VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

1 Обзор видов сетевого взаимодействия

В настоящее время при разработки и модернизации телекоммуникационных сетей предприятия необходимо провести анализ видов сетевых взаимодействий в аспекте аппаратного и программного обеспечения для этого рассмотрим развитие видов сетевого взаимодействия.

История развития компьютерных сетей достаточно сложна; за прошедшие 35 лет в этом процессе приняли участие многие специалисты и пользователи сетей. Процесс создания и коммерческого применения новых типов сетей был значительно более сложным, однако целесообразно выделить его основные этапы.

В 40-х годах XXвека компьютеры представляли собой большие электромагнитные устройства, подверженные частым сбоям. Создание в 1946 году полупроводникового транзистора открыло много новых возможностей для создания компактных и более надежных компьютеров. В 50-х годах крупные организации стали использовать компьютеры-мэйнфремы, которые выполняли программы, написанные на перфокартах. В конце 50-х годов были созданы первые интегральные микросхемы. Они включали в себя сначала несколько транзисторов, позднее количество транзисторов увеличивалось, а в настоящее время их количество в интегральной микросхеме достигает нескольких миллионов. На протяжении 60-х годов стало обычным использование мэйнфреймов с подключенными к ним терминалами, широко применялись интегральные микросхемы.

В конце 60-х годов — начале 70-х годов появились компьютеры менее габаритные, названные микрокомпьютерами (хотя по современным стандартам они имели довольно большие размеры). В 1977 году компания Apple Computer создала микрокомпьютер, названный персональным компьютером (Personal Computer— РС), В 1977 году корпорация IВМ выпустила свой первый персональный компьютер РС.

В середине 80-х годов пользователи, работающие на изолированных компьютерах, стали совместно использовать данные (файлы) с помощью модемов, подсоединенных к другому компьютеру. Такой тип связи назвали соединением типа "точка-точка", или соединением удаленного доступа. Данный подход был впоследствии расширен путем использования специально выделенных компьютеров, которые служили центральными точками связи для соединений удаленного доступа. Такие компьютеры получили название электронные доски объявлений (bulletin board). Пользователи подсоединялись к доске объявлений, оставляли там свои сообщения, получали сообщения от других пользователей, загружали в систему файлы или переписывали на свой компьютер файлы из нее. Недостатком такой системы был очень низкий уровень прямых соединений пользователей друг с другом, а часто такое непосредственное соединение вообще отсутствовало. Кроме того, соединение можно было установить лишь с теми, кто знал о существовании доски объявлений. Другим существенным ограничением было то, что компьютер, выполняющий роль доски объявлений, требовал отдельного модема для каждого соединения с другим компьютером в сети. При одновременной работе пяти пользователей на доске объявлений требовались пять модемов, подсоединенных к пяти отдельным телефонным линиям.

С начала 60-х годов и вплоть до конца 90-х годов XX века Министерство обороны США (U.S. Department of Defense - DoD) разрабатывало крупные и надежные распределенные WAN-сети для военных и научных целей. Эта технология значительно отличалась от соединений типа "точка-точка", используемых в досках объявлений. Она позволяла соединять между собой большое количество компьютеров с использованием многих маршрутов. При использовании такого типа связи стало возможным по одному соединению осуществлять связь со многими компьютерами, в отличие от прежней технологии, которая позволяла осуществлять только одно соединение. Сеть Министерства обороны постепенно превратилась в сеть Internet.

1. Анализ сетевого обеспечения, топологии, технологии и структуры компонентов сетевого взаимодействия

Таким образом анализ видов сетевых взаимодействий показывает динамичную в использовании аппаратных средств, что должно быть учтено при модернизации уже существующей. Кроме этого необходимо сформулировать систему требований которым должна соответствовать сеть. [1,23 и др.]

• Производительность

• Надежность и безопасность

• Расширяемость и масштабируемость

• Прозрачность

• Управляемость

• Совместимость

Основными характеристиками производительности сети являются:

1. время реакции;

2. пропускная способность;

3. задержка передачи.

Рассмотрим основные характеристики сети

Время реакции – это затраченное время на выполнение запроса.

• Пропускная способность является максимально допустимой скоростью, с которой передаются данные по линии связи.

• Задержка между моментом поступления пакета на входе какой-либо части сети и моментом появления его на выходе этого устройства называется задержкой передачи.

Для оценки надежности используется коэффициент готовности. Коэффициент готовности означает момент времени, в течение которого система может быть использована.

Безопасность сети рассматривается как меры, предохраняющие информационную сеть:

• от несанкционированного доступа;

• от случайного или преднамеренного вмешательства в нормальные действия; или

• от попыток разрушения ее компонентов.

Расширяемость (от английского extensibility) означает возможность добавления отдельных элементов сети (пользователей, компьютеров, дополнений, служб).

Масштабируемость (от английского scalability) – это возможность наращивать количество узлов и длину связей в очень широких пределах, не в ущерб производительности сети.

Прозрачность (от английского transparency) сети достигается в том случае, когда сеть представляется пользователю не как множество отдельных компьютеров, связанных между собой сложной системой кабелей, а как единственная вычислительная машина.

Управляемость сети подразумевает возможность централизованно контролировать состояние основных элементов сети, выявлять и решать проблемы, возникающие при работе сети, выполнять анализ производительности и планировать развитие сети.

Совместимость или интегрируемость означает, что сеть способна включать в себя самое разнообразное программное и аппаратное обеспечение, то есть в ней могут сосуществовать различные операционные системы, поддерживающие разные стеки коммуникационных протоколов, и работать аппаратные средства и приложения от разных производителей.

2.1 Эталонная модель OSI Эталонная модель OSI содержит семь пронумерованных уровней, каждый из которых выполняет спои особые функции вести [1,23 и др.].

Уровень 7 — уровень приложений.

Уровень 6 — уровень представления данных.

Уровень 5 — сеансовый уровень.

Уровень 4 — транспортный уровень.

Уровень 3 — сетевой уровень,

Уровень 2 — канальный уровень.

Уровень 1 — физический уровень.

Такое разделение выполняемых сетью функций называется делением па уровни. Подразделение сети на семь уровней обеспечивает следующие преимущества:

• процесс сетевой коммуникации подразделяется на меньшие и более простые этапы;

• стандартизируются сетевые компоненты, что позволяет использовать и поддерживать в сети оборудование разных производителей;

• подразделение процесса обмена данными на уровни позволяет осуществлять связь между различными типами аппаратного и программного обеспечения;

• изменении на одном уровне не влияют на функционирование других уровней, что позволяет быстрее разрабатывать новые программные и аппаратные продукты;

• коммуникация в сети подразделяется на компоненты меньшего размера, что облегчает их изучение.

Перемещение информации по различным уровням эталонной модели OSI показывает каким образом пакеты данных перемещаются по сети и какие устройства работают на каждом уровне. В конечном итоге знание функций и особенностей уровней поможет устранять проблемы, если таковые возникнут при передаче данных по сети.

Уровень приложений (от английского application layer) является ближайшим к пользователю и предоставляет службы его приложениям. От других уровней он отличается тем, что не предоставляет служб другим уровням; вместо этого он предоставляет службы только приложениям, которые находятся вне рамок эталонной модели OSI. Примерами таких приложений могут служить электронные таблицы (например, программа Excel) или текстовые процессоры (например, программа Word). Уровень приложений определяет доступность партнеров по сеансу связи друг для друга, а также синхронизирует связь и устанавливает соглашение о процедурах восстановления данных в случае ошибок и процедурах контроля целостности данных. Примерами приложений седьмого уровня могут служить протоколы Telnet и НТТР,

Задача уровня представления данных (от английского presentation layer) состоит в том, чтобы информация уровня приложений, которую посылает одна система (отправитель), могла быть прочитана уровнем приложений другой системы (получателя). При необходимости уровень представления преобразует данные и один из многочисленных существующих форматов, который поддерживается обеими системами. Другой важной задачей этого уровня является шифрование и расшифровка данных. Типовыми графическими стандартами шестого уровни являются стандарты PICT, TIFF и JPEG. Примерами стандартов шестого уровня эталонной модели, описывающих формат представления звука и видео, являются стандарты MIDI и МРЕG.

Как показывает само название этого уровня, сеансовый уровень (session layer) устанавливает сеанс связи между двумя рабочими станциями, управляет им и разрывает его. Сеансовый уровень предоставляет свои службы уровню представления данных. Он также синхронизирует диалог между уровнями представления двух систем и управляет обменом данными. Кроме своей основной постоянной функции — управления, уровень сеанса связи обеспечивает эффективную передачу данных, требуемый класс обслуживания и рассылку экстренных сообщений о наличии проблем на сеансовом уровне, уровне представления данных или уровне приложений. Примерами протоколов пятого уровня могут служить сетевая файловая система (Network File System - NFS), система X-Window и протокол сеанса AppleTalk (AppleTalk Session Protocol — АSР),

Транспортный уровень (от английского transport layer) сегментирует данные передающей станции и вновь собирает их в одно целое на принимающей стороне. Границу между транспортным уровнем и уровнем сеанса связи можно рассматривать как границу между протоколами приложений и протоколами передачи данных. В то время как уровни приложений, представления данных и сеанса связи занимаются аспектами коммуникаций, которые связаны с работой приложений, нижние четыре уровня решают вопросы транспортировки данных по сети. Транспортный уровень пытается обеспечить службу передачи данных таким образом, чтобы скрыть от верхних уровней детали процесса передачи данных. В частности, задачей транспортного уровни является обеспечение надежности передачи данных между двумя рабочими станциями. При обеспечении службы связи транспортный уровень устанавливает, поддерживает и соответствующим образом ликвидирует виртуальные каналы. Для обеспечения надежности транспортной службы используются выявление ошибок при передаче и управление информационными потоками. Примерами протоколов четвертого уровня могут служить протокол управления передачей (Transmission Control Protocol—ТСР), протокол пользовательских дейтаграмм (User Datagram Protocol—UDP) и протокол последовательного обмена пакетами (Seguenced Packet Exchange— SРХ).

Сетевой уровень (от английского network layer) является комплексным уровнем, обеспечивающим выбор маршрута и соединение между собой двух рабочих станций, которые могут быть расположены в географически удаленных друг от друга сетях. Кроме того, сетевой уровень решает вопросы логической адресации. Примерами протоколов третьего уровня могут служить Internet-протокол (IP), протокол межсетевого пакетного обмена (Internetwork Packet Exchange - IPX) и протокол AppleTalk.

Канальный уровень (от английского data link layer) обеспечивает надежную передачу данных по физическому каналу. При этом канальный уровень решает задачи физической (в противоположность логической) адресации, анализа сетевой топологии, доступа к сети, уведомления об ошибках, упорядоченной доставки фреймов и управления потоками.

Физический уровень (от английского physical layer) определяет электрические, процедурные и функциональные спецификации для активизации, поддержки и отключения физических каналов между конечными системами. Спецификациями физического уровня определяются уровни напряжении, синхронизация изменений напряжения, физическая скорость передачи данных, максимальная дальность передачи, физические соединения и другие аналогичные параметры.

2.2 Сетевые топологии Сетевая топологии определяет способ соединения в одну сеть таких устройств, как компьютеры, принтеры и другие. Иными словами, сетевая топология описывает расположение кабелей и устройств, а также маршруты, служащие для передачи данных. Топология сети в значительной степени определяет характер ее работы.

Сети имеют как физическую, так и логическую топологии. Термин физическая топология относится к физическому расположению устройств и соединениям передающей среды. Типичными физическими топологиями являются: шинная топология; кольцевая топология; звездообразная топология; расширенная звездообразная топология; иерархическая топология; полносвязная топология.

На рисунке 1 проиллюстрированы различные физические топологии.

Рисунок 1- Физические топологии сети

Логическая топология определяет, каким образом рабочие станции получают доступ к передающей среде для отправки данных. На рисунке 2 показаны несколько сетей с различными топологиями, которые соединены с разными традиционными сетевыми устройствами. На этом рисунке изображена сеть средней сложности, типичная дли школы или малого предприятия.

Рисунок 2 - Сетевые топологии

Обычно называемая линейной шиной (от английского linear bus) шинная топология (bus topology) подразумевает соединение всех устройств одним кабелем. На рисунке 3 представлены шинная топология.

Рисунок 3 - Шинная топология

При использовании шинной топологии главный кабель сегмента должен заканчиваться специальным терминатором, который поглощает сигнал, когда последний достигает конца линии. Если бы терминатор отсутствовал, то представляющий данные электрический сигнал, отразившись на конце кабеля вызвал бы наложение сигналов и ошибки в сети.

Звездообразная топология (от английского star topology), показанная на рисунке 4 представляет собой наиболее часто используемый тип сетевой топологии как в локальных Ethernet-структурах, так и в распределенных. После создания такой топологии сеть напоминает колесо велосипеда с расходящимися от оси спицами. Звездообразная топология состоит из центральной соединительной точки, которая может быть таким устройством, как концентратор, коммутатор или маршрутизатор, и расходящихся от нее сегментов кабелей.

Хотя звездообразная топология обходится дороже, чем физическая шинная топология, ее преимущества вполне оправдывают дополнительные затраты. Поскольку каждая рабочая станция подсоединена к центральному устройству отдельным кабелем, то при возникновении проблем с одним из таких кабелей сеть останется работоспособной. Такое свойство звездообразной топологии особенно важно, и этим объясняется тот факт, что практически все новые локальные сети LAN Ethernet имеют физическую звездообразную топологию. Центральная соединительная точка является усовершенствованием физической структуры сети из соображений безопасности или ограничения доступа, но вместе с тем она же является и основным уязвимым местом звездообразной топологии. Если выходит из строя центральное устройство, то вся сеть становится неработоспособной.

Рисунок 4 - Звездообразная топология

Если сеть со звездообразной топологией расширяется для включения дополнительных сетевых устройств, подсоединенных к главному сетевому устройству (центральной точке), то полученную топологию называют расширенной звездообразной топологией (extended-star topology). Такая сеть показана на рисунке 5.

Рисунок 5 - Расширенная звездообразная топология

Другой важной разновидностью топологии локальных сетей является кольцевая топология (от английского ring topology). Как видно из названия, в этой топологии рабочие станции соединены между собой так, что образуют непрерывное кольцо. В отличие от физической шинной топологии, сеть с кольцевой топологией не имеет начала и конца и не требует наличия терминатора. Способ передачи данных по сети с кольцевой топологией значительно отличается от того, который применяется в сети с шинной топологией. В такой сети специальный фрейм перемещается по кольцу, останавливаясь на каждом узле. Если какому-либо узлу требуется передать данные, то он может вставить в этот фрейм свои данные и адрес получателя. После этого фрейм перемещается по кольцу до тех пор, пока не дойдет до узла с адресом получателя, который извлекает данные из этого фрейма. Преимуществом такого способа передачи данных является невозможность коллизий.

Существуют два типа кольцевых топологий:

• одиночное кольцо;

• двойное кольцо.

В топологии одиночного кольца, показанной на рисунке 6 все устройства сети вместе используют один кабель, а данные перемещаются только в одном направлении. Каждое устройство ожидает своей очереди для передачи данных по сети. Большинство сетей с топологией одиночного кольца в действительности имеют физические соединения, соответствующие звездообразной топологии.

Рисунок 6 - Кольцевая топология

В сетях с топологией двойного кольца наличие двух колец позволяет посылать данные в обоих направлениях, как показано на рисунке 7. Такая топология обеспечивает в сети избыточность, т.е. возможность в случае выхода из строя одного из кабелей передавать данные по другому кольцу. Еще одним преимуществом двойного кольца является возможность "сворачивания" кольца, т.е. восстановления его работоспособности в случае обрыва.

Рисунок 7 - Топология двойного кольца

Иерархическая топология (от английского hierarchical topology)создается аналогично расширенной звездообразной топологии. Основным отличием является отсутствие в такой сети центрального узла. Вместо этого используется магистральный узел, от которого отходят ветви к другим узлам, как показано на рисунке 1.8. Существуют два типа иерархической (древовидной) топологии: бинарное дерево — от каждого узла отходят два соединения; и магистральное дерево — магистральный узел имеет узлы-ветви, от которых отходят каналы к рабочим станциям.

Рисунок 8 - Иерархическая топология

В сети с полносвязной топологией (от английского full-mesh topology)все устройства (узлы) соединены друг с другом, что обеспечивает избыточность (а в итоге — резервирование) и устойчивость к сбоям, как показано на рисунке 9. Такое расположение кабелей сети имеет очевидные достоинства и недостатки. Достоинством такой структуры является то, что каждый узел физически соединен со всеми остальными, что обеспечивает высокую степень избыточности. Если какой-либо канал выходит из строя, то существует много других маршрутов, позволяющих передать данные в требуемый пункт назначения. Очевидным недостатком такой сети является то, что, за исключением случая очень небольшого количества узлов в сети, количество соединений становится чрезвычайно большим. В результате этого реализация сети, в которой используется полносвязная топология, становится крайне дорогостоящей и трудно реализуемой. Полносвязная топология обычно используется лишь а соединениях между собой маршрутизаторов распределенных сетей.

Рисунок 9 - Полносвязная топология

В сети с неполносвязной топологией (partial-mesh topology)(иногда называемой частично связной) по крайней мере одно устройство поддерживает несколько соединений с другими устройствами;при этом, однако, полносвязная топология не создается. Пример такой сети приведен на рисунке 10. Неполносвязная топология все же создает определенную степень избыточности за счет наличия нескольких альтернативных маршрутов. Если какой-либо из них не может быть использован, данные отправляются по другому маршруту, хотя он может оказаться и более протяженным. Неполносвязная топология используется во многих телекоммуникационных магистралях, а также в глобальной сети Internet.

Под логической топологией сети понимается способ коммуникации рабочих станций в сетевой передающей среде. Двумя основными типами логической топологии являются широковещательная топология и топология, использующая передачу маркера.

Использование широковещательной топологии означает всего лишь то, что каждая рабочая станция направляет по сетевой среде свои данные на конкретный адаптер NIC по адресу многоадресатной рассылки или по широковещательному адресу. Порядок передачи по сети данных отдельными станциями при этом не устанавливается.

Вторым типом логической топологии является топология с передачей маркера. Передача маркера управляет доступом к сети путем последовательного предоставления электронного маркера всем рабочим станциям. Когда станция получает маркер, она может отправить в сеть свои данные. Если у станции нет данных для передачи, она передает маркер другой, следующей заней, станции, и процесс повторяется. Двумя примерами сетей, использующих передачу маркера, являются сети Token Ring и FDDI, которые могут рассматриваться как пример реализации технологии передачи маркера по сети с физической кольцевой топологией.

Рисунок 10 - Неполносвязная топология

2.3 Сетевые устройства. Оборудование, непосредственно подсоединенное к сегменту сети, называется сетевым устройством (от английского device). Все устройства могут быть отнесены к одной из двух групп:

• устройства конечного пользователя. В эту группу входят компьютеры, принтеры, сканеры и другие устройства, которые выполняют функции, необходимые непосредственно пользователю сети;

• сетевые устройства. В эту группу входят устройства, подсоединенные к устройствам конечного пользователя и позволяющие им осуществлять связь друг с другом.

Устройства конечною пользователя, которые связывают его с сетью, также начинаются оконечным узлами или станциями (host), На рисунке 11 показано устройство конечного пользователя — рабочая станция.

Устройства данного типа позволяют пользователю создавать, получать и

совместно с другими пользователями использовать информацию. Конечные устройства могут функционировать и без сети, но без нее их возможности в значительной степени ограничены. Эти устройства физически подсоединяются к сети с помощью платы сетевого интерфейса (Network Interface Card— NIC), также называемой сетевым адаптером. Конечные устройства используют сетевое соединение для выполнения таких задач, как отправка сообщений по электронной почте, распечатка отчетов, переписывание рисунков и доступ к базам данных. Адаптер NIC представляет собой печатную плату, которая вставляется в гнездо расширения (слот) шины на материнской плате компьютера или может быть отдельным периферийным устройством. У переносных портативных компьютеров адаптер NIC обычно имеет размеры карты РСМСIА.

Рисунок 11 - Устройства конечного пользователя

Каждый адаптер NIC имеет уникальный код, называемый МАС-адресом. Как указывает само название, карта сетевого интерфейса NIC управляет доступом рабочей станции к среде передачи. В сетевой сфере отсутствуют стандартные символы для устройств конечного пользователя. Чтобы их было проще распознать, конечные устройства обозначаются пиктограммами, похожими на реальное оборудование.

Сетевые устройства обеспечивают транспортировку данных, которые необходимо передавать между устройствами конечного пользователя. Они удлиняют и объединяют кабельные соединения, преобразуют данные из одного формата в другой и управляют передачей данных. Примерами устройств, выполняющих перечисленные функции, являются повторители, концентраторы, мосты, коммутаторы и маршрутизаторы. В последующих разделах приведен обзор некоторых типичных сетевых устройств.

Повторители (от английского repeater) представляют собой сетевые устройства, функционирующие на первом (физическом) уровне эталонной модели OSI. Для того, чтобы понять работу повторителя, необходимо знать, что по мере того, как данные покидают устройство отправителя и выходят в сеть, они преобразуются в электрические или световые импульсы, которые после этого передаются по сетевой передающей среде. Такие импульсы называются сигналами (Signals). Когда сигналы покидают передающую станцию, они являются четкими и легко распознаваемыми. Однако, чем больше длина кабеля, тем более слабым и менее различимым становится сигнал по мере прохождения по сетевой передающей среде. Целью использования повторителя является регенерация и ресинхронизация сетевых сигналов на битовом уровне, что позволяет передавать их по среде на большее расстояние. Термин повторитель (repeater) первоначально означал отдельный порт "на входе" некоторого устройства и отдельный порт на его "выходе". В настоящее время используются также повторители с несколькими портами. В эталонной модели OSI повторители классифицируются как устройства первого уровня, поскольку они функционируют только на битовом уровне и не просматривают другую содержащуюся в пакете информацию.

Использование концентраторов (от английского hub) обусловлено необходимостью в регенерации и ресинхронизации сетевых сигналов. Характеристики концентратора аналогичны характеристикам повторителя. Как показано на рисунке 12 концентратор является общей точкой для нескольких сетевых соединений. Концентраторы обычно соединяют между собой несколько сегментов локальной сети LAN. Концентратор имеет несколько портов. Когда па порт концентратора поступают пакеты, они копируются на все остальные порты и в результате могут быть просмотрены всеми сегментами LAN-сети.

Рисунок 12 - Концентратор

Поскольку концентраторы и повторители имеют похожие характеристики, первые часто называют многопортовыми повторителями (multiport report). Разница между повторителем и концентратором состоит лишь в количестве кабелей, подсоединенных к устройству. В то время как повторитель имеет только два порта, концентратор обычно имеет от 4 до 20 и более портов, как показано на рисунке 13.

Ниже приведены наиболее важные свойства устройств данного типа: концентраторы усиливают сигналы; концентраторы распространяют сигналы по сети; концентраторам не требуется фильтрация; концентраторам не требуется определение маршруты и коммутации пакетов; концентраторы используются как точки объединения трафика в сети.

Рисунок 13 - Концентраторы имеют несколько портов

Платы (или карты) сетевых интерфейсов (от английского Network Interface Card — NIS), коротко называемые сетевыми картами, рассматриваются как устройства второго уровня, поскольку все выпускаемые в мире адаптеры имеют уникальный код, называемый адресом управления доступом к среде передачи (Media Access Control — MAC) или МАС-адресом. Этот адрес управляет обменом данными между рабочей станцией и локальной сетью LAN. Адаптер МIC управляет доступом рабочей станции к среде передачи. На рисунке 1.14 показан адаптер МIC.

Рисунок 14 - Плата сетевого интерфейса

Мост (от английского bridge) представляет собой устройство второго уровня, предназначенное для создания двух или более сегментов локальной сети LAN, каждый из которых является отдельным коллизионным доменом. Иными словами, мосты предназначены для более рационального использования полосы пропускания. Целью моста является фильтрация потоков данных в LAN-сети с тем, чтобы локализовать внутрисегментную передачу данных и вместе с тем сохранить возможность связи с другими частями (сегментами) LAN-сети для перенаправления туда потоков данных. Каждое сетевое устройство имеет связанный с NIC-картой уникальный МАС-адрес. Мост собирает информацию о том, на какой его стороне находится конкретный МАС-адрес, и принимает решение о пересылке данных на основании соответствующего списка МАС-адресов. Мосты осуществляют фильтрацию потоков данных на основе только МАС-адресов узлов. По этой причине они могут быстро пересылать данные любых протоколов сетевого уровня. На решение о пересылке не влияет тип используемого протокола сетевого уровня вследствие этого мосты принимают решение только о том, пересылать или не пересылать фрейм, и это решение основывается лишь на МАС-адресе получателя. Ниже приведены наиболее важные свойства мостов.

Рисунок 15 - Мост

Маршрутизаторы (от английского router) представляют собой устройства объединенных сетей, которые пересылают пакеты между сетями на основе адресов третьего уровня. На рисунке 16 представлен маршрутизатор. Маршрутизаторы способны выбирать наилучший путь в сети для передаваемых данных. Функционируя на третьем уровне, маршрутизатор может принимать решения на основе сетевых адресов вместо использования индивидуальных МАС-адресов второго уровня. Маршрутизаторы также способны соединять между собой сети с различными технологиями второго уровня, такими, как Ethernet, Token Ring и Fiber Distributed Data Interface (FDDI — распределенный интерфейс передачи данных по волоконно-оптическим каналам). Обычно маршрутизаторы также соединяют между собой сети, использующие технологию асинхронной передачи данных ATM (Asynchronous Transfer Mode) и последовательные соединения. Вследствие своей способности пересылать пакеты на основе информации третьего уровня, маршрутизаторы стали основной магистралью глобальной сети Internet и используют протокол IP.

Рисунок 16 - Маршрутизатор

2.4 Виды сетей. Локальная сеть (от английского Local-Area Network — LAN) состоит изкомпьютеров, сетевых адаптеров (network interface card), периферийных устройств, среды передачи данных по сети и других сетевых устройств. На рисунке 17 проиллюстрирована локальная сеть LAN.

Локальные сети позволяют компаниям применять различные компьютерные технологии для эффективного совместного использования файлов и принтеров, а также предоставляют возможность внутренней связи с помощью сообщений электронной почты. В локальной сети логически и физически объединены данные, локальная связь и вычислительное оборудование.

Рисунок 17 - Локальная сеть (LAN)

Локальная сеть создается для выполнения следующих функций.

• функционирования в ограниченной географической области;

• обеспечения доступа многих пользователей к передающей среде с широкой полосой пропускания ;

• обеспечения постоянной доступности удаленных ресурсов, подсоединенных к локальным службам;

• обеспечения физических соединений смежных сетевых устройств.Типичными технологиями локальных сетей являются следующие:

• Ethernet

• Token Ring

• FDDI

Распределенные сети (от английского Wide-Area Networks) соединяют между собой локальные сети LAN, что позволяет компьютерам LAN-сетей получать доступ к компьютерам и файловым серверам, находящимся в других локальных сетях. Поскольку WAN-сети соединяют пользователей, расположенных в обширной географической области, они делают возможным для предприятий осуществление связи на больших расстояниях (рисунок 18).

Рисунок 18 - Распределенная сеть (WAN)

Использование технологий распределенной сети позволяет компьютерам, принтерам и другим устройствам локальной сети LAN обмениваться данными с удаленными локальными сетями. Сети WAN обеспечивают практически мгновенную связь в пределах обширной географической области. Такая возможность посылать мгновенные сообщения (Instant Message) любому адресату в любой точке земного шара обеспечивает пользователям те же возможности связи, какие имеются у пользователей, находящихся в одном офисе. Программное обеспечение для совместной работы в сети предоставляет доступ в реальном времени к информации и ресурсам, что дает возможность пользователям виртуально взаимодействовать на большом расстоянии друг от друга. Создание распределенных сетей привело к появлению нового типа сотрудников - телеработников (telecommuters),которые могут работать, вообще не покидая своего дома.

Распределенные сети WAN предназначены для выполнения следующих функций.

• осуществления связи в больших, географически разделенных областях;

• предоставления пользователям возможности коммуникации в реальном времени с другими пользователями;

• непрерывного обеспечения доступа к удаленным ресурсам через соединения с локальными службами;

• обеспечения службы электронной почты, World Wide Web, передачи файлов и средств электронной коммерции в сети Internet.

Под региональной или городской сетью (от английского Metropolitan-Area Network) понимается сеть, охватывающая территорию крупного города, включая пригородные зоны. Сети МАN соединяют между собой локальные сети LAN, находящиеся на определенном расстоянии друг от друга, но в одной общей географической области, как показано на рисунке 1.19. Например, МАN-сеть может использоваться банком, имеющим в городе несколько отделений. Обычно провайдер службы соединяет между собой две или более LAN-сетей, используя свои частные линии коммуникаций или оптические службы. МАN-сеть также может быть создана с использованием беспроводной мостовой технологии путем передачи сигналом через открытые телекоммуникационные инфраструктуры. Широкая полоса пропускания, предоставляемая доступными в настоящее время оптическими каналами, делает МАN-сети более функциональным и экономически доступным средством, чем раньше. МАN-сети отличаются от LAN и WAN сетей следующими функциями:

• МАN-сети соединяют друг с другом пользователей, находящихся в географической зоне или области большей, чем область LAN-сети, но меньшей, чем WAN-сети;

• МАN-сити соединяют сети города в одну сеть большего размера (которая может также обеспечивать эффективное соединение с WAN-сетью);

• МАN-сети также используются для соединения между собой нескольких локальных сетей LAN путем создания мостовых соединений через магистральные линии.

Рисунок 19 - Сеть масштаба города

Сетями хранилищ данных (от английского Storage-Area Network — SAN) называются специализированные выделенные высокоскоростные сети, которые перемещают данные между серверами и хранилищами ресурсов. Поскольку они являются отдельными выделенными сетями, конфликтов между потоками данных от серверов и их клиентов не возникает (рисунок 20). SAN-технология позволяет осуществлять высокоскоростные соединения типа "сервер-хранилище", "хранилище-хранилище" и "сервер-сервер".

При таком подходе используется отдельная сетевая инфраструктура, что устраняет все проблемы, связанные с наличием уже установленных в сети соединений. SAN-технологии обеспечивает выполнение перечисленных ниже функций.

Высокая производительность при передаче данных SAN-сети позволяют осуществлять па конкурентной основе доступ к дисковым и ленточным накопителям двум и более серверам с высокой скоростью, что повышает эффективность работы сети.

Доступность. SAN-сети обладают большей внутренней устойчивостью к стихийным бедствиям, поскольку при использовании технологии SAN данные могут быть продублированы на расстояниях вплоть до 10км⁷

Масштабируемость. Как и сети LAN/WAN, сети хранилищ SAN могут использовать различные технологии. Это позволяет легко переносить операции резервирования данных, перемещения файлов и дублирования данных из одной системы в другую.

Рисунок 20 - Сеть хранилищ данных

Виртуальной частной сетью (от английского Virtual Private Network — VPN)называется частная сеть, которая создается в инфраструктуре открытой сети, такой, например, как глобальная сеть Internet. Используя VPN-сеть, телеработник может получить доступ к сети головного офиса компании через сеть Internet путем создания безопасного туннеля между компьютером телеработника и VРN-маршрутизатором в головном офисе.

Виртуальная частная сеть представляет собой службу, предоставляющую безопасное и надежное соединение через совместно используемую инфраструктуру открытой сети, такой, как Internet. В сетях VPN обеспечиваются такой же уровень безопасности и такие же политики управления, как и в обычной частной сети. Они представляют собой наиболее экономичный способ создания соединения типа "точка-точка" между удаленными пользователями и сетью предприятия.

2.5 По способу передачи. Медные проводники — наиболее распространенная среда передачи данных для передачи электрических сигналов. Они являются компонентами кобелей, по которым сигналы передаются от источника приемнику. Меди присущи несколько очень важных свойств, которые делают ее предпочтительной для прокладки соединительных кабелей.

• Высокая электропроводность. Медь хорошо известна своей способностью беспрепятственно пропускать электрический ток. Медь также превосходно проводит тепло. Последнее свойство сделало этот материал привлекательным для изготовления предметов кухонной утвари, радиаторов, рефрижераторов.

• Устойчивость против коррозии. Медь слабо окисляется и поэтому имеет надлежащую стойкость к коррозии; медь окисляется до оксида намного медленнее, чем другие металлы.

• Эластичность, Медь обладает большой эластичностью, свойством вытягиваться втонкую проволоку, не разрываясь при этом. Например, медный прут толщиной 1 см может быть нагрет, раскатан и вытянув в проволоку толщиной меньше человеческого волоса.

• Ковкость, Чистая мель очень хорошо поддается конке (приданию любой формы). Она не крошится при ковке, чеканке либо скручивании в необычные формы. Медь может обрабатываться как при низких, так и при высоких температурах.

• Прочность. Холоднокатаная медь имеет прочность на разрыв от 3500 до 4900 килограммов на квадратный сантиметр. Она сохраняет свою прочность лаже при нагревании до температуры в 400 градусов по Фаренгейту (F) (204 градуса по Цельсию (С)).

Существует два типа медных кабелей, которые используются для соединения сетевых устройств.

• Витая пара (Twisted-Pair). Кабель витой пары составлен из одной или более пар медных проводников. Большинство сетей передачи данных иголоса используют соединения кабелем витой пары.

• Коаксиальный кабель (Coaxial cable). Коаксиальный кабель состоит из центрального сплошного и сплетенного медных проводников. Коаксиальный кабель когда-то был выбран в качестве основного для прокладки локальных компьютерных сетей, но сейчас он преимущественно используется для соединения видеоаппаратуры, высокоскоростных соединении, таких, как линии ТЗ (либо ЕЗ), а также для кабельного телевидения.

Оптоволоконный кабель широко распространен и используется для передачи данных с высокой скоростью между двумя точками на довольно большие расстояния, например, в магистралях локальных сетей, а также в распределенных сетях (Wide-Area Network — WAN).

Основные причины использования оптоволоконных кабелей:

• оптическое волокно не чувствительно к разрядам молений, не подвержено электромагнитным помехам или перекрестным наводкам. Оно также не создает электромагнитного излучения;

• пропускная способность оптоволоконных каналов больше, чем любых других сред передачи данных;

• используя оптоволоконные каналы, можно передавать данные на достаточно большие расстоянии и при этом получать хорошее качество сигнала за счет его очень малого затухания;

• передача данных по оптоволоконным каналам связи наиболее безопасна по той причине, что очень трудно вклиниться в существующий оптоволоконный канал и очень легко обнаружить вторжение в него;

• существующие приемники и передатчики можно заменить на более совершенные недавно разработанные устройства и достичь большей пропускной способности уже существующих оптоволоконных соединений без замены оптического волокна;

• оптоволоконные соединения дешевле медных, если использовать их для передачи данных на большие расстояния;

• оптические волокна изготавливаются из песка, недорогого материала, широко распространенного на Земле;

• оптоволоконные каналы не требуют заземления, в отличие от электрических каналов связи"

• оптические волокна имеют очень маленькую массу и просты в установке;

• оптические волокна более стойки к окружающим факторам, например, к воздействию влаги, в отличие от медных проводников;

• длина оптоволоконных соединений может быть легко увеличена для передачи данных на достаточно большие расстояния.

Если необходима большая пропускная способность канала на расстояния больше 100 м, рекомендуется использовать оптоволоконный капал передачи данных, в этом разделе рассмотрены основные принципы работы оптоволоконного кабель.

Когда появились первые компьютеры, они были доступны только для больших корпораций, государственных учреждений и университетов С того времени технологии ушли далеко вперед, и теперь производительность карманного персонального компьютера ни в чем не уступает первым компьютерам, То же можно сказать и о сетевых технологиях.

Различные типы сетей, рассмотренные ранее в текущей главе, требуют наличия физических соединений для их функционирования. Преимуществами таких сетей являются высокая скорость передачи данных, надежность и обеспечение доступа к сети в заранее заданных областях. Физическое соединение позволяет увеличить производительность и обеспечить совместное использование принтеров, серверов и программного обеспечения. Тем не менее, такие сетевые решения требуют от сетевых устройств постоянного местоположения, передвижение устройств разрешено только в пределах установленных кабельных систем и в пределах офиса.

Появление беспроводных технологий связи позволило избежать вышеуказанных ограничений и ощутить компьютерному миру настоящую мобильность. Несмотря на то что беспроводная связь не обеспечивает высоких скоростей передачи данных, а также безопасности и постоянной доступности, ее гибкость оправдывает ее использование и обеспечивает высокие уровни продаж оборудования.

Беспроводные сети доступа очень просты в установке. Самая простая беспроводная сеть может быть настроена и запущена уже через несколько минут после включения рабочей станции. Соединение с поставщиком услуг сети Internet осуществляется посредством кабельных соединений, маршрутизатора, модема для кабельных сетей либо модема для выделенных линий, а беспроводная точка доступа выступает в роли концентратора для беспроводных устройств. В небольшом офисе концентратор и оборудование доступа могут быть совмещены в одном устройстве.

2.6 Сети по принадлежности По принадлежности разделяются на:

• ведомственные;

• государственные;

Ведомственные сети принадлежат одной организации и располагаются на ее территории. Государственные сети – это сети, используемые в государственных структурах.

2.7 Сети по назначению

По назначению КС распределяются на:

• вычислительные;

• информационные;

• смешанные (информационно-вычислительные);

Вычислительные сети предназначены главным образом для решения заданий пользователей с обменом данными между их абонентами. Информационные сети ориентированы в основном на предоставление информационных услуг пользователям. Смешанные сети совмещают функции первых двух.

Заключение

Проведенный анализ современных видов сетевого взаимодействия показывает, что в настоящее время существуют наиболее применимые средства создания локальной вычислительной системы. Выбор топологий, средств, должен быть осуществлен с учетом специфики имеющейся информационной системы предприятия, включая уже работающие программы и аппаратное обеспечение, а также требования со стороны организации заказчика и его финансовых возможностей.

Код для цитирования: Скопировать