Лекция: Билет 14Вопрос 1

Совокупность компьютерных устройств, обладающих возможностью информационного сообщения друг с другом, принято называть компьютерной сетью. В большинстве случаев различают два типа компьютерных сетей: локальные (LAN – Local Area Network) и глобальные (WAN – Wide-Area Network). В некоторых вариантах классификации рассматривают ряд дополнительных типов: городские, региональные и т.п., однако все эти типы (по своей сути) в большинстве случаев являются вариантами глобальных сетей различного масштаба. Наиболее распространён вариант классификации сетей на локальные и глобальные по географическому признаку. Т.е. под локальной вычислительной сетью в этом случае понимается совокупность конечного числа компьютеров, расположенных на ограниченной территории (в пределах одного здания или соседних зданий), связанных информационными каналами, обладающими высокой скоростью и достоверностью передачи данных и предназначенных для решения комплекса взаимосвязанных задач.

Обмен информацией производится по каналам передачи информации. Каналы передачи информации могут использовать различные физические принципы. Так, при непосредственном общении людей информация передается с помощью звуковых волн, а при разговоре по телефону — с помощью электрических сигналов, которые распространяются по линиям связи. Компьютеры могут обмениваться информацией с использованием каналов связи различной физической природы: кабельных, оптоволоконных, радиоканалов и др.

Общая схема передачи информации включает в себя отправителя информации, канал передачи информации и получателя информации. Если производится двусторонний обмен информацией, то отправитель и получатель информации могут меняться ролями.

Основной характеристикой каналов передачи информации является их пропускная способность (скорость передачи информации). Пропускная способность канала равна количеству информации, которое может передаваться по нему в единицу времени.

Обычно пропускная способность измеряется в битах в секунду (бит/с) и кратных единицах Кбит/с и Мбит/с. Однако иногда в качестве единицы измерения используется байт в секунду (байт/с) и кратные ему единицы Кбайт/с и Мбайт/с.

Создание компьютерных сетей вызвано практической потребностью совместного использования информации пользователями, работающими на удаленных друг от друга компьютерах. Сети предоставляют пользователям возможность не только быстрого обмена информацией, но и совместного использования принтеров и других периферийных устройств и даже одновременной работы с документами.

Локальная сеть объединяет компьютеры, установленные в одном помещении, или в одном здании.

В небольших локальных сетях все компьютеры обычно равноправны, то есть пользователи самостоятельно решают, какие ресурсы своего компьютера (диски, каталоги, файлы) сделать общедоступными по сети. Такие сети называются одноранговыми.

Если к локальной сети подключено более 10 компьютеров, одноранговая сеть может оказаться недостаточно производительной. Для увеличения производительности, а также в целях обеспечения большей надежности при хранении информации в сети некоторые компьютеры специально выделяются для хранения файлов и программных приложений. Такие компьютеры называются серверами, а локальная сеть — сетью на основе сервера.

Каждый компьютер, под­ключенный к локальной сети, должен иметь специальную плату (сетевой адаптер).

Основной функцией сетевого адаптера является передача и прием информации из сети. В настоящее время наиболее часто используются сетевые адаптеры типа EtherNet, которые могут объединять в сеть компьютеры различных аппаратных и программных платформ (IBM-совместимые, Macintosh, Unix-компьютеры).

Соединение компьютеров (сетевых адаптеров) между собой производится с помощью кабелей различных типов (коаксиального, витой пары, оптоволоконного). Для подключения к локальной сети портативных компьютеров часто используется беспроводное подключение, при котором передача данных осуществляется с помощью электромагнитных волн.

Важнейшей характеристикой локальных сетей, которая определяется типом используемых сетевых адаптеров и кабелей, является скорость передачи информации по сети. Скорость передачи информации по локальной сети обычно находится в диапазоне от 10 до 100 Мбит/с.

Общая схема соединения компьютеров в локальной сети называется топологией сети. Топологии сети могут быть различными.

Вариант соединения компьютеров между собой, когда кабель проходит от одного компьютера к другому, последовательно соединяя компьютеры и периферийные устройства между собой, называется линейной шиной.

Если к каждому компьютеру подходит отдельный кабель из одного центрального узла, то реализуется локальная сеть типа «звезда».

Обычно при такой схеме соединения центральным узлом является более мощный компьютер.

Преимущество локальной сети типа «звезда» перед локальной сетью типа «линейная шина» состоит в том, что при выходе из строя сетевого кабеля у одного компьютера локальная сеть в целом продолжает нормально функционировать.

Локальные сети обычно объединяют несколько десятков компьютеров, размещенных в одном здании, однако они не позволяют обеспечить совместный доступ к информации пользователям, находящимся, например, в различных частях города. На помощь приходят региональные сети, объединяющие компьютеры в пределах одного региона (города, страны, континента).

Многие организации, заинтересованные в защите информации от несанкционированного доступа (например, военные, банковские и пр.), создают собственные, так называемые корпоративные сети. Корпоративная сеть может объединять тысячи и десятки тысяч компьютеров, размещенных в различных странах и городах (в качестве примера можно привести сеть корпорации Microsoft — Microsoft Network (MSN)).

