Компоненты вычислительной сети среда передачи данных по компьютерным сетям виды сред передачи данных
1. Назначение компьютерных сетей, их основные компоненты.
2. Классификация КС
1. Виды компьютерных сетей
2. Типы компьютерных сетей
3. Топология компьютерных сетей
4. Преимущества компьютерных сетей
Назначение компьютерных сетей, их основные компоненты
Современное производство, деловая сфера и другие области деятельности человека
требуют высоких скоростей обработки информации, удобных форм ее хранения и
передачи. Для этих целей и создаются компьютерные сети.
Компьютерные сети – совокупности компьютеров, соединенных с помощью
каналов связи в единую систему.
Сервер (англ. server) — компьютер, подключенный к сети и обеспечивающий ее
пользователей (клиентов) определенными услугами.
Рабочая станция (PC англ. workstation) — подключенный к сети компьютер,
через который пользователь получает доступ к ее ресурсам.
Абоненты сети – объекты, генерирующие или потребляющие информацию.
Абонентами сети могут быть отдельные ЭВМ, промышленные роботы, станки с ЧПУ
(станки с числовым программным обеспечением) и т.д. Любой абонент сети подключен к
Станция – аппаратура, которая выполняет функции, связанные с передачей и
Для организации взаимодействия абонентов и станции необходима
физическая передающая среда.
Физическая передающая среда – линии связи или пространство, в котором
распространяются электрические сигналы, и аппаратура передачи данных.
На базе физической передающей среды строится коммуникационная сеть. Таким
образом, компьютерная сеть – это совокупность абонентских систем и
Основные компоненты коммуникационной сети:
таблица, ответ на запрос, текст, изображение);
4. средства передачи (физическая передающая среда и специальная
аппаратура, обеспечивающая передачу информации).
Режимы передачи, передающая среда
Компьютерные сети предназначены для оказания услуг по связи и передаче
данных, различаются типами связи, каналами связи, средой реализации связи, скоростью
передачи (пропускной способностью).
каналам связи используются понятия:
1. режим передачи;
3. тип синхронизации.
Существуют три режима передачи:
1. симплексный – это передача данных только в одном направлении;
2. полудуплексный – это попеременная передача информации, когда источник и
приемник последовательно меняются местами;
При передаче данных, также как и при хранении или обработке, используется
специальное кодирование. Оно осуществляется с помощью стандартных таблиц ASCII
(стандартный американский код для обмена информацией) и UNICODE (универсальный
код). Так, в стандартной кодировке ASCII для представления любого символа
используются 7 битов (двоичных разрядов), в UNICODE для кодирования символа
используются уже 16 или 32 бита.
Процессы передачи и приема информации в вычислительных сетях могут быть
привязаны к определенным временным промежуткам. Один процесс может начинаться
только после того, как полностью получит данные от другого процесса. Такие процессы –
синхронные. Если такой привязки нет, то процессы – асинхронные.
Синхронизация данных – согласование различных процессов во времени.
Чтобы обеспечить передачу информации с компьютера в коммуникационную
среду, необходимо согласовать сигналы внутреннего интерфейса компьютера с
параметрами сигналов, передаваемых по каналам связи. Технические устройства,
выполняющие функции сопряжения компьютера с каналами связи, называются
адаптерами или сетевыми адаптерами.
Физическая передающая среда представлена в локальных сетях тремя типами
Классификация компьютерных сетей
Виды компьютерных сетей
В централизованной вычислительной сети обработка данных
осуществляется одной центральной ВМ.
В распределенной вычислительной сети обработка данных выполняется на независимых, но связанных между собой компьютерах.
По радиусу действия ВС делятся на :
1. Персональные сети (до 10 м)
2. Локальные сети (до нескольких км)
3. Региональные сети (до 100 км)
4. Глобальные сети (соединяет континенты)
Персональные вычислительные сети
Персональные вычислительные сети, ПВС (англ. Personal Area Network,
PAN) используются для передачи информации на небольшие (до 10 м) расстояния
между компактно расположенными группами устройств персонального пользования
(компьютеры, КПК, цифровые фотоаппараты, мобильные телефоны и др.).
Локальные вычислительные сети
Локальные вычислительные сети, ЛВС (англ. Area Network, LAN)
объединяют ВМ, расположенные на расстоянии нескольких км. К этому классу относят
сети отдельных предприятий.
Локальная сеть объединяет абонентов, расположенных в пределах небольшой территории, обычно не более 2-2,5 км. Локальные компьютерные сети позволяют организовать работу отдельных предприятий и учреждений, в том числе и образовательных, решить задачу организации доступа к общим техническим и информационным ресурсам.
