История.
Развитие вычислительных сетей является результатом развития компьютерных технологий в целом.
Первые компьютеры, появившиеся в середине прошлого века, имели большие размеры и очень высокую стоимость. Поэтому позволить себе иметь ЭВМ могли только военные организации, крупные научные и учебные центры.
ЭВМ были автономными устройствами, т.е. работали независимо от других и использовались в режиме пакетной обработки, так как он позволяет выполнить в единицу времени больше пользовательских задач, чем любые другие режимы.
По мере развития (и удешевления) вычислительной техники появились и начали развиваться многотерминальные системы. В таких системах несколько пользователей одновременно могли работать с компьютером используя терминалы. Терминал представлял собой только устройство ввода-вывода (например, клавиатуру и монитор). Ресурсы вычислительной системы распределялись между пользователями, причем у каждого пользователя создавалось ощущение единоличной работы. Терминалы могли быть расположены не только в вычислительном центре, но и в любом месте организации. Таким образом, многотерминальные системы стали первым шагом на пути развития вычислительных сетей.
Следующим шагом стало решение проблемы получения доступа к компьютеру с терминала, удаленного от него на большие расстояния (сотни, тысячи километров). Терминалы соединялись с компьютером по телефонным сетям с помощью модемов.
Затем появились системы, в которых была реализована связь между двумя удаленными компьютерами. Компьютеры получили возможность обмениваться данными между собой. В первых сетях были реализованы многие сетевые службы, такие как обмен файлами, электронная почта и т.д. Кроме того, были предложены и отработаны основные концепции вычислительных сетей, например, коммутации и маршрутизации пакетов, построение протоколов и т.д.
В начале 70-х годов прошлого века с появлением больших интегральных схем произошло существенное удешевление и уменьшение компьютеров. Теперь большинство организаций и предприятий могло позволить себе оснастить компьютерами отдельные свои подразделения. Появилась концепция распределения вычислительных ресурсов по предприятию. Но при этом каждый компьютер продолжал работать автономно. Появление компьютеров у отдельных служащих повысило отказоустойчивость системы, т.к. выход из строя отдельного компьютера никак не влиял на работу остальных. В тоже время возникла проблема обмена данными между автономными компьютерами. Решением этой проблемы стало появление и развитие локальных компьютерных сетей.
Однако, на первых порах для соединения двух компьютеров использовались самые различные устройства и кабели. Более того, эти устройства могли соединять только те компьютеры, для которых были разработаны, ни о какой универсальности не было и речи. Только с развитием и распространением локальных сетей стали формироваться стандартные технологии соединения компьютеров в сеть.
К середине 80-х годов утвердились стандартные сетевые архитектуры Ethernet, Tocen Ring, Arcnet и некоторые другие. Теперь для организации сети достаточно было решить вопрос с архитектурой сети, закупить и установить стандартное сетевое оборудование, установить одну из сетевых операционных систем и сеть начинала функционировать.
Использование локальной сети в работе организации позволяет более эффективно организовать работу сотрудников, рациональней использовать аппаратные ресурсы, хотя и требует дополнительных мер по обеспечению информационной безопасности.
Итак, можно сформулировать основные определения.
Компьютерная сеть - совокупность связанных между собой компьютеров. Два компьютера называются связанными между собой, если они могут обмениваться информацией.
Для связи могут быть использованы различные каналы, как проводные так и беспроводные, и устройства, обеспечивающие обмен данными. Сети могут отличаться друг от друга также размерами и принципами построения.
Преимущество использования сетей:
1. совместное использование физических ресурсов (принтеров, сканеров, устройств записи компакт-дисков),
2. совместное использование информации.
3. свобода в территориальном размещении аппаратных средств
Классификация сетей.
Существует несколько способов классификации компьютерных сетей.
1. классификация сетей по области действия (по зоне охвата)
Данный способ классификации учитывает географический район, охваченный сетью. При этом выделяют следующие типы:
· локальная сеть (LAN) – охватывает ограниченную площадь.
· глобальная сеть (WAN) – охватывает обширную географическую область.
Локальные сети.
Как правило, локальные сети соединяют компьютеры, расположенные в одном помещении, здании, нескольких зданиях. В локальную сеть могут быть объединены два компьютера, находящихся в одном помещении, а могут и нескольких сотен компьютеров, расположенных в соседних зданиях (например в крупной организации). Для облегчения управления большими локальными сетями их разбивают на рабочие группы.
Глобальные сети.
Глобальные сети охватывают обширные географические пространства и соединяют между собой компьютеры, удаленные на сотни и тысячи километров.
Глобальная сеть строится на основе соединенных вместе локальных сетей. Чаще всего для этого используются общедоступные средства связи – телефонные линии, но могут использоваться и высокоскоростные каналы. Но даже при использовании высокоскоростных каналов скорость передачи данных в глобальных сетях ниже, чем в локальных.
Другой особенностью глобальных сетей является преимущественное использование коммутируемых соединений (т.е. «связь по вызову»). Прокладка и использование выделенных каналов существенно дороже, поэтому применяется в тех случаях, когда это экономически оправдано.
Глобальные сети могут быть централизованными (с центральным пунктом управления) и распределенными (не имеющими центрального пункта управления). Централизованные глобальные сети как правило характерны для крупных транснациональных корпораций. Примером распределенной глобальной сети является Internet.
На современном этапе развития компьютерных сетей сокращается разрыв между локальными и глобальными сетями. В глобальных сетях увеличивается скорость передачи данных за счет использования новых высокоскоростных территориальных каналов связи. В локальных сетях все более широко используется разнообразное сетевое оборудование – маршрутизаторы, повторители, шлюзы и т.д. – что позволяет создавать большие корпоративные сети со сложной структурой. В таких крупных локальных сетях в качестве серверов снова стали применяться мэйнфреймы.
2. классификация по способу администрирования.
В зависимости от того кто и как осуществляет управление сетью компьютерные сети можно разделить на:
· одноранговые
· Сети на основе сервера
Все компьютеры, включенные в одноранговую сеть, обладают равными возможностями. Каждый пользователь управляет ресурсами своего компьютера и решает какие из этих ресурсов сделать общедоступными. Одноранговая сеть может быть построена при небольшом числе компьютеров (до 10), при увеличении числа компьютеров, входящих в сеть усложняется процесс управления сетью.
Сеть на основе сервера (клиент/серверная архитектура) строится на основе одного или нескольких центральных компьютеров (серверов) все остальные компьютеры сети являются клиентами, которые обращаются к серверу за услугами. Серверы осуществляют управление всеми ресурсами сети и по запросам клиентов предоставляют им в пользование эти ресурсы.
| Одноранговые сети | Сеть клиент/сервер |
| Преимущества | |
| Небольшая стоимость Не требует сетевой ОС Не требует сетевого администратора | Обеспечивает большую безопасность Централизованное управление Централизованное резервирование данных |
| Недостатки | |
| Ограничен размер сети Низкий уровень безопасности Выше требования к ресурсам каждого компьютера Каждый пользователь должен иметь высокую квалификацию | Затраты на ПО и сетевого администратора. Высокие требования к серверу Крах всей сети при поломке сервера |
3. Классификация сетей по топологии.
Еще один способ классификации основан на топологии сети. При этом следует различать физическую и логическую топологии.
Логическая топология определяет маршруты передачи данных между компьютерами и другим сетевым оборудованием.
Физическая топология определяет маршруты соединения компьютеров кабелем.
Наиболее распространены следующие топологии:
· шина
· кольцо
· звезда
· ячеистая (каждый-с-каждым)
· смешанная.
Физическая и логическая топологии могут как совпадать, так и различаться.
Более подробно топологии сетей будут рассмотрены позднее.
4. Классификация сетей по архитектуре.
Архитектура сети – общие описание построения сети, определяющее физическую и логическую топологии, типы кабелей, методы доступа и другие характеристики сети.
В настоящее время для локальных сетей наиболее популярны архитектуры:
· Ethernet
· Token Ring
Другие архитектуры не получили широкого распространения.
Топологии компьютерных сетей.
