Deutsch
Germany.ru FAQ для форума "Телефон и интернет"

Введение в сетевые технологии

14-11-2005 [ ]

Сетью (network) называется группа соединенных компьютеров (и других устройств).

Объединение компьютеров в сети позволяет решать следующие задачи:

  • совместное использование информации (например, файлов);
  • совместное использование аппаратных средств (например, принтера, модема и др.);
  • совместное использование программных ресурсов (например, программы типа клиент-сервер);
  • обеспечение единой политики безопасности для узлов сети (например, настройка безопасности рабочих станций на сервере при подключении локальной сети к Интернет);
  • разграничение полномочий узлов сети (например, для распределения полномочий между различными подразделениями предприятия);
  • обеспечение защиты информации совместного использования (например, резервное копирование на стороне сервера);
  • обеспечение обмена данными между узлами сети (например, при использовании электронной почты).

Классификация сетей


Существует множество классификаций сетей, проводимых по различным критериям. Рассмотрим некоторые из них.

По распределению полномочий компьютеров сети можно разделить на одноранговые, серверные и гибридные.

В одноранговых сетях все компьютеры имеют одинаковые ╚права и обязанности╩. Каждый компьютер предоставляет свои ресурсы другим членам сети и одновременно может пользоваться их ресурсами.

В серверных сетях один или несколько компьютеров (серверы) предоставляют свои ресурсы всем другим компьютерам сети (клиентам). При этом сервер не использует ресурсы клиентов.

В гибридных сетях совмещены признаки одноранговых и серверных сетей.
Например, один узел, будучи сервером для части компьютеров, может являться клиентом другого сервера.

Большинство сетей являются гибридными.

 

По числу подключенных к сети узлов, а также их географическому расположению сети делятся на локальные, региональные и глобальные.

Локальные сети (LAN - Local Area Networks, ЛВС - Локальные Вычислительные Сети) представляют собой несколько компьютеров, имеющих общую среду передачи данных, и физически расположенных близко друг от друга (например, в одном здании или комнате). Физическая близость компьютеров в локальных сетях позволяет использовать в LAN технологии, поддерживающие передачу данных на чрезвычайно высоких скоростях.

Региональные сети (MAN - Metropolitan Area Network) - представляют собой несколько сот, тысяч или более компьютеров, расположенных на относительно удаленном расстоянии друг от друга (например, в пределах одного города или области) и имеющих при этом общую среду передачи данных. Региональные сети работают на скоростях от средних до высоких.

Глобальные сети (WAN - Wide Area Network)- это совокупность региональных сетей, связанных коммуникационными каналами. В качестве коммуникационных каналов чаще всего используются телефонные линии, а также более дорогие варианты: оптоволононные кабели, спутниковые каналы и др. Глобальные сети работают на самых низких скоростях передачи данных. Примером глобальной сети служит сеть Интернет.
 
 

Сетевые топологии


Набор правил для физического соединения узлов сети и организации взаемодействия сетевых устройств называется сетевой топологией.
Конфигурация физических связей определяется электрическими соединениями узлов сети между собой и может отличаться от конфигурации логических связей. Логические связи представляют сбой маршруты передачи данных между узлами сети и образуются путем соответствующей настройки коммуникационного оборудования.

Топологии сетей можно разделить на две основные группы: полносвязные и неполносвязные (рис. 1).

 

Сетевые топологии

Рис. 1. Топологии сетей.

В сети с полносвязной топологией каждый компьютер сети напрямую связан с каждым компьютером этой сети (рис. 2).
Примером такой сети является сеть ячеистой (сотовой) топологии.
 

В некоторых литературных источниках сеть с неполной сотовой структурой (с отсутствием одной или нескольких связей) называют ячеистой. В данном случае в такие подробности мы вдаваться не будем.

 

Сеть сотовой топологии

Рис. 2. Сеть сотовой топологии.

 

Преимущества сотовых сетей:

  • Высокая надежность, обусловленная избыточностью физических связей.
  • простота диагностики.

 

Недостатки сотовых сетей:
  • Необходимость наличия у каждого компьютера сети большого числа коммуникационных портов для соединения со всеми другими компьютерами.
  • Необходимость выделения отдельной электрической линии связи для каждой пары компьютеров.
  • Вышеперечисленное обуславливает высокую стоимость сотовой сети.
  • Сложность инсталляции и реконфигурации добавления или удаления новых узлов).
Большинство сетевых топологий имеет неполносвязную структуру. К основным видам неполносвязных топологий можно отнести: шину, звезду, кольцо и смешанная топология.

 

Сети шинной топологии


В сетях с шинной топологией каждый компьютер сети подключен к одному общему кабелю (рис. 3).

 

Сеть шинной топологии

Рис. 3. Сеть шинной топологии.

 

В шинной топологии отсутствуют активные схемы передачи сигнала от одного компьютера к другому. Когда одна из машин посылает сигнал, он свободно путешествует по всей длине кабеля. Достигнув конца кабеля, сигнал отражается и идет в обратном направлении (зацикливание). Для предотвращения зацикливания сигнала в сетях с шинной топологией обязательно использование оконечной нагрузки (терминатора) на обоих концах кабеля.
Сигнал, посланный одной машиной, получают все компьютеры, подключенные к шине. Принимает же его только машина, адрес которой совпал с адресом получателя, закодированном в сообщении.
В каждый момент времени только один из компьютеров может передавать сигнал, остальные должны ждать своей очереди. Соответственно, пропускная способность сетей с шинной топологией невелика и ограничивается не только характеристиками кабеля, но и логической структурой сети.

 

Достоинства шинной топологии:

  • Низкая стоимость.
  • Простота расширения (простота подключения новых узлов и объединения двух подсетей с помощью повторителя).

 

Недостатки шинной топологии:
  • Низкая производительность.
  • Низкая надежность (частые дефекты кабелей и разъемов).
  • Сложность диагностики при разрыве кабеля или отказе разъема.
  • Любой дефект кабеля или разъема приводит к неработоспособности всей сети.

 

Из всего вышесказанного можно заключить, что шинная топология может применяться при небольшом числе узлов в сети и невысокой степени взаимодействия между ними. Вместе с тем, такая сеть отличается низкой стоимостью.
 
 

Звездообразная топология


В сетях звездообразной топологии (рис. 3) каждый узел подключается отдельным кабелем к общему устройству, называемому концентратором (хабом). Концентратор передает данные от одного компьютера другому или всем остальным компьютерам сети.

 

Сеть звездообразной топологии

Рис. 4. Сеть звездообразной топологии.

 

Топология звезда позволяет использовать для подключения компьютеров различные типы кабелей. Наличие концентратора чаще всего делает возможным использование нескольких типов кабелей одновременно.

 

Достоинства звездообразной топологии:

  • Более высокая пропускная способность по сравнению с шинной топологией.
  • Выход из строя одного узла или нескольких узлов не влияет на работоспособность остальной сети.
  • Легкость включения в сеть новых узлов.
  • Возможность использования вместо хаба коммутатора (для фильтрации траффика, а также для мониторинга сети).
  • Возможность использования в одной сети нескольких типов кабелей.
  • Легкость создания подсетей путем приобретения дополнительного концентратора, подсоединения к нему машин и соединения концентраторов между собой.

 

Недостатки звездообразной топологии:
  • Ограниченная возможность увеличения числа узлов сети (ограничивается количеством портов концентратора).
  • Зависимость работоспособности сети от состояния концентратора.
  • Высокий расход кабеля (отдельный кабель для подключения каждого компьютера).
  • Более высокая стоимость по сравнению с шинной топологей (затраты на хаб и кабель).

 

Таким образом, сети звездообразной топологии целесообразно прокладывать в зданиях (помещениях), в которых от каждого компьютера можно проложить кабель до концентратора. При планировании такой сети особое внимание следует уделить выбору концентратора.
 
 

Кольцевая топология


В сетях с кольцевой топологией (рис. 5) каждый компьютер подключается к общему сетевому кабельному кольцу, по которому передаются данные (в одном направлении).

 

Сеть кольцевой топологии

Рис. 5. Сеть кольцевой топологии.

 

Каждый компьютер, получив данные, сверяет адрес получателя с собственным и в случае из совпадения копирует данные в свой внутренний буфер. Сами данные при этом продолжают движение по кольцу и возвращаются к отправителю. Если, получив данные, компьютер обнаружил, что его адрес не совпадает с адресом получателя, он ретранслирует данные следующему компьютеру в кольце.

В качестве среды передачи данных для построения сети кольцевой топологии чаще всего используют экранированную или неэкранированную ╚витую пару╩, а также оптоволоконный кабель.

Для решения проблемы коллизий (когда два или более компьютеров одновременно пытаются передать данные) в сетях с кольцевой топологией применяется метод маркерного доступа. Специальное короткое сообщение-маркер постоянно циркулирует по кольцу. Прежде чем передать данные, компьютер должен дождаться маркера, прикрепить данные и служебную информацию к нему и передать это сообщение в сеть.
В быстрых сетях по кольцу циркулируют несколько маркеров.

Существуют две наиболее известных технологии сетей, основанные на кольцевой топологии - технология Token Ring и технология FDDI.

 

Сетевая технология - это согласованный набор стандартных протоколов и реализующих их программно-аппаратных средств, достаточный для построения сети.

 

В технологии Token Ring реализован метод маркерного доступа, описанный выше.
В технологии FDDI применяется два кольца. При нормальном состоянии сети функционирует только одно из колец, второе позволяет сохранить работоспособность сети в случае отказа узла. Такая сеть обладает высоким быстродействием и чрезвычайной отказоустойчивостью.

 

Достоинства кольцевой топологии:

  • При передачи данных не возникает потери сигнала (благодаря ретрансляции).
  • Не возникает коллизий (благодаря маркерному доступу).
  • Высокая отказоустойчивость (в технологии FDDI).

 

Недостатки кольцевой топологии:
  • Отказ одного узла может привести к неработоспособности всей сети (в технологии Token Ring).
  • Добавление/удаление узла вынуждает разрывать сеть.

 

Таким образом, кольцевая топология целесообразна для построения надежной или/и высокоскоростной сети, существенное наращивание которой не планируется или маловероятно.
 
 

Смешанная топология


Большинство более или менее крупных сетей имеют смешанную топологию, в которой можно выделить отдельные фрагменты типовых топологий (рис. 6).

 

Сеть смешанной топологии

Рис. 6а. Сеть смешанной топологии (звезда-звезда).

 

Появление смешанных топологий обусловлено, как правило, необходимостью наращивать и модернизировать сеть. Часто суммарные затраты на постепенную модернизацию оказываются существенно большими, а результаты меньшими, чем при тратах на глобальную замену морально устаревших сетей.

 

Сеть смешанной топологии

Рис. 6b. Сеть смешанной топологии (звезда-шина).

 

Сети смешанной топологии обладают достоинствами и недостатками, характерными для составляющих их топологий.
 
 

Среда передачи данных


Физическая среда, в которой происходит передача информации, называется средой передачи данных.

Можно выделить две основных среды передачи данных (рис. 7):

 

  • проводную (с участием кабелей),
  • беспроводную (без участия кабелей).

 

Среды передачи данных

Рис. 7. Среды передачи данных.

 

К беспроводным средам передачи данных относятся:

  • Инфракрасные лучи (соединение компьютеров с помощью инфракрасных портов).
  • Радиоволны (передача данных между компьютерами с использованием радиоэфира).

 

Использование беспроводных сред передачи данных в компьютерных сетях ограничивается несколькими причинами, одна из которых - высокая стоимость.
Кроме того, инфракрасная связь действует только в зоне прямой видимости (инфракрасные лучи не могу проникать сквозь стены). На ее основе может быть организована лишь небольшая (часто - временная) сеть внутри одного помещения. Такая сеть, помимо всего прочего, будет работать на довольно низких скоростях.
Использование для компьютерной связи радиоволн ограничивается сильной занятостью эфира телевидением, радиовещанием, правительственной, военной и другими видами связи.

 

Основными проводными средами передачи данных являются медь и стекловолокно. На их основе изготавливаются различные типы кабелей.

Медную среду передачи данных используют такие типы кабелей как коаксиальный кабель и ╚витые пары╩ различных категорий.

 

Коаксиальный кабель в настоящее время для построения новых сетей используются редко. Он обладает низкой пропускной способностью (не более 10 Мбит/с), подвержен действию электромагнитных помех, а сигнал, передаваемый с его помощью, довольно быстро затухает. Все это ограничивает максимально возможную длину сегмента сети до 500 м (при использовании толстого коаксиального кабеля и до 185 м при использовании тонкого коаксиального кабеля), а также максимально возможное число узлов в сети, построенной на основе коаксиального кабеля (до 30 узлов для тонкой Ethernet с использованием коаксиального кабеля RG-8 и RG-11 и до 100 узлов для толстой Ethernet с использованием коаксиального кабеля RG-58). Кроме того, данные, передаваемые посредством коаксиального кабеля, легко перехватить. Однако низкая стоимость коаксиального кабеля и простота монтирования оборудования обуславливают ╚живучесть╩ сетей, построенных на его основе.

Кабель ╚витая пара╩ получил свое название из-за использования в качестве среды передачи данных одной, двух или четырех пар скрученных медных проводников. Скрученность позволяет гасить помехи, создаваемые каждым из проводников.

Существует две основных разновидности ╚витой пары╩ - неэкранированная (UTP) и экранированная (STP). Неэкранированная ╚витая пара╩, в свою очередь, подразделяется на несколько категорий. Отличие между UTP и STP в том, что кабель экранированной ╚витой пары╩ покрыт защитным экраном - алюминиевой или полиэстеровой оболочкой.

Сети на основе неэкранированной ╚витой пары╩ имеют пропускную способность от 1 Мбит/с до 1 Гбит/с (при длине сегмента до 25 м) в зависимости от категории используемого кабеля, максимальную длинную сегмента сети 100 м (сигнал, передаваемый по неэкранированной ╚витой паре╩, довольно быстро затухает), рекомендуемое число узлов в сети - 75 (максимально по спецификации - 1024, в реальности - сильно зависит от траффика). Сам кабель сильно подвержен электромагнитным помехам, данные, передаваемые с его помощью, несложно перехватить. Однако UTP имеет невысокую стоимость и легок в прокладке.
Вышесказанное обуславливает большую популярность сетей на основе неэкранированной ╚витой пары╩.

Сети на основе экранированной ╚витой пары╩ имеют более высокую пропускную способность (теоретически: до 500 Мбит/с на расстояние 100 м), максимальную длинную сегмента сети 100 м (сигнал, передаваемый по STP и UTP затухает одинаково быстро), максимальное число узлов по спецификации - 270 (сильно зависит от траффика), а за счет наличия экрана такие сети в значительно меньшей степени подвержены электромагнитным помехам. Данные, передаваемые посредством экранированной ╚витой пары╩ перехватить сложнее. В тоже время экранированная ╚витая пара╩ имеет большую стоимость и более трудную прокладку, чем неэкранированная.
 
 
На основе стекловолокна изготавливаются многомодовые и одномодовые волоконно-оптические кабели, различающиеся по траектории прохождения световых путей.

 

В одномодовом кабеле все лучи проходят практически один и тот же путь и одновременно достигают приемника.
В многомодовом кабеле траектории лучей имеют существенный разброс, что приводит к искажению информации при передаче на большие расстояния.

Соответственно, сети на одномодовых кабелях имеют большую пропускную способность и максимальную длинную сегмента. В то же время они отличаются более высокой стоимостью о сравнению с многомодовыми.

В настоящее время использование оптоволокна становится все более популярным в том числе вследствие снижения его стоимости. Сети, построенные на основе оптоволокна, имеют чрезвычайно высокую пропускную способность (от 100 Мбит/с до 2 Гбит/с и более), не подвержены действию электромагнитных помех, а сигнал, передаваемый по оптоволокну, имеет низкое затухание, что позволяет прокладывать его на значительные расстояния, измеряемые километрами. Оптоволокно не дает утечки сигнала, что делает его надежным в плане перехвата информации. Вместе с тем, как сам кабель, так и оборудование к нему и работы по его прокладке отличаются существенно большей стоимостью по сравнению с медными средами передачи данных. Кабель также подвержен влиянию различных климатических условий


 

Сетевое оборудование


Оборудование, с помощью которого осуществляется объединение компьютеров в сети, называется сетевым оборудованием.

По способу участия в передачи данных сетевое оборудование подразделяется на пассивное и активное.

Пассивное оборудование работает только с электрическими сигналами, не анализируя при этом информацию из передаваемых данных.
К пассивному сетевому оборудованию относятся кабели, соединительные разъемы, коммутационные панели, повторители, хабы и др.

Активное оборудование читает и анализирует информацию из передаваемых данных и на основании этой информации принимает решение об их дальнейшей передаче.
К активному оборудованию относятся интерфейсные карты компьютеров, коммутаторы, маршрутизаторы и др.

 

---------


 
Есть такой известный анекдот: ╚Компьютер придуман для решения проблем, которые до его появления не существовали╩. То же самое можно сказать о сетевых технологиях. Их появление не только позволило упростить связь между компьютерами, но и породило целый комплекс специфических проблем. Одной из них является необходимость обслуживать работу инсталлированной сети. Эту задачу выполняет системный администратор. В его обязанность входит спланировать сеть с учетом текущих потребностей и будущего ее расширения, выбрать соответствующе сетевое оборудование, инсталлировать сеть, а дальше - тестировать ее работоспособность, устранять сбои, обеспечивать безопасность и т.д.
Поскольку большинство современных сетей являются серверными (или гибридными) - системному администратору необходимо собрать компьютер (часто не один), который будет служить сервером сети, выбрать, инсталлировать и настроить на нем сетевую операционную систему, под управлением которой будет функционировать сеть, и обеспечивать ее работу.
В обязанности системного администратора входит также обеспечение сохранения данных совместного использования (физически хранящихся на серверах), что достигается не только их резервным копированием, но и управлением правами доступа пользователей к ним.
Кроме сетевой операционной системы системному администратору приходится устанавливать, настраивать и обеспечивать работу приложений и устройств, выполняющих функции обслуживания пользователей сети (электронная почта, системы управления базами данных и др.). На системного администратора также обычно возлагается обязанность наладить связь локальной сети с глобальной сетью Интернет и обеспечивать при этом защиту локальных пользователей и данных.

 

Очевидно, что системный администратор должен хорошо разбираться в аппаратном обеспечении сетей (и серверов, а, стало быть, компьютеров вообще), на высоком уровне знать сетевые операционные системы и приложения, быть хорошим специалистом по информационной безопасности - словом, царем и богом, и воинским начальником, кем он обычно и является в своей сети.

 

 

 

 

 

 

Alle Rechte sind vorbehalten bei Добро Пожаловать  Ru.Board


Sämtliche Bilder, Grafiken und Inhalte unterliegen ebenso wie das Layout dieses Artikels dem Urheberrecht. Alle Inhalte sind nur für die persönliche Information bestimmt. Alle Angaben sind sorgfältig recherchiert und aktuell; eine Gewähr für deren Richtigkeit kann jedoch nicht übernommen werden. Alle verwendeten Markenzeichen und Wortmarken sind, auch wenn nicht ausdrücklich als solche gekennzeichnet, Eigentum ihrer jeweiligen Inhaber.

 

Ru-Board

print