Какие компьютерные сети бывают по масштабам

Обновлено: 03.07.2024

Описание слайда:

КЛАССИФИКАЦИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ
Олизарович Евгений Владимирович
ГрГУ им. Я.Купалы, 2011/2012

Описание слайда:

по масштабу: локальные и глобальные (распределенные), городские…
по архитектуре: Ethernet, Arcnet, SDH, ATM.
по топологии (физическая, логическая) : полносвязная, ячеистая, шина, звезда, кольцо, смешанная.
по проводящей среде: кабельные и безкабельные, коаксиальный кабель, витая пара, оптоволокно, радиосвязь (радиорелейная, сотовая, спутниковая, WiFi, Bluetouch), инфракрасная, опто-воздушная, кабельное TV, силовая сеть.
по типу серверов (NW, Windows, Unix),
по способу обслуживания (одноранговые сети, «облако», grid-сети, …),
…
Информационно-коммуникационные сети

Описание слайда:

Классификация сетей по организации и масштабу
Локальные вычислительные сети (ЛВС, LAN),
Распределенные сети (WAN),
Глобальные сети

Городские сети (MAN),
Корпоративные сети,
Сети операторов связи (провайдеры),

Описание слайда:

Классификация сетей по архитектуре
Ethernet (Fast Ethernet, Gigabit Ethernet),
ArcNet,
TokenRing,
FrameRelay,
FDDI,
ATM,
SDH (SONET),
Архитектуры “точка-точка” (xDSL, V.90, др.)
Архитектура сети определяет совокупность технических и программных средств, алгоритмов и технологий организации физического и канального уровня, позволяющих организовать передачу фреймов между узлами сети.

Описание слайда:

Классификация сетей по топологии

Описание слайда:

Классификация сетей по топологии

Описание слайда:

Классификация сетей по топологии
Логические конфигурации сетей – кольцо, звезда, шина,
реализованные в топологии «Звезда»

Описание слайда:

Электрический сигнал в медном кабеле
Световой сигнал в волоконно-оптическом кабеле
Электромагнитный сигнал в радиоэфире
Световой сигнал в воздушном пространстве
Классификация сетей по среде передачи,
виды сигналов и физическая среда:

Описание слайда:

Кабель «витая пара»
Неэкранированная витая пара
(UTP -Unshielded twisted pair):
Категория 1, 1 пара, полоса частот до 0,1 МГц), - телефонная связь;
Категория 2 (UTP cat 2), 2 пары, полоса частот до 1 МГц - передача данных до 4 Мбит/с, телефонная связь;
Категория 3 (UTP cat 3), 4 пары, полоса частот до 16 МГц - передача данных до 10 Мбит/с (100Мбит/с), телефонная связь;
Категория 5 (UTP cat 5), 4 пары, полоса частот до 100 МГц - передача данных до 100 Мбит/с (1000 Мбит/с);
Категория 5е (UTP cat 5е), 4 пары, полоса частот до 125 МГц - передача данных до 1000 Мбит/с;
Категория 6 (UTP cat 6), 4 пары, полоса частот до 250 МГц - передача данных до 1000 Мбит/с;
Категория 6а (UTP cat 6а), 4 пары, полоса частот до 500 МГц - передача данных до 10 Гбит/с;

Описание слайда:

Виды металлических кабелей
Неэкранированная витая пара
(UTP -Unshielded twisted pair):
патч-корд (patch-cord)
Разъем RJ-45

Описание слайда:

Виды металлических кабелей
Неэкранированная витая пара
(UTP -Unshielded twisted pair):

Описание слайда:

Виды металлических кабелей
Неэкранированная витая пара
(UTP -Unshielded twisted pair):
Розетка RJ-45 (UTP)

Описание слайда:

Кабель «витая пара»
Экранированная витая пара
(S/FTP- (Screened Fully Shielded Twisted Pair):
Категория 7 (cat 7), 4 пары, полоса частот до 700 МГц - передача данных до 10 Гбит/с, передача видеосигнала.

Описание слайда:

Виды металлических кабелей
Коаксиальный кабель (coaxial)

Описание слайда:

Виды оптических кабелей:
Оптические разъемы:
Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС):
Одномодовое волокно:
Многомодовое волокно:
FC
LC

Описание слайда:

Организация кабельных линий

Описание слайда:

Организация кабельных линий

Описание слайда:

Классификация по способу организации совместного использования сетевых ресурсов.
Одноранговая сеть

Описание слайда:

Классификация по способу организации совместного использования сетевых ресурсов.
Сеть с выделенным сервером.

Описание слайда:

Классификация по способу организации совместного использования сетевых ресурсов.
Смешанная сеть.

Описание слайда:

Современные сети, как правило, строятся с использованием нескольких технологий.

В состав больших сетей могут входить сегменты с различной архитектурой, различными серверными системами, различными клиентскими операционными системами. Такие сети называются гетерогенными.

