Понятие компьютерных сетей. Виды сетей. Локальные и глобальные сети

       Таким образом, главное отличие  локальной сети от любой другой — высокая скорость передачи информации по сети. Но это еще не все, не менее важны и другие факторы.

         В частности, принципиально необходим  низкий уровень ошибок передачи, вызванных как внутренними, так и внешними факторами. Ведь даже очень быстро переданная информация, которая искажена ошибками, просто не имеет смысла, ее придется передавать еще раз. Поэтому локальные сети обязательно используют специально прокладываемые высококачественные и хорошо защищенные от помех линии связи.

       Особое значение имеет и такая  характеристика сети, как возможность  работы с большими нагрузками, то есть с высокой 

16

интенсивностью  обмена (или, как еще говорят, с большим трафиком). Ведь если механизм управления обменом, используемый в сети, не слишком эффективен, то компьютеры могут подолгу ждать своей очереди на передачу. И даже если эта передача будет производиться затем на высочайшей скорости и безошибочно, для пользователя сети такая задержка доступа ко всем сетевым ресурсам неприемлема. Ему ведь не важно, почему приходится ждать.

     Механизм управления обменом может гарантированно успешно работать только в том случае, когда заранее известно, сколько компьютеров (или, как еще говорят, абонентов, узлов), допустимо подключить к сети. Иначе всегда можно включить столько абонентов, что вследствие перегрузки забуксует любой механизм управления. Наконец, сетью можно назвать только такую систему передачи данных, которая позволяет объединять до нескольких десятков компьютеров, но никак не два, как в случае связи через стандартные порты.

Таким образом, сформулировать отличительные признаки локальной сети можно следующим образом:

• Высокая скорость передачи информации, большая пропускная способность сети. Приемлемая скорость сейчас — не менее 10 Мбит/с.
• Низкий уровень ошибок передачи (или, что то же самое, высококачественные каналы связи). Допустимая вероятность ошибок передачи данных должна быть порядка 10^-8 — 10^-12.
• Эффективный, быстродействующий механизм управления обменом по сети.
• Заранее четко ограниченное количество компьютеров, подключаемых к сети.

               При таком определении понятно,  что глобальные сети отличаются  от локальных прежде всего тем, что они рассчитаны на неограниченное число абонентов. Кроме того, они используют (или могут использовать) не слишком качественные каналы связи и сравнительно низкую скорость передачи. А механизм управления обменом в них не может быть гарантированно быстрым. В глобальных сетях гораздо важнее не качество связи, а сам факт ее существования.

            Нередко выделяют еще один  класс компьютерных сетей — городские, региональные сети, которые обычно по своим характеристикам ближе к глобальным сетям, хотя иногда все-таки имеют некоторые черты локальных сетей, например,

17

высококачественные  каналы связи и сравнительно высокие  скорости передачи. В принципе городская сеть может быть локальной со всеми ее преимуществами.

               Правда, сейчас уже нельзя провести  четкую границу между локальными и глобальными сетями. Большинство локальных сетей имеет выход в глобальную. Но характер передаваемой информации, принципы организации обмена, режимы доступа к ресурсам внутри локальной сети, как правило, сильно отличаются от тех, что приняты в глобальной сети. И хотя все компьютеры локальной сети в данном случае включены также и в глобальную сеть, специфики локальной сети это не отменяет. Возможность выхода в глобальную сеть остается всего лишь одним из ресурсов, разделяемых пользователями локальной сети.

          По локальной сети может передаваться самая разная цифровая информация: данные, изображения, телефонные разговоры, электронные письма и т.д. Кстати, именно задача передачи изображений, особенно полноцветных динамических, предъявляет самые высокие требования к быстродействию сети. Чаще всего локальные сети используются для разделения (совместного использования) таких ресурсов, как дисковое пространство, принтеры и выход в глобальную сеть, но это всего лишь незначительная часть тех возможностей, которые предоставляют средства локальных сетей . Например, они позволяют осуществлять обмен информацией между компьютерами разных типов. Полноценными абонентами (узлами) сети могут быть не только компьютеры, но и другие устройства, например, принтеры, плоттеры, сканеры. Локальные сети дают также возможность организовать систему параллельных вычислений на всех компьютерах сети, что многократно ускоряет решение сложных математических задач. С их помощью, как уже упоминалось, можно управлять работой технологической системы или исследовательской установки с нескольких компьютеров одновременно.

Однако сети имеют и довольно существенные недостатки, о которых всегда следует помнить:

• Сеть требует дополнительных, иногда значительных материальных затрат на покупку сетевого оборудования, программного обеспечения, на прокладку соединительных кабелей и обучение персонала.
• Сеть требует приема на работу специалиста (администратора сети), который будет заниматься контролем работы сети, ее модернизацией, управлением доступом к ресурсам, устранением

18

возможных неисправностей, защитой информации и резервным  копированием. Для больших сетей может понадобиться целая бригада администраторов.

