Успешно изучив материал, Вы будете знать:

• основные понятия, относящиеся к компьютерным сетям;

• характеристики компьютерных сетей;

• классификацию компьютерных сетей;

• топологию компьютерных сетей.

После изучения данной темы Вы будете уметь:

• различать компьютерные сети по различным организационным моментам (масштаб, способ управления, метод передачи данных и т.д.);

• отличать топологии компьютерных сетей.

После изучения материала Вы будете обладать навыками:

• классификации компьютерных сетей;

• работы с компьютерными сетями на уровне квалифицированного пользователя.

Протокол

Компьютерная сеть

Открытая система

Физический уровень

Канальный уровень

Сетевой уровень

Транспортный уровень

Сеансовый уровень

Представительный уровень

Прикладной уровень

Локальная компьютерная сеть

Глобальная компьютерная сеть

Региональная компьютерная сеть

Корпоративная компьютерная сеть

С появлением компьютерных сетей удалось разрешить две очень важные проблемы:

1) обеспечение практически неограниченного доступа к компьютерам пользователей независимо от их территориального расположения;

2) возможность оперативного перемещения больших объемов информации на любые расстояния, позволяющая своевременно получать данные для принятия пользователем тех или иных решений.

Компьютерная сеть (КС) (рис. 13.1) — это объединение некоторого числа компьютеров и специального оборудования (сетевого оборудования) с помощью каналов передачи данных (каналов связи).

Одной из основных проблем при создании компьютерных сетей была проблема совместимости соединяемых друг с другом компьютеров (они могут быть различной конфигурации), сетевого оборудования. Для решения этой задачи Международной организацией по стандартизации (ISO — International Standards Organization) был создан специальный сетевой стандарт, который позволял передавать программы и информацию пользователей от одного компьютера к другому без искажений и ошибок. В основе разработанного стандарта лежала система стандартных протоколов, получившая название модели взаимодействия открытых систем — OSI (Open System Interconnection). Часто эту модель также называют эталонной семиуровневой логической моделью открытых систем (рис. 13.2)

Протокол — это набор правил и методов, который:

• охватывает основные процедуры, алгоритмы и форматы взаимодействия составных частей КС;

• обеспечивает корректность согласования, преобразования и передачи данных в сети.

Открытая система — это система, которая открыта для взаимодействия с другими системами в соответствии с принятыми стандартами.

В соответствии с эталонной семиуровневой логической моделью открытых систем каждая компьютерная система представляется прикладными процессами и процессами взаимодействия компьютеров, периферийного оборудования, средств связи и программного обеспечения.

Прикладной процесс — это различные процедуры ввода, хранения, обработки и выдачи информации, выполняемые в интересах пользователей и описываемые прикладными программами.

Функции и процедуры, выполняемые в рамках одного функционального уровня, составляют соответствующий уровневый протокол. Нумерация уровневых протоколов идет снизу вверх, а их названия указаны на рис. 13.2. Функциональные уровни взаимодействуют на строго иерархической основе: каждый уровень пользуется услугами нижнего уровня и в свою очередь обслуживает уровень, расположенный выше. Стандартизация распространяется на протоколы связи одноименных уровней взаимодействующего компьютерного и сетевого оборудования.

Функциональные уровни рассматриваются как составные независимые части процессов взаимодействия компьютеров и сетевого оборудования. Основные функции, реализуемые в рамках уровневых протоколов, состоят в следующем.

Физический уровень — непосредственно связан с каналом передачи данных, обеспечивает физический путь для электрических сигналов, несущих информацию. На этом уровне осуществляется установление, поддержка и расторжение соединения с физическим каналом, определение электрических и функциональных параметров взаимодействия компьютеров с коммуникационной подсетью.

Канальный уровень — определяет правила совместного использования физического уровня узлами связи. Главные его функции: управление передачей данных по информационному каналу и управление доступом к передающей среде, т.е. реализация выбранного метода доступа к общесетевым ресурсам.

Сетевой уровень — предназначен для реализации функции буферизации и маршрутизации, т.е. прокладывается путь между отправителем информации и адресатом через всю сеть. Два пользователя, соединенные логическим каналом, работают так, будто физический канал находится только в их распоряжении.