Региональные вычислительные сети
Региональные вычислительные сети, РВС (англ. Metropolitan Area
Network, MAN) объединяют ВМ, расположенные на расстоянии до несколько сотен км.
К этому классу относят сети, объединяющие компьютеры внутри большого города,
экономического района, отдельной страны.
Глобальные вычислительные сети
Глобальные вычислительные сети, ГВС (англ. Wide Area Network, WAN)
объединяют компьютеры, расположенные в различных странах, на различных
континентах. Взаимодействие в такой сети может осуществляться на базе телефонных
линий связи, радиосвязи и систем спутниковой связи. Глобальные компьютерные сети
позволяют решить проблему объединения информационных ресурсов всего человечества
и организации доступа к этим ресурсам.
ЛВС могут входить как компоненты в состав РВС, а РВС — объединяться в ГВС.
Различные ГВС могут образовывать сложные структуры, например ИНТЕРНЕТ.
Интернет не является единственной существующей глобальной вычислительной
сетью. В настоящее время функционируют ряд коммерческих и образовательных
глобальных сетей : Bitnet, SprintNet, CompuServe, FidoNet. Эти сети отличаются от
Интернета устройством и применяемыми для работы протоколами. Однако, существуют
шлюзы, позволяющие пересылать информацию между этими сетями, в частности, в виде
документов электронной почты.
Типы компьютерных сетей
По принципам организации обмена информацией локальные сети делят на
одноранговые и сети с выделенным сервером.
В одноранговой сети (англ. peer-to-peer — порт к порту) нет единого центра
управления рабочими станциями и нет единого устройства хранения данных.
Одноранговая сеть является наиболее простым и дешевым вариантом объединения
нескольких компьютеров. Главным образом это связано с тем, что основные
операционные системы наделены всеми необходимыми функциями, позволяющими
построить одноранговую сеть. К тому же для создания такой сети требуется минимальное
дополнительное оборудование: по одной сетевой карте на каждый компьютер и
соединяющий их коаксиальный сетевой кабель.
Все машины одноранговой сети равноправны. Здесь нет компьютера, называемого
сервером и служащего для хранения информации, администрирования прав пользователей
и сетевых ресурсов. В результате мы имеем простейшую горизонтальную структуру.
Пользователи одноранговой сети могут получить практически неограниченный доступ к
ресурсам своих машин.
Сеть с выделенным сервером
Сервер представляет собой высокопроизводительный компьютер, которому
переданы основные функции управления сетью. Посредством сетевого кабеля через
специальное устройство, называемого концентратором или хабом, к нему подключаются
отдельные компьютеры, именуемые рабочими станциями, или узлами. При этом на
сервер возлагаются разнообразные задачи управления ресурсами сети, включая доступ к
сетевым дискам, принтерам или модемам. Здесь могут храниться общие базы данных и
определяться права доступа к ним пользователей.
В сети с выделенным сервером один из компьютеров (сервер сети)
выполняет функции управления взаимодействием между ПК (персональными компьютерами), хранения данных, предназначенных для использования всеми ПК и ряд сервисных функций.
Оба вида сетей имеют и достоинства и недостатки.
Достоинства одноранговых сетей
1. высо кая надежность;
2. прозрачность работы сети для пользователя;
3. низкая стоимость;
4. простота управления по сравнению с сетями с выделенным сервером.
Недостатки одноранговых сетей
1. зависимость эффективности работы от количества станций;
2. сложнос ть обеспечения защиты информации;
3. трудности обновления и изменения программного обеспечения станций.
Достоинства сетей с выделенным сервером
1. надежная система защиты информации;
2. высокое быстродействие;
3. отсутствие ограничений на число рабочи х станций.
Недостатки сетей с выделенным сервером
1. более высокая стоимость, т.к. нужно выделять один компьютер под сервер;
2. меньшая гибкость по сравнению с одноранговыми сетями.
Если выход из строя одного компьютера в одноранговой сети не влияет на работу
сети в целом, то выход из строя сервера делает обмен информацией между остальными
компьютерами сети с выделенным сервером невозможным.
Топология компьютерных сетей
По принципу организации передачи данных сети можно разделить на:
1. Последовательные — передача данных выполняется последовательно от
одного узла к другому, и каждый узел транслирует принятые данные дальше. К этому типу
относятся все глобальные, региональные и многие локальные сети;
2. Широковещательные — в каждый момент времени передачу ведет
только один узел, остальные узлы только принимают информацию. К этому типу сетей
относится значительная часть ЛВС, использующая один общий канал связи (моноканал)
или одно общее пассивное коммутирующее устройство.
По типу коммуникационной среды сети можно разделить на:
1. Сети с моноканалом — данные могут следовать только по одному пути.