• Сеть ограничивает возможности перемещения компьютеров, подключенных к ней, так как при этом может понадобиться перекладка соединительных кабелей.
• Сети представляют собой прекрасную среду для распространения компьютерных вирусов, поэтому вопросам защиты от них придется уделять гораздо больше внимания, чем в случае автономного использования компьютеров. Ведь достаточно инфицировать один и все компьютеры сети будут поражены.
• Сеть резко повышает опасность несанкционированного доступа к информации с целью ее кражи или уничтожения, Информационная защита требует проведения целого комплекса технических и организационных мероприятий.

         Ничто не дается даром. И  надо хорошо подумать, стоит ли подключать к сети все компьютеры компании, или часть из них лучше оставить автономными. Возможно, что сеть вообще не нужна, так как породит гораздо больше проблем, чем позволит решить.

        Под топологией (компоновкой, конфигурацией, структурой) компьютерной сети обычно понимается физическое расположение компьютеров сети друг относительно друга и способ соединения их линиями связи. Важно отметить, что понятие топологии относится, прежде всего, к локальным сетям, в которых структуру связей можно легко проследить. В глобальных сетях структура связей обычно скрыта от пользователей и не слишком важна, так как каждый сеанс связи может производиться по собственному пути.

       Топология определяет требования к оборудованию, тип используемого кабеля, допустимые и наиболее удобные методы управления обменом, надежность работы, возможности расширения сети. И хотя выбирать топологию пользователю сети приходится нечасто, знать об особенностях основных топологий, их достоинствах и недостатках надо. 
 
 

19

Среди топологических схем наиболее популярными являются (см. рис. 9):

1. Шина
2. Звезда
3. Кольцо
4. Многокаскадные и многосвязные сети

Рис. 9. Примеры  сетевых топологий 

           К первым трем типам топологии относятся 99% всех локальных сетей. Наиболее популярный тип сети – Ethernet, может строиться по схемам 1 и 2. Вариант 1 наиболее дешев, так как требует по одному интерфейсу на машину и не нуждается в каком-либо дополнительном оборудовании. Сети Token Ring и FDDI используют кольцевую топологию (3 на рис. 9), где каждый узел должен иметь два сетевых интерфейса. Эта топология удобна для оптоволоконных каналов, где сигнал может передаваться только в одном направлении (но при наличии двух колец, как в FDDI, возможна и двунаправленная передача). Нетрудно видеть, что кольцевая топология строится из последовательности соединений точка-точка.

         Используется и немалое количество  других топологий, которые являются  комбинациями уже названных. Примеры таких топологий представлены на рис. 10.

          Вариант А на рис. 10 представляет  собой схему с полным набором  связей (все узлы соединены со  всеми), такая схема используется  только в случае, когда необходимо  обеспечить высокую надежность соединений. Эта версия требует для каждого из узлов наличия n-1 интерфейсов при полном числе узлов n. Вариант Б является примером нерегулярной топологии, а вариант В – иерархический случай связи (древовидная топология).

           Если топологии на рис. 9 чаще применимы для локальных сетей, то топологии на рис. 10 более типичны для региональных и

20

глобальных  сетей. Выбор топологии локальной  или региональной сети существенно  сказывается на ее стоимости и  рабочих характеристиках.

Рис. 10. Различные  сетевые топологические схемы 

          Современные вычислительные системы  используют и другие топологии:  решетки (А), кубы (В), гипердеревья (Б), гиперкубы и т.д. (см. рис. 11). Но так как некоторые вычислительные системы (кластеры) базируются на сетевых технологиях, ниже приводятся и такие примеры. В некоторых системах топология может настраиваться на решаемую задачу.

Рис. 11. Современные  топологические схемы 

В середине 80-х годов  положение дел в локальных  сетях стало меняться. Утвердились  стандартные технологии объединения  компьютеров в сеть — Ethernet, Arcnet, Token Ring, Token Bus, несколько позже — FDDI. Все стандартные технологии локальных сетей опирались на тот же принцип коммутации, который был с успехом опробован и доказал свои преимущества при передаче трафика данных в глобальных компьютерных сетях — принцип коммутации пакетов. Стандартные сетевые технологии сделали задачу построения локальной сети почти тривиальной. Для создания сети достаточно было приобрести сетевые адаптеры соответствующего стандарта, например Ethernet, стандартный кабель, присоединить адаптеры к кабелю стандартными разъемами и установить на

21

компьютер одну из популярных сетевых операционных систем, например Novell NetWare. После этого сеть начинала работать, и последующее присоединение каждого нового компьютера не вызывало никаких проблем — естественно, если на нем был установлен сетевой адаптер той же технологии. В 80-е годы были приняты основные стандарты на коммуникационные технологии для локальных сетей: в 1980 году — Ethernet, в 1985 — Token Ring, в конце 80-х — FDDI. Это позволило обеспечить совместимость сетевых операционных систем на нижних уровнях, а также стандартизировать интерфейс ОС с драйверами сетевых адаптеров.Конец 90-х выявил явного лидера среди технологий локальных сетей — семейство Ethernet, в которое вошли классическая технология Ethernet 10 Мбит/c, а также Fast Ethernet 100 Мбит/c и Gigabit Ethernet 1000 Мбит/c.  Простые алгоритмы работы предопределили низкую стоимость оборудования Ethernet. Широкий диапазон иерархии скоростей позволяет рационально строить локальную сеть, применяя ту технологию, которая в наибольшей степени отвечает задачам предприятия и потребностям пользователей. Важно также, что все технологии Ethernet очень близки друг другу по принципам работы, что упрощает обслуживание и интеграцию построенных на их основе сетей. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

22

4.2. Глобальные сети

Глобальные  сети, которые также называются территориальными компьютерными сетями, служат для  того, чтобы предоставлять свои сервисы  большому количеству абонентов, разбросанных по большой территории. Ввиду  большой протяженности каналов связи построение глобальной сети требует очень больших  затрат, в которую входят стоимость кабелей и работ по их прокладке, затраты на коммутационное оборудование и промежуточную усилительную аппаратуру, обеспечивающую необходимую полосу пропускания канала, а также эксплутационные затраты на постоянное поддержание в работоспособном состоянии разбросанной по большой территории аппаратуры сети.

Типичными абонентами глобальной компьютерной сети является локальные сети предприятий, расположенные в разных городах и странах, которым нужно обмениваться данными между собой. Услугами глобальных сетей пользуются также и отдельные компьютеры. Крупные компьютеры класса мэйнфреймов обычно обеспечивают доступ к корпоративным данным, в то время как персональные компьютеры используются для доступа к корпоративным данным и публичным данным Internet.

Широкое распространение  корпоративных сетей, которое сегодня  стало очевидной тенденцией, приводит к существенным изменениям в архитектуре  объединенных вычислительных сетей, в том числе Интернета.

Сегодняшние корпоративные  вычислительные сети изначально возникли как островки локальных сетей, связанные  друг с другом тоненькими мостиками  межсетевых коммуникаций. Простая магистраль Ethernet с небольшой полосой пропускания вполне удовлетворяла тем требованиям, которые предъявлялись к ней при таком взаимодействии между сетями. Однако по мере того, как все большая часть информации и услуг сосредотачивалась на мощных централизованных серверах, перегруженные маршрутизаторы сетевой магистрали превратились в ее самое узкое место и начали существенно ограничивать взаимодействие между сетями.При построении территориально распределенной сети могут использоваться различные технологии. Для подключения удаленных пользователей самым простым и доступным вариантом является использование телефонной связи. Там, где это возможно, могут использоваться сети ISDN.Для объединения узлов сети в большинстве случаев используются глобальные сети передачи данных. Даже там, где возможна прокладка выделенных линий (например, в пределах

23

одного города) использование  технологий пакетной коммутации позволяет  уменьшить количество необходимых  каналов связи и - что немаловажно - обеспечить совместимость системы  с существующими глобальными сетями.Использовать Internet как среду передачи данных стоит только тогда, когда другие способы недоступны и финансовые соображения перевешивают требования надежности и безопасности. Если вы будете использовать Internet только в качестве источника информации, лучше пользоваться технологией "соединение по запросу" (dial-on-demand), т.е. таким способом подключения, когда соединение с узлом Internet устанавливается только по вашей инициативе и на нужное вам время.Это резко снижает риск несанкционированного проникновения в вашу сеть извне. Простейший способ обеспечить такое подключение - использовать дозвон до узла Internet по телефонной линии или, если возможно, через ISDN. Другой, более надежный способ обеспечить соединение по запросу - использовать выделенную линию и протокол X.25 или - что гораздо предпочтительнее - Frame Relay. В этом случае маршрутизатор с вашей стороны должен быть настроен так, чтобы разрывать виртуальное соединение при отсутствии данных в течении определенного времени и вновь устанавливать его только тогда, когда данные появляются с вашей стороны. Широко распространенные способы подключения с использованием PPP или HDLC такой возможности не дают. Если же вы хотите предоставлять свою информацию в Internet - например, установить WWW или FTP сервер, соединение по запросу оказывается неприменимым. В этом случае следует не только использовать ограничение доступа с помощью Firewall, но и максимально изолировать сервер Internet от остальных ресурсов. Хорошим решением является использование единственной точки подключения к Internet для всей территориально распределенной сети, узлы которой связаны друг с другом с помощью виртуальных каналов X.25 или Frame Relay. В этом случае доступ из Internet возможен к единственному узлу, пользователи же в остальных узлах могут попасть в Internet с помощью соединения по запросу.Для передачи данных внутри корпоративной сети также стоит использовать виртуальные каналы сетей пакетной коммутации. Основные достоинства такого подхода - универсальность, гибкость, безопасность - были подробно рассмотрены выше. В качестве виртуальной сети при построении корпоративной информационной системы может использоваться как X.25, так и Frame Relay. Выбор между ними определяется качеством каналов связи, доступностью услуг в точках подключения и - не в последнюю очередь - финансовыми соображениями. На сегодня затраты при использовании Frame Relay для междугородной связи оказываются в