Мультисервисная сеть – сеть, которая используется не только для передачи данных, но и для телефонной связи, видеотрансляций и т.д.

Описание слайда:

Методы доступа к разделяемой среде

Описание слайда:

Физический уровень выполняет передачу битов по физическим каналам, таким, как коаксиальный кабель, витая пара или оптоволоконный кабель. На этом уровне определяются характеристики физических сред передачи данных и параметров электрических сигналов.
Канальный уровень обеспечивает передачу кадра данных между любыми узлами в локальных сетях или между двумя соседними узлами в распределенных сетях. В протоколах канального уровня заложена процедура передачи кадров между компьютерами и способы их адресации. Адреса, используемые на канальном уровне в локальных сетях, часто называют МАС-адресами.

Описание слайда:

На физическом уровне информация представляет собой поток битов.

Задача физического уровня - доставить по среде передачи каждый бит информации без искажений.

Функции физического уровня выполняются сетевыми адаптерами.

Описание слайда:

Канальный уровень (data link layer) – обеспечивает «прозрачную» передачу пакетов сетевого уровня. Выполняет:

Создание логического соединения между узлами ЛВС;
Согласование параметров приемника и передатчика (скорость, формат и др.);
Обеспечение надежной передачи кадров между узлами (обнаружение ошибок, коррекция ошибок, повторная передача).

Пакеты данных, полученные от драйвера сетевого уровня, помещаются в один или несколько кадров (frame), состоящих из поля данных и заголовка. Размер кадра определяется особенностями архитектуры (Etnernet – 46-1500 байт, Token Ring -4500, ATM - 53 ).
Протоколы канального уровня реализуются средствами сетевых адаптеров и их драйверов.

Описание слайда:

LLC (Logical Link Control) - протокол (подуровень) управления логическим каналом.
MAC (Media Access Control) – протокол (подуровень) управления доступом к среде.

Описание слайда:

Технологии организации локальных сетей

Технологии организации распределенных сетей

Описание слайда:

Gigabit Ethernet
Fast Ethernet
xDSL
RadioEthernet
ATM, MPLS, SDH
Ethernet
FastEthernet
xDSL
PPP (V.90)
VPN (Internet)

Описание слайда:

Стандарты организации сетей:

Международная организация по стандартизации (ISO 8802-1. 5 ),
Международный союз электросвязи (ITU),
Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE 802.х),
Национальные стандарты (ГОСТ, СТБ, ANSI),
Стандарты и спецификации специальных объединений (ISOC, RFC, IEC),
Стандарты фирм (Cisco, IBM, …).

Описание слайда:

802.1 - Internetworking - объединение сетей;
802.2 - Logical Link Control, LLC - управление логической передачей данных;
802.3 - Ethernet с методом доступа CSMA/CD;
802.4 - Token Bus LAN - локальные сети с методом доступа Token Bus;
802.5 - Token Ring LAN - локальные сети с методом доступа Token Ring;
802.6 - Metropolitan Area Network, MAN - сети мегаполисов;
802.7 - Broadband Technical Advisory Group - техническая консультационная группа по широкополосной передаче;
802.8 - Fiber Optic Technical Advisory Group - техническая консультационная группа по волоконно-оптическим сетям;
802.9 - Integrated Voice and data Networks - интегрированные сети передачи голоса и данных;
802.10 - Network Security - сетевая безопасность;
802.11 - Wireless Networks - беспроводные сети;
802.12 - Demand Priority Access LAN, l00VG-AnyLAN - локальные сети с методом доступа по требованию с приоритетами;
802.15 - Wireless Personal Area Networks (PANs);
802.16 - Broadband Wireless Metropolitan Area Networks (MANs)

Описание слайда:

Сеть – это соединение между двумя или более компьютерами, позволяющее им разделять ресурсы. Здесь под ресурсами понимаются хранящиеся на компьютере файлы или подключенные к нему устройства (принтеры, модемы и т.д.). Хотя большинство сетей значительно сложнее, все они базируются на принципе предоставления ресурсов в совместное использование. Компьютеры могут соединяться друг с другом как непосредственно, так и через промежуточные узлы связи. Компьютер, подключенный к сети, называют рабочей станцией, а компьютер, предназначенный для управления сетью и концентрацией данных, называют сервером. Часто и рабочую станцию, и сервер называют узлом сети. Учитывая, что в настоящее время организация работы сетей осуществляется в стеке протоколов TCP/IP, то часто используется понятие «хост». Хост – это объект сети, который может передавать и принимать IP-пакеты (например, рабочие станции, маршрутизаторы и т.д.). Иногда ошибочно понимают под хостом какой-либо сервер, однако в рамках концепции IP-сети и рабочая станция, и сервер являются хостами.

Классификация сетей по территориальному признаку.

