Реферат: Компьютерные сети
Содержание
1. Введение
2. Компьютерные сети
2.1 Локальные сети
2.1.1 Определение локальной сети
2.1.2 Архитектурный принцип построения сетей
2.1.3 Топология локальных сетей
2.2 Глобальные сети
2.2.1 Характеристика глобальной сети
2.2.2 Структура глобальной сети
2.2.3 Типы глобальных сетей
2.2.4 Пример глобальной сети – Интернет
3. Вывод
4. Список используемой литературы
1. Введение
Попробуем представитьсебе мир примерно тридцать пять — сорок лет назад. Мир без общедоступныхкомпьютерных сетей. Мир, в котором каждый компьютер должен был иметьсобственное хранилище данных и собственный принтер. Мир, в котором не былоэлектронной почты и систем обмена мгновенными сообщениями (например, ICQ). Как ни странно это звучит сейчас,но до появления компьютерных сетей все это было именно так.
Компьютеры — важная частьсегодняшнего мира, а компьютерные сети серьезно облегчают нашу жизнь, ускоряяработу и делая отдых более интересным.
Практически сразу послепоявления ЭВМ возник вопрос о налаживании взаимодействия компьютеров друг сдругом, чтобы более эффективно обрабатывать информацию, использоватьпрограммные и аппаратные ресурсы. Появились и первые сети, в то времяобъединявшие только большие ЭВМ в крупных компьютерных центрах. Однаконастоящий «сетевой бум» начался после появления персональныхкомпьютеров, быстро ставших доступными широкому кругу пользователей — сначалана работе, а затем и дома. Компьютеры стали объединять в локальные сети, алокальные сети — соединять друг с другом, подключать к региональным иглобальным сетям. В результате за последние пятнадцать–двадцать лет сотнимиллионов компьютеров в мире были объединены в сети, и более миллиардапользователей получили возможность взаимодействовать друг с другом.
2. Компьютерные сети
При физическом соединениидвух и более компьютеров образуются компьютерные сети.
Компьютерная сеть — система связи компьютеров и/иликомпьютерного оборудования (серверы, маршрутизаторы и другое оборудование). Дляпередачи информации могут быть использованы различные физические явления, какправило — различные виды электрических сигналов, световых сигналов или электромагнитногоизлучения.
Назначение всех видовкомпьютерных сетей определяется двумя функциями:
1) обеспечениемсовместной работы компьютеров и других устройств коллективного пользования(принтера, сканера и т.п.);
2) обеспечением доступа исовместного использования аппаратных, программных и информационных ресурсовсети (дискового пространства, коллективных баз данных и др.).
Компьютерныесети распределяются на:
а) вычислительные;
б) информационные;
в) смешанные(информационно-вычислительные).
Вычислительные сети предназначены главным образом длярешения заданий пользователей с обменом данными между их абонентами. Информационныесети ориентированы в основном на предоставление информационных услугпользователям. Смешанные сети совмещают функции первых двух.
2.1 Локальные сети
2.1.1 Определение локальнойсети
Способов и средств обменаинформацией за последнее время предложено множество: от простейшего переносафайлов с помощью дискеты до всемирной компьютерной сети Интернет, способнойобъединить все компьютеры мира. Какое же место в этой иерархии отводитсялокальным сетям ?
Чаще всего термин "локальные сети " или «локальные вычислительные сети» (LAN, LocalArea Network) понимают буквально, то есть это такие сети, которые имеютнебольшие, локальные размеры, соединяют близко расположенные компьютеры. Однакодостаточно посмотреть на характеристики некоторых современных локальных сетей,чтобы понять, что такое определение не точно. Например, некоторые локальныесети легко обеспечивают связь на расстоянии нескольких десятков километров. Этоуже размеры не комнаты, не здания, не близко расположенных зданий, а, можетбыть, даже целого города.
Неверно и довольно частовстречающееся определение локальной сети как малой сети, которая объединяетнебольшое количество компьютеров. Действительно, как правило, локальная сетьсвязывает от двух до нескольких десятков компьютеров. Но предельные возможностисовременных локальных сетей гораздо выше: максимальное число абонентов можетдостигать тысячи.
Наверное, наиболее точнобыло бы определить как локальную, такую сеть, которая позволяет пользователямне замечать связи. Еще можно сказать, что локальная сеть должна обеспечивать прозрачнуюсвязь. По сути, компьютеры, связанные локальной сетью, объединяются, в одинвиртуальный компьютер, ресурсы которого могут быть доступны всем пользователям,причем этот доступ не менее удобен, чем к ресурсам, входящим непосредственно вкаждый отдельный компьютер. Под удобством в данном случае понимается высокаяреальная скорость доступа, скорость обмена информацией между приложениями,практически незаметная для пользователя. При таком определении становитсяпонятно, что ни медленные глобальные сети, ни медленная связь черезпоследовательный или параллельный порты не подпадают под понятие локальной сети.
Из данного определенияследует, что скорость передачи по локальной сети обязательно должна расти помере роста быстродействия наиболее распространенных компьютеров.
Таким образом, главноеотличие локальной сети от любой другой — высокая скорость передачи информациипо сети. Но это еще не все, не менее важны и другие факторы.
