Информатика / Computer science

Топологии

Под топологией компьютерной сети обычно понимают физическое расположение компьютеров сети относительно друг друга и способ соединения их линиями.  Топология определяет требования к оборудованию, тип используемого кабеля, методы управления обменом, надежность работы, возможность расширения сети. Существует три основных вида топологии сети: шина, звезда и кольцо.

1) Шина (bus), топология при которой все компьютеры параллельно подключаются к одной линии связи, и информация от каждого компьютера одновременно передается ко всем остальным компьютерам. Согласно этой топологии создается одноранговая сеть. При таком соединении компьютеры могут передавать информацию только по очереди, так как линия связи единственная.  Скорость передачи данных не превышает 10 Мбит/cек.

В качестве среды передачи данных, в топологии типа «шина» используют коаксиальный кабель. При этом на концах кабеля обязательно должны устанавливаться терминаторы для предотвращения внутренних отражений сигнала, причем один из терминаторов должен быть заземлен. В настоящее время считается, что коаксиальный кабель устарел, в большинстве случаев его вполне может заменить витая пара или оптоволоконный кабель.

Достоинства:

• простота добавления новых узлов в сеть (это возможно даже во время работы сети);

• сеть продолжает функционировать, даже если отдельные компьютеры вышли из строя;

• недорогое сетевое оборудование за счет широкого распространения такой топологии.

Недостатки:

• сложность сетевого оборудования;

• сложность диагностики неисправности сетевого оборудования из-за того, что все адаптеры включены параллельно;

• обрыв кабеля влечет за собой выход из строя всей сети;

• ограничение на максимальную длину: сигналы при передаче ослабляются и никак не восстанавливаются.

2) Кольцо (ring), топология при котором каждый компьютер передает информацию всегда только одному компьютеру, следующему в цепочке, а получает информацию только от предыдущего в цепочке компьютера, и эта цепочка замкнута. Особенностью кольца является то, что каждый компьютер восстанавливает приходящий к нему сигнал, поэтому затухание сигнала во всем кольце не имеет никакого значения, важно только затухание между соседними компьютерами.

Достоинства:

• легко подключить новые узлы, хотя для этого нужно приостановить работу сети;

• большое количество узлов, которое можно подключить к сети (более 1000);

• высокая устойчивость к перегрузкам.

Недостатки:

• выход из строя хотя бы одного компьютера нарушает работу сети;

• обрыв кабеля хотя бы в одном месте нарушает работу сети.

В качестве среды для передачи в топологиях "кольцо" и "звезда" используется "витая" пара (UTP кабель) или оптоволоконный кабель. Витая  пара представляет собой одну или несколько пар изолированных проводников скрученных между собой и покрытых пластиковой оболочкой. Так же каждая витая пара имеет свою расцветку.

Кабель «витая пара» завершается на обоих концах коннекторами RJ-45.

UTP кабель позволяет передавать информацию со скоростью до100 Мбит/с, максимальная длина кабеля не может превышать 100 м. Минимальная длина кабеля - 1м. Порядок размещения жил (обжим) кабеля в разъеме RJ-45 для сети 100/1000 для кабеля UTP Cat5E:

1 - бело-оранжевый,

2 - оранжевый,

3 - бело-зеленый,

4 - синий,

5 - бело-синий,

6 - зеленый,

7 - бело-коричневый,

8 - коричневый

При этом обжим одинаковый для скоростей 100 Мбит/с и 1000 Мбит/с. Для 1000 Мбит/с, требуются все 8 жил, а для 100 Мбит достаточно 4 жил (1,2,3 и 6).  В качестве кабелей могут выступать два варианта обжима кабеля - "прямой" для связи ПК с коммутатором (роутером), "обратный" для связи ПК-ПК (ПК-прибор). Также "кросс" кабель ранее использовался для связи двух коммутаторов (устаревшее).

Достоинства:

• выход из строя периферийного компьютера никак не отражается на функционировании оставшейся части сети;

• простота используемого сетевого оборудования;

• все точки подключения собраны в одном месте, что позволяет легко контролировать работу сети, локализовать неисправности сети путем отключения от центра тех или иных периферийных устройств;

• не происходит затухания сигналов.

Недостатки:

• выход из строя центрального компьютера делает сеть полностью неработоспособной;

• жесткое ограничение количества периферийных компьютеров;

• значительный расход кабеля.

Локальные и глобальные сети. Виртуальные частные сети Intranet.

По территориальному признаку сети делят на локальные и глобальные. 