Для классификации компьютерных сетей используют различные признаки, но чаще всего сети делят на типы по территориальному признаку, т.е. по величине территории, которую покрывают сети. Это объясняется значительным отличием используемых технологий в локальных и глобальных сетях, несмотря на их постоянное сближение.

К локальным вычислительным сетям – ЛВС (Local Area Networks, LAN) относят сети компьютеров, сосредоточенные на небольшой территории (в радиусе 1-2 км.). В общем случае ЛВС представляет собой коммуникационную систему, принадлежащую одной организации. Короткие расстояние в ЛВС дают возможность использовать относительно дорогие, высококачественные линии связи: редко в настоящее время используются коаксиальные кабели, чаще кабели типа «витая пара» и оптоволоконные кабели. Это обеспечивает низкий уровень ошибок и высокую скорость передачи данных по линии связи. В зависимости от типа сетевого кабеля и метода доступа к данным, который определяет суть сетевой технологии, скорость может быть: 10 Мб/с, 16 Мб/с, 100 Мб/с, 1000 Мб/сек.

Глобальные вычислительные сети – ГВС (Wide Area Networks, WAN) объединяют территориально рассредоточенные компьютеры, которые могут находиться в различных городах и странах. Поскольку прокладка высококачественных линий связей на большие расстояния обходится очень дорого, в ГВС используют уже существующие линии связи, предназначенные для других целей. Часто ГВС строят на основе телефонных/телеграфных каналах общего назначение, спутниковых связей и наземных микроволновых систем.

Региональная вычислительная сеть – РВС (Metropolitan Area Networks, MAN) является менее распространенным типом сетей. Они появились сравнительно недавно и предназначены для обслуживания крупного города, мегаполиса. В то время как LAN наилучшим образом подходит для разделения ресурсов на коротких расстояниях, а WAN обеспечивают работу на больших расстояниях, но с ограниченной скоростью, РВС занимают промежуточное положение. Они используют цифровые магистральные линии связи, часто оптоволоконные, и предназначены для связи ЛВС в масштабах города и соединения ЛВС с ГВС. РВС первоначально были разработаны для передачи данных, но сейчас они поддерживают и такие услуги, как видеоконференции и интегральные передачи голоса и текста. Сети мегаполисов являются общественными сетями и поэтому их услуги обходятся дешевле, чем построения собственной (частной) сети в пределах города.

Классификация сетей по масштабу производственного подразделения.

Еще одним популярным способом классификацией сетей является классификация по масштабу производственного подразделения. По этому признаку отличают сети отделов, сети кампусов и корпоративные сети.

Сети отделов – это сети, которые используются небольшой группой сотрудников, работающих в одном отделе, лаборатории, предприятии. Эти сотрудники решают общие задачи, например, решают одну научную проблему, ведут бухгалтерский учет, занимаются маркетингом. Главной задачей сети отделов является разделение локальных ресурсов: приложения, данные, принтеры, модемы и т.д. Обычно сети отделов имеют один или два сервера и, как правило, не более 30 рабочих станций. Сети отделов обычно не разделяются на подсети. В этих сетях локализуется большая часть трафика предприятия.

Трафик – это характеристика нагрузки коммутационной линии. В компьютерной технике – состояние обмена информацией между компьютерами. Выражение «трафик 100 Мбайт/сутки» обозначает, что за данный промежуток времени по данной линии, соединяющей друг с другом две машины, было передано 100 Мбайт информации.

Сети отделов обычно создаются на основе какой-либо одной сетевой технологии. Например, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, Token Ring и т.д. Для такой сети характерен один или максимум два типа сетевых операционных систем. Например, Windows 2008 Server или UNIX-подобная сетевая система. Задачи управления сетью на уровне отдела относительно просты: добавление новых пользователей, устранение простых отказов, добавление и настройка новых узлов сети, инсталляция новых версий программного обеспечения.

Сети кампусов получили свое название от английского слова «campus», которое означает «студенческий городок». Именно на территории университетских городков часто возникала потребность объединения компьютеров в сеть. Сейчас это название не связывают со студенческим городком, а использую для обозначения сетей любых предприятий. Отметим особенности этого типа сетей:

1. Сети этого типа объединяют множество сетей отдела одного предприятия в пределах отдельного здания или в пределах одной территории, покрывающей площадь в несколько квадратных километров.

2. Глобальные соединения в сетях кампусов не используются.

3. Службы сети кампуса включают взаимодействие между сетями отделов, доступ к общим базам данных предприятии, доступ к общим принтерам и т.д.

4. На уровне сети кампуса возникают проблемы гетерогенности – неоднородности аппаратного и программного обеспечений. Это объясняется тем, что типы компьютеров, сетевые ОС, сетевая аппаратура могут отличаться в каждом отделе. Отсюда порождается проблема – сложность управления сетями кампусов.

Корпоративные сети называют также сетями масштаба предприятия. Эти сети обладают рядом особенностей.