В частности,принципиально необходим низкий уровень ошибок передачи, вызванных каквнутренними, так и внешними факторами. Ведь даже очень быстро переданнаяинформация, которая искажена ошибками, просто не имеет смысла, ее придетсяпередавать еще раз. Поэтому локальные сети обязательно используют специальнопрокладываемые высококачественные и хорошо защищенные от помех линии связи.
Особое значение имеет итакая характеристика сети, как возможность работы с большими нагрузками, тоесть с высокой интенсивностью обмена. Ведь если механизм управления обменом,используемый в сети, не слишком эффективен, то компьютеры могут подолгу ждатьсвоей очереди на передачу. И даже если эта передача будет производиться затемна высочайшей скорости и безошибочно, для пользователя сети такая задержкадоступа ко всем сетевым ресурсам неприемлема. Ему ведь не важно, почемуприходится ждать.
Механизм управленияобменом может гарантированно успешно работать только в том случае, когдазаранее известно, сколько компьютеров (или, как еще говорят, абонентов, узлов),допустимо подключить к сети. Иначе всегда можно включить столько абонентов, чтовследствие перегрузки забуксует любой механизм управления. Наконец, сетью можноназвать только такую систему передачи данных, которая позволяет объединять донескольких десятков компьютеров, но никак не два, как в случае связи черезстандартные порты.
Таким образом,сформулировать отличительные признаки локальной сети можно следующим образом:
1) Высокая скоростьпередачи информации, большая пропускная способность сети.
2) Низкий уровень ошибокпередачи (высококачественные каналы связи).
3) Эффективный,быстродействующий механизм управления обменом по сети.
4) Заранее четкоограниченное количество компьютеров, подключаемых к сети.
При таком определении понятно,что глобальные сети отличаются от локальных прежде всего тем, что онирассчитаны на неограниченное число абонентов. Кроме того, они используют (илимогут использовать) не слишком качественные каналы связи и сравнительно низкуюскорость передачи. А механизм управления обменом в них не может бытьгарантированно быстрым. В глобальных сетях гораздо важнее не качество связи, асам факт ее существования.
Нередко выделяют еще одинкласс компьютерных сетей — городские, региональные сети (MAN, Metropolitan AreaNetwork), которые обычно по своим характеристикам ближе к глобальным сетям,хотя иногда все-таки имеют некоторые черты локальных сетей, например,высококачественные каналы связи и сравнительно высокие скорости передачи. Впринципе городская сеть может быть локальной со всеми ее преимуществами.
Правда, сейчас уже нельзяпровести четкую границу между локальными и глобальными сетями. Большинстволокальных 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 хотявсе компьютеры локальной сети в данном случае включены также и в глобальнуюсеть, специфики локальной сети это не отменяет. Возможность выхода в глобальнуюсеть остается всего лишь одним из ресурсов, разделяемых пользователямилокальной сети.
По локальной сети можетпередаваться самая разная цифровая информация: данные, изображения, телефонныеразговоры, электронные письма и т.д. Кстати, именно задача передачиизображений, особенно полноцветных динамических, предъявляет самые высокиетребования к быстродействию сети. Чаще всего локальные сети используются дляразделения (совместного использования) таких ресурсов, как дисковоепространство, принтеры и выход в глобальную сеть, но это всего лишьнезначительная часть тех возможностей, которые предоставляют средства локальныхсетей. Например, они позволяют осуществлять обмен информацией междукомпьютерами разных типов. Полноценными абонентами (узлами) сети могут быть нетолько компьютеры, но и другие устройства, например, принтеры, плоттеры,сканеры. Локальные сети дают также возможность организовать системупараллельных вычислений на всех компьютерах сети, что многократно ускоряетрешение сложных математических задач. С их помощью, как уже упоминалось, можноуправлять работой технологической системы или исследовательской установки снескольких компьютеров одновременно.
2.1.2 Архитектурныйпринцип построения сетей
Архитектурный принциппостроения сетей (за исключением одноранговых сетей, в которых компьютерыравноправны) называется «клиент – сервер».
В одноранговой сети всекомпьютеры равноправны. Каждый из них может выступать как в роли сервера, т. е.предоставлять файлы и аппаратные ресурсы (накопители, принтеры и пр.) другимкомпьютерам, так и в роли клиента, пользующегося ресурсами других компьютеров.Например, если на вашем компьютере установлен принтер, то с его помощью смогутраспечатывать свои документы все остальные пользователи сети, а вы, в своюочередь, сможете работать с Интернетом, подключение к которому осуществляетсячерез соседний компьютер.
Важнейшими понятиямитеории сетей «клиент-сервер» являются «абонент», «сервер»,«клиент».
/>Абонент (узел,хост, станция) — это устройство, подключенное к сети и активно участвующее винформационном обмене. Чаще всего абонентом (узлом) сети является компьютер, ноабонентом также может быть, например, сетевой принтер или другое периферийноеустройство, имеющее возможность напрямую подключаться к сети.
/>Сервером называетсяабонент (узел) сети, который предоставляет свои ресурсы другим абонентам, носам не использует их ресурсы. Таким образом, он обслуживает сеть. Серверов всети может быть несколько, и совсем не обязательно, что сервер — самый мощныйкомпьютер. Выделенный (dedicated) сервер — это сервер, занимающийся толькосетевыми задачами. Невыделенный сервер может помимо обслуживания сети выполнятьи другие задачи. Специфический тип сервера — это сетевой принтер.
