Классификация, архитектура и топология компьютерных сетей

Се­ти мож­но клас­си­фи­ци­ро­вать по раз­лич­ным кри­те­ри­ям.

По по­ло­се ка­на­ла:

• узко­по­ло­сные (Baseband) – пря­мая пе­ре­да­ча то­ль­ко од­но­го со­об­ще­ния в лю­бой мо­мент вре­ме­ни (все абоненты сети ведут передачу данных по каналу на одной частоте);

• ши­ро­ко­по­ло­сные (Broadband) – одно­вре­мен­ная пе­ре­да­ча не­ско­ль­ких со­об­ще­ний по час­то­тно-раз­де­лен­ным ка­на­лам (каждый абонент работает на своей собственной частоте по одному ка­налу).

Использование широкополосных каналов позволяет экономить на их количест­ве, но усложняет процесс управления обменом данными.

По ти­пу уз­лов се­ти: пер­со­на­ль­ные и суперком­пь­ю­те­ры, се­ти.

По со­от­но­ше­нию уз­лов:

• одно­ран­го­вые – не­бо­ль­шие се­ти, где каж­дый узел мо­жет яв­ля­ть­ся и кли­ен­том, и сер­ве­ром;

• распределенные (Distributed) – сети без ли­де­ра, в ко­то­рых сер­ве­ром на­зы­ва­ет­ся ма­ши­на, про­грам­ма или устро­йство, обес­пе­чи­ва­ющее сер­вис, но не управ­ле­ние се­тью;

• се­ти с выделенным сер­ве­ром, на­де­ля­ющим оста­ль­ные уз­лы пра­ва­ми ис­по­ль­зо­ва­ния ре­сур­сов.

По род­ст­вен­но­сти ар­хи­те­к­тур и се­те­вой опе­ра­ци­он­ной сис­те­мы узлов:

• го­мо­ген­ные се­ти с оди­на­ко­вы­ми или род­ст­вен­ны­ми опе­ра­ци­он­ны­ми сис­те­ма­ми всех уз­лов;

• ге­те­ро­ген­ные се­ти с раз­но­ро­дны­ми опе­ра­ци­он­ны­ми сис­те­ма­ми.

По типу организации передачи данных:

• с коммутацией каналов,

• с коммутацией сообщений,

• с коммутацией пакетов,

• с использованием смешанных систем передачи данных.

По характеру реализуемых функций:

• вычислительные, предназначенные для решения задач управления на основе вычислительной обработки исходной информации;

• информационные, предназначенные для получения данных по запросу пользователей;

• смешанные, реализующие вычислительные и информационные функции.

По способу соединения каналов связи:

• с постоянным включением каналов связи (некоммутируемые каналы связи), абонентские ЭВМ постоянно соединены между собой, т. е. находятся в режиме «on-line»;

• с коммутацией на время передачи информации по каналам (т. е. нормальным режимом «off-line»  «выключено»).

В зависимости от территориального расположения абонентских систем сети можно разделить на два основных класса:

1. Глобальные сети (WAN – Wide Area Network). Глобальная вычислительная сеть объединяет абонентов, расположенных в раз­личных странах, на различных континентах. Взаимодействие между абонентами такой сети может осуществляться на базе телефонных линий связи, радиосвязи и систем спутниковой связи.

2. Локальные сети (LAN – Local Area Network). Локальная вычислительная сеть (ЛВС) объединяет абонентов, расположенных в преде­лах небольшой территории. В качестве передающей среды использу­ются витая пара проводов, коаксиальный кабель и оптоволоконный кабель Обычно такая сеть привязана к конкретному месту (организации). Протяженность такой сети можно, как правило, ограничить пределами 2–2,5 км.

Многообразие производителей вычислительных сетей и сетевых программных про­дуктов породило проблему объединения сетей различных архитектур. Для ее решения разработана модель архитектуры открытых систем (OSI).

Открытая система – система, взаимодействующая с другими системами в соответствии с принятыми стандартами.

Модель архитектуры открытых систем служит базой для производите­лей при разработке совместимого сетевого оборудования. Модель представляет собой общие рекомендации для построения стандартов совместимых сетевых программных продуктов. Эти рекомендации должны быть реализованы как в аппаратуре, так и в про­граммных средствах вычислительных сетей. Модель взаимодействия открытых систем состоит из семи уровней:

1. Прикладной – обеспечивает поддержку прикладных процессов конечных пользователей, содержит необходимые элементы сервиса для прикладных программ пользователя

2. Представительный – определяет синтаксис данных в модели, т. е. формат представление данных

3. Сеансовый – реализует установление и поддержку сеанса связи между двумя абонентами через коммуникационную сеть

4. Транспортный – обеспечивает интерфейс между процессами и сетью

5. Сетевой – определяет интерфейс подключенной к каналу связи аппаратуры с сетью

6. Канальный – реализует процесс передачи информации по информационному каналу

7. Физический – выполняет все необходимые процедуры в канале связи (управление аппаратурой)

В процессе развития и совершенствования любой системы возникает потребность изменять ее отдельные компо­ненты. Если между уровнями оп­ределены однозначно интерфейсы, то изменение одного из уровней не влечет за собой не­обходимости внесения изменений в другие уровни. Таким образом, существует относительная независимость уровней друг от друга.

Взаимодействие между одноимен­ными уровнями модели в различных абонентских ЭВМ должно выполняться по определенным правилам.

Протокол – набор правил, определяющий взаимодействие двух одно­именных уровней модели взаимодействия открытых систем в различных абонентских ЭВМ.

Концепция открытых систем предусматривает разработку стандартов для протоколов различных уровней.

Основные топологии ЛВС

Для способа обращения к передающей среде и методов управления сетью небезразлично, как расположены абонентские ЭВМ.

Топология ЛВС – это усредненная геометрическая схема соединений узлов сети.

Для локальных вычислительных сетей типичными являются: кольцевая, шинная, звездообразная, иерархическая.

Любую компьютерную сеть можно рассматривать как совокупность узлов.

Узел – любое устройство, непосредственно подключенное к передающей среде сети.

Кольцевая топология предусматривает соединение узлов сети кабелем в форме замкнутой кри­вой. Выход одного узла сети соединяется со вхо­дом другого. Информация по кольцу передается от узла к узлу. Каждый промежуточный узел между передатчиком и приемником ретранслирует посланное сообщение. Принимаю­щий узел распознает и получает только адресованные ему сообщения. Ретрансляция информации позволяет использовать в качестве передающей среды любые типы кабелей. Однако последовательное обслуживание узлов такой сети снижает ее быстродей­ствие, а выход из строя одного из узлов нарушает работоспособность.

Шинная топология – одна из наиболее простых. Она связана с исполь­зованием в качестве передающей среды коаксиального кабеля. Данные от передающего узла сети распространяются по шине в обе стороны. Информация поступает сразу на все узлы, но принимает сообщение только тот, которому оно адресовано. Дисциплина обслуживания параллельная, что обеспечивает высокое быстродействие. Сеть устойчива к неисправностям отдельных узлов, ее легко на­ращивать и конфигурировать. Обычно имеет малую протяженность, не позволяет использовать различные типы кабеля в пределах одной сети.

Звездообразная топология базируется на концепции центрального узла, к которому подключаются периферийные узлы. Она значительно упрощает взаимодействие узлов, позволяет использовать более простые сетевые адаптеры. В то же время работоспо­собность ЛВС со звездообразной топологией целиком зависит от центрального узла.

а) б)

в) г)

Рис. 51. Кольцевая (а), шинная (б), звездообразная (в) и иерархическая топологии сети

Иерархическая топология представляет собой более развитый вариант структуры, построенный на основе общей шины. Дерево образуется путем соединения нескольких шин с корневой системой. Топология обладает достаточной гибкостью, позволяет экономить на каналах связи, используется для построения сложных систем. Выбор той или иной топологии определяется областью применения ЛВС, расположением узлов и размерностью сети.