1. Масштабность – 1000 пользовательских компьютеров, 100 серверов, огромные объемы данных, передаваемых по линиям сетей, множество приложений.

2. Высокая степень гетерогенности – типы компьютеров, коммуникационная система, ОС и приложения различны.

3. Использование глобальных связей. Сети филиалов соединятся с помощью телекоммуникационных средств, включая сюда телефонные каналы, радио каналы и спутниковую связь.

1.21 Виды и типы компьютерных сетей (сетей передачи данных) и их радиус действия. Что такое BAN, PAN, LAN, CAN, MAN, WAN?

Сразу стоит отметить, что в дальнейшем нас не будут интересовать сети PAN и BAN, а также технологии, которые в этих сетях используются, мы сосредоточим свое внимание на компьютерных сетях масштаба LAN, то есть на небольших локальных компьютерных сетях, их технологиях и протоколах, которые также используются и в сетях масштаба CAN, MAN и даже WAN.

Перед началом я хотел бы вам напомнить, что ознакомиться с опубликованными материалами первой части нашего курса можно по ссылке: «Основы взаимодействия в компьютерных сетях».

1.21.1 Введение

Мы уже познакомились с принципами сетевого взаимодействия, который лежит в основе всех компьютерных сетей, работающих в современном мире. Теперь давайте попробуем классифицировать компьютерные сети, разделив их по радиусу действия и технологиям, которые лежат в основе этих сетей. Всего мы выделим шесть типов сетей, а именно: BAN, PAN, LAN, CAN, MAN, WAN, и будем двигаться от самых маленьких до самых больших.

Сразу же стоит заметить, что с изменением типа сети будут меняться технологии и оборудование, которое используется для реализации этих сетей, естественно, здесь мы не будем останавливаться на всех тонкостях, а лишь дадим краткое описание. Причина очень проста: дело в том, что сама Cisco выделила целых два курса для изучения технологий, которые используются в LAN сетях.

Также стоит отметить, что эти сети разные по своему масштабу, но их работу можно описать при помощи моделей передачи данных, которые мы рассмотрели ранее: модели OSI 7 и стека протоколов TCP/IP. Во всех ниже описанных задача передачи данных была решена путем декомпозиции, а данные в этих сетях инкапсулируются. Понятно, что характеристики компьютерных сетей и их требования зависят от размера, но сейчас в эти тонкости мы не будем вдаваться.

1.21.2 BAN или Body Area Network (нательная компьютерная сеть)

Термин BAN появился относительно недавно. Сети BAN или body area network представляют собой набор взаимодействующих устройств, которые могут быть встроены/имплантированы в тело человека или закреплены на поверхности тела. Эти устройства отличаются небольшими размерами и небольшой потребляемой мощностью. Устройства класса BAN должны будут получить широкое распространение в медицине: небольшие датчики имплантируются в человеческое тело и передают информацию на смартфон или любое другое устройство, имеющее достаточный объем памяти и возможность выхода в сеть Интернет, таким образом есть возможность отслеживать состояние конкретного пациента в динамике и получать всегда актуальную и достоверную информацию о его здоровье.

Как понятно из описания радиус сети BAN ограничивается 1-2 метрами. Сенсоры, снимающие показания в терминологии BAN называются BSU, эти сенсоры контролирует специальное устройство BCU, которое может взаимодействовать со смартфоном или ноутбуком пользователя.

Коротко выделим особенности Body Area Network: малый радиус действия, малое энергопотребление и продолжительная независимость от источника питания.

1.21.3 PAN или Personal Area Network (персональная компьютерная сеть)

Эти компьютерные сети обладают чуть большим масштабом, нежели BAN сети. Сети класса PAN предназначены для взаимодействия различных устройств, принадлежащих одному владельцу. Типичным примером такого взаимодействия является взаимодействие между ПК и беспроводной мышкой или клавиатурой. Раньше, когда Интернет не был так широко доступен, PAN-сети использовались для передачи данных между телефонами, при встрече люди легко могли обменяться аудио, видео или картинками благодаря таким технологиям как IrDa или Bluetooth (немного о видах сетевого взаимодействия написано здесь), которые лежат в основе Personal Area Network.

Но не стоит считать, что сети PAN сплошь беспроводные, такие технологии как USB или FireWire лежат в основе проводных PAN сетей. Радиус действия PAN сетей может быть ограничен несколькими сантиметрами, а может достигать примерно 30 метров. Еще одной отличительной особенностью персональных сетей является малое число участников: до 8 устройств. Также стоит упомянуть, что в PAN сетях необязательно должен быть механизм арбитража и контроля среды передачи данных, это можно охарактеризовать принципом: кто первый встал, того и тапки. Топология компьютерной сети типа PAN обычно представляет собой разновидность mesh topology.