/>Клиентом называетсяабонент сети, который только использует сетевые ресурсы, но сам свои ресурсы всеть не отдает, то есть сеть его обслуживает, а он ей только пользуется.Компьютер-клиент также часто называют рабочей станцией. В принципе каждыйкомпьютер может быть одновременно как клиентом, так и сервером .
Под сервером и клиентомчасто понимают также не сами компьютеры, а работающие на них программныеприложения. В этом случае то приложение, которое только отдает ресурс в сеть,является сервером, а то приложение, которое только пользуется сетевымиресурсами — клиентом.
2.1.3 Топология локальныхсетей
/>Под топологией (компоновкой, конфигурацией, структурой) компьютерной сетиобычно понимается физическое расположение компьютеров сети друг относительнодруга и способ соединения их линиями связи. Важно отметить, что понятиетопологии относится, прежде всего, к локальным сетям, в которых структурусвязей можно легко проследить. В глобальных сетях структура связей обычноскрыта от пользователей и не слишком важна, так как каждый сеанс связи можетпроизводиться по собственному пути.
Топология определяеттребования к оборудованию, тип используемого кабеля, допустимые и наиболееудобные методы управления обменом, надежность работы, возможности расширениясети. И хотя выбирать топологию пользователю сети приходится нечасто, знать обособенностях основных топологий, их достоинствах и недостатках надо.
Существует три, базовыетопологии сети:
а) топология шина
Шина(bus) — всекомпьютеры параллельно подключаются к одной линии связи. Информация от каждогокомпьютера одновременно передается всем остальным компьютерам ( рис. 1 ).
/>/>
Рис.1 Сетеваятопология шина
Топология шина (или, какее еще называют, общая шина) самой своей структурой предполагает идентичностьсетевого оборудования компьютеров, а также равноправие всех абонентов подоступу к сети. Компьютеры в шине могут передавать только по очереди, так каклиния связи в данном случае единственная. Если несколько компьютеров будутпередавать информацию одновременно, она исказится в результате наложения (конфликта, коллизии ). В шине всегдареализуется режим так называемого полудуплексного(half duplex) обмена (в обоих направлениях, но по очереди, а неодновременно).
В топологии шинаотсутствует явно выраженный центральный абонент, через которого передается всяинформация, это увеличивает ее надежность (ведь при отказе центра перестаетфункционировать вся управляемая им система). Добавление новых абонентов в шинудовольно просто и обычно возможно даже во время работы сети. В большинствеслучаев при использовании шины требуется минимальное количество соединительногокабеля по сравнению с другими топологиями.
Поскольку центральныйабонент отсутствует, разрешение возможных конфликтов в данном случае ложится насетевое оборудование каждого отдельного абонента. В связи с этим сетеваяаппаратура при топологии шина сложнее, чем при других топологиях. Тем не менееиз-за широкого распространения сетей с топологией шина (прежде всего наиболеепопулярной сети Ethernet) стоимость сетевого оборудования не слишком высока.
/>/>
Рис.2. Обрыв кабеляв сети с топологией шина
Важное преимущество шинысостоит в том, что при отказе любого из компьютеров сети, исправные машинысмогут нормально продолжать обмен.
В случае разрыва илиповреждения кабеля нарушается согласование линии связи, и прекращается обмендаже между теми компьютерами, которые остались соединенными между собой.Короткое замыкание в любой точке кабеля шины выводит из строя всю сеть.
Отказ сетевогооборудования любого абонента в шине может вывести из строя всю сеть. К тому жетакой отказ довольно трудно локализовать, поскольку все абоненты включеныпараллельно, и понять, какой из них вышел из строя, невозможно.
При прохождении по линиисвязи сети с топологией шина информационные сигналы ослабляются и никак невосстанавливаются, что накладывает жесткие ограничения на суммарную длину линийсвязи. Причем каждый абонент может получать из сети сигналы разного уровня взависимости от расстояния до передающего абонента. Это предъявляетдополнительные требования к приемным узлам сетевого оборудования.
Если принять, что сигналв кабеле сети ослабляется до предельно допустимого уровня на длине L пр, тополная длина шины не может превышать величины L пр. В этом смысле шинаобеспечивает наименьшую длину по сравнению с другими базовыми топологиями.
Для увеличения длины сетис топологией шина часто используют несколько сегментов (частей сети, каждый из которых представляетсобой шину), соединенных между собой с помощью специальных усилителей ивосстановителей сигналов — репитеров илиповторителей (на рис. 3показано соединение двух сегментов, предельная длина сети в этом случаевозрастает до 2 L пр, так как каждый из сегментов может быть длиной L пр).Однако такое наращивание длины сети не может продолжаться бесконечно.Ограничения на длину связаны с конечной скоростью распространения сигналов полиниям связи.
/>/>
Рис.3. Соединениесегментов сети типа шина с помощью репитера
б) топология звезда;
Звезда(star) — кодному центральному компьютеру присоединяются остальные периферийныекомпьютеры, причем каждый из них использует отдельную линию связи (рис. 4).Информация от периферийного компьютера передается только центральномукомпьютеру, от центрального — одному или нескольким периферийным.
/>/>
Рис.4. Сетеваятопология звезда
Звезда — это единственнаятопология сети с явно выделенным центром, к которому подключаются все остальныеабоненты. Обмен информацией идет исключительно через центральный компьютер, накоторый ложится большая нагрузка, поэтому ничем другим, кроме сети, он, какправило, заниматься не может. Понятно, что сетевое оборудование центральногоабонента должно быть существенно более сложным, чем оборудование периферийныхабонентов. О равноправии всех абонентов (как в шине) в данном случае говоритьне приходится. Обычно центральный компьютер самый мощный, именно на неговозлагаются все функции по управлению обменом. Никакие конфликты в сети стопологией звезда в принципе невозможны, так как управление полностьюцентрализовано.
Если говорить обустойчивости звезды к отказам компьютеров, то выход из строя периферийногокомпьютера или его сетевого оборудования никак не отражается нафункционировании оставшейся части сети, зато любой отказ центральногокомпьютера делает сеть полностью неработоспособной. В связи с этим должныприниматься специальные меры по повышению надежности центрального компьютера иего сетевой аппаратуры.
Обрыв кабеля или короткоезамыкание в нем при топологии звезда нарушает обмен только с одним компьютером,а все остальные компьютеры могут нормально продолжать работу.
В отличие от шины, взвезде на каждой линии связи находятся только два абонента: центральный и одиниз периферийных. Чаще всего для их соединения используется две линии связи,каждая из которых передает информацию в одном направлении, то есть на каждойлинии связи имеется только один приемник и один передатчик. Это так называемаяпередача точка-точка.Все это существенно упрощает сетевое оборудование по сравнению с шиной иизбавляет от необходимости применения дополнительных, внешних терминаторов.
Серьезный недостатоктопологии звезда состоит в жестком ограничении количества абонентов. Обычноцентральный абонент может обслуживать не более 8—16 периферийных абонентов. Вэтих пределах подключение новых абонентов довольно просто, но за ними онопросто невозможно. В звезде допустимо подключение вместо периферийного ещеодного центрального абонента (в результате получается топология из несколькихсоединенных между собой звезд).
Звезда, показанная нарис. 4, носит название активной или истинной звезды. Существует такжетопология, называемая пассивной звездой, которая только внешне похожа на звезду(рис. 5). В настоящее время она распространена гораздо более широко, чемактивная звезда. Достаточно сказать, что она используется в наиболее популярнойсегодня сети Ethernet.
В центре сети с даннойтопологией помещается не компьютер, а специальное устройство — концентраторили, как его еще называют, хаб (hub), которое выполняет ту же функцию, что ирепитер, то есть восстанавливает приходящие сигналы и пересылает их во вседругие линии связи.
/>/>
Рис.5. Топологияпассивная звезда и ее эквивалентная схема
Получается, что хотясхема прокладки кабелей подобна истинной или активной звезде, фактически речьидет о шинной топологии, так как информация от каждого компьютера одновременнопередается ко всем остальным компьютерам, а никакого центрального абонента не существует.Безусловно, пассивная звезда дороже обычной шины, так как в этом случаетребуется еще и концентратор. Однако она предоставляет целый ряд дополнительныхвозможностей, связанных с преимуществами звезды, в частности, упрощаетобслуживание и ремонт сети. Именно поэтому в последнее время пассивная звездавсе больше вытесняет истинную шину, которая считается малоперспективнойтопологией.
Можно выделить такжепромежуточный тип топологии между активной и пассивной звездой. В этом случаеконцентратор не только ретранслирует поступающие на него сигналы, но ипроизводит управление обменом, однако сам в обмене не участвует (так сделано всети 100VG-AnyLAN).
Большое достоинствозвезды (как активной, так и пассивной) состоит в том, что все точки подключениясобраны в одном месте. Это позволяет легко контролировать работу сети,локализовать неисправности путем простого отключения от центра тех или иныхабонентов (что невозможно, например, в случае шинной топологии), а такжеограничивать доступ посторонних лиц к жизненно важным для сети точкамподключения. К периферийному абоненту в случае звезды может подходить как одинкабель (по которому идет передача в обоих направлениях), так и два (каждыйкабель передает в одном из двух встречных направлений), причем последнеевстречается гораздо чаще.
Общим недостатком длявсех топологий типа звезда (как активной, так и пассивной) является значительнобольший, чем при других топологиях, расход кабеля. Например, если компьютерырасположены в одну линию (как на рис. 1), то при выборе топологии звездапонадобится в несколько раз больше кабеля, чем при топологии шина. Этосущественно влияет на стоимость сети в целом и заметно усложняет прокладкукабеля.
в) топология кольцо;
Кольцо(ring) ( рис. 6).
/>/>
Рис.6. Сетеваятопология кольцо
Кольцо — это топология, вкоторой каждый компьютер соединен линиями связи с двумя другими: от одного онполучает информацию, а другому передает. На каждой линии связи, как и в случаезвезды, работает только один передатчик и один приемник (связь типаточка-точка). Это позволяет отказаться от применения внешних терминаторов.