Все пакеты доступны всем абонентам сети, но использовать пакет может только абонент,
чей адрес указан в пакете. Такие сети называют также сетями с селекцией
2. Сети с маршрутизацией информации — в процессе передачи данных в
каждом узле происходит выбор пути дальнейшего движения.
Способ соединения компьютеров в сеть называют топологией сети, а правила
обмена данными называют протоколом.
Понятие топология характеризует тип и способ соединения компьютеров в сети.
Выбор топологии определяется, в частности, планировкой помещения, в котором
разворачивается сеть. Кроме того, большое значение имеют затраты на приобретение и
установку сетевого оборудования.
Основные виды топологии ЛС:
Шинной называется такая топология, когда к незамкнутому каналу (шине)
поочередно подключаются компьютеры, которые называются сетевыми узлами или
Шинная топология предусматривает соединение компьютеров посредством одного
кабеля. Аналогично шине данных в ПК сетевой кабель становится определяющим
элементом такой сети. Отсюда такое название топологии.
Благодаря своей простоте шинная топология снижает расход кабеля, что
соответственно уменьшает общие расходы на оборудование ЛВС. Другим ее
преимуществом является удобство расширения, выражающееся в том, что подключение и
отключение машин не требует прерывания работы сети.
К сожалению, шинная топология имеет и ряд существенных недостатков.
Незначительный дефект кабеля может парализовать работу всей сети. С другой стороны, в
этом случае довольно сложно отследить как брак, допущенный во время монтажа сети
(обрыв и перегиб кабеля), так и неполадки, возникающие при эксплуатации (например,
недостаточно плотное вхождение кабеля в разъемы).
Еще один недостаток – малая пропускная способность передачи данных и
конфликты при передаче данных.
Кольцевой называется топология, когда информация передается от абонента к
абоненту по замкнутому каналу (кольцу) только в одном направлении.
Топология типа «кольцо», или кольцеобразная топология, предусматривает
объединение всех компьютеров с помощью кабельной системы, имеющей форму
замкнутого контура. Преимущество ее в простоте развертывания сети, но при этом
сохраняются и описанные выше недостатки. В частности, повреждение кабеля на участке
между двумя компьютерами ЛВС приводит к выходу из строя всей кольцеобразной сети.
Сохраняется и возможность конфликтов при передаче данных.
По этой причине кольцеобразная топология в чистом виде почти нигде не
Звездообразной называется топология, при которой компьютеры соединены между
собой не непосредственно, а через специальное устройство – концентратор, или хаб.
Топология типа «звезда», или звездообразная топология, представляет собой более
дорогостоящую, но и более производительную структуру. В этом случае каждый
компьютер, в том числе и сервер, соединяется сегментом кабеля с центральным
Основным преимуществом такой топологии является ее устойчивость к сбоям,
возникающим вследствие неполадок на отдельных ПК или из-за повреждения сетевого
кабеля. В этом случае только компьютер, находящийся в несправном сегменте, не сможет
участвовать в обмене данными по сети, а на работу остальных машин этот отказ никак не
Еще одним преимуществом схемы является ее большая производительность,
обусловленная высокой скоростью передачи информации. Работу с такой скоростью
выдерживает и кабель на основе витой пары.
Можно сказать, что топология сетей – это геометрическая схема соединения узлов
Одной их характеристик сети является ее надежность. С точки зрения надежности,
предпочтительнее топология звезда, т.к. при выходе из строя какого-либо участка сети,
например, сетевого кабеля, остальная сеть остается работоспособной в отличие от
топологий шина и кольцо.
Однако из-за наличия концентратора такая сеть может оказаться дороже, да и
ремонт или замена концентратора дороже замены вышедшего из строя куска кабеля и, как
правило, занимает больше времени.
Основная функция концентратора состоит в объединении пользователей в один
сетевой сегмент. Кроме этого, данные устройства могут обеспечивать функции
центрального узла сети, осуществляющего задачу управления, играть важную роль в
системе защиты сети и поддерживать целый ряд стандартов. Концентраторы бывают
разных видов и размеров и могут работать как в сети, состоящей из нескольких
компьютеров в школьном кабинете информатики или небольшой фирме, так и в сети с
сотнями компьютеров, охватывающей комплекс зданий.
Компьютер подключается к сети с помощью сетевой карты (сетевого адаптера).
Сетевая карта устанавливается в один из свободных слотов материнской платы.
Использование топологий
К достоинствам такой сети относится то, что ее легко расширять и
адаптировать к различным системам, она устойчива к неисправностям на отдельных
узлах. Недостатки шинной топологии — загруженность канала связи и слабая
2.В сети с кольцевой топологией все узлы соединены каналами связи в единое замкнутое кольцо (петлю). Передача данных производится от узла к узлу в одном направлении, причем каждый узел ее ретранслирует.
