Глава 3. Общие сведения о компьютерных сетях
Материал, изложенный ранее, будет необходим нам для изучения компьютерных сетей, так как компьютерные сети являются дальнейшим развитием ввода-вывода и позволяют пересылать данные между компьютерами, а также использовать общие ресурсы вычислительных систем
Определение, терминология и назначение компьютерных сетей
Человек без общения — что птица без крыльев.
В общем случае сетью связи является распределенная система коммуникаций, служащая для передачи информации на расстоянии. К ним относятся теле- и радиовещательные сети, сети телефонной и сотовой связи, сети кабельного телевидения и т. д. Синоним связи — передача данных. Понятие телекоммуникационная сеть подразумевает территориально распределенную сеть передачи данных.
Отдельный компьютер — пример централизованной вычислительной системы. В отличие от централизованной, вычислительная сеть — распределенная вычислительная система. Это совокупность компьютерной и коммуникационной техники, каналов связи и специального программного обеспечения, управляющего процессом распределенных вычислений между членами данной сети.
Поскольку в последнее время повысилась роль передачи нечисловой информации через вычислительные сети, теперь для них часто используется термин сеть передачи данных. Чтобы избежать путаницы с сетью связи, в которых также передаются данные, для вычислительной сети применяется термин компьютерная сеть.
Компьютерные сети служат для выполнения следующих задач:
o проведения распределенных вычислений;
o организации доступа при централизованной (серверной) обработке информации;
o общего использования аппаратных ресурсов;
o оперативного поиска и получения данных в корпоративных ресурсах;
o оперативного поиска и получения различной информации в глобальных сетях;
o обмена сообщениями, переписки, передачи информации различных видов и т. д
Общие понятия. Сетевые топологии
Любая сеть состоит из узлов и соединяющих их линий связи. Узлы бывают конечными и промежуточными. Конечный узел имеет 1 соединение с линией связи, промежуточный — более одного.
Узлы сети могут быть станциями (хостами, компьютерами-членами сети), либо специальным коммуникационным оборудованием (на рис. 10 узлы, обозначенные символом « »). Простейшая сеть содержит 2 узла-станции (рис. 10, а).
Сетевая топология — это граф связей компьютерной сети, то есть тип соединения узлов и линий связи. Различают следующие основные сетевые топологии (рис. 10):
o типовые: а) точка-точка — содержит 2 узла; б) шина (линейная сеть) — содержит только два оконечных узла, любое число промежуточных узлов и имеет только один путь между любыми двумя узлами; в) звезда — сеть, в которой имеется только один промежуточный узел; г) дерево (иерархическая звезда) — сеть, которая содержит более двух оконечных узлов и по крайней мере два промежуточных узла, и в которой между двумя узлами имеется только один путь; д) кольцо — сеть, в которой к каждому узлу присоединены только две ветви;
o производные: е) смешанная (комбинированная) — образована соединением типовых; ж) полносвязная — каждый узел соединен со всеми остальными; з) ячеистая — сеть, которая содержит по крайней мере два узла, имеющих два или более пути между ними (вид смешанной, в которой разделение на типовые топологии не просматривается явно);
Рис. 10 Основные сетевые топологии.
Линии, связывающие узлы сети передачи данных, называются каналами передачи данных или каналами (линиями) связи. Физические среды, используемые для каналов связи, будут рассмотрены в этой главе ниже.
Некоторые важные понятия.
Трафиком называется поток данных по каналу связи или через сетевое устройство, а также объем этого потока в байтах.
Протоколом называются правила передачи информации по сети.
Адресом узла сети (сетевым адресом) называется его уникальный идентификатор, описывающий местона-хождение узла сети и позволяющий пересылать информацию именно этому узлу.
Уточненное определение протокола и более подробно об адресации в компьютерных сетях будет рассказано в этой главе при изучении модели OSI.
Классификация и характеристики компьютерных сетей
Диаметром сети называется расстояние между двумя наиболее удаленными друг от друга станциями данной сети.
Компьютерные сети подразделяются в зависимости от диаметра сети и типа используемого оборудования на следующие виды (в скобках указан приблизительный диапазон диаметров):
o локальные (1-3000 м) — объединяют компьютеры в пределах нескольких зданий;
o кампусные (100-10000 м) — локальные сети масштаба «кампуса» — небольшого городка;
o городские (5-20 км) — высокоскоростные каналы связи в пределах большого города;
o региональные (территориальные) (100-1000 км) — объединяют компьютеры географической области;
o глобальные (10000-20000 км) — объединение компьютеров в различных частях света (Интернет).
Важнейшая характеристика компьютерной сети — ее пропускная способность. Пропускная способность (битовая скорость передачи информации) — это количество информации, которое можно передать по данной сети за единицу времени. Пропускная способность измеряется в бит/с. 1 бит/с равен 1 биту информации, переданному за 1 с. Используются кратные единицы: кбит/с, Мбит/с, Гбит/с.
В зависимости от характера распределения функций различают:
o одноранговые сети — небольшие локальные сети, в которых все компьютеры являются функционально равноправными; обычно включают в себя до 15 станций;
o сети с выделенными серверами (двухранговые сети) — средние и крупные сети, в которых часть выполняемых функций по обслуживанию станций возложена на серверы.
Сети с выделенными серверами характеризуются типами используемых в них сетевых служб (серверов), которые будут описаны ниже.
Среды передачи данных
В качестве носителей информации в современной коммуникационной технике используются электромагнитные сигналы в виде колебаний различных частот. Под средой передачи данных (связи) понимается физическая среда, по которой распространяется сигнал при его прохождении по линии связи.
В линиях связи используются 2 основные технологии: проводниковая и беспроводная.
Проводники, используемые в компьютерных сетях, подразделяются на:
1. 1) Медные электрические проводники. Наиболее распространенная среда передачи. В качестве носителя информации используется переменный электрический ток различных частот и форм сигнала. Наиболее распространенные виды кабелей, используемых в компьютерных сетях:
`
o коаксиальный кабель — изолированная медная жила, экранированная металлической оплеткой;
o экранированная или неэкранированная витая пара — пара изолированных скрученных проводов;
o телефонные линии общего пользования (ТфОП) — двухжильные изолированные провода абонентских линий и многожильные кабели телефонных коммуникаций.
2. 2) Волоконно-оптические (оптоволоконные) линии связи (ВОЛС) представляют собой полый гибкий проводник (световод), покрытый изнутри отражающим веществом. В качестве носителя используется модулированный световой луч, испускаемый лазером.
При беспроводной связи в качестве среды передачи используется окружающий воздух, вода, вакуум или другая среда, не задерживающая электромагнитные волны, являющиеся в данном случае носителем информации. По частотному диапазону беспроводная связь подразделяется на:
o радиосвязь — используется в спутниковой связи и при удаленном доступе;
o инфракрасную — используется в основном для связи с беспроводными периферийными устройствами;
o оптическую — используется редко из-за наличия помех на пути распространения сигнала;
o сверхвысокочастотную (СВЧ) — используется в локальных сетях.