Сетевая топология задает конфигурацию сети, способ соединения компьютеров и других устройств. Топология определяет способ взаимодействия компьютеров в данной сети. Рассмотрим основные сетевые топологии.
Шина.
При шинной топологии все компьютеры сети подключены к одному кабелю, который называется магистралью, шиной или сегментом. Для обеспечения нормальной работы сети на каждом конце шины имеется оконечное устройство – терминатор, который предотвращает отражение сигнала.
(рисунок сети 1)
Сообщение передается по магистрали в виде электрических импульсов и воспринимается всеми компьютерами, подключенными к сети. Сетевые адаптеры компьютеров анализируют заголовок полученного сообщения и определяют, адресовано ли сообщение данному компьютеру. Компьютер, получивший сообщение обрабатывает его.
Шинная топология является пассивной, т.е компьютеры только «слушают» сигналы и передают их дальше без регенерации. Поэтому происходит затухание сигнала, что особенно заметно при большой протяженности магистрали. Для предотвращения затухания сигнала можно использовать повторители.
Преимущества:
· простота реализации,
· дешевизна
Недостатки:
· небольшой размер сети как по протяженности, так и по количеству подключенных компьютеров.
· Низкая надежность, т.к. разрыв магистрали в одном месте (например, отсоединение от сети одного разъема сетевой карты) выводит из строя всю сеть.
Кольцо
Если в шинной топологии соединить концы магистрали, то получится кольцо. При кольцевой топологии каждый компьютер соединен с двумя соседними.
(рисунок сети 2)
Сигналы передаются по кольцу в одном направлении. Каждый компьютер получает сигнал от предыдущего компьютера и, регенерируя его, передает следующему компьютеру. Таким образом, кольцевая топология является активной.
Преимущества:
· Простота реализации
· Дешевизна
Недостатки:
· невысокая надежность
· сложность при добавлении компьютеров.
Звезда
В этом случае все компьютеры сети подключаются к центральному узлу – концентратору (hub).
(Рисунок сети 3)
Концентраторы могут быть:
· пассивными – являются просто точкой соединения, пришедшие сигналы не усиливают.
· Активными – многопортовые повторители – усиливают сигнал перед тем как его передать.
· Интеллектуальными – активные концентраторы с функциями диагностики сети.
Компьютер передает сообщение концентратору, концентратор усиливает сигнал (в случае использования активного концентратора) и передает его на все свои порты. Получив сообщение, компьютер анализирует его заголовок, если сообщение адресовано данному компьютеру, то оно обрабатывается, иначе игнорируется.
Преимущества:
· более высокая надежность (по сравнению с шиной и кольцом).
· Легкость изменения количества компьютеров, входящих в сеть.
Недостатки:
· дополнительные затраты на приобретение концентратора
· большее количество проводов
Ячеистая топология
В ячеистой топологии каждый компьютер, входящий в сеть, соединен с каждым другим компьютером.
(рисунок сети 4)
Данная топология обладает повышенной надежностью, т.к. выход из строя одного или даже нескольких каналов не приводит к прекращению функционирования сети. С другой стороны, стоимость такой сети очень высока.
Сети ячеистой топологии используются достаточно редко в тех случаях, когда необходима их высокая надежность.
Преимущества:
· Надежность
Недостатки:
· высокая стоимость,
· сложность сети, при большом количестве компьютеров,
· сложность изменения количества компьютеров в сети.
Часто вместо ячеистой топологии используется полуячеистая топология. В этом случае соединения «каждый-с-каждым» устанавливаются не между всеми компьютерами, а только между некоторыми. Полуячеистая топология сохраняет надежность ячеистой при упрощении и удешевлении сети в целом.
Смешанные топологии.
Смешанные топологии объединяют в себе несколько стандартных топологий. Наиболее часто встречается сочетание «шина-звезда» или «кольцо-звезда».
(рисунок сети 5)
Если к магистрали подключить концентраторы, а к каждому концентратору – несколько компьютеров, то полученная топология будет называться «шина-звезда». Такая топология позволяет строить сети с большим числом компьютеров и упрощает управление сетью.