LAN (Local Area Network) - локальная (вычислительная) сеть из группы компьютеров и/или других устройств, размещенных на относительно небольшом расстоянии и соединённых между собой специализированными кабелями с целью обмена данными и использования общих ресурсов, таких, как принтеры, доступ в Интернет и др. Из существующих технологий построения локальный сетей наиболее распространена технология Ethernet с использованием витой пары по стандартным топологиям звезда (общая шина), кольцо или дерево. При этом несколько локальных сетей можно через шлюзы объединить с другими локальными сетями, а также с глобальной сетью Интернет.

Каждый компьютер, который функционирует в локальной сети, должен иметь сетевой адаптер(сетевую карту). Функцией сетевого адаптера является передача и прием сигналов, распространяемых по кабелям связи.

WAN (WAN, Wide Area Network) - глобальные сети объединяют абонентов, расположенных друг от друга на значительных расстояниях: в разных районах города, в разных городах, странах, на разных континентах (например, сеть Интернет).    Взаимодействие между абонентами такой сети может осуществляться на базе телефонных линий связи, радиосвязи и систем спутниковой связи. Глобальные компьютерные сети позволят решить проблему объединения информационных ресурсов всего человечества и организации доступа к этим ресурсам. 

Каждый компьютер в глобальной сети имеет уникальный идентификатор, что позволяет "проложить к нему маршрут" для доставки информации. Обычно в глобальной сети используется клиент - серверная технология.

Сервер - главный компьютер сети, который предоставляет доступ к общей базе данных, обеспечивает совместное использование устройств ввода-вывода и взаимодействия пользователей.

Клиент - компьютер сети, который только использует сетевые ресурсы, но сам свои ресурсы в сеть не отдает (часто его еще называют рабочей станцией).

q

Существуют следующие виды серверов:

• Сервер печати — присоединение принтера к сети через специализированный узел обработки заданий на печать;
• Сервер Базы Данных — совместно используемая База Данных;
• Файл-сервер — хранилище данных;
• Коммуникационный сервер — управляет доступом к удалённым ресурсам, обеспечивает канал связи с WAN;
• Сервер приложений — выполняются специальные вычислительные задания (обработка графики);
• Веб-сервер — Обеспечивает доступ к веб-страницам.

Клиент - серверная технология объединяет компьютеры, с помощью определенных правил.  Такие правила называются протоколом. Протокол обмена - это набор правил (соглашение, стандарт), определяющий принципы обмена данными между различными компьютерами в сети. Протоколы условно делятся на базовые (более низкого уровня), отвечающие за передачу информации любого типа, и прикладные (более высокого уровня), отвечающие за функционирование специализированных служб.

Любой канал связи имеет ограниченную пропускную способность, это число ограничивается свойствами аппаратуры и самой линии (кабеля). Объём переданной информации I вычисляется по формуле:

I  = q*t, где q- пропускная способность канала (бит/с), t-время передачи (сек)

Глобальные сети, создаваемые крупными корпорациями для собственных нужд и доступные исключительно для пользователей данной организации называются частными виртуальными сетями (Intranet). Примером  связи  локальных и  глобальных  сетей  является  виртуальная  частная  сеть. (VPN) – это сеть организации, получающаяся  в  результате  объединения     двух или  нескольких территориально разделенных ЛВС  с  помощью  общедоступных каналов  глобальных  сетей,  например  через Интернет.

Преимущества организации сети:

• Совместное использование устройств, например, принтер, позволяет сохранить денежные расходы.
• Файлы могут быть легко совместно распределены между пользователями.
• Сеть пользователей может соединяться с помощью email и мгновенных сообщений.
• Хорошая защита – пользователи не могут видеть файлы других пользователей, в отличии от автономных машин.
• Легко происходит резервирование данных и хранение их на файловом сервере.

Недостатки организации сети:

• Покупка сетевого кабеля и файловых серверов может быть дорогой.
• Управление большой сетью сложное, требует обучению и обычно нуждается в сетевом администраторе.
• Если файловый сервер выйдет из строя, файлы на файловом сервере станут недоступными. Электронная почта все еще может работать, если это отдельный сервер. Компьютеры все еще могут быть использованы, но они изолированы. Вирусы могут распространяться на другие компьютеры, через компьютерную сеть.
• Опасность взлома, особенно в глобальной сети (WAN). Процедуры защиты нужны, чтобы предотвратить такие злоумышленные ситуации, например, firewall (сетевой экран).

Взаимодействие двух и более компьютеров осуществляется с использованием основных компонентов сети.