Потребности формирования единого мирового информационного пространства привели к созданию глобальной компьютерной сети Internet. В настоящее время на более чем 150 миллионах компьютеров, подключенных к Internet, хранится громадный объем информации (сотни миллионов файлов, документов и так далее). Глобальная сеть Internet привлекает пользователей своими информационными ресурсами и сервисами (услугами), которыми пользуется около миллиарда человек во всех странах мира.

В каждой такой локальной или корпоративной сети обычно имеется, по крайней мере, один компьютер, который имеет постоянное подключение к Internet с помощью линии связи с высокой пропускной способностью (сервер Internet). В качестве таких «магистральных» линий связи обычно используются оптоволоконные линии с пропускной способностью до 20 Гбит/с и более.

Надежность функционирования глобальной сети обеспечивает большое количество линий связи между региональными сегментами сети. Например, российский региональный сегмент Internet имеет несколько магистральных линий связи, соединяющих его с североамериканским, европейским и японским сегментами.

Основу, «каркас» Internet составляют более 150 миллионов серверов, постоянно подключенных к сети, из которых в России насчитывается около 400 тысяч (на начало 2002 г.).

К серверам Internet могут подключаться с помощью локальных сетей или коммутируемых телефонных линий сотни миллионов пользователей Internet.

Особенностью глобальных сетей является большая протяженность линий связи, объединяющих локальные сети. Причем такие соединения являются соединениями типа «точка-точка», когда сетевой кабель исполь­зуется для передачи информации только между двумя компьютерами (или другим сетевым оборудованием), соединенным этим кабелем. Существуют следующие типы каналов, используемых для соединения локальных сетей (или отдельного пользователя с локальной сетью):

· выделенная линия;

· коммутируемая линия.

При соединении по выделенной линии, связь между двумя сетевыми устройствами существует постоянно. В любой момент времени удаленный маршрутизатор (мост) может направлять пакеты в выделенный канал, не заботясь об установлении соединения. Использование выделенной линии для соединения локальных сетей — дорогостоящее решение, т.к. приходится платить за аренду линии, вне зависимости от ее фактичес­кого использования. Поэтому данный вариант оправдан, только если между сетями циркулируют большие объемы данных. Если же трафик невелик, то выгоднее использовать коммутируемую линию.

В коммутируемой линии связь с другим сетевым устройством (возможно с несколькими) устанавли­вается только при необходимости. При этом пользователь платит только за фактическое время соединения, однако на установление самого соединения тратится время, а также возможны отказы в установлении соеди­нения по причине занятости линии. Частным случаем коммутируемой линии является соединение домашне­го пользователя с провайдером Internet по телефонной линии, с использованием модема.

Существуют различные типы выделенных и коммутируемых линий: аналоговые телефонные линии, цифровые линии PDH (с интерфейсами Tl/El, T2/E2, ТЗ/ЕЗ), цифровые линии SONET/SDH, цифровые линии ISDN (более точно: сети ISDN), асимметричные цифровые абонентские линии ADSL.

Имея выделенный или коммутируемый канал, можно напрямую объединить между собой несколько локаль­ных сетей при помощи удаленных маршрутизаторов или мостов. В самом простом варианте это будет реализовано при помощи компьютера-шлюза, на котором настроен интерфейс вызова по требованию: пакеты циркулируют в рамках локальной сети, а если на шлюз попадает пакет, направляющийся в другую локальную сеть, то модем компьютера-шлюза сам позвонит на другой компьютер-шлюз (телефонный номер выбирается в зависимости от адреса назначения пакета), а после передачи пакета разорвет соединение.

Однако такая схема не всегда экономически оправдана. Предположим, что одна локальная сеть находится в РФ, а вторая в США. Даже при небольшом трафике между сетями международные разговоры обойдутся очень дорого. Поэтому будет разумнее для соединения локальных сетей воспользоваться услу­гами уже существующих глобальных сетей, например Internet. Такая возможность предоставляется, уже рассматривавшейся ранее, технологией виртуальных частных сетей (VPN — Virtual Private Network), которая благодаря шифрованию позволяет организовать безопасное соединение двух ЛВС через Internet. Однако сеть Internet для этих целей стала использоваться сравнительно недавно, да и отнюдь не является самым быстрым, надежным и безопасным вариантом. Существует большое количество других глобальных сетей с коммутацией пакетов, позволяющих решать эти задачи. К глобальным сетям с коммутацией пакетов отно­сятся сети Х.25, Frame Relay, ATM и TCP/IP (Internet).

Сети Х.25, Frame Relay и ATM состоят из коммутаторов (которые отличаются от коммутаторов локальных сетей), объединенных между собой связями «точка-точка» и работающими с установлением виртуального канала между абонентами сети. Под виртуальным каналом понимается нумерованное соединение между двумя абонентами, в котором данные передаются не на основании таблиц маршрути­зации коммутаторов, а на основании номера виртуального канала. Точнее говоря, маршрутизация пакетов между коммутаторами сети на основании таблиц маршрутизации происходит только один раз — при создании виртуального канала. После создания виртуального канала передача пакетов коммутаторами происходит на основании номера или идентификатора виртуального канала (Virtual Channel Identifier, VCI).