Транспортный уровень — занимает центральное место в иерархии уровней сети. Он обеспечивает связь между коммуникационной подсетью и верхними тремя уровнями, отделяет пользователя от физических и функциональных аспектов сети. Главная его задача — управление трафиком (данными пользователя) в сети. При этом выполняются такие функции, как деление длинных сообщений, поступающих от верхних уровней, на пакеты данных (при передаче информации) и формирование первоначальных сообщений из набора пакетов, полученных через канальный и сетевой уровни, исключая их потери или смещение (при приеме информации).

Сеансовый уровень — предназначен для организации и управления сеансами взаимодействия прикладных процессов пользователей (сеанс создается по запросу процесса пользователя, переданному через прикладной и представительный уровни). Основные функции: управление очередностью передачи данных и их приоритетом, синхронизация отдельных событий, выбор формы диалога пользователей (полудуплексная, дуплексная передача).

Представительный уровень (уровень представления данных) — включает преобразование информации в тот вид, который требуют прикладные процессы пользователей (например, прием данных в коде ASCII и выдача их на экран дисплея в виде страницы текста с заданным числом и длиной строк). Представительный уровень включает синтаксис данных. Выше этого уровня поля данных имеют явную смысловую форму, а ниже его поля рассматриваются как передаточный груз, и их смысловое значение не влияет на обработку.

Прикладной уровень — включает поддержку прикладного процесса пользователя и имеет дело с семантикой данных. Он является границей между процессами сети и прикладными (пользовательскими) процессами. На этом уровне выполняются вычислительные, информационно-поисковые и справочные работы, осуществляется логическое преобразование данных пользователя.

В основу классификации КС положены наиболее характерные функциональные, информационные и структурные признаки.

1. По степени территориальной рассредоточенности элементов сети (абонентских систем, узлов связи) различают глобальные, региональные и локальные компьютерные сети.

   Глобальная компьютерная сеть (ГКС) объединяет абонентские системы, рассредоточенные на большой территории, охватывающей различные страны и континенты. ГКС решают проблему объединения информационных ресурсов всего человечества и организации доступа к ним. Взаимодействие компонентов компьютерной сети осуществляется на базе различных территориальных сетей связи, в которых используются телефонные линии связи, радиосвязь, системы спутниковой связи.

   Региональная компьютерная сеть (РКС) объединяет абонентские системы, расположенные друг от друга на значительном расстоянии: в пределах отдельной страны, региона, большого города.

   Локальная компьютерная сеть (ЛКС) связывает абонентские системы, расположенные в пределах небольшой территории. К классу ЛКС относятся сети предприятий, фирм, банков, офисов, учебных заведений и т.д. Протяженность ЛКС ограничивается несколькими километрами.

   Отдельный класс составляют корпоративные компьютерные сети (ККС). Корпоративная сеть является технической базой корпорации. Ей принадлежит ведущая роль в реализации задач планирования, организации и осуществления производственно-хозяйственной деятельности корпорации.

   Объединение локальных, региональных, корпоративных и глобальных сетей позволяет создавать сложные многосетевые иерархии.

2. По способу управления КС делятся на сети с централизованным (в сети имеется один или несколько управляющих органов), децентрализованным (каждый компонент компьютерной сети имеет средства для управления сетью) и смешанным управлением, в которых в определенном сочетании реализованы принципы централизованного и децентрализованного управления (например, под централизованным управлением решаются только задачи с высшим приоритетом, связанные с обработкой больших объемов информации).

3. По организации передачи информации КС делятся на сети с селекцией информации и с маршрутизацией информации. В сетях с селекцией информации, строящихся на основе моноканала, взаимодействие компонентов компьютерной сети производится выбором (селекцией) адресованных им блоков данных (кадров): всем компонентам компьютерной сети доступны все передаваемые в сети кадры, но копию кадра снимают только те компоненты компьютерной сети, кому они предназначены. В сетях с маршрутизацией информации для передачи кадров от отправителя к получателю могут использоваться несколько маршрутов. Поэтому с помощью коммуникационных систем сети решается задача выбора оптимального (например, кратчайшего по времени доставки