1.21.4 LAN, ЛВС, Local Area Network или просто локальная компьютерная сеть

Локальная сеть – это как раз и есть тема курсов Cisco ICND1 и ICND2. Дело все в том, что эта программа как раз-таки и ориентирована на подготовку инженеров, которые смогут обуздать локальную сеть, состоящую из 300-500 хостов (узлов, компьютеров, про стандартные физические компоненты компьютерной сети читайте здесь). Сам же экзамен CCNA требует от испытуемого знать и понимать базовые технологии, которые обеспечивают взаимодействия этих 300 хостов друг с другом.

А что касается термина LAN, то тут не все так однозначно, в качестве локальной сети можно рассматривать вашу домашнюю сеть в центре которой находится роутер, один порт которого смотрит на провайдера, а другие интерфейсы (в том числе и радио интерфейсы, к которым вы подключаетесь по Wi-Fi) смотрят на ваши домашние устройства. Но термином Local Area Network можно назвать офисную сеть, где есть 3-4 отдела и 30-40 человек, а также термином LAN с успехом оперируют сетевые инженеры какого-нибудь завода, на котором работают несколько тысяч человек. LAN-сети могут иметь радиус действия до 1 километра, а также эти самые LAN-сети включают в себя устройства различного класса: конечные узлы в виде ПК, смартфонов, принтеров и других генераторов трафика и промежуточные узлы, задача которых состоит в том, чтобы доставить в целости и сохранности данные из пункта А в пункт Б, сюда могут входить: коммутаторы, роутеры, межсетевые экраны, хабы, хотя последние здесь упомянуты для истории, на реальных сетях вы уже их скорее всего не встретите (здесь можете более подробно почитать о разнице между хабами, коммутаторами и роутерами).

Физической основной для локальных сетей служат медные линии связи, чаще всего это витая пара, а также направленные Wi-Fi антенны, радиус действия которых достигает как раз примерно одного километра, если эта антенна диапазона 2.4 ГГц, если интересно, то в качестве примера можно привести такого производителя как Ubiquiti c его моделями NanoBeam M2 или PowerBeam M2.

1.21.5 CAN или Campus Area Network (кампусная компьютерная сеть)

Сети типа CAN объединяют несколько локальных сетей в одну. Например, у нас есть институт, у которого есть общежития и есть корпуса. Каждое отдельное общежитие или корпус – это локальная сеть, в которой устройства физически, чаще всего, соединены витой парой, а каждый корпус соединяется уже оптической линией связи. Это как правило, хотя можно встретить и что-нибудь другое, например, антенны диапазона E-Band или Wi-Max антенны.

Важно понимать, что в каждом отдельно взятом кампусе довольно-таки много генераторов и получателей трафика, которые начинают передачу данных тогда, когда им вздумается, поэтому пропускная способность линий между кампуса должна быть значительно выше, чем пропускная способность линии внутри кампуса. Радиус действия Campus Area Network можно обозначить так: от 1 до 5 километров.

1.21.5 MAN или Metropolitan Area Network (компьютерные сети масштаба города)

Как понятно из названия, MAN-сети – это сети в масштабах города. Понятно, что в физической основе таких сетей должно лежать что-то быстрое и позволяющее передавать данные на большие расстояния без потерь, из того, что на слуху в данный момент можно опять же выделить оптические линии связи, а также такую технологию как Wi-Max. Понятно, что построить сеть масштаба города да так, чтобы она удовлетворяла потребности всех участников и была достаточно отказоустойчивой, не каждому по карману, поэтому такие сети обычно строят и управляются специальными компаниями, которые предоставляют нам доступ в Интернет, обычно мы их называем провайдеры.

Провайдеры бывают разного уровня, если говорить про запад, то там можно выделить три уровня провайдеров, в зависимости от масштаба: континентального, национального и регионального масштаба. Кстати сказать, взаимодействие между уровнями и внутри уровней очень прозрачные и понятные. К сожалению, про ситуацию у нас так сказать нельзя.

К MAN сетям также можно отнести городские телевизионные и телефонные сети. Радиус таких сетей достигает 10-15 километров.

1.21.7 WAN или Wide Area Network (глобальные вычислительные сети)

И наконец самые большие сети, которые представлены в нашем списке – это WAN или глобальные сети, за редким исключением, такие сети не принадлежат отдельному лицу или компании. Типичным примером такой сети является Интернет, в который входят сети всех без исключения провайдеров (ну, кроме, Северной Кореи), сервера и сети крупных компаний, услуги которых тесно связаны с Интернет, например, Google, Яндекс, Microsoft или какой-нибудь хостинг провайдер.

Думаю, сетью, отличной от сети Интернет, но принадлежащей одной компании, можно назвать компьютерную сеть РЖД.

1.21.8 Завершая разговор о типах компьютерных сетей

Итак, мы коротко поговорили о типах компьютерных сетей и выделили шесть типов (BAN, PAN, LAN, CAN, MAN, WAN), их можно выделить больше или наоборот – меньше. Но, нам, как сетевым инженерам, пытающимся построить компьютерную сеть на основе оборудования Cisco, будут не интересны сети PAN (Personal Area Network) и сети BAN (Body Area Network), это не тот масштаб, такжу там используются протоколы и службы, которые нас интересует не так сильно. Но, как уже упоминалось выше, сети класса LAN – это тема всего дальнейшего и предыдущего разговора. А самое приятное здесь то, что технологии, используемые в локальных сетях, в той или иной степени будут применимы и в глобальных сетях.

Например, изучая локальную сеть, мы будем говорить про Ethernet, который работает на канальном и физическом уровне, и этот самый Ethernet будет работать у вас дома, если вы соедините два компьютера витой парой, и этот же Ethernet будет работать между двумя коммутаторами провайдера, соединенными оптическим кабелям, порты которых будут иметь пропускную способность, скажем, 10 Гигабит/с. Ладно, на физическом уровне в оптической линии связи Ethernet отличается от витой пары, но суть канального уровня у Ethernet никак не изменится.

Другой пример. У вас дома стоит роутер. Один порт этого роутера смотрит на провайдера, провайдер выдал на этот порт свой IP-адрес, используя протокол DHCP, а ваш роутер в свою очередь выдал IP-адреса вашим компьютерам и телефонам, используя этот же DHCP, это пример использования протоколов IP и DHCP в домашних условиях, но ведь точно такой же протокол IP используется и для взаимодействия на провайдерском уровне, а провайдер использует вместо роутера специальный DHCP-сервер, который работает по тому же принципу, что и ваш домашний роутер, правда вот реализация DHCP протокола на сервере может отличаться от реализации того же DHCP в роутере D-Link DIR-300, из которого будет нещадно выпилен функционал, не используемый в домашних условиях.

В общем и целом, можно сделать следующий вывод: изучив технологии, используемые в LAN-сетях, вы получите хороший фундамент для изучения технологий, которые применяются на более высоких уровнях, в сетях CAN, MAN и WAN.

Компьютерные сети принято классифицировать по типам передачи данных (широковещательные, сети с передачей от узла к узлу) и по размеру (локальные, муниципальные и глобальные сети). Далее эти типы сетей рассматриваются более подробнее.

Классификация компьютерных сетей по типу передачи данных

Если смотреть в общих чертах, существует два типа технологии передачи:

широковещательные сети;
сети с передачей от узла к узлу.

Широковещательные сети

Сети с передачей от узла к узлу

Сети с передачей от узла к узлу, напротив, состоят из большого количества соединенных пар машин. В сети подобного типа пакету, чтобы добраться до пункта назначения, необходимо пройти через ряд промежуточных машин. Часто при этом существует несколько возможных путей от источника до получателя, поэтому алгоритмы вычисления таких путей играют очень важную роль в сетях с передачей от узла к узлу. Обычно (хотя имеются и исключения) небольшие, географически локализованные в одном месте сети используют широковещательную передачу, тогда как в более крупных сетях применяется передача от узла к узлу. В последнем случае имеется один отправитель и один получатель, и такую систему иногда называют однонаправленной передачей.

Классификация компьютерных сетей по размеру

Другим признаком классификации сетей является их размер. На рис. ниже приведена классификация мультипроцессорных систем в зависимости от их размеров. В верхней строке таблицы помещаются персональные сети, то есть сети, предназначенные для одного человека. Примером может служить беспроводная сеть, соединяющая компьютер, мышь, клавиатуру и принтер. Устройство типа PDA, контролирующее работу слухового аппарата или являющееся кардиостимулятором, тоже попадает в эту категорию. Далее в таблице следуют более протяженные сети. Их можно разделить на следующие типы: локальные, муниципальные и глобальные сети. И замыкают таблицу объединения двух и более сетей. Хорошо известным примером такого объединения выступает Интернет. Размеры сетей являются весьма важным классификационным фактором, поскольку в сетях различного размера применяется различная техника.

Классификация многопроцессорных систем по размеру

Локальные сети

Локальными сетями (Local Area Network — LAN) называют частные сети, размещающиеся, как правило, в одном здании или на территории какой-либо организации площадью до нескольких квадратных километров. Их часто используют для объединения компьютеров и рабочих станций в офисах компании или предприятия для предоставления совместного доступа к ресурсам (например, принтерам) и обмена информацией. Локальные сети отличаются от других сетей тремя характеристиками:

размерами,
технологией передачи данных,
топологией.

Локальные сети ограничены в размерах — это означает, что время пересылки пакета ограничено сверху и этот предел заранее известен. Знание этого предела позволяет применять определенные типы разработки, которые были бы невозможны в противоположном случае. Кроме того, это упрощает управление локальной сетью.

Локальная сеть на основе концентратора

Локальная сеть создается для того, чтобы:

функционировать в ограниченной географической области;
обеспечить доступ многих пользователей к передающей среде с широкой полосой пропускания;
обеспечить постоянную доступность удаленных ресурсов, подсоединенных к локальным службам;
обеспечить физическое соединение смежных сетевых устройств.

