Операционная система Windows


 

Меню

Реклама


Топология ЛОКАЛЬНЫХ Мереж

Локальная мережа являет собой систему распределенной обработки информации, которая состоит как минимум из двух компьютеров, которые взаимодействуют между собой при помощи специальных средств связи. Компьютеры, которые входят в состав сети, выполняют достаточно широкий круг функций, основными из которых является:

· организация доступа к сети;

· управление передачей информации;

· предоставление вычислительных ресурсов и услуг абонентам сети.

В свою очередь, Средства зв’язку призваны обеспечить надежную передачу информации между компьютерами сети.

Обычно, компьютерная сеть может складываться и из двух компьютеров, но, как правило, их количество в сети больше. При этом компьютерная сеть не являет собой простое объединение компьютеров – это достаточно сложная система. Любая компьютерная сеть характеризуется рис.1 Топологией, протоколами, интерфейсами, сетевыми техническими и программными средствами.

Л о к а л ь н а м е р е же а

Технические засоби

Iнтерфейси

Топологiя

Протоколи

Программные засоби

Рис.1. Основные компоненты архитектуры локальной компьютерной сети.

Топологiя компьютерной сети отображает структуру связей между ее основными функциональными элементами. В зависимости от компонентов, которые рассматриваются, различают физическую и логическую структуры локальных сетей. Физическая структура определяет топологию физических соединений между компьютерами. Логическая структура определяет логическую организацию взаимодействия компьютеров между собой. Дополняя друг друга, физическая и логическая структуры дают наиболее полное представление о компьютерной сети.

Под Сетевыми техническими засобами имеются в виду разнообразные устройства, которые обеспечивают объединение компьютеров в единственную компьютерную сеть.

Протоколи являют собой правила взаимодействию функциональных элементов сети.

Iнтерфейси – средства согласования функциональных элементов сети. Следует обратить внимание, что в качестве функциональных элементов могут выступать как отдельные устройства, так и программные модули. В соответствии с этим существуют аппаратные и программные интерфейсы.

Сетевые программные засоби осуществляют управление работой компьютерной сети и обеспечивают соответствующий интерфейс с пользователями. К сетевым программным средствам принадлежат сетевые операционные системы и вспомогательные сервисные программы.

Каждая из составляющих локальной сети характеризует ее отдельные свойства, и только их совокупность определяет всю сеть в целом. Таким образом, выбор локальной сети заключается в выборе ее топологии, протоколов, аппаратных средств и сетевого программного обеспечения. Каждый из этих компонентов является относительно независимым. Например, сети с одинаковой топологией могут использовать разные методы доступа, протоколы и сетевое программное обеспечение. В свою очередь, в разных сетях могут использоваться одинаковые протоколы и или сетевое программное обеспечение. Это, с одной стороны, расширяет возможности выбора самой оптимальной структуры сети, а из другой – усложняет этот процесс.

СРЕДА Передачи В ЛОКАЛЬНЫХ Мережах

Объединены между собой с помощью разных сетевых средств компьютеры образуют определенную сетевую топологию. Топология сети тесно связана с техническими средствами, которые используются. Чем больший выбор технических средств, тем более разнообразная топология сети. Однако при этом есть ряд базовых технологий, на основе которых строятся все локальные сети. Рассмотрим основные компоненты и базовые технологии локальных сетей.

В первую очередь для связи компьютеров необходима среда передачи, в качестве которой в локальных сетях найчастiше используют электрические и оптоволоконные кабели. Из электрических в локальных сетях используются коаксиальные кабели и витые пары проводников. В отличие от электрического кабеля, в оптоволоконном кабеле носителем информации является световой луч, который распространяется внутри специального световоду, – оптического стекловолокна. Каждый кабель, в свою очередь, имеет определены физические параметры, основной из которых является допустимая скорость передачи информации и скорость затухания сигналов.

Для подключения отдаленных абонентов к локальной сети широко используются существующие телефонные линии. В зависимости от характера использования и режима работы отдаленной системы, для ее подключения к локальной сети используют коммутированную или выделенную линию связи. Коммутированы линии связи обходятся более дешево, но они являются значительно медленнее по сравнению с выделенными линиями. Максимальная скорость передачи по телефонным линиям может быть достигнута при использовании выделенных телефонных кабельных систем типа Т1 и Т3.

В некоторых случаях для связи компьютеров могут использоваться радиоканалы или инфракрасные устройства передачи сигналов. Как правило, этот вид связи наиболее дорог и его целесообразно использовать в тех случаях, когда физическое соединение трудно или невозможно организовать.

ПРЯМОЕ КАБЕЛЬНОЕ З’еднання

Если предусматривается соединить между собой только два компьютера, то это можно сделать относительно просто с помощью так называемого Прямого кабельного з’еднання. Этот способ предусматривает соединение двух компьютеров с помощью последовательных параллельных портов вводу-вывода и средств управления обменом информацией между компьютерами. Как правило, в основе этих средств лежат стандартные сетевые протоколы, что позволяет избежать разработки соответствующего программного обеспечения, а использовать для этой цели стандартные сетевые протоколы.

При подобном соединении существует ряд ограничений на организацию межкомпьютерной связи. Во-первых, обе машины должны использовать одну и ту же операционную систему, которая поддерживает прямое соединение компьютеров например, Windows 98. Хотя прямое соединение не является сетью в привычном понимании, операционная система использует сетевой протокол, чтобы управлять потоком данных между компьютерами. Во-вторых, в рамках одного сеанса обмена каждый из компьютеров может быть или сервером, или клиентом, а не одновременно тем и вторым. В компьютерных сетях под Сервером понимают компьютер, который предоставляет свои ресурсы вторым компьютерам, которые называются Клiентами. При прямом соединении клиент получает возможность доступа к ресурсам сервера, в качестве каких найчастiше выступают массивы данных файлы. В свою очередь, сервер определяет, какие из ресурсов могут быть доступные клиентам, то есть он будто отдает их в общее пользование. При этом сервер определяет условия использования общих ресурсов – например, только их пересмотр, чтение или возможность изменения. Сам сервер не может использовать ресурсы клиента для выполнения каких-то своих функций. В-третьих, использование низкоскоростных портов вводу-вывода позволяет передавать данные из относительно низкой скоростью. Поэтому прямое кабельное соединение найчастiше используется для создания временных соединений, например, между портативным компьютером и сетевым компьютером. Подобное соединение может использоваться при подключении отдаленного компьютера с помощью телефонных каналов связи.

При объединении в локальную сеть больше двух компьютеров должен выполняться ряд специальных сетевых функций. Выполнение таких функций полагается на специализированные устройства – Сетевые адаптеры сетевые карты. В связи с этим каждый компьютер, который подключается к локальной сети, должен оборудоваться сетевым адаптером. Iснують разные типы сетевых адаптеров, которые производятся разными фирмами, но все они выполняют одну и ту же основную функцию: управляют потоком информации между локальной сетью и компьютером. Для разных типов сетей могут быть нужны разные адаптеры, хотя это не всегда является обязательным. Сетевые адаптеры могут также отличаться быстродействием и эффективностью, с которой они управляют информационным потоком.

Компьютер, который обеспечивает возможность доступа пользователей к ресурсам локальной сети, называется Рабочей станцiею. С функциональной точки зрения рабочие станции являются клиентами локальной сети. Кроме рабочих станций в состав локальной сети могут входить компьютеры, которые выполняют функции серверов, а также сетевые принтеры, модемы и тому подобное Каждый из устройств, что входит в состав локальной сети, называется Узлом.

Базовые Сетевые Топологiи

При создании сети, в которой используются только сетевые адаптеры без таких средств, как маршрутизаторы, концентраторы и т. п., может быть реализована одна из трех сетевых технологий: звездообразная, шинная, кольцевая. Звездообразная мережа рис.2 характеризуется наличием цетрального узла коммутации – сетевого сервера, к которому или через который ссылаются все сообщения. В этом случае на сетевой сервер, кроме основных функций, могут быть положены дополнительные функции по согласованию скоростей работы станций и превращению протоколов обмена, что позволяет в рамках одной сети объединить разнотипные рабочие станции.

Сервер мережi

Робоча

Станцiя

Робоча

Станцiя

Робоча

Станцiя

Робоча

Станцiя

Робоча

Станцiя

Рис.2. Звездообразная топология.

Рядом с отдельными преимуществами, данные локальные сети имеют ряд недостатков. В частности, при подключении большого количества рабочих станций поддержания высокой скорости коммутации требует значительных аппаратных затрат. Кроме того, значительная функциональная нагрузка центрального узла определяет его сложность, которая соответственно отражается на надежности.

В Сетях с шинной топологiею рис.3. рабочие станции с помощью сетевых адаптеров подключаются к магистрали шины. Аналогичным способом к общей магистрали подключаются и другие сетевые устройства. В процессе работы сети информация от передаючеи рабочей станции поступает на адаптеры всех рабочих станций, но воспринимается она только адаптером той рабочей станции, которой она адресована.

Направление передачи iнформацiи


Рабочая станцiя

Рабочая станцiя

Рабочая станцiя

Рабочая станцiя

Рабочая станцiя

Устройство узгодження

термiнатор

Шина

магiстраль

Устройство узгодження

термiнатор

Рис.3. Шинная топология сети.

Подобная линейная топология характеризуется простотой организации и возможностью подключения новых рабочих станций без дополнительного оборудования. Однако наличие общей среды передачи не позволяет абонентским системам одновременно передавать информацию.

Кольцевая мережа рис.4 характеризуется наличием замкнутого однонаправленного канала передачи данных в виде кольца или петли. В этом случае информация передается последовательно между адаптерами рабочих станций до тех пор, пока не будет принята получателем и потом удалена из сети. Преимущественно за удаление информации из сети отвечает ее отправитель. Управление работой кольцевой сети может осуществляться централизовано с помощью специальной станции монитора, или децентрализуют за счет распределения функций управления между всеми рабочими станциями. Недостатком кольцевой топологии является то, что отказ одного звена кольца может вывести из строя всю локальную сеть. С целью повышения надежности кольцевых структур используют специальных безразрывных коммутаторов, которые позволяют автоматически отключать нерабочие компьютеры или отдельные сегменты сети.

Рабочая станцiя

Рабочая станцiя

Рабочая станцiя


Рабочая станцiя

Рабочая станцiя

Рабочая станцiя

Рис.4. Кольцевая топология сети.

На рис.5 представлена наиболее характерная структура кольцевой сети с использованием безразрывного коммутатора, исходные разъемы которого нормально замкнутыми, в результате чего образуется внутреннее кольцо передачи информации. При подсоединении нового сегмента в коммутаторе размыкается соответствующий разъем, который подключает рабочую станцию к кольцу. Соответственно, при отключении рабочей станции соответствующий разъем коммутатора защелкивающийся. Это позволяет в любой момент отключить или подключить любую абонентскую систему без нарушения целостности кольца.

Робоча

Станцiя

Робоча

Станцiя

Робоча

Станцiя

Робоча

Станцiя

Робоча

Станцiя

Комутатор

Робоча

Станцiя

Замкнутi

Роз’еми

Робоча

Станцiя

Робоча

Станцiя

Рис.5. Использование коммутаторов в кольцевых сетях.

Логическая Организация Мережi

Рядом с физической топологией, локальная сеть характеризуется логической структурой. На уровне логической структуры определяется логический канал передачи информации, порядок доступа рабочих станций к общей среде передачи и характер взаимодействия компьютеров, между собой.

Логический канал задает последовательность передачи информации рабочими станциями. При этом логическая организация не всегда совпадает с топологией сети. Да, показанная на рис.5 кольцевая сеть имеет явно выраженную звездообразную топологию. В рамках локальных сетей различают линейные и кольцевые логические каналы. При Линейной логической органiзацiи рис.6 все узлы локальной сети связаны между собой общей логической шиной. В этом случае информация от узла поступает на общую логическую шину, потом, в зависимости от адреса получателя, поступает на один из узлов локальной сети. Подобная организация отвечает линейной физической структуре, показанной на рис.3. Это самый простой вид логической организации сети, который, как правило, не нуждается в специальном управлении. Подобное сочетание физической и логической структур используется в широко известных сетях ethernet.

Узел №1

Узел №2

Узел №3

Узел №4

Узел №5

Направление передачи iнформацiи

Рис.6. Логическая линейная структура.

При Кольцевой логической органiзацiи рис.7 используется специальная управляюча информация, например, в виде маркера, который последовательно передается между узлами сети. При поступлении маркера узел получает возможность передавать информацию в физическую среду. Кольцевая логическая организация может использоваться не только в кольцевой, но и в линейной физической структуре локальных сетей.

Узел №1

Узел №2

Узел №3

Узел №4

Узел №5

Направление передачи iнформацiи

Рис.7. Логическая кольцевая структура.

На рис.8 показан вариант реализации кольцевой логической структуры в рамках физической шинной топологии. Здесь управляюча информация маркер передается в соответствии с логическим кольцом, а данные передаются через общую шину непосредственно адресату. Как видно из рисунка последовательность рабочих станций в логическом кольце может не совпадать с их физическими адресами.

Рабочая станция №1

Рабочая станция №5

Рабочая станция №3

Рабочая станция №2

Рабочая станция №4

Направление передачи iнформацiи

Устройство узгодження

термiнатор

Шина

магiстраль

Устройство узгодження

термiнатор

Логическое кiльце

Направление передачи маркера

Рис.8. Логическая кольцевая и физическая шинная топологии локальной сети.

В рамках кольцевой физической структуры, как правило, реализуется логическая кольцевая структура. В этом случае логическая и физическая структуры совпадают, то есть маркер и данные передаются по кольцу в одном направлении.

Технология Клiент-сервер

Характер взаимодействия компьютеров в локальной сети принято связывать с их функциональным назначением. Как и в случае прямого соединения, в рамках локальных сетей используют понятие клиент и сервер. Технология клiент-сервер – это особенный способ взаимодействия компьютеров в локальной сети, при котором один из компьютеров Сервер предоставляет свои ресурсы второму компьютеру Клiенту. В соответствии с этим различают одноранговi сети и серверные сети.

При Одноранговiй архiтектурi в сети отсутствующие выделены серверы, каждая рабочая станция может выполнять функции клиента и сервера. В этом случае рабочая станция выделяет часть своих ресурсов в общее пользование всем рабочим станциям сети. Как правило, одноранговi сети создаются на базе одинаковых по мощности компьютеров. Одноранговi сети является достаточно простыми в наладке и эксплуатации. В том случае, когда сеть состоит из небольшого количества компьютеров и ее основной функцией является обмен информацией между рабочими станциями, одноранговая архитектура является наилучшим решением. Подобная сеть может быть достаточно быстро и просто реализованная средствами системы Windows-95.

Наличие распределенных данных и возможность изменения своих серверных ресурсов каждой рабочей станцией усложняет защита информации от несанкцiонованого доступа, который является одним из недостатков одноранговых сетей. Понимая это, разработчики начинают уделять особенное внимание вопросам защиты информации в одноранговых сетях.

Iншим недостатком данных сетей является их низшая производительность. Это объясняется тем, что сетевые ресурсы сосредоточены на рабочих станциях, которым нужно одновременно выполнять функции клиентов и серверов. Iз увеличением мощности компьютеров появляется возможность совершенствования технологии одноранговых сетей в направлении повышения их эффективности, которая приводит к расширению области их использования.

В Серверных мережах осуществляется четкое распределение функций между компьютерами: одни из них постоянно являются клиентами, а другие – серверами. Учитывая разнообразие услуг, которые предоставляют компьютерные сети, существует несколько типов серверов, а именно: сетевой сервер, сервер печати, почтовый сервер, но др. Сетевой сервер являет собой специализирован компьютер, ориентированный на выполнение основного объема вычислительных работ и функций по управлению компьютерной сетью. Этот сервер содержит ядро сетевой операционной системы, под управлением которой осуществляется работа всей локальной сети. Сетевой сервер имеет достаточно большое быстродействие и большой объем памяти. При подобной сетевой организации фукнцiи рабочих станций сводятся к вводу-вывода информации и обмену ею с сетевым сервером.

Срок Файловый сервер относится к компьютеру, основной функцией которого является хранение, управление и передача файлов данных. Он не обрабатывает и не изменяет файлы, которые передает и хранит. Сервер может "не знать" или есть данный файл текстовым документом, графическим изображением или электронной таблицей. В общем случае на файловом сервере могут быть отсутствующими даже клавиатура и монитор. Все изменения в файлах данных осуществляются из клиентских рабочих станций. Для этого клиенты считывают файлы данных из файлового сервера, осуществляют необходимые изменения данных и возвращают их обратно на файловый сервер. Подобная организация наиболее эффективна при работе большого количества пользователей с общей базой данных. В рамках больших сетей может одновременно использоваться несколько серверов.

Сервер друку принт-сервер являет собой печатающий устройство, которое при помощи сетевого адаптера подключается к среде передачи. Подобный сетевой печатающий устройство является самостоятельным и работает независимо от других сетевых устройств. Сервер печати обслуживает заявки на печать от всех серверов и рабочих станций. В качестве серверов печати используются специальные викопродуктивнi принтеры.

При высокой интенсивности обмена данными с глобальными сетями в рамках локальных сетей выделяются Почтовые сервери, с помощью которых обрабатываются сообщения елекронной почты. Для эффективного взаимодействия с сетью Internet могут использоваться Web- Сервери.

Разветвлены Сетевые Топологiи

Рассмотрены выше технологии преимущественно находят приложения в небольших сетях, которые состоят из 10-15 компьютеров. Для создания больших локальных сетей используются дополнительные сетевые устройства, которые позволяют увеличить размер сети и реализовать более сложную сетевую топологию, которая наиболее точно отображает физическое размещение компьютеров. В качестве подобных сетевых устройств выступают разнообразные повторители, концентраторы, мосты, и iн.

Повторителем називають устройство, которое осуществляет возобновление исходных значений сигналов и согласования электрических параметров сетей, которые объединяются. В рамках однородной физической среды повторители используются для увеличения длины сети и количества рабочих станций, которые подключаются. На рис.9 показан пример объединения с помощью повторителя двух сегментов сети. В даном случае общая длина сети и число рабочих станций может быть увеличена вдвое.

Рабочая станцiя

Рабочая станцiя

Рабочая станцiя

Рабочая станцiя

Второй сегмент

Первый сегмент


Устройство узгодження

термiнатор

Повторювач

Устройство узгодження

термiнатор

Рис.9. Объединение сегментов сети с помощью повторителей.

Повторители используются для объединения сегментов сетей как с одинаковыми, так и из разными, характеристиками физической среды передачи данных. Например, при объединении сегментов сети стандарта Iеее 802.3 10BASE5 и 10BASE2 повторитель обеспечивает согласование физических и электронных параметров толстого и тонкого коаксиального кабеля.

Концентратор – устройство, которое обеспечивает радиальное подключение сетевых узлов. В локальных сетях используются пассивные и активные концентраторы. Пассивный концентратор являет собой распределительное устройство, что позволяет подключать к одному кабеля два-три сетевых узла. Пассивный концентратор не осуществляет возобновления уровня электрического сигнала, потому допускается подключение устройств на небольшие расстояния. В основном пассивные концентраторы используются в низкоскоростных сетях, например в сети ARCNET. В отличие от пассивного, Активный концентратор обязательно осуществляет возобновление формы и уровня сигналов, которые передаются. Есть несколько типов активных концентраторов. Некоторые, наиболее простые, принимая сигналы по одному из входов, усиливают их и передают на все другие выходы. Iншi концентраторы их называют Iнтелектуальними аналiзуюють потек информации и руководят им, направляя на разные сетевые узлы.

Концентраторы могут использоваться в сетях со звездообразной топологией см. Рис.2. В этом случае использование концентратора позволяет существенно разгрузить сервер сети от операций управления коммутацией рабочих станций.

Наиболее широкое распространение концентраторы получили в сетях с деревовидной топологией. В первую очередь это характерно для современных скоростных сетей, которые практически все построены на основе концентраторов. На мал.1.11 показан один из вариантов реализации деревовидной топологии на основе концентраторов. Здесь на самом верхнем корневом уровне размещен так называемый корневой концентратор, к которому подключается сетевой сервер и концентраторы низшего первого уровня. На втором уровне находятся рабочие станции и концентратор второго уровня. На третьем уровне размещены только рабочие станции.

Корпоративные Мережi

Под корпоративной сетью понимают компьютерную сеть, которая объединяет разнородные локальные сети. Появление и развитие корпоративных сетей связано с большим разнообразием локальных сетей и необходимостью объединения их в общую сеть. Да, в рамках промышленного предприятия, как правило, существует несколько типов локальных сетей, одни из них ориентированы на управление производственными процессами, другие – на обслуживание административно-хозяйственных служб. Использовать однородную сеть для решения комплекса всех задач нецелесообразно, а в большинстве случаев и достаточно трудно.

Объединение разнородных сетей в первую очередь связано с согласованием их электрических параметров, форматов вывода данных, алгоритмов передачи информации, и iн.

В настоящее время существует ряд устройств, с помощью которых осуществляется объединение разнообразных компьютерных сетей между собой. К таким устройствам принадлежат мосты, шлюзы, маршрутизаторы. Само название городов подчеркивает, что об’еднуюються противоположные стороны чего-нибудь, в нашем случае – это локальные сети. Таким образом, в компьютерных сетях Мiст – устройство, которое объединяет разнородные сети. Характерной чертой моста является его способность осуществлять выборочную трансляцию фильтрацию блоков данных из одной сети в другую на основе анализа адресов блоков данных, которые поступают. При необходимости осуществляется превращение форматов данных, которые передаются. Тем самым проводится распределение информационных потоков в рамках корпоративной сети. Это свойство моста часто используется для снижения потока данных в компьютерных сетях. Например, с помощью моста локальная сеть мал.1.16а может быть разделена на два мал.1.16в и больше сегментов меньших размеров с соответствующим перераспределением информационных потоков данных между ними.

При отсутствии моста нагрузки на весь канал передачи данных равняется сумме всех информационных потоков, то есть S0+s1+s2. Мост позволяет разделить информационные потоки: теперь нагрузка в первой подсети будет ровным S0+s1, а во второй - S0+s2. Если судьба информационного потока S0 является незначительной в общем потоке информации S1»s2s0, то нагрузка в каждой подсети будет значительно меньше по сравнению с нагрузкой исходной сети.

Мосты также с успехом используются для соединения сетей разного быстродействия, так как в процессе работы они осуществляют промежуточное запоминание информации, которая передается. Например, с помощью моста можно объединить сети производительностью 4 Мбит/с с сетью производительностью 16 Мбит/с.

Маршрутизатори

Как правило, для создания инфраструктуры корпоративных сетей используются маршрутизаторы. Основное назначение маршрутизатора – выбор оптимального направления передачи информации. В отличие от моста, маршрутизатор имеет несколько входов и выходов. Маршрутизатор содержит таблицу путей между узлами и может выбирать оптимальный маршрут передачи данных. Как правило, маршрутизатор способен переопределять маршруты в зависимости от состояния сети. При объединении разнородных сетей маршрутизатор дополнительно выполняет функции моста.

Для подключения локальных сетей к глобальным компьютерным сетям используются специальные устройства согласования – Шлюзи.

Локальные и глобальные сети используют разные протоколы передачи информации. Поэтому основной функцией шлюзов является согласование этих протоколов. Следует отметить, что основная нагрузка по согласованию сетей ложится на специальный межсетевой протокол IР-протокол. В этом смысле шлюз можно рассматривать как устройство превращения сетевого протокола в межсетевой протокол и наоборот. Шлюзы включают функции мостов и маршрутизаторов.

При наличии нескольких шлюзов, отдаленных один от другого на значительное расстояние, формируется определена соединяющая сеть с единственным межсетевым протоколом, который называется интерсетью. К этой сети подключаются рiноманiтнi локальные и глобальные компьютерные сети, а также отдельные абоненты.

Шлюзы могут использоваться и для подключения отдельных рабочих станций к глобальным сетям. Однако эффективнее является использование специальных устройств – серверов доступа.