Достоинство такой топологии — простота подключения новой ВМ к сети.
Недостатки кольцевой топологии — загруженность канала связи, слабая
3. В сети с радиальной (звездообразной) топологией вся информация передается через центральный узел. В случае с активным центром (сервером, маршрутизатором), он ретранслирует, переключает и маршрутизирует информационные потоки в сети. К серверу подключаются рабочие станции с независимыми каналами связи.
Достоинство радиальной топологии с активным центром — простота
подключения новой ВМ к сети, хорошая защищенность информации, большая пропускная
Недостатки этой топологии : большая загруженность сервера;
полная потеря работоспособности сети при отказе сервера; большая протяженность
линий связи; отсутствие гибкости в выборе пути передачи информации.
Используются и широковещательные радиальные сети с пассивным центром.
Вместо центрального сервера в таких сетях устанавливается коммутирующее
устройство (концентратор) обеспечивающий подключение одного передающего канала
сразу ко всем остальным. Недостатками топологии по сравнению с радиальной
топологией с активным центром являются меньшая пропускная способность, и слабая
защищенность передаваемой информации.
Полносвязные, иерархические и сети со смешанной топологией в процессе
передачи данных в каждом узле пути требуют выбора дальнейшего движения
В структуре такой сети можно выделить коммуникационную и абонентскую
подсети. Коммуникационная подсеть является ядром ВС, связывающим PC и серверы сети
друг с другом. Звенья коммуникационной подсети (узлы коммутации) связаны между
собой магистральными каналами связи, обладающими высокой пропускной
способностью. В больших сетях коммуникационную подсеть называют сетью передачи
Звенья абонентской подсети (серверы, рабочие станции) подключаются к узлам
коммутации абонентскими (среднескоростными) каналами связи.
Вопросы и задания
1. Чем отличаются централизованные и распределенные ВС?
2. Дайте классификацию ВС по радиусу действия.
3. Дайте определения сервера и рабочей станции.
4. Как осуществляется взаимодействие компьютеров в одноранговой сети?
5. Как осуществляется взаимодействие компьютеров в сети с выделенным сервером?
6. Чем отличаются последовательные и широковещательные ВС?
7. Чем отличаются сети с моноканалом от сетей с маршрутизацией информации?
8. Что такое топология сети?
9. Опишите топологии «шина», «кольцо».
10. В чем отличие топологий «звезда» с активным и пассивным центром?
Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.
Первым рассмотренным устройством будет конечное устройство или End Device. Именно эти конечные устройства обмениваются информацией между собой. Иногда информацию с конечного устройства запрашивает пользователь, а иногда такие устройства сами обмениваются данными без вмешательства пользователя. Так что же это за устройства?
Компонент сети End Devices или конечные устройства (их также называют хостами или узлами), это обычные компьютеры, ноутбуки, мобильные телефоны, всевозможные смартфоны и коммуникаторы, планшеты, сервера, и даже компьютеризированные холодильники. Другими словами, конечные устройства – это те устройства, которые инициализируют процесс передачи данных, то есть именно они начинают передавать или запрашивать данные у других конечных устройств.
Network Media (medium) – Сетевые среды.
Если поставить 2 компьютера рядом друг с другом, то конечно же они не смогут обмениваться данными между собой. Их требуется чем-то соединить. Вот для этого к нам на помощь и приходит media.
Компонент сети Media – это среды передачи данных, то есть в том, или по чему передаются данные. Network Media – это металлические провода (медная витая пара, телефонный кабель), стекло (стекловолокно), или даже «воздух» (Bluetooth, Wi-Fi, 3G, LTE). Под «воздухом» следует понимать среды передачи данных без участия проводов, то есть «беспроводные».
Вот теперь мы можем поставить два компьютера относительно рядом и соединить их либо проводом (например, медной витой парой или стекловолокном), либо с помощью беспроводной связи.
Следует оговориться, что для соединения кабелем (витой парой, стекловолокном или другими кабелями) или беспроводной связью (IR, Bluetooth, Wi-Fi) требуется специальный сетевой адаптер или модем ССЫЛКА ССЫЛКА ССЫЛКА ССЫЛКА ССЫЛКА. Теоретически, модем можно отнести к другим устройствам, не конечным, но пока мы можем считать их частью конечных устройств (например, в недалеком прошлом, модем в ноутбуке (или домашнем компьютере) являлся частью материнской платы, которая в свою очередь является одной из самых важных частей в конечном устройстве). Читайте про модемы ниже.
В предыдущем абзаце я упомянул о каких-то других устройствах, отличных от конечных, пора рассказать и об этих важных сетевых устройствах.
Intermediary Devices – Промежуточные устройства
Соединив два компьютера между собой посредством провода, у нас не остается места для третьего. Конечно, для третьего и даже четвертого компьютеров можно добавить дополнительные сетевые карты (сетевые адаптеры) в каждый компьютер, но это не решит вопрос о надежном подключении ста компьютеров сеть, или даже тысячи компьютеров.
Вот тут-то мы начинаем задумываться о различных топологиях сети, но на данный момент лучше гибридной топологии ничего не придумали. В каждой гибридной топологии есть элемент от топологии звезды – некоторое связующее устройство или промежуточное устройство.
Компонент сети Intermediary Devices или Промежуточные устройства, это такие устройства, которые объединяют конечные устройства в локальные (или глобальные) сети передачи данных.
К промежуточным устройствам относятся: хабы (hubs), свитчи (switches, коммутаторы), роутеры (routers, маршрутизаторы), модемы (modems), беспроводные точки доступа (Wireless Access Point) и файерволы (firewalls, брендмауеры).
Еще одна оговорка: хоть маршрутизаторы обмениваются информацией (таблицами маршрутизации) между собой, цель этого процесса – поддержание актуальных сведений для обработки пакетов от конечных устройств, то есть они служат конечным устройствам.
А теперь про модемы, они присутствуют как в конечных устройствах (причем, как часть конечных устройств), так и отдельно. Я считаю, что обычные модемы (или карты расширения беспроводной связи) в ноутбуках, это часть конечного устройства, и поэтому относится к конечным устройствам. А внешние модемы, которые используются для преобразования оптоволоконной среды в пригодную для маршрутизатора, являются отдельными промежуточными устройствами.
Итак, улучшим нашу сеточку. Объединим все наши компьютеры (допустим 10 штук) в локальную сеть, соединив их все с одним коммутатором. Готово, сеть построена.
Допустим, у нас есть две такие сети, из коммутатора и десяти компьютеров, соединим коммутаторы с маршрутизатором, и вот у нас уже 2 отдельные сети объединены в одну большую.
На этом этапе физическая часть компонентов сети заканчивается и начинается программная часть.
Services and Processes – Сервисы (сетевые услуги) и процессы
Наряду с физическими устройствами важными компонентами компьютерной сети являются программные средства, сервисы и программные процессы.
Services and Processes или Сервисы и Процессы, это специальные сетевые программы, работающие на сетевых устройствах.
Сервисы
Процессы
Процессы, в отличие от сервисов для нас невидимы, но они (процессы) гораздо более значимы для нас и нашей сети. Именно процессы функционирует и днем и ночью на маршрутизаторах, коммутаторах, беспроводных точках доступа и прочем сетевом оборудовании.
Постоянно функционирующие программы (или процессы) обрабатывают все наши посланные запросы к серверам, следят за сохранностью переданной информации, обеспечивают сетевую безопасность и многое другое, без чего функционирование сети невозможно.
Заключение
Основные компоненты сети: конечные устройства (end devices), промежуточные устройства (intermediary devices), среды передачи данных (media) и программные средства, такие как сервисы (services) и процессы (processes).
Конечные устройства: сервера, домашние компьютеры, телефоны и т.п.
Промежуточные устройства: маршрутизаторы (routers), коммутаторы (switches), беспроводные точки доступа (Wireless Access Point), некоторые модемы (modems).
Среды передачи данных: металл, стекло, пластик, радио волны и излучения.
Процессы: специальные служебные сетевые процессы, работающие на сетевом оборудовании.
Все устройства и медиа (среды передачи данных) – это физические, аппаратные или как еще называют – железные (hardware) компоненты сети.
При создании сетей телекоммуникаций невозможно соединить всех абонентов между собой отдельными (выделенными) линиями связи . Это нецелесообразно экономически и невыполнимо практически. Поэтому соединение многочисленных абонентов (А), находящихся на большом расстоянии, обычно производится через транзитные (телекоммуникационные) узлы (ТУ) связи ( рис. 1.1).
В некоторых сетях все возможные маршруты уже созданы и необходимо только выбрать наиболее оптимальный. Процесс выбора оптимального маршрута получил название маршрутизация, а устройство, ее реализующее, – маршрутизатор. Выбор оптимального маршрута узлы производят на основе таблиц маршрутизации (или коммутации) с использованием определенного критерия – метрики.
В настоящее время в соответствии с концепцией Единой сети электросвязи Российской Федерации создаются сети нового (следующего) поколения ( Next Generation Network – NGN ), в которых все виды трафика передаются по единой сети связи в цифровой форме. Подобные сети также называют мультисервисными ( Internet Multi Service – IMS ), в отличие от ранее существовавших моносервисных сетей.
В сетях NGN обеспечивается слияние ( конвергенция ) всех существующих сетей в единую информационную сеть для передачи мультимедийной информации. Пользователи такой сети должны иметь широкий выбор услуг с гарантированным качеством, что обеспечивается соответствующим уровнем управления, транспортным уровнем и уровнем доступа пользователей к мультисервисной сети ( рис. 1.2).
Транспортный уровень сети NGN создается на базе IP -сетей с распределенной коммутацией пакетов . Доступ к транспортной сети обеспечивается через соответствующие устройства и шлюзы .
Сети следующего поколения NGN обеспечивают широкий набор услуг с гибкими возможностями по их управлению. Телекоммуникационные сети нового поколения используются для передачи различных видов информации: дискретных данных, аудио- и видеоинформации. Услуга передачи указанной триады (голоса, данных и видеоинформации) по единой мультисервисной сети получила название Triple Play.
Рис. 1.3. Структурная схема телекоммуникационной сети
1.2. Классификация сетей передачи данных
Методы и устройства, используемые в вычислительных (компьютерных) сетях передачи данных , широко применяются при создании сетей NGN. Поэтому в настоящем курсе лекций основное внимание уделено аппаратным и программным средствам вычислительных (компьютерных) сетей, т. е. сетей передачи данных , на базе которых и создаются современные мультисервисные сети. В сетях передачи данных (компьютерных или вычислительных) поток может быть представлен различными информационными единицами: битами, байтами, кадрами, пакетами, ячейками, образующими информационный поток . Сети передачи данных, как правило, относятся к сетям с коммутацией пакетов.
Согласно одной из классификаций сети передачи данных подразделяются на локальные и глобальные ( рис. 1.4). Сеть может размещаться на ограниченном пространстве, например, в отдельном здании, в аудитории. При этом она называется локальной вычислительной сетью – ЛВС ( Local Area Network – LAN ). Основными технологиями локальных вычислительных сетей , которые применяются в настоящее время, являются Ethernet , Fast Ethernet , Gigabit Ethernet . Другие технологии ЛВС ( Token Ring , 100VG-AnyLAN , FDDI и др.) используются редко.
Совокупность нескольких локальных сетей называют составной, распределенной или глобальной сетью ( Internetwork , Internet ). В составную сеть могут входить подсети ( Subnet ) различных технологий. Крупные фирмы (корпорации) создают свои собственные корпоративные сети ( Intranet ), которые используют технологии как глобальных, так и локальных сетей. Таким образом, объединение пользователей, расположенных на широком географическом пространстве, например в разных городах, для совместного использования информационных данных, производится с помощью глобальных вычислительных сетей – ГВС (Wide Area Network – WAN ).
Глобальные сети передачи данных часто классифицируют ( рис. 1.4) на:
- сети с коммутацией каналов ;
- сети, использующие выделенные линии;
- сети с коммутацией пакетов .
Сети с коммутацией каналов и с использованием выделенных линий строят на основе различных сетевых технологий . При этом применяются следующие технологии и линии связи :
- цифровые линии, которые бывают постоянные, арендуемые, а также коммутируемые. В цифровых линиях применяют технологии плезиохронной цифровой иерархии ( Plesiochronous Digital Hierarchy – PDH ), синхронной цифровой иерархии ( Synchronous Digital Hierarchy – SDH ), а также технологии оптических линий связи спектрального уплотнения по длине волны ( Wave -length Division Multiplexing – WDM, Dense WDM – DWDM );
- цифровые сети интегральных служб с коммутацией каналов ( Integrated Services Digital Network – ISDN );
- цифровые абонентские линии (Digital Subscriber Line – DSL );
- аналоговые выделенные линии и линии с коммутацией каналов ( dialup ) с применением модемов, т. е. аналоговые АТС.
Технологии PDH и SDH характеризуются высокой скоростью передачи данных. Например, скорость передачи данных по сетям технологии PDH составляет от 2 Мбит/с до 139 Мбит/с; технологии SDH – от 155 Мбит/с до 2,5 Гбит/с и выше. Дальнейшее увеличение скорости передачи данных достигнуто в системах со спектральным уплотнением по длине волны (технологии WDM и DWDM ) на волоконно-оптических кабелях. Основными аппаратными средствами высокоскоростных технологий с коммутируемыми цифровыми линиями являются мультиплексоры ( MUX ).
Широкое распространение в настоящее время получили сети с коммутацией пакетов, в которых применяются следующие сетевые технологии :
Технологии виртуальных каналов предусматривают предварительное соединение конечных узлов (источника и назначения), при этом прокладывается маршрут ( виртуальный канал ), по которому затем передаются данные. Получение данных подтверждается приемной стороной. Технология X.25 ориентирована на ненадежные аналоговые линии связи , поэтому характеризуется низкой скоростью передачи данных (до 48 Кбит/с). Однако данная технология применяется до настоящего времени, например в сетях банкоматов, из-за своей высокой надежности при ненадежных линиях. Технология Frame Relay обеспечивает более высокую по сравнению с Х.25 скорость передачи данных – до 2-4 Мбит/с. Но линии связи должны быть более надежными по сравнению с Х.25. Наибольшую скорость передачи данных (155 Мбит/c, 620 Мбит/c, а также 2,4 Гбит/c) обеспечивают сети АТМ. Однако развитие этих сетей сдерживает их высокая стоимость .
Краткая история развития компьютерных сетей
Компьютерные сети появились в результате развития телекоммуникационных технологий и компьютерной техники. То есть появились компьютеры. Они развивались. Были телекоммуникационные системы, телеграф, телефон, то есть связь. И вот люди думали, хорошо было бы если бы компьютеры могли обмениваться информацией между собой. Эта идея стала основополагающей идеей благодаря которой появились компьютерные сети.
50-е годы: мейнфреймы
Начало 60-х годов: многотерминальные системы
В дальнейшем к одному мейнфрейму стали подключать несколько устройств ввода-вывода, появился прообраз нынешних терминальных систем да и сетей в целом.
70-е годы: первые компьютерные сети
Середина 70-х годов: большие интегральные схемы
Локальная сеть (Local Area Network, LAN) – объединение компьютеров, сосредоточенных на небольшой территории. В общем случае локальная сеть представляет собой коммуникационную систему, принадлежащую
одной организации.Сетевая технология – согласованный набор программных и аппаратных средств (драйверов, сетевых адаптеров, кабелей и разъемов), а также механизмов передачи данных по линиям связи, достаточный для построения вычислительной сети.
В период с 80-х до начала 90-х годов появились и прочно вошли в нашу жизнь:
Общие принципы построения сетей
Со временем основной целью компьютерных развития сетей (помимо передачи информации) стала цель распределенного использования информационных ресурсов:
- Периферийных устройств: принтеры, сканеры и т. д.
- Данных хранящихся в оперативной памяти устройств.
- Вычислительных мощностей.
Достичь эту цель помогали сетевые интерфейсы. Сетевые интерфейсы это определенная логическая и/или физическая граница между взаимодействующими независимыми объектами.
Сетевые интерфейсы разделяются на:
- Физические интерфейсы (порты).
- Логические интерфейсы (протоколы).
Из определения обычно ничего не ясно. Порт и порт, а что порт?
Начнем с того что порт это цифра. Например 21, 25, 80.
Протокол
Протокол, например TCP/IP это адрес узла (компьютера) с указанием порта и передаваемых данных. Например что бы передать информацию по протоколу TCP/IP нужно указать следующие данные:
Пара клиент—сервер
Начнем с определений.
При этом программа может быть установлена на Клиенте, а база данных программы на Сервере.
Топология физических сетей
Под топологией сети понимается конфигурация графа, вершинам которого соответствуют конечные узлы сети (например, компьютеры) и коммуникационной оборудование (например, маршрутизаторы), а ребрам – физические или информационные связи между вершинами.
- Полносвязная (а).
- Ячеистая (б).
- Кольцо (в).
- Звезда (г).
- Дерево (д).
- Шина (е).
Адресация узлов сети
Множество всех адресов, которые являются допустимыми в рамках некоторой схемы адресации, называется адресным пространством. Адресное пространство может
иметь плоскую (линейную) организацию или иерархическую организацию.Для преобразования адресов из одного вида в другой используются специальные вспомогательные протоколы, которые называют протоколами разрешения адресов.
Коммутация
Соединение конечных узлов через сеть транзитных узлов называют коммутацией. Последовательность узлов, лежащих на пути от отправителя к получателю, образует маршрут.
Обобщенные задачи коммутации
- Определение информационных потоков, для которых требуется прокладывать маршруты.
- Маршрутизация потоков.
- Продвижение потоков, то есть распознавание потоков и их локальная коммутация на каждом транзитном узле.
- Мультиплексирование и демультиплексирование потоков.
Уровни сетевой модели OSI и уровни TCP/IP
Для упрощения структуры большинство сетей организуются в наборы уровней, каждый последующий возводится над предыдущим.
Целью каждого уровня является предоставление неких сервисов для вышестоящих уровней. При этом от них скрываются детали реализации предоставляемого сервиса.
Протоколы, реализующие модель OSI никогда не применялись на практике, но имена и номера уровней используются по сей день.
- Физический.
- Канальный.
- Сетевой.
- Транспортный.
- Сеансовый.
- Представления.
- Прикладной.
Для лучшего понимания приведу пример. Вы открываете страницу сайта в интернете. Что происходит?
Канальный уровень. Канальный уровень это технология каким образом будут связаны узлы (передающий и принимающий), тут вспоминает топологию сетей: кольцо, шина, дерево. Данный уровень определяет порядок взаимодействия между большим количеством узлов.
- Сетевые протоколы (IPv4 и IPv6).
- Протоколы маршрутизации и построения маршрутов.
Сеансовый уровень. Отвечает за управление сеансами связи. Производит отслеживание: кто, в какой момент и куда передает информацию. На этом уровне происходит синхронизация передачи данных.
Прикладной уровень. Осуществляет взаимодействие приложения (например браузера) с сетью.
Уровни TCP/IP
Набор протоколов TSP/IP основан на собственной модели, которая базируется на модели OSI.
- Прикладной, представления, сеансовый = Прикладной.
- Транспортный = Транспортный.
- Сетевой = Интернет.
- Канальный, физический = Сетевой интерфейс.
Уровень сетевого интерфейса
Уровень сетевого интерфейса (называют уровнем 2 или канальным уровнем) описывает стандартный метод связи между устройствами которые находятся в одном сегменте сети.
Этот уровень предназначен для связи расположенных недалеко сетевых интерфейсов, которые определяются по фиксированным аппаратным адресам (например MAC-адресам).
Уровень сетевого интерфейса так же определяет физические требования для обмена сигналами интерфейсов, кабелей, концентраторов, коммутаторов и точек доступа. Это подмножество называют физическим уровнем (OSI), или уровнем 1.
Например, интерфейсы первого уровня это Ethernet, Token Ring, Point-to-Point Protocol (PPP) и Fiber Distributed Data Interface (FDDI).
Немного о Ethernet на примере кадра web-страницы
Пакеты Ethernet называют кадрами. Первая строка кадра состоит из слова Frame. Эта строка содержит общую информацию о кадре.
В полном заголовке Ethernet есть такие значения как DestinationAddress и SourceAddress которые содержат MAC-адреса сетевых интерфейсов.
Поле EthernetType указывает на следующий протокол более высокого уровня в кадре (IPv4).
Коммутаторы считывают адреса устройств локальной сети и ограничивают распространение сетевого трафика только этими адресами. Поэтому коммутаторы работают на уровне 2.
Уровень Интернета
Уровень интернета называют сетевым уровнем или уровнем 3. Он описывает схему адресации которая позволяет взаимодействовать устройствам в разных сетевых сегментах.
Если адрес в пакете относится к локальной сети или является широковещательным адресом в локальной сети, то по умолчанию такой пакет просто отбрасывается. Поэтому говорят, что маршрутизаторы блокируют широковещание.
Стек TCP/IP реализован корпорацией Microsoft ну уровне интернета (3). Изначально на этом уровне использовался только один протокол IPv4, позже появился протокол IPv6.
Протокол версии 4 отвечает за адресацию и маршрутизацию пакетов между узлами в десятках сегментах сети. IPv4 использует 32 разрядные адреса. 32 разрядные адреса имеют довольно ограниченное пространство, в связи с этим возникает дефицит адресов.
Протокол версии 6 использует 128 разрядные адреса. Поэтому он может определить намного больше адресов. В интернете не все маршрутизаторы поддерживают IPv6. Для поддержки IPv6 в интернете используются туннельные протоколы.
В Windows по умолчанию включены обе версии протоколов.
Транспортный уровень
Транспортный уровень модели TCP/IP представляет метод отправки и получения данных устройствами. Так же он создает отметку о предназначении данных для определенного приложения. В TCP/IP входят два протокола транспортного уровня:
- Протокол TCP. Протокол принимает данные у приложения и обрабатывает их как поток байт.Байты группируются, нумеруются и доставляются на сетевой хост. Получатель подтверждает получение этих данных. Если подтверждение не получено, то отправитель отправляет данные заново.
- Протокол UDP.Этот протокол не предусматривает гарантию и подтверждение доставки данных. Если вам необходимо надежное подключение, то стоит использовать протокол TCP.
Прикладной уровень
Обучаю HTML, CSS, PHP. Создаю и продвигаю сайты, скрипты и программы. Занимаюсь информационной безопасностью. Рассмотрю различные виды сотрудничества.
Читайте также: