, надежности и др.

Производительность сети определяет объем передаваемых данных и время, требуемое на их передачу. Для оценки производительности используются числовые характеристики – время реакции сети, средняя пропускная способность, максимально возможная пропускная способность, задержка передачи.

Надежность означает вероятность того, что сеть выполняет свои функции. Надежность технических устройств обычно характеризуется временем наработки на отказ и коэффициентом готовности (процент времени, в течение которого система может быть использована). Надежность сложных систем также характеризуется вероятностью доставки сообщения адресату.

Безопасность означает невозможность несанкционированного доступа к данным и обеспечение надежности и устойчивости к преднамеренным разрушающим действиям.

Расширяемость – возможность сравнительно легкого добавления новых элементов сети.

Масштабируемость – возможность значительного наращивания размеров сети, в том числе путем увеличения числа сегментов.

Прозрачность – возможность использования ресурсов сети одним и тем же способом, независимо от их фактического размещения – на локальном компьютере или в сети. При этом пользователь как бы «не замечает» сети, работая непосредственно с ресурсами.

Поддержка различных видов трафика – возможность совмещения функций различных сетей, например, телевизионной, телефонной, компьютерной.

Управляемость – возможность централизованного обнаружения и устранения неполадок, распределения ресурсов и полномочий между пользователями.

Совместимость – возможность взаимодействия с различным оборудованием и программным обеспечением.

По территориальному признаку сети делят на локальные, региональные и глобальные.

Региональные сети охватывают город, район, область, небольшую республику. Иногда выделяют корпоративные сети, где важно защитить информацию от несанкционированного доступа (например, сеть Министерства обороны, банковские сети и т.д.). Корпоративная сеть может объединять тысячи и десятки тысяч компьютеров, размещенных в различных странах и городах (в качестве примера можно привести сеть корпорации Microsoft).

Локальные сети (ЛВС) . Основное назначение любой компьютерной сети – предоставление информационных и вычислительных ресурсов подключенным к ней пользователям.

С этой точки зрения ЛВС можно рассматривать как совокупность серверов и рабочих станций.

Сервер – компьютер, подключенный к сети и обеспечивающий ее пользователей определенными услугами.

Серверы могут осуществлять хранение данных, управление базами данных, удаленную обработку заданий, печать заданий и ряд других функций, потребность в которых может возникнуть у пользователей в сети. Сервер – источник ресурсов сети.

Рабочая станция – персональный компьютер, подключенный к сети, через который пользователь получает доступ к ее ресурсам.

Рабочая станция сети функционирует как в сетевом так и локальном режиме. Она оснащена собственной ОС, обеспечивает пользователя всеми необходимыми инструментами для решения прикладных задач.

Особое внимание следует уделить одному из типов серверов – файл-серверу.

Он хранит данные пользователей сети и обеспечивает им доступ к этим данным. Это компьютер с большой емкостью ОП, жесткими дисками большой емкости и дополнительными накопителями на магнитной ленте (стриммерами).

Он работает под управлением специальной ОС, которая обеспечивает одновременный доступ пользователей сети к расположенным на нем данным.

Файл-сервер выполняет следующие функции: хранение данных, архивирование данных, передачу данных.

Для многих задач использование одного файл-сервера оказывается недостаточным. Тогда в сеть могут включаться несколько серверов.

Компьютерные сети реализуют распределенную обработку данных. Обработка данных в этом случае распределена между двумя объектами: клиентом и сервером .

Клиент – задача, рабочая станция или пользователь компьютерной сети.

В процессе обработки данных клиент может сформировать запрос на сервер для выполнения сложных процедур, чтение файла, поиск информации в базе данных и т.д.

Сервер выполняет запрос, поступивший от клиента. Результаты выполнения запроса передаются клиенту. Сервер обеспечивает хранение данных общего пользования, организует доступ к этим данным и передает данные клиенту.

Клиент обрабатывает полученные данные и представляет результаты обработки в виде, удобном для пользователя. В принципе обработка данных может быть выполнена и на сервере. Для подобных систем приняты термины – системы клиент-сервер или архитектура клиент-сервер .

Архитектура клиент-сервер может использоваться как в одноранговых ЛВС, так и в сети с выделенным сервером.

Одноранговая сеть – нет единого центра управления взаимодействием рабочих станций и нет единого устройства для хранения данных. Пользователю сети доступны все устройства, подключенные к другим станциям (диски, принтеры).

Достоинства – низкая стоимость и высокая надежность.

Недостатки – зависимость эффективности работы сети от количества станций; сложность управления сетью; сложность обеспечения защиты информации; трудности обновления и изменения программного обеспечения станций.

Сеть с выделенным сервером – в сети один из компьютеров выполняет функции хранения данных, предназначенных для использования всеми рабочими станциями, управления взаимодействием между рабочими станциями и ряд сервисных функций.

Такой компьютер называют сервером сети. На нем устанавливается сетевая ОС, к нему подключаются все разделяемые внешние устройства – жесткие диски, принтеры, модемы.

Достоинства – надежная система защиты информации; высокое быстродействие; отсутствие ограничений на число рабочих станций; простота управления по сравнению с одноранговыми сетями.

Недостатки – высокая стоимость из-за выделения одного компьютера под сервер; зависимость быстродействия и надежности сети от сервера; меньшая гибкость по сравнению с одноранговой сетью.

Похожая информация.