К ОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ 1. О БЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ О СНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ Компьютерная сеть – это совокупность компьютерного и сетевого оборудования, соединенного с помощью каналов связи в единую систему. Основным назначением компьютерной сети является: - совместное использование информации; -совместное использование оборудования и ПО. Основные компоненты компьютерной сети: - компьютеры (аппаратный слой); - коммуникационное оборудование; - сетевые операционные системы; - сетевые приложения.

К ЛАССИФИКАЦИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ Классифицируя сети по территориальному признаку, различают: Локальная сеть (LAN - Local Area Network) - сеть в пределах предприятия, учреждения, одной организации. К классу ЛКС относятся сети предприятий, фирм, банков, офисов, учебных заведений и т.д. Принципиальным отличием ЛКС от других классов сетей является наличие своей штатной системы передачи данных. Региональная сеть (MAN - Metropolitan Area Network) - сеть в пределах города или области, объединяют абонентские системы, расположенные в пределах отдельного региона – города, административного района. Глобальная сеть (WAN - Wide Area Network) – сеть на территории государства или группы государств; объединяют абонентские системы, охватывающей различные страны и континенты.

В зависимости от масштаба сети бывают: Сети отделов используются небольшой группой сотрудников в основном с целью разделения периферийных устройств, приложений и данных; имеют один-два файловых сервера и не более тридцати пользователей; они обычно не разделяются на подсети. Сети кампусов объединяют сети отделов в пределах отдельного здания или одной территории площадью в несколько квадратных километров, при этом глобальные соединения не используются. Корпоративные сети объединяют большое количество компьютеров на всех территориях отдельного предприятия.

По типу среды передачи сети разделяются на: проводные (на коаксиальном кабеле, на витой паре, оптоволоконные); беспроводные с передачей информации по радиоканалам или в инфракрасном диапазоне. По способу организации взаимодействия компьютеров сети делят на одноранговые и иерархические сети: Все компьютеры одноранговой сети равноправны. Любой пользователь сети может получить доступ к данным, хранящимся на любом компьютере. Главное достоинство одноранговых сетей – это простота установки и эксплуатации. Главный недостаток состоит в том нет защиты информации. В иерархической сети при установке сети заранее выделяются один или несколько серверов - компьютеров, управляющих обменом данных по сети и распределением ресурсов. Любой компьютер, имеющий доступ к услугам сервера называют клиентом сети или рабочей станцией. Сервер в иерархических сетях - это постоянное хранилище разделяемых ресурсов.

О СНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ Качество работы сети характеризуют следующие свойства: производительность, надежность, совместимость, управляемость, защищенность, расширяемость и масштабируемость. 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; - задержка передачи, которая равна интервалу между моментом поступления пакета на вход какого-либо сетевого устройства и моментом его появления на выходе этого устройства.

И З ЧЕГО СОСТОИТ СЕТЬ ? Компьютерная сеть состоит из информационных систем и каналов связи. Под информационной системой следует понимать объект, способный осуществлять хранение, обработку или передачу информация. В состав информационной системы входят: компьютеры, программы, пользователи и другие составляющие, предназначенные для процесса обработки и передачи данных. Под каналом связи следует понимать путь или средство, по которому передаются сигналы. Средство передачи сигналов называют абонентским, или физическим, каналом. Каналы связи (data link) создаются по линиям связи при помощи сетевого оборудования и физических средств связи. Физические средства связи построены на основе витых пар, коаксиальных кабелей, оптических каналов. Между взаимодействующими информационными системами через физические каналы коммуникационной сети и узлы коммутации устанавливаются логические каналы.

Логический канал – это путь для передачи данных от одной системы к другой. Логический канал прокладывается по маршруту в одном или нескольких физических каналах. Протокол – это совокупность правил, устанавливающих формат и процедуры обмена информацией между двумя или несколькими устройствами. Загрузка сети характеризуется параметром, называемым трафиком. Трафик (traffic) – это поток сообщений в сети. Под ним понимают количественное измерение в выбранных точках сети числа проходящих блоков данных и их длины, выраженное в битах в секунду. Существенное влияние на характеристику сети оказывает метод доступа. Метод доступа – это способ определения того, какая из рабочих станций сможет следующей использовать канал связи и как управлять доступом к каналу связи (кабелю).

Б АЗОВЫЕ ТОПОЛОГИИ КС Топология – это описание физических соединений в сети, указывающее какие рабочие станции могут связываться между собой. Локальные сети строятся на основе трех базовых топологий, известных как: общая шина (bus); звезда(star); кольцо (ring).

Ш ИННАЯ ТОПОЛОГИЯ В топологии общая шина используется один кабель, к которому подключены все компьютеры сети. К такой сети легко подключать новые узлы. Шина пассивная топология. Это значит, что компьютеры только «слушают» передаваемые по сети данные, но не перемещают их от отправителя к получателю. Поэтому, если какой- либо компьютер выйдет из строя, это не скажется на работе сети.

Т ОПОЛОГИЯ « ЗВЕЗДА » При топологии «звезда» все компьютеры с помощью сегментов кабеля подключаются к центральному компоненту концентратору (hub). Сигналы от передающего компьютера поступают через концентратор ко всем остальным. В сетях с топологией «звезда» подключение компьютеров к сети и управление сетью выполняется централизованно. Недостатки: -увеличивается расход кабеля; -более высокая стоимость сети; -количество подключаемых модулей ограничено количеством портов концентратора.

К ОЛЬЦЕВАЯ ТОПОЛОГИЯ При топологии «кольцо» компьютеры подключаются к кабелю, замкнутому в кольцо. Сигналы передаются по кольцу в одном направлении и проходят через каждый компьютер. В отличие от пассивной топологии «шина», здесь каждый компьютер выступает в роли повторителя, усиливая сигналы и передавая их следующему компьютеру. Поэтому, если выйдет из строя один компьютер, прекращает функционировать вся сеть. Следовательно, трудно локализовать проблемы, а изменение конфигурации требует остановки всей сети. Оборудование для сетей с топологией кольцо более дорогостоящее.

О БОРУДОВАНИЕ СЕТЕЙ Оборудование делится на: Активное, Пассивное, Другое. Активное оборудование требует подачи энергии для генерации сигналов (сетевая карта, повторители, концентраторы, модем). Пассивное оборудование подачи энергии не требует (кабельная система, соединительные разъемы, коммутационные панели). Устройства бесперебойного питания, устройства кондиционирования воздуха, аксессуары (монтажные стойки, шкафы, кабеле-проводы).

Т ИПЫ ОБОРУДОВАНИЯ СЕТЕЙ Конечные системы. ES (End Systems). Являются источниками и/или потребителями информации (ПК, сетевые принтеры,…) Промежуточные системы. IS (Intermediate Systems). Обеспечивают прохождение информации по сети (концентраторы, маршрутизаторы, модемы, кабельная или беспроводная инфраструктура, соединяющая их).

Простейшее из коммуникационных устройств - повторитель (repeater) - используется для физического соединения различных сегментов кабеля локальной сети с целью увеличения общей длины сети. Повторитель передает сигналы, приходящие из одного сегмента сети, в другие ее сегменты. Повторитель позволяет преодолеть ограничения на длину линий связи за счет улучшения качества передаваемого сигнала - восстановления его мощности и амплитуды. Концентраторы характерны практически для всех базовых технологий локальных сетей - Ethernet, ArcNet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, l00VG-AnyLAN. Нужно подчеркнуть, что в работе концентраторов любых технологий много общего - они повторяют сигналы, пришедшие с одного из своих портов, на других своих портах.

Мост (bridge) делит разделяемую среду передачи сети на части (часто называемые логическими сегментами), передавая информацию из одного сегмента в другой только в том случае, если такая передача действительно необходима, то есть если адрес компьютера назначения принадлежит другой подсети. Тем самым мост изолирует трафик одной подсети от трафика другой, повышая общую производительность передачи данных в сети. Мост Сегмент В Сегмент А

Коммутатор (Switch) является коммуникационным мультиплексором, который обрабатывает кадры по алгоритму моста независимо от процессоров других портов коммутатора. Можно сказать, что коммутаторы - это мосты нового поколения, которые обрабатывают кадры в параллельном режиме. Основное отличие коммутатора от концентратора: если в концентраторе сигнал посылается на все порты концентратора (широкое вещание), то в коммутаторе сигнал посылается только на конкретный порт согласно МАС-адресу получателя. Каждый порт коммутатора можно рассматривать как высокоскоростной многопортовый мост. Маршрутизатор (Router) образует логические сегменты сети посредством адресации и более эффективно изолирует трафик отдельных частей сети друг от друга.

М АРШРУТИЗАТОРЫ Маршрутизаторы имея большую информацию о маршрутах, обходят более медленные или неисправные каналы связи. Маршрутизаторы направляют к конкретным устройствам. Но они более медленные, так как должны вычислять и адрес сети, и адрес устройства. Маршрутизаторы большей степени защищают сеть, они могут использоваться в качестве брандмауэров. Продвижение пакетов осуществляется на основе таблиц маршрутизации. Каждый маршрутизатор имеет собственную таблицу маршрутизации, определяющую один шаг многошагового процесса перемещения пакета по сети.

Э ТАЛОННАЯ МОДЕЛЬ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ОТКРЫТЫХ СИСТЕМ В 1984 г. Международная организация по стандартизации ISO (International Standards Organization) выпустила ряд спецификаций, названных эталонной моделью взаимодействия открытых систем OSI (Open Systems Interconnection). Модель OSI стала международным стандартом для построения сетей различных типов. Эталонная модель взаимодействия открытых систем стандартизирует: - понятия и основные термины, используемые в построении открытых систем; - набор услуг, которые должна предоставлять открытая система; - логическую структуру и протоколы открытых cистем.

С ЕТЕВЫЕ ПРОТОКОЛЫ К настоящему времени стандартизированы три основных сетевых протокола, соответствующих трем вариантам организации многопользовательского доступа к передающей среде: соперничество, маркерная машина, маркерное кольцо. Соперничество, когда сетевая станция прослушивает канал и, если он свободен, осуществляется передача; если же он занят, то через некоторое время происходит повторное обращение. Маркерная шина, когда в среде постоянно циркулирует специальный пакет–маркер, и та станция, которая в конкретный момент обладает этим маркером, имеет право на передачу. Маркерное кольцо, когда маркер передается по кругу. В этом случае, если один из компьютеров вышел из строя, то не работает вся сеть.

Протоколом называется набор формализованных правил, по которым обмениваются информацией сетевые компоненты, лежащие на одном уровне, но в разных узлах сети. Интерфейсом называется набор формализованных правил, по которым обмениваются информацией сетевые компоненты соседних уровней одного узла. Иерархически организованный набор протоколов, достаточный для организации взаимодействия узлов в сети, называется стеком коммуникационных протоколов. Коммуникационные протоколы могут быть реализованы как программно, так и аппаратно. Протоколы нижних уровней часто реализуются комбинацией программных и аппаратных средств, а протоколы верхних уровней, как правило, чисто программными средствами.