Важная особенность кольцасостоит в том, что каждый компьютер ретранслирует (восстанавливает, усиливает)приходящий к нему сигнал, то есть выступает в роли репитера. Затухание сигналаво всем кольце не имеет никакого значения, важно только затухание междусоседними компьютерами кольца. На практике размеры кольцевых сетей достигаютдесятков километров (например, в сети FDDI). Кольцо в этом отношениисущественно превосходит любые другие топологии.
Четко выделенного центрапри кольцевой топологии нет, все компьютеры могут быть одинаковыми иравноправными. Однако довольно часто в кольце выделяется специальный абонент,который управляет обменом или контролирует его. Понятно, что наличие такогоединственного управляющего абонента снижает надежность сети, так как выход егоиз строя сразу же парализует весь обмен.
Строго говоря, компьютерыв кольце не являются полностью равноправными (в отличие, например, от шиннойтопологии). Ведь один из них обязательно получает информацию от компьютера,ведущего передачу в данный момент, раньше, а другие — позже. Именно на этойособенности топологии и строятся методы управления обменом по сети, специальнорассчитанные на кольцо. В таких методах право на следующую передачу (или, какеще говорят, на захват сети) переходит последовательно к следующему по кругукомпьютеру. Подключение новых абонентов в кольцо выполняется достаточно просто,хотя и требует обязательной остановки работы всей сети на время подключения.Как и в случае шины, максимальное количество абонентов в кольце может бытьдовольно велико (до тысячи и больше). Кольцевая топология обычно обладаетвысокой устойчивостью к перегрузкам, обеспечивает уверенную работу с большимипотоками передаваемой по сети информации, так как в ней, как правило, нетконфликтов (в отличие от шины), а также отсутствует центральный абонент (вотличие от звезды), который может быть перегружен большими потоками информации.
/>/>
Рис.7. Сеть с двумякольцами
Сигнал в кольце проходитпоследовательно через все компьютеры сети, поэтому выход из строя хотя быодного из них (или же его сетевого оборудования) нарушает работу сети в целом.Это существенный недостаток кольца.
Точно так же обрыв иликороткое замыкание в любом из кабелей кольца делает работу всей сетиневозможной. Из трех рассмотренных топологий кольцо наиболее уязвимо кповреждениям кабеля, поэтому в случае топологии кольца обычно предусматриваютпрокладку двух (или более) параллельных линий связи, одна из которых находитсяв резерве.
Иногда сеть с топологиейкольцо выполняется на основе двух параллельных кольцевых линий связи,передающих информацию в противоположных направлениях. Цель подобного решения —увеличение (в идеале — вдвое) скорости передачи информации по сети. К тому жепри повреждении одного из кабелей сеть может работать с другим кабелем (правда,предельная скорость уменьшится).
д) др. топологии.
На практике нередкоиспользуют и другие топологии локальных сетей, однако большинство сетейориентировано именно на три базовые топологии.
Топология сети указываетне только на физическое расположение компьютеров, но и на характер связей междуними, особенности распространения информации, сигналов по сети. Именно характерсвязей определяет степень отказоустойчивости сети, требуемую сложность сетевойаппаратуры, наиболее подходящий метод управления обменом, возможные типы средпередачи (каналов связи), допустимый размер сети (длина линий связи иколичество абонентов ) необходимость электрического согласования и многоедругое.
Более того, физическоерасположение компьютеров, соединяемых сетью, почти не влияет на выбортопологии. Как бы ни были расположены компьютеры, их можно соединить с помощьюлюбой заранее выбранной топологии (рис. 8).
В том случае, еслисоединяемые компьютеры расположены по контуру круга, они могут соединяться, какзвезда или шина. Когда компьютеры расположены вокруг некоего центра, ихдопустимо соединить с помощью топологий шина или кольцо.
Наконец когда компьютерырасположены в одну линию, они могут соединяться звездой или кольцом. Другоедело, какова будет требуемая длина кабеля.
/>/>
Рис.8. Примерыиспользования разных топологий
Необходимо отметить, чтотопология все-таки не является основным фактором при выборе типа сети. Гораздоважнее, например, уровень стандартизации сети, скорость обмена, количествоабонентов, стоимость оборудования, выбранное программное обеспечение. Но, сдругой стороны, некоторые сети позволяют использовать разные топологии наразных уровнях. Этот выбор уже целиком ложится на пользователя, который долженучитывать все перечисленные в данном разделе соображения.
2.2 Глобальные сети
2.2.1 Характеристикаглобальной сети
Глобальная сеть соединяеткомпьютеры, находящиеся в разных частях города, в разных городах и странах, наразных континентах.
Глобальные сети Wide AreaNetworks, WAN), которыетакже называют территориальными компьютерными сетями, служат для того, чтобыпредоставлять свои сервисы большому количеству конечных абонентов, разбросанныхпо большой территории — в пределах области, региона, страны, континента иливсего земного шара. Ввиду большой протяженности каналов связи, построениеглобальной сети требует очень больших затрат, в которые входит стоимостькабелей и работ по их прокладке, затраты на коммутационное оборудование ипромежуточную усилительную аппаратуру, обеспечивающую необходимую полосупропускания канала, а также эксплуатационные затраты на постоянное поддержаниев работоспособном состоянии разбросанной по большой территории аппаратуры сети.
Типичными абонентамиглобальной компьютерной сети являются локальные сети предприятий, расположенныев разных городах и странах, которым нужно обмениваться данными между собой.Услугами глобальных сетей пользуются также и отдельные компьютеры.
Глобальные сети обычносоздаются крупными телекоммуникационными компаниями для оказания платных услугабонентам. Существуют такие понятия, как оператор сети и поставщик услуг сети. Операторсети (network operator) — это та компания, которая поддерживает нормальнуюработу сети. Поставщик услуг, часто называемый также провайдером (serviceprovider), — та компания, которая оказывает платные услуги абонентам сети.
Гораздо реже глобальнаясеть полностью создается какой-нибудь крупной корпорацией (такой, например, какDow Jones или «Транснефть») для своих внутренних нужд. В этом случаесеть называется частной.
Ввиду большой стоимостиглобальных сетей существует долговременная тенденция создания единой глобальнойсети, которая может передавать данные любых типов: компьютерные данные,телефонные разговоры, факсы, телеграммы, телевизионное изображение, телетекс(передача данных между двумя терминалами), видеотекс (получение хранящихся всети данных на свой терминал) и т. д., и т. п. Тем не менее каждая изтехнологий, как компьютерных сетей, так и телефонных, старается сегодняпередавать «чужой» для нее трафик с максимальной эффективностью, апопытки создать интегрированные сети на новом витке развития технологийпродолжаются под преемственным названием Broadband ISDN (B-ISDN), то естьширокополосной (высокоскоростной) сети с интеграцией услуг. Сети B-ISDN будутосновываться на технологии АТМ, как универсальном транспорте, и поддерживатьразличные службы верхнего уровня для распространения конечным пользователямсети разнообразной информации — компьютерных данных, аудио- и видеоинформации,а также организации интерактивного взаимодействия пользователей.
Хотя в основе локальных иглобальных вычислительных сетей лежит один и тот же метод — метод коммутациипакетов, глобальные сети имеют достаточно много отличий от локальных сетей.
2.2.2 Структураглобальной сети
Типичный пример структурыглобальной компьютерной сети приведен на рис. 9. Здесь используются следующиеобозначения: S (switch) — коммутаторы, К — компьютеры, R (router) — маршрутизаторы, MUX (multiplexor)- мультиплексор, UNI (User-Network Interface)- интерфейс пользователь — сеть и NNI (Network-Network Interface) — интерфейссеть — сеть. Кроме того, офисная АТС обозначена аббревиатурой РВХ, а маленькимичерными квадратиками — устройства DCE, о которых будет рассказано ниже.
/>
Рис. 9. Пример структуры глобальной сети
Сеть строится на основенекоммутируемых (выделенных) каналов связи, которые соединяют коммутаторыглобальной сети между собой. Коммутаторы называют также центрами коммутации пакетов(ЦКП), то есть они являются коммутаторами пакетов.
Коммутаторыустанавливаются в тех географических пунктах, в которых требуется ответвлениеили слияние потоков данных конечных абонентов или магистральных каналов,переносящих данные многих абонентов. Естественно, выбор мест расположениякоммутаторов определяется многими соображениями, в которые включается такжевозможность обслуживания коммутаторов квалифицированным персоналом, наличиевыделенных каналов связи в данном пункте, надежность сети, определяемаяизбыточными связями между коммутаторами.
Абоненты сетиподключаются к коммутаторам в общем случае также с помощью выделенных каналовсвязи. Эти каналы связи имеют более низкую пропускную способность, чеммагистральные каналы, объединяющие коммутаторы, иначе сеть бы не справилась спотоками данных своих многочисленных пользователей. Для подключения конечныхпользователей допускается использование коммутируемых каналов, то есть каналовтелефонных сетей, хотя в таком случае качество транспортных услуг обычноухудшается. Принципиально замена выделенного канала на коммутируемый ничего неменяет, но вносятся дополнительные задержки, отказы и разрывы канала по винесети с коммутацией каналов, которая в таком случае становится промежуточнымзвеном между пользователем и сетью с коммутацией пакетов.
/>
2.2.3 Типы глобальных сетей
Приведенная на рис. 6.2глобальная вычислительная сеть работает в наиболее подходящем для компьютерноготрафика режиме — режиме коммутации пакетов. Оптимальность этого режима длясвязи локальных сетей доказывают не только данные о суммарном трафике,передаваемом сетью в единицу времени, но и стоимость услуг такойтерриториальной сети. Обычно при равенстве предоставляемой скорости доступасеть с коммутацией пакетов оказывается в 2-3 раза дешевле, чем сеть скоммутацией каналов, то есть публичная телефонная сеть.
Поэтому при созданиикорпоративной сети необходимо стремиться к построению или использованию услугтерриториальной сети со структурой, подобной структуре, приведенной на рис.6.2, то есть сети с территориально распределенными коммутаторами пакетов.
Однако часто такаявычислительная глобальная сеть по разным причинам оказывается недоступной в томили ином географическом пункте. В то же время гораздо более распространены идоступны услуги, предоставляемые телефонными сетями или первичными сетями,поддерживающими услуги выделенных каналов. Поэтому при построении корпоративнойсети можно дополнить недостающие компоненты услугами и оборудованием,арендуемыми у владельцев первичной или телефонной сети.
В зависимости от того,какие компоненты приходится брать в аренду, принято различать корпоративныесети, построенные с использованием:
выделенных каналов;
коммутации каналов;
коммутации пакетов.
Последний случайсоответствует наиболее благоприятному случаю, когда сеть с коммутацией пакетовдоступна во всех географических точках, которые нужно объединить в общуюкорпоративную сеть. Первые два случая требуют проведения дополнительных работ,чтобы на основании взятых в аренду средств построить сеть с коммутациейпакетов.
а) выделенные каналы;
Выделенные (илиарендуемые — leased) каналы можно получить у телекоммуникационных компаний,которые владеют каналами дальней связи (таких, например, как «РОСТЕЛЕКОМ»),или от телефонных компаний, которые обычно сдают в аренду каналы в пределахгорода или региона.
Использовать выделенныелинии можно двумя способами. Первый состоит в построении с их помощьютерриториальной сети определенной технологии, например frame relay, в которойарендуемые выделенные линии служат для соединения промежуточных, территориальнораспределенных коммутаторов пакетов, как в случае, приведенном на рис. 10.
Второй вариант — соединение выделенными линиями только объединяемых локальных сетей или конечныхабонентов другого типа без установки транзитных коммутаторов пакетов,работающих по технологии глобальной сети (рис. 6.4). Второй вариант являетсянаиболее простым с технической точки зрения, так как основан на использованиимаршрутизаторов или удаленных мостов в объединяемых локальных сетях иотсутствии протоколов глобальных технологий. По глобальным каналам передаютсяте же пакеты сетевого или канального уровня, что и в локальных сетях.
/>
Рис. 10. Использование выделенных каналов
Именно второй способиспользования глобальных каналов получил специальное название «услугивыделенных каналов», так как в нем действительно больше ничего изтехнологий собственно глобальных сетей с коммутацией пакетов не используется.
Выделенные каналы оченьактивно применялись совсем в недалеком прошлом и применяются сегодня, особеннопри построении ответственных магистральных связей между крупными локальнымисетями, так как эта услуга гарантирует пропускную способность арендуемогоканала. Однако при большом количестве географически удаленных точек иинтенсивном смешанном трафике между ними использование этой службы приводит квысоким затратам за счет большого количества арендуемых каналов.
б) глобальные сети скоммутацией каналов;
Сегодня для построенияглобальных связей в корпоративной сети доступны сети с коммутацией каналов двухтипов — традиционные аналоговые телефонные сети и цифровые сети с интеграциейуслуг ISDN. Достоинством сетей с коммутацией каналов является ихраспространенность, что характерно особенно для аналоговых телефонных сетей.
Телефонные сети, полностьюпостроенные на цифровых коммутаторах, и сети ISDN свободны от многихнедостатков традиционных аналоговых телефонных сетей. Они предоставляютпользователям высококачественные линии связи, а время установления соединения всетях ISDN существенно сокращено.
Однако даже прикачественных каналах связи, которые могут обеспечить сети с коммутациейканалов, для построения корпоративных глобальных связей эти сети могутоказаться экономически неэффективными. Так как в таких сетях пользователиплатят не за объем переданного трафика, а за время соединения, то при трафике сбольшими пульсациями и, соответственно, большими паузами между пакетами оплатаидет во многом не за передачу, а за ее отсутствие. Это прямое следствие плохойприспособленности метода коммутации каналов для соединения компьютеров.
Тем не менее, приподключении массовых абонентов к корпоративной сети, например сотрудниковпредприятия, работающих дома, телефонная сеть оказывается единственнымподходящим видом глобальной службы из соображений доступности и стоимости (принебольшом времени связи удаленного сотрудника с корпоративной сетью).
в) глобальные сети скоммутацией пакетов.
В 80-е годы для надежногообъединения локальных сетей и крупных компьютеров в корпоративную сетьиспользовалась практически одна технология глобальных сетей с коммутациейпакетов — Х.25. Сегодня выбор стал гораздо шире. Можно воспользоваться услугамитерриториальных сетей TCP/IP, которые доступны сегодня как в виде недорогой иочень распространенной сети Internet, так и в виде коммерческих глобальныхсетей TCP/IP, изолированных от Internet и предоставляемых в арендутелекоммуникационными компаниями.
В Интернет все данныепересылаются в виде пакетов. Пакет – это специальная последовательность бит,несущих собственно данные, а также служебную информацию об адресах получателя иотправителя информации, номере пакета, коды для проверки его целостности идругие. Общая длина пакета составляет от 100 до 2000 байт.
Каждый пакет можетпродвигаться по сети своим маршрутом, что делает сеть не зависимой от аварииили блокировки отдельного узла. Перенаправлением пакетов в зависимости отнагрузки сети занимаются маршрутизаторы. А временное хранение пакетов в местахпересылки позволяет выполнить проверку их целостности и перезапроситьповрежденные пакеты.
2.2.4 Пример глобальнойсети – Интернет
Интернет – это всемирная информационнаякомпьютерная сеть, которая объединяет в единое целое множество компьютерныхсетей и отдельных компьютеров, предоставляющих обширную информацию в общеепользование и не является коммерческой организацией.
Компьютерпользователя с помощью линии связи подключается к компьютеру провайдера,который, в свою очередь подключен к другому компьютеру сети и т.д. Информация всети хранится как на компьютерах провайдера, так и на специальных компьютерах,которые называются информационными серверами. Компьютеры, к которымподключаются многие другие компьютеры называют серверами. Провайдером называется организация, черезкоторую рядовые компьютеры подключаются к глобальной сети.
Пользователи в Интернетработают по единым правилам.В качестве общего языка в сети Интернетиспользуются протоколы обмена данными. Протоколы — это стандарты, определяющиеформы представления и способы пересылки сообщений, процедуры их интерпретации,правила совместной работы различного оборудования в сетях.
Протокол – это правила взаимодействия.Например, дипломатический протокол предписывает, как поступать при встречезарубежных гостей или при проведении приемов. Сетевой протокол предписываетправила работы компьютерам, которые подключены к сети. Стандартные протоколызаставляют разные компьютеры «говорить на одном языке». Таким образомосуществляется возможность подключенияк Интернет разнотипных компьютеров (IBM, Macintosh), работающихпод управлением различных операционных систем (Windows, UNIX, MS DOS).
Следует отметитьдецентрализованную структуру этой сети. В мире нет центрального управляющегооргана, следящего за размещаемой в Internet информацией. Эту роль выполняютразличные подключенные к Internet сети, которые и определяют, какая информациябудет в ней размещаться и как она будет передаваться. Такая полностьюраспределенная структура делает Internet очень гибкой и предоставляетвозможность поддерживать неограниченное количество пользователей. Однакоподключенные к Internet сети должны удовлетворять определенным стандартам. Этистандарты утверждаются несколькими добровольными организациями. Например, Советпо архитектуре Internet (Internet Architecture Board — IAB) рассматривает иутверждает протоколы передачи и стандарты нумерации. Комитент потехнологическим нормам Internet устанавливает стандарты повседневной работысети. Союз Internet публикует различные стандарты и осуществляет координациюмежду различными контролирующими органами Internet, провайдерами услуг ипользователями.
/>Основусети Интернет составляет группа протоколов TCP/IP.
Протокол TCP(Transmission Control Protocol) – транспортного уровня, он управляет тем, какпроисходит передача информации (данные «нарезаются» на пакеты имаркируются).
IP (Internet Protocol) – протоколсетевого уровня, добавляет к пакету IP-адреса получателя и отравителя иотвечает на вопрос, как проложить маршрут для доставки информации.
Каждый компьютер,включенный в сеть – хост, имеет свой уникальный IP-адрес. Этот адрес выражаетсячетырьмя байтами, например: 234.049.122.201, и регистрируется в Информационномцентре сети– InterNIC или в Network Solutions Inc (NSI). Организация IP-адресатакова, что каждый компьютер, через который проходит TCP-пакет, можетопределить, кому из ближайших «соседей» его нужно переслать.
Для удобствапользователей в Интернет введена доменная адресация. Домены – группыкомпьютеров, имеющие единое управление и образующие иерархическую структуру. Доменноеимя отражает иерархию доменов и состоит из сегментов, разделенных точкой.Например, interweb.spb.ru – адрес электронной справочной системы вСанкт-Петербурге. Самый последний (справа) называется именем домена верхнегоуровня. Среди них различают географические и тематические.
Географические адреса, чаще двухбуквенные, определяютпринадлежность владельца имени к сети определенной страны. Например, ru –Россия, de – Германия, us – Соединенные Штаты и др.
Тематические адреса, обычно трех- и четырехбуквенные,позволяют определить сферу деятельности их владельцев. Например,edu –образовательные учреждения, com – коммерческие организации, store –Интернет-магазины.
Для установлениясоединения между компьютерами в сети нужно знать адрес домена, включающего этоткомпьютер.
3. Вывод
Существуют 2 способапередачи информации между компьютерами:
С помощью носителейинформации: магнитныхдисков и магнитных лент, оптических дисков и т.д. (недостатки – медленный инеудобный).
С помощью линий связи: локальных или глобальных.
Глобальные сети распространяют свое действие повсему миру и используют все каналы связи, включая спутниковые.
В крупных коммерческих иобразовательных организациях для ведения работ активно используются локальныесети, построенные на основе единых стандартов, принятых в глобальных сетях. Взависимости от решаемых задач и мероприятий, обеспечивающих безопасность работыи доступ к сети, их разделяют на внутренние (Intranet) и внешние (Extranet) корпоративныесети.
При создании компьютерныхсетей является важным обеспечение совместимости по электрическим и механическимхарактеристикам и совместимости информационного обеспечения (программ и данных)по системе кодирования и формату данных.
4. Список используемойлитературы
1. Ю. Шафрин, «Основы компьютерной технологии». М.,АБФ, 2002
2. А.М. Кенин, Н.С. Печенкина, «IBM PC для пользователей или как научится работать на компьютере».Екатеринбург, «АРД ЛТД», 1999
3. «Навигатор игрового мира», №№ 3(11), 4(12),7(15), 2004
4. www.dokanet.net/
5. ovt.edurm.ru/komseti.htm