Типичными технологиями локальных сетей являются следующие:

В локальных сетях часто применяется технология передачи данных, состоящая из единственного кабеля, к которому присоединены все машины. Это подобно тому, как раньше в сельской местности использовались телефонные линии. Обычные локальные сети имеют пропускную способность канала связи от 10 до 100 Мбит/с, невысокую задержку (десятые доли микросекунды) и очень мало ошибок. Наиболее современные локальные сети могут обмениваться информацией на более высоких скоростях, доходящих до 10 Гбит/с.

В широковещательных локальных сетях могут применяться различные топологические структуры. На рис. ниже показаны две из них. В сети с общей шиной (линейный кабель) в каждый момент одна из машин является хозяином шины (master) и имеет право на передачу.

Широковещательные сети: шина (а); кольцо (б)

Все остальные машины должны в этот момент воздержаться от передачи. Если две машины захотят что-нибудь передавать одновременно, то возникнет конфликт, для разрешения которого требуется специальный механизм. Этот механизм может быть централизованным или распределенным. Например, стандарт IEEE 802.3, называемый Ethernet, описывает широковещательную сеть с топологией общей шины с децентрализованным управлением, работающую на скоростях от 10 Мбит/с до 10 Гбит/с. Компьютеры в сети Ethernet могут выполнять передачу в любое время. При столкновении двух или более пакетов каждый компьютер просто ждет в течение случайного интервала времени, после которого снова пытается передать пакет.

Вторым типом широковещательных сетей является кольцо. В кольце каждый бит передается по цепочке, не ожидая остальной части пакета. Обычно каждый бит успевает обойти все кольцо, прежде чем будет передан весь пакет. Как и во всех широковещательных сетях, требуется некая система арбитража для управления доступом к линии. Применяемые для этого методы будут описаны далее в этой книге. Стандарт IEEE 802.5 (маркерное кольцо) описывает популярную кольцевую локальную сеть, работающую на скоростях 4 и 16 Мбит/с. Еще одним примером кольцевой сети является FDDI (оптоволоконная сеть).

В зависимости от способа назначения канала широковещательные сети подразделяются на статические и динамические. При статическом назначении используется циклический алгоритм и все время делится между всеми машинами на равные интервалы, так что машина может передавать данные только в течение выделенного ей интервала времени. При этом емкость канала расходуется неэкономно, так как временной интервал предоставляется машинам независимо от того, есть им что сказать или нет. Поэтому чаще используется динамическое (то есть по требованию) предоставление доступа к каналу.

Методы динамического предоставления доступа к каналу также могут быть централизованными либо децентрализованными. При централизованном методе предоставления доступа к каналу должен существовать арбитр шины, определяющий машину, получающую право на передачу. Арбитр должен принимать решение на основании получаемых запросов и некоего внутреннего алгоритма. При децентрализованном методе каждая машина должна сама решать, передавать ей что-нибудь или нет. Можно подумать, что подобный метод обязательно приводит к беспорядку, однако это не так.

Муниципальные, региональные или городские сети

Муниципальные, региональные или городские сети (metropolitan area network — MAN) объединяют компьютеры в пределах города. Самым распространенным примером муниципальной сети является система кабельного телевидения. Она стала правопреемником обычных антенных телесетей в тех местах, где по тем или иным причинам качество эфира было слишком низким. Общая антенна в этих системах устанавливалась на вершине какого-нибудь холма, и сигнал передавался в дома абонентов.

Вначале стали появляться специализированные, разработанные прямо на объектах сетевые структуры. Затем компании-разработчики занялись продвижением своих систем на рынке, начали заключать договоры с городским правительством и в итоге охватили целые города. Следующим шагом стало создание телевизионных программ и даже целых каналов, предназначенных только для кабельного телевидения. Зачастую они представляли какую-то область интересов. Можно было подписаться на новостной канал, спортивный, посвященный кулинарии, сацу-огороду и т. д. До конца 90-х годов эти системы были предназначены исключительно для телевизионного приема.

Когда Интернет стал привлекать к себе массовую аудиторию, операторы кабельного телевидения поняли, что, внеся небольшие изменения в систему, можно сделать так, чтобы по тем же каналам в неиспользуемой части спектра передавались (причем в обе стороны) цифровые данные. С этого момента кабельное телевидение стало постепенно превращаться в муниципальную компьютерную сеть. В первом приближении систему MAN можно представить себе такой, как она изображена на рис. ниже. На этом рисунке видно, что по одним и тем же линиям передается и телевизионный, и цифровой сигналы. Во входном устройстве они смешиваются и передаются абонентам. Мы еще вернемся к этому вопросу позднее.

Муниципальная сеть на базе кабельного ТВ

Впрочем, муниципальные сети — это не только кабельное телевидение. Недавние разработки, связанные с высокоскоростным беспроводным доступом в Интернет, привели к созданию других MAN, которые описаны в стандарте IEEE 802.16.

MAN-сеть может быть создана с использованием беспроводной мостовой технологии путем передачи сигналов через открытые телекоммуникационные инфраструктуры. Широкая полоса пропускания, предоставляемая доступными в настоящее время оптическими каналами, делает MAN-сети более функциональным и экономически доступным средством, чем раньше. MAN-сети отличаются от LAN- и WAN-сетей следующими функциями:

MAN-сети соединяют друг с другом пользователей, находящихся в географической зоне или области большей, чем область LAN-сети, но меньшей, чем WAN-сети;
MAN-сети соединяют сети города в одну сеть большего размера (которая может также обеспечивать эффективное соединение с WAN-сетью);
MAN-сети также используются для соединения между собой нескольких локальных сетей LAN путем создания мостовых соединений через магистральные линии.

Сеть масштаба города

Глобальные сети

Распределенная сеть (WAN)

Распределенные сети WAN предназначены для выполнения следующих функций:

осуществления связи в больших, географически разделенных областях;
предоставления пользователям возможности коммуникации в реальном времени с другими пользователями;
непрерывного обеспечения доступа к удаленным ресурсам через соединения с локальными службами;
обеспечения службы электронной почты, World Wide Web, передачи файлов и средств электронной коммерции в сети Internet.

Типовые технологии распределенных сетей включают в себя:

соединения через модемы;
цифровую сеть с комплексным обслуживанием (Integrated Services Digital Network — ISDN);
цифровые абонентские каналы (Digital Subscriber Line — DSL);
технологию, основанную на использовании протокола Frame Relay;
линии носителей T-типа (США) и E-типа (Европа) — T1, E1, T3, E3 и т.д.;
синхронную оптическую сеть (Synchronous Optical Network — SONET) — синхронный транспортный сигнал 1-го уровня (STS-1) (оптический носитель
[OC]-1), STS-3 (OC-3) и т.д.

В большинстве глобальных сетей подсеть состоит из двух раздельных компонентов: линий связи и переключающих элементов. Линии связи, также называемые каналами или магистралями, переносят данные от машины к машине. Переключающие элементы являются специализированными компьютерами, используемыми для соединения трех или более линий связи. Когда данные появляются на входной линии, переключающий элемент должен выбрать выходную линию — дальнейший маршрут этих данных. В прошлом для названия этих компьютеров не было стандартной терминологии. Сейчас их называют маршрутизаторами (router).

В модели, показанной на рис. ниже, каждый хост соединен с локальной сетью, в которой присутствует маршрутизатор, хотя в некоторых случаях хост может быть связан с маршрутизатором напрямую. Набор линий связи и маршрутизаторов (но не хостов) образует подсеть.

Связь хостов и подсети в ЛВС

Следует также сделать замечание по поводу термина «подсеть» (subnet). Изначально его единственным значением являлся набор маршрутизаторов и линий связи, используемый для передачи пакета от одного хоста к другому. Однако спустя несколько лет этот термин приобрел второй смысл, связанный с адресацией в сети. Таким образом, имеется некая двусмысленность, связанная с термином «подсеть». К сожалению, этому термину в его изначальном смысле нет никакой альтернативы, поэтому нам придется использовать его в обоих смыслах. По контексту всегда будет ясно, что имеется в виду.

Большинство глобальных сетей содержат большое количество кабелей или телефонных линий, соединяющих пару маршрутизаторов. Если какие-либо два маршрутизатора не связаны линией связи напрямую, то они должны общаться при помощи других маршрутизаторов. Когда пакет посылается от одного маршрутизатора другому через несколько промежуточных маршрутизаторов, он получается каждым промежуточным маршрутизатором целиком, хранится на нем, пока требуемая линия связи не освободится, а затем пересылается дальше. Подсеть, работающая по такому принципу, называется подсетью с промежуточным хранением (store-and-forward) или подсетью с коммутацией пакетов (packet-switched). Почти у всех глобальных сетей (кроме использующих спутники связи) есть подсети с промежуточным хранением. Небольшие пакеты фиксированного размера часто называют ячейками (cell).

Маршрутизация пакетов в глобальной компьютерной сети

Не все глобальные сети используют коммутацию пакетов. Второй возможностью соединить маршрутизаторы глобальной сети является радиосвязь с использованием спутников. Каждый маршрутизатор снабжается антенной, при помощи которой он может принимать и посылать сигнал. Все маршрутизаторы могут принимать сигналы со спутника, а в некоторых случаях они могут также слышать передачи соседних маршрутизаторов, передающих данные на спутник. Иногда все маршрутизаторы соединяются обычной двухточечной подсетью, и только некоторые из них снабжаются спутниковой антенной. Спутниковые сети являются широковещательными и наиболее полезны там, где требуется широковещание.

Читайте также: