1. Общие принципы организации кс Базовые определения

Компьютерная сеть (КС) - совокуп­ность связанных с помощью каналов связи территориально распределенных ЭВМ, работающих под управлением сетевой операционной системы (NOS -Network Operating System). Компьютеры, входящие в состав сети, делятся на рабочие станции (PC), предназначенные для отдельных пользователей, и файловые серверы, предназначенные для обслуживания всех пользовате­лей. PC называют персональный компьютер (ПК) вместе с сетевым адапте­ром или сетевой платой (NIC - Network Interface Card). В качестве сервера может использоваться более мощная ЭВМ или функции сервера может вы­полнять любой из ПК сети. Во втором случае сеть состоит из равноправных, компьютеров и называется одноранговой. Трафиком называют информаци­онный поток, циркулирующий в сети.

Проектирование сетей началось во второй половине 60-ых годов. На­значение КС изменялись в процессе развития ЭВМ. Первая КС была разра­ботана в 1969 г. в США. Она называлась ARPA и предназначалась для объ­единения ЭВМ университетов, военных и научных организаций. Естествен­но, что такая КС предназначалась для связи крупных ЭВМ. Основными за­дачами такой КС были достижение более высокой производительности вы­числений, возможность решения более сложных задач, обмена информаци­ей о работах различных университетов. При создании КС в тот период ста­вилась также задача повышения живучести систем и ликвидации узких мест. В 1982 году эта КС стала частью сети Интернет. В 1989 году в составе Internet была создана КС BitNet, которая является научной сетью, соеди­няющей университеты и научные организации (около 2000 организаций из 51 страны). В 1974 году IBM разработала для объединения ЭВМ IBM 360/370 сетевую структуру SNA; фирма DEC, специализировавшаяся на выпуске ЭВМ среднего класса, для своих PDP-11 и VAX разработала соб­ственные варианты сети DECNet 1,2,3. Коммерческая сеть CyberNet, разра­ботанная фирмой CDC в начале 70-х годов содержала порядка 36 машин и объединяла коммерческие фирмы 8 южных штатов США. В последующие годы в связи с широким распространением ПК создаются различные КС, в первую очередь локальные, которые предназначены для решения следую­щих задач: разделение файлов (возможность работы многих пользователей с одним файлом), передача файлов, запуск прикладных программ с любого персонального компьютера; разделение прикладных программ, ввод данных одно­временно в прикладные программы, разделение дисковых накопителей и файлов между пользователями, разделение принтеров, обеспечение удален­ного доступа, предоставление услуг электронной почты. При создании различных типов сетей разрабатываются соответствующие протоколы, которые ут­верждаются следующими организациями: IEEE - институт электро- и элек­тронных инженеров, ISO - международная организация стандартов, ITU - международный телекоммуникационный союз, ANSI - американский национальный институт стандартов, ЕСМА - европейская компьютерная ассоциация.

Классификация кс

Классификация КС может быть выполнена по числу компьютеров, по размерам территории расположения узлов сети, по скорости передачи данных, по типу узлов и способам взаимодействия между ними (рис 1.1). По числу компьютеров различают малые, средние и крупные сети.

По размерам территории, на кото­рой располагаются КС, выделяют следующие категории сетей:

• Локальные КС (Local Area Network - LAN), состоящие из компьютеров, которые располагаются в соответствии с названием на небольшом расстоя­нии друг от друга (2-5 км), используют, как правило, один тип передающей среды. В основном, локальные КС располагаются в пределах одного офиса, здания, подразделения предприятия.

• КС масштаба городка (университета) - (Campus Area Network - CAN), ко­торые содержат несколько сетевых сегментов, расположенных в разных зданиях. Особенность таких сетей состоит в том, что они не используют средства удаленного доступа.

• Региональные (общегородские) КС - (Metropolitan Area Network - MAN), занимающие территории в пределах 100 км. В отличие от локальных КС, общегородские сети используют более скоростные каналы связи, допуска­ ют параллельную передачу как речевых сигналов, так и цифровых данных. К общегородской сети подключаются через высокоскоростную магистраль (backbone) несколько локальных КС. Достаточно часто для высокоскорост­ной магистрали используется волоконно-оптическая линия связи, которая прокладывается в туннелях метро.

Рисунок 1.1

• Территориально-распределенные сети - (Wide Area Network -WAN), со­стоящие из ЭВМ, разбросанных на очень больших расстояниях, включаю­щих различные города, регионы. В этих сетях применяются такие сетевые устройства, как маршрутизаторы. Связь отдельных КС, входящих в состав WAN, осуществляется по телефонным или выделенным линиям, в связи с чем их пропускная способность оказывается меньше, чем MAN.

• Глобальные КС - (Global Area Network -GAN), представляют собой объе­динение огромного числа сетей, которые располагаются в различных госу­дарствах. Глобальная сеть состоит из нескольких территориально-распределенных сетей больших размеров.

В особую категорию выделяют сети масштаба предприятия (Enterprise), содержащие различные типы компьютеров, принадлежащие отдельным крупным многонациональным компаниям (в связи с чем, их еще называют корпоративными). Компьютеры таких сетей располагаются в различных зданиях, в различных городах или даже в различных государствах.

Приведенное выше разделение сетей по категориям в зависимости от размеров занимаемой территории является условным. Например, если для одного пользователя сеть является локальной, то для другого пользователя эта же сеть может оказаться университетской.

В зависимости от скоростей передачи информации сети могут раз­деляться на среднескоростные, в которых скорость передачи информации составляют от 1 до 20 Мбит/с, современные высокоскоростные, поддержи­вающие скорость до 100 Мбит/с, сети следующего поколения NGN (Next Generation Networks), которые смогут обеспечить скорость передачи ин­формации не менее 1 Гбит/с.

Существует большое число способов объединения ЭВМ в КС. Принято различать физическую и логическую топологию КС. Логическая топология определяет логическую связь между собой сетевых узлов, порядок переда­чи информации между ними, а физическая описывает реальное физическое подключение этих узлов к передающей магистрали, определяет порядок пе­редачи электрических сигналов между узлами.

Особенности различных видов физических топологий иллюстрируют рис 1.2 - 1.5. На рис. 1.2 показана КС с шинной топологией. В этой сети PC подключаются к одному каналу с помощью трансивера - устройства, кото­рое может быть автономным или входить в состав системной платы. По концам шины ставятся согласующие резисторы - терминаторы.

Рисунок1.2

Рисунок 1.3

В КС с топологией типа "звезда" используют специальный концентра­тор (HUB), к которому подключаются все PC (рис.1.3).

Рисунок 1.4

Рисунок 1.5

Особенностью кольцевой КС является наличие замкнутого канала пере­дачи данных (рис 1.4). В таких сетях информация последовательно переда­ется между станциями, пока не достигнет получателя, после чего удаляется из сети. За удаление информации обычно отвечает ее отправитель. Удале­ние происходит после того, как эта информация возвратится к отправителю.

В современных сетях часто используется древовидная топология (рис. 1.5). В этих сетях с многоуровневой структурой, используются в качестве промежуточных узлов концентраторы, к которым подключаются конечные узлы - PC. К портам концентраторов верхних уровней подключают концен­траторы следующих более низких уровней.

Виртуальной локальной КС (VLAN - Virtual LAN) будем называть такое логическое объединение PC, подключенных к различным сетевым сегмен­там или даже сетям, что на логическом уровне пользователю такое объеди­нение представляется единой сетью. Виртуальная сеть позволяет легко про­граммно изменять конфигурацию сети в соответствии с требованиями бы­стро создающихся рабочих групп. Под рабочей группой понимают пользо­вателей, занимающихся разработкой общей проблемы.

Классификация сетей по типам узлов предполагает выделение таких ка­тегорий, как сети, построенные на базе больших ЭВМ, сети на базе ПК IBM, на базе ПК DEC, Macintosh, разнородные сети и т.п.

По принципу взаимодействия между узлами сети делят на одноранговые, серверные и сети с архитектурой клиент-сервер, которые пред­ставляют собой более усложненный вариант серверной сети, так как в ней на PC возлагаются большие обязанности. В такой сети PC генерирует и пе­редает на сервер запрос на обслуживание, а сервер его обрабатывает. Про­граммное обеспечение этих сетей состоит их двух частей - клиентской, ко­торая запускается из PC и обеспечивает передачу запроса на сервер и сер­верной, которое установлено на сервере, обеспечивает обработку запроса и формирование ответов в клиентскую часть.