Что из себя представляют компьютерные сети смешанные сети

Обновлено: 06.07.2024

Современные информационные технологии продолжают возникшую в конце 70-х гг. тенденцию к развитию распределенной обработки данных. Начальным этапом развития таких методов обработки информации явились многомашинные системы, которые представляли собой совокупность вычислительных машин различной производительности, объединенных в систему с помощью каналов связи. Высшей стадией распределенных технологий обработки данных являются компьютерные сети различных уровней - локальные, корпоративные, глобальные.

В общем виде компьютерная сеть представляет собой систему взаимосвязанных и распределенных компьютеров, ориентированных на коллективное использование ресурсов сети, в качестве которых используются аппаратные, программные и информационные ресурсы:

Информационные ресурсы сети представляют собой базы данных общего и индивидуального применения, ориентированные на решаемые в сети задачи.

Аппаратные ресурсы сети составляют компьютеры различных типов, средства территориальных систем связи, аппаратура связи и согласования работы сетей одного и того же уровня или различных уровней.

Программные ресурсы сети представляют собой комплекс программ для планирования, организации и осуществления коллективного доступа пользователей к общесетевым ресурсам, автоматизации процессов обработки информации, динамического распределения и перераспределения общесетевых ресурсов с целью повышения оперативности и надежности удовлетворения запросов пользователей.

Назначение компьютерных сетей:

обеспечить надежный и быстрый доступ пользователей к ресурсам сети и организовать коллективную эксплуатацию этих ресурсов;
обеспечить возможность оперативного перемещения информации на любые расстояния с целью своевременного получения данных для принятия управленческих решений.

Компьютерные сети позволяют автоматизировать управление отдельными организациями, предприятиями, регионами. Возможность концентрации в компьютерных сетях больших объемов информации, общедоступность этих данных, а также программных и аппаратных средств обработки и высокая надежность функционирования - все это позволяет улучшить информационное обслуживание пользователей и резко повысить эффективность применения средств вычислительной техники.

Использование компьютерных сетей предоставляет следующие возможности:

Организовать параллельную обработку данных несколькими ПК.
Создавать распределенные базы данных, размещаемые в памяти различных компьютеров.
Специализировать отдельные компьютеры для эффективного решения определенных классов задач.
Автоматизировать обмен информацией и программами между отдельными компьютерами и пользователями сети.
Резервировать вычислительные мощности и средства передачи данных на случай выхода из строя отдельных ресурсов сети с целью быстрого восстановления нормальной работы сети.
Перераспределять вычислительные мощности между пользователями сети в зависимости от изменения потребностей и сложности решаемых задач.
Сочетать работу в различных режимах: диалоговом, пакетном, режиме "запрос-ответ", режиме сбора, передачи и обмена информацией.

Таким образом, можно отметить, что особенностью использования компьютерных сетей является не только приближение аппаратных средств непосредственно к местам возникновения и использования информации, но и разделение функций обработки и управления на отдельные составляющие с целью их эффективного распределения между несколькими компьютерами, а также обеспечение надежного доступа пользователей к вычислительным и информационным ресурсам и организация коллективной эксплуатации этих ресурсов.

Как показывает практика, за счет расширения возможностей обработки данных, лучшей загрузки ресурсов и повышения надежности функционирования системы в целом стоимость обработки информации в компьютерных сетях не менее, чем в полтора раза ниже по сравнению с обработкой аналогичных данных на автономных (локальных) компьютерах.

Компьютерные сети можно классифицировать по разным признакам, представленным на рис. 6.1.

Характеристика различных видов компьютерных сетей представлена в табл. 6.1.

Local Area Network (LAN) - компьютерная сеть, сосредоточенная на относительно небольшой территории, ограниченной радиусом обычно в несколько километров (например: дом, школа, лаборатория, офис). В общем случае локальная сеть представляет собой коммуникационную систему, принадлежащую одной организации.
Также существуют локальные сети, узлы которых разнесены географически на расстояния более 12 500 км (космические станции и орбитальные центры).

Основные характеристики LAN:

высокая скорость передачи данных
большая пропускная способность
низкий уровень ошибок передачи
использование качественных и хорошо защищенных линий связи (с ростом числа компьютеров стоимость может значительно увеличиться, поэтому LAN обычно содержат до нескольких десятков узлов)
эффективный механизм управления обменом по сети
заранее ограниченное количество компьютеров

WAN, в отличие от LAN, рассчитаны на неограниченное число абонентов, соответственно при конфигурации сети могут быть использованы не слишком качественные каналы связи, отсюда повышение числа ошибок и снижение пропускной способности. В WAN скорость передачи данных может быть значительно ниже, а механизм управления обменом не может быть достаточно эффективным, так как заранее не известно количество подключенных компьютеров. В целом, в WAN гораздо важнее не качество связи, а сам факт ее существования.

Топология сети описывает конфигурацию компонентов сети и их связи. Топологическая структура сети делится на две основные категории: физическую и логическую.

Физическая топология описывает: схему прокладки кабеля, расположение узлов и взаимосвязи между ними. Физическая топология сети определяется возможностями устройств доступа, желаемым уровнем контроля и толерантности к ошибками, а так же стоимостью всех необходимых материалов. а логическая - движение сигнала между узлами в рамках заданной физической топологии.

Логическая топология, напротив, описывает поведение сигнала в сети или путь, которым движутся данные в сети от одного устройства к другому, независимо от их физической взаимосвязи. В многих случаях логическая топология не совпадает с физической, в том числе и потому, что она может динамически изменяться в соответствии с изменениями в конфигурации маршрутизаторов и коммутаторов.

В частности, каждый узел LAN имеет как минимум одну физическую связь с другими компонентами сети. Изображение этих связей в виде графа используется для описания физической топологии. С другой стороны, фиксируя движение сигнала между компонентами, определяют логическую топологию данной сети.

Полносвязной называется сеть, где каждый компьютер непосредственно связан со всеми остальными. Такая конфигурация очень громоздка и неэффективна, так как каждый компьютер должен иметь большое количество коммуникационных портов, достаточное для связи со всеми остальными. Но плюсом такой сети является устойчивость к поломке отдельных компонентов: сеть не перестанет функционировать из-за неисправности одного компьютера.

Существует несколько различных неполносвязных топологий. При конфигурации LAN в основном используются следующие: шина (bus), звезда/хаб (star/hub), кольцо (ring). В неполносвязных топологиях передача данных может осуществляться не напрямую между компьютерами, а через дополнительные узлы.

В данной топологии все рабочие стации подсоединены к общему кабелю (называемому магистраль или шина). Данные, сгенерированные на одном из компьютеров, отправляются через шину во все остальные. Чтобы сигнал не отражался обратно, на концах шины должны стоять специальные терминаторы, поглощающие сигнал.
Преимущества:

низкий расход кабеля
устойчивость сети к неисправностям отдельных узлов
простота настройки и конфигурации

неустойчивость сети к неисправности кабеля
ограничение длины кабеля и количества рабочих станций, связанное с затуханием сигнала
низкая производительность, обусловленная разделением канала между всеми абонентами
большое количество коллизий пакетов

На текущий момент данная топология применяется крайне редко.

В сети, построенной согласно топологии "звезда", каждая рабочая станция соединена одним или двумя кабелями с центральным элементом, тип которого зависит от типа данной звезды. В топологии активная звезда центральным элементом является компьютер, по мощности значительно превыщающий периферийные. В топологии пассивная звезда в центре находится концентратор или хаб. Концентратор обеспечивает параллельное соединение компьютеров и, таким образом, все компьютеры, подключенные к сети, могут общаться друг с другом. Пассивная звезда распространена гораздо шире, чем активная.
Данные от передающей станции отправляются через центральную всем остальным компьютерам, но принимаются они только теми станциями, которым они предназначались.
Одним из способов расширения данной сети является замена периферийного компьютера на центральный, к которому в последствие могут быть подключены новые периферийные.

Преимущества:

простота подключения нового узла
возможность централизованного управления
устойчивость сети к неисправностям отдельных узлов и кабелей, так как каждый кабель соединяет только узел с хабом

неустойчивость сети к неисправности хаба
высокий расход кабеля
ограничение числа узлов, связанное с пропускной способностью хаба

Данная топология - одна из самых используемых в домашних и офисных сетях. Применяется в LAN с архитектурой 10Base-T Ethernet.
Так как данные передаются от каждого компьютера к каждому, физическая топология "звезда" соответствует логической топологии "шина".

В данной топологии компьютеры соединены кабелем в единое кольцо: выход одного компьютера связан с входом следующего. В отличие от топологии "шина" здесь нет необходимости в терминаторах, так как сигнал идет всегда в одну сторону по кругу. Данные, отправленные одной станцией, пройдут через все другие, но будут приняты только той станцией, которой они предназначались. При этом каждый промежуточный компьютер на этом пути будет выступать усилителем сигнала.
Метод, используемый для передачи данных в кольце, называется передачей токена. Токен - специальная последовательность бит, содержащая контрольную информацию. Станция, обладающая в данный момент токеном, может посылать данные.
Преимущества:

простота подключения нового узла (за исключением того, что необходимо останавливать всю сеть на время подключения)
низкий расход кабеля
простота настройки и конфигурации
утойчивость к перегрузкам и большим потокам информации
малое количество коллизий

неустойчивость сети к неисправности кабеля и неисправности рабочих станций

Данная топология редко используется в чистом виде из-за своей ненадежности, на практике применяются ее различные модификации. Например, станции соединяются двумя параллельными линиями связи, передающими информацию в противоположных направлениях. Так увеличивается скорость передачи и устойчивость сети.

Смешанной называется топология, преобладающая в крупных сетях с произвольными связями между компьютерами. В таких сетях можно выделить отдельные произовльно связанные фрагменты (подсети), имеющие типовую топологию.

Данная топология также называется "дерево".
Как следует из названия, сеть, построенная по данной топологии, состоит из нескольких подсетей с топологией "звезда", соединенных единой шиной.
Преимущества:

простота расширения
простота поиска обрывов и неисправностей
устойчивость к неисправностям отдельных компьютеров

Логическая топология данной сети - классическая шина.

В математике топология это область геометрии для изучения фигур, которые непрерывно изменяясь сохраняют основное свойство. Раньше её называли «Теорией точечных множеств» или «Анализом положения». Компьютерщики заимствовали название и охарактеризовали им размещение компьютеров и периферийных устройств, и системы взаимодействия между ними.

p, blockquote 1,0,0,0,0 -->

p, blockquote 2,0,0,0,0 -->

Что понимается под топологией локальной сети

Программирование и построение компьютерных сетей выросли из математики и поэтому унаследовали математические расчеты и схематику построения устройств и связей. А самим термином топология сети охарактеризовали расположение и схему связей между устройствами. Устройствами выступают компьютеры, концентраторы, роутеры, серверы, принтеры и прочая вспомогательная электроника. Кроме расположения устройств, топология обуславливает компоновку кабелей, варианты размещения коммутирующего оборудования, систему обмена сигналами и прочие запросы потребителей компьютерных технологий.

p, blockquote 3,0,0,0,0 -->

Соединение в сети вызвано необходимостью объединения ресурсов компьютеров, экономией на периферийных устройствах, и как следствие решением комплексных задач. Исходя из конкретных предполагаемых задач и выстраивается топология компьютерной сети. Существуют семь основных видов соединений.

p, blockquote 4,0,0,0,0 -->

Виды и примеры топологий компьютерных сетей

Первоначально использовали три базовых вида топологий это шина, кольцо и звезда. С развитием технологий прибавились ещё четыре – полносвязная, ячеистая, дерево и смешанная.

p, blockquote 5,0,0,0,0 -->

Топология шина

Пожалуй наиболее простая и старая топология локальных сетей. Простота обусловлена наличием всего одной магистрали (кабеля) к которой соединены все устройства. Сигналы передаваемые одним, могут получать все. При этом отдельный компьютер отфильтровывает и принимает необходимую только ему информацию.

p, blockquote 6,0,0,0,0 -->

p, blockquote 7,0,0,0,0 -->

Достоинства такой схемы:

простое моделирование;
дешевизна конструкции, при условии, что все устройства располагаются недалеко друг от друга;
поломка одного или даже нескольких устройств не влияет на работоспособность остальных элементов сети.

неполадки на любом участке, а это обрыв шины или поломка сетевого коннектора нарушают работы всей системы;
сложность ремонтных работ, прежде всего определения места неисправности;
очень низкая производительность – в каждый момент только одно устройство передаёт данные остальным, увеличение числа приборов ведёт к существенному снижению производительности;
сложность расширения сети, для этого приходится полностью заменять участки кабеля.

Именно из-за этих недостатков такие сети морально устарели, не обеспечивают современных требований обмена данными и фактически не применяются. По такой топологии создавались первые локальные сети. Роль шины в таких схемах выполнял коаксиальный кабель. Его прокладывали ко всем компьютерам и возле каждого соединяли т-образным штекером (тройником).

p, blockquote 10,0,0,0,0 -->

Топология кольцо

В «кольце» устройства подключены последовательно по кругу и по эстафете передают информацию. Четко выделенного центра нет и все приборы практически равнозначны. Если сигнал не предназначен компьютеру, он его транслирует следующему и так до конечного потребителя.

p, blockquote 11,0,0,0,0 -->

p, blockquote 12,0,0,0,0 -->

Достоинства соединения кольцом:

простота компоновки;
возможность построения длинных сетей;
не возникает необходимости в дополнительных устройствах;
устойчивая работа с хорошей скоростью даже при интенсивной передаче данных.

Но кольцевое соединение имеет и ряд недостатков:

каждый компьютер должен быть в рабочем состоянии и участвовать в трансляции, при обрыве кабеля или поломки одного устройства – сеть не работает;
на время подсоединения нового прибора схема полностью размыкается, поэтому требуется полное отключение сети;
сложное моделирование и настройка соединений;
сложный поиск неисправностей и их устранение.

Основное применение кольца получили при создании соединений для удаленных друг от друга компьютеров, установленных в противоположных концах и на разных этажах зданий. Работают такие сети по специально разработанному стандарту Token Ring (802.5). Для надёжности и повышения объёмов обмена информацией монтируют вторую линию. Она используется либо как аварийная, либо по ней передаются данные в противоположном направлении.

p, blockquote 15,0,0,0,0 -->

Топология звезда

Самая распространённая и технологичная система создания сетей. Командует всем сервер, контроллер или коммутатор. Все компьютеры как лучи подсоединены к нему. Общение между ними происходит только через центральное устройство. Топология сети в которой все компьютеры присоединены к центральному узлу стала основой для построения современных офисных локальных сетей.

p, blockquote 16,0,0,0,0 -->

p, blockquote 17,0,0,0,0 -->

В качестве узла используются активные или пассивные коммутаторы. Пассивный, это просто коробка соединения проводов не требующая питания. Активный коммутатор соединяет схему проводной или беспроводной технологией и требует подключения к питанию. Он может усиливать и распределять сигналы. Топология сети звезда обрела популярность благодаря множеству достоинств:

высокая скорость и большой объём обмена данными;
повреждение передающего кабеля или поломка одного элемента (кроме центрального) не снижает работоспособность сети;
широкие возможности для расширения, достаточно смонтировать новый кабель или настроить доступ на коммутаторе;
простая диагностика и ремонт;
легкий монтаж и сопровождение.

Как и большинство сетей, соединение звезда имеет ряд недостатков, все они связаны с необходимостью использования центрального коммутатора:

дополнительные затраты;
он же — слабое звено, поломка приводит к неработоспособности всего оборудования;
число подключаемых устройств и объём передаваемой информации зависит от его характеристик.

Несмотря на недостатки звезда широко используется при создании сетей на больших и маленьких предприятиях. А соединяя между собой коммутаторы получают комбинированные топологии.

p, blockquote 20,0,0,0,0 -->

Полносвязная или сеточная топология

В полносвязной системе все устройства соединены между собой отдельным кабелями, образующими сетку. Это очень надёжная схема коммуникации. Но целесообразна только при малом количестве соединяемых приборов, работающих с максимальной загрузкой. С ростом количества оборудования резко возрастает число прокладываемых коммуникаций. Поэтому широкого распространения не получила, в отличие от своей производной – частичной сетки.

p, blockquote 21,0,0,0,0 -->

p, blockquote 22,0,0,0,0 -->

Ячеистая топология

Частичная сетка или ячеистая топология напрямую связывает только обменивающиеся самыми большими объёмами данных и самые активные компьютеры. Остальные общаются посредством узловых коммутаторов. Сетка соединяющая ячейки, выбирает маршруты для доставки данных, обходя загруженные и разорванные участки.

p, blockquote 23,0,0,0,0 -->

p, blockquote 24,0,0,0,0 -->

Преимущества частичной сети:

надежность, при отказе отдельных каналов коммутации будет найден альтернативный путь передачи данных;
высокое быстродействие, так как основной поток данных передается по прямым линиям.

Недостатки ячеистой технологии:

стоимость монтажа и поддержания достаточно высока, т.к. несмотря на частичность сетки всё равно требуется большое количество коммутационных линий;
трудность построения и коммутирования сети при большом количестве соединяемых устройств.

Из-за дороговизны и сложности построения применяется в основном для построения глобальных сетей.

p, blockquote 27,0,0,0,0 -->

Топология дерево

Эта топология является комбинацией нескольких звёзд. Архитектура построения предусматривает прямое соединение пассивных или активных коммутаторов.

p, blockquote 28,0,0,1,0 -->

p, blockquote 29,0,0,0,0 -->

Такой тип топологии чаще всего используют при монтаже локальных сетей с небольшим количеством приборов, в основном при создании корпоративных коммутаторов. Совмещает довольно низкую стоимость и очень хорошее быстродействие. Особенно при комбинировании различных линий передач — сочетании медных и волоконных кабельных систем, и применении управляемых коммутаторов.

p, blockquote 30,0,0,0,0 -->

Смешанная топология

Чистое применение какой-то одной топологии редкое явление. Очень часто с целью экономии на коммутационных линиях применяют смешанные схемы. Самыми распространенными из которых являются:

В первом случае компьютеры объединены в звёзды посредством коммутаторов, а они уже закольцованы. По сути все без исключения компьютеры заключены в круг. Такое соединение умножает достоинства обеих сетей, так как коммутаторы собирают в одну точку все подключенные устройства. Они могут просто передавать или усиливать сигнал. Если рассмотреть систему технологии распространения данных, то такая топология подобна обычному кольцу.

p, blockquote 32,0,0,0,0 -->

p, blockquote 33,0,0,0,0 -->

Смешанные соединяют в себе все плюсы и минусы составляющих их видов топологий локальных сетей.

p, blockquote 34,0,0,0,0 -->

Программы для создания топологий сети

Для создания и корректировки написано много программ. Среди самых распространённых и наиболее удобных выделяются следующие:

Microsoft Visio
eDraw Max
Схема Сети
Векторный 2D-редактор CADE для Windows
Diagram Designer
Concept Draw Pro
Dia
Cisco Packet Tracer LanFlow
NetProbe
Network Notepad

Некоторые бесплатные, а за многие придётся заплатить. Но даже у большинства платных есть пробный период, за который можно понять подойдёт она или нет.

p, blockquote 36,0,0,0,0 -->

p, blockquote 37,0,0,0,0 --> p, blockquote 38,0,0,0,1 -->

Топология является самым важным фактором быстродействия и надёжности коммуникаций. При этом всегда можно комбинировать основными схемами топологий для того, чтобы добиться наилучшего результата. Важно знать и помнить, как преимущества и недостатки каждого соединения влияют на проектируемую или эксплуатируемую топологическую сеть. Поэтому схему нужно заранее тщательно планировать.

Топология компьютерной сети это схема соединения и физическое расположение сетевых устройств, включая компьютеры, по отношению к друг другу.

Топология компьютерной сети позволяет увидеть всю сеть, вернее ее структуру, а также проанализировать связь всех устройств входящих в сеть. Теория Интернет технологий выделяет несколько видов топологий сети: физическую, информационную, логическую и топологию управления обменом. В этой статье нас будет интересовать только физическая топология сети.

Нужно понимать, что теоретически количество способов соединения устройств в сети может быть бесконечно много. И чем больше устройств будет входить в сеть, тем больше будет способов соединения. Но это не значит, что нельзя классифицировать типы физических соединений, а, следовательно, выделить основные типы топологии сети.

Различают три основных и два дополнительных вида топологии :

Топология сети типа Звезда;
Кольцевая топология;
Шинная топология сети;
Ячеистая топология;
Смешанная топология сети.

Рассмотрим все типы топологий.

Топология компьютерной сети типа Звезда

В центре топологии «Звезда», находится сервер. Все устройства сети (компьютеры) подключены к серверу. Запросы от устройств направляются на сервер, где и обрабатываются. Выход из строя сервера, «убивает» всю сеть. Выход из строя одного устройства, не влияет на работу сети.

Кольцевая топология компьютерной сети

Кольцевая топология компьютерной сети предполагает замкнутое соединение устройств. Выход одного устройства соединяется с входом следующего. Данные двигаются по кругу. Отличается такая топология ненадобностью сервера, но выход одного устройства сети, «убивает» всю сеть.

Шинная топология сети

Шинная топология сети это параллельное подключение устройств сети к общему кабелю. Выход одного устройства из строя не влияет на работу сети, однако обрыв кабеля (шины) «вырубает» всю сеть.

Ячеистая топология

Ячеистая топология характерна для крупных сетей. Данную топологию можно охарактеризовать так, «все соединяются со всеми». То есть, каждая рабочая станция соединятся со всеми устройствами сети.

Смешанная топология сети

Принцип работы смешанной топологии понятен из названия. Характерно такая топология, для очень крупных компаний.

Может сложиться впечатление, что понятие топология сети применима только для локальных сетей. Это, конечно же, не так. И как пример, в общем виде разберем топологию глобальной сети сетей – Интернет.

Топология Интернет

Начнем разбор топологии Интернет с «низшего» звена – компьютера пользователя.

В свою очередь, провайдер владеет своей местной сетью, состоящую из линий связи и маршрутизаторов. Пакеты данных получаемые провайдером передаются либо на хост провайдера, либо оператору сетевой магистрали.

В свою очередь, операторы магистралей владеют своими международными магистральными сетями (высокоскоростными). Эти сети связывают между собой местных провайдеров.

Хостинговые компании и крупные Интернет корпорации устраивают свои серверные фермы (дата центры), которые напрямую подключены к магистралям.

Эти центры обрабатывают десятки тысяч запросов к веб-страницам в секунду. Как правило, дата-центры устраиваются в арендуемых помещениях магистральных операторов, где и располагаются магистральные маршрутизаторы.

Все магистрали между собой связаны. Точки соединения называют точками входа в сеть или Network Access Point – NAP. Это допускает перекидывать передаваемый пакет информации с магистрали на магистраль.

Читайте также: