Программное обеспечение (ПО) компьютерных сетей отличается большим многообразием как по своему составу, так и по выполняемым функциям. Оно автоматизирует процессы программирования задач обработки информации, осуществляет планирование и организацию коллективного доступа к телекоммуникационным, вычислительным и информационным ресурсам сети, динамическое распределение и перераспределение этих ресурсов с целью повышения оперативности и надежности удовлетворения запросов пользователей и т.д.
Сетевые архитектуры компьютерных сетей
Компьютерные сети имеют сложную структуру из-за больших различий между компьютерными системами (техническое и программное обеспечение для ЭВМ, работающих в сети, разработаны различными организациями и часто бывают несовместимыми).
Решение задачи совместимости приводит к базовой эталонной модели взаимодействия открытых систем – OSI (Open System Interconnection – связь открытых сетей).
Модель OSI представляет собой общие рекомендации для построения стандартов совместимых сетевых программных продуктов. Модель OSI служит базой для производителей сетевого оборудования.
Модель OSI создана Международной организацией по стандартизации (ISO). Эта модель разделяет сетевые коммуникации на отдельные уровни, облегчающие разработку и внедрение сетей, а также служит базисом при разработке совместимого сетевого оборудования.
Она выполняет координирующие действия в области:
· взаимодействия прикладных процессов;
· форм представления данных;
· единообразного хранения данных;
· управления сетевыми ресурсами;
· безопасности данных и защиты информации;
· диагностики программ и технических средств.
Модель OSI имеет семь уровней взаимодействия узлов сети.
Топология компьютерных сетей
Топология сети характеризует свойства сетей, не зависящие от их размеров, отражает структуру, образуемую узлами сети и множеством связывающих их каналов. При этом не учитывается производительность и принцип работы этих узлов, их типы и длина каналов.
С точки зрения физического расположения функциональных компонентов сети (кабелей, рабочих станций и т.д.) и метода доступа к среде передачи можно выделить четыре базовые топологии: “общая шина”, “звезда»”, “кольцо” и “ячеистая (сотовая)”.
Сеть топологии общей шины
Сеть топологии общей шины(моноканальная сеть ) – сеть, ядром которой является моноканал. Моноканальная сеть образуется подключением группы абонентских систем к моноканалу. К числу моноканальных сетей относятся сеть Ethernet, сеть Fast Ethernet, сеть ARCNet.
Шинная топология обладает следующими преимуществами:
- она надежно работает в небольших сетях, проста в использовании и понятна;
- шина требует меньше кабеля для соединения компьютеров и потому дешевле, чем другие схемы кабельных соединений;
- шинную топологию легко расширить;
- достоинством такой топологии является меньшая протяженность кабелей и более высокая надежность, так как выход из строя одного узла не нарушает работоспособности сети в целом.
Недостатки состоят в следующем:
- обрыв основного кабеля приводит к выходу всей сети из строя;
- интенсивный сетевой трафик значительно снижает производительность такой сети;
- слабая защищенность информации в системе на физическом уровне, так как сообщения, посылаемые одним компьютером другому, в принципе, могут быть приняты и на любом компьютере, входящем в сеть.
Преимущества сети звездообразной топологии:
- такая сеть допускает простую модификацию и добавление компьютеров, не нарушая остальной ее части;
- центральный концентратор звездообразной топологии удобно использовать для диагностики сети;
- отказ одного компьютера не всегда приводит к остановке всей сети;
- в одной сети допускается применение нескольких типов кабелей.
 |
Рис.14.3. Схема сети с топологией шины
Сеть топологии звезды
Сеть топологии звезды – древовидная сеть, в которой имеется ровно один промежуточный узел. Сеть имеет один центральный узел и расходящиеся от него лучи со станциями и периферийными устройствами на концах. В такой сети все станции напрямую связаны с центральным компьютером (ЦК), который управляет потоком сообщений в сети, и сообщения от одной станции к другой можно передавать только через ЦК.
 |
Рис.14.4. Сеть топологии звезды
Расширять звездообразную топологию можно путем подключения вместо одного из компьютеров еще одного концентратора и присоединения к нему дополнительных машин. Так создается гибридная звездообразная сеть.
 |
Рис.14.5. Схема гибридной звездообразной сети
Недостатки сети со звездообразной топологией:
- при отказе центрального концентратора становится неработоспособной вся сеть;
- обычно большая протяженность кабелей (зависит от расположения центрального компьютера) и, следовательно, такие сети обходятся дороже, чем сети с иной топологией.
Сеть топологии кольца
Сеть топологии кольца – сеть, при которой каждый узел связан с двумя другими. Эта сеть является подсистемой старшей сети. В этой сети каждая станция выступает в роли центрального компьютера и прямо связана с двумя соседними.
 |
Рис.15-14. Сеть кольцевой топологии
Достоинством кольцевой топологии является более высокая надежность системы при разрывах кабелей, так как к каждому компьютеру есть два пути доступа. К недостаткам данной топологии следует отнести большую протяженность кабеля, невысокое быстродействие, а также слабую защищенность информации.
Преимущества сети с кольцевой топологией:
- поскольку всем компьютерам предоставляется равный доступ к ресурсам сети, никто из них не сможет монополизировать сеть;
- совместное использование сети обеспечивает постепенное снижение ее производительности в случае увеличения количества пользователей и перегрузки.
Недостатки сети с кольцевой топологией:
- большая протяженность кабеля;
- невысокое быстродействие по сравнению с топологией «звезда» (но сравнимо с топологией «шины»),
Топология реальной сети может повторять одну из приведенных выше или включать их комбинацию. Структура сети в общем случае определяется следующими факторами:
· количеством объединяемых компьютеров;
· требованиями по надежности и оперативности передачи информации;
· экономическими соображениями и т.д.
Физическая сотовая топология (ячеистая топология) – сеть, в которой есть непосредственные соединения между всеми узлами сети. Эта сеть характеризуется наличием избыточных связей между устройствами. Для большого числа устройств такая схема оказывается неприемлемой.
 |
Рис.14.7. Сеть топологии сетки
Сеть гибридной топологии применяется для соединения нескольких сетей между собой, каждая из которых может иметь различную топологию, или для создания конгломератов локальных, региональных и глобальных вычислительных сетей.
Методы доступа
В различных сетях существуют различные процедуры обмена данными между рабочими станциями. Стандарты Международного института инженеров по электротехнике и электронике IEEE описывают методы доступа к сетевым каналам данных, среди которых наибольшее распространение получили три конкретных реализации методов доступа: Ethernet, Arcnet и TokenRing.
Метод доступа Ethernet разработан фирмой Xerox в 1975 г. и до сих пор пользуется наибольшей популярностью. Он обеспечивает высокую скорость передачи информации и надежность.
Метод доступа Ethernet является методом множественного доступа с прослушиванием несущей и разрешением коллизии “общая шина”). Если канал свободен, станция начинает передачу. Такое сообщение принимается всеми компьютерами сети, но все компьютеры, кроме адресата, его игнорируют. При одновременной попытке двух станций начать передачу данных аппаратура сети распознает подобные коллизии и задерживает передачу на некоторое время. Время задержки для разных станций различно. Реально коллизии приводят к уменьшению быстродействия сети только в том случае, когда в сети работает порядка 80-100 компьютеров.
Метод доступа Arcnet разработан фирмой Datapoint Corp. Он также получил широкое распространение благодаря тому, что необходимое оборудование является самым дешевым.
Arcnet используется в сетях с топологией “звезда”. Один компьютер создает специальный маркер (служебное сообщение), который последовательно передается от одного компьютера к другому. Для передачи своего сообщения рабочая станция дожидается маркера и добавляет к нему свое сообщение с адресами получателя и отправителя. При получении сообщения станция-адресат “отцепляет” его от маркера.
Метод доступа Token Ring разработан фирмой IBM и рассчитан на кольцевую топологию сети.
Этот метод напоминает Arcnet, так как тоже использует маркер, передаваемый от одной станции к другой. Этот метод требует самого дорогого оборудования, но изначально отличался повышенной надежностью и высокой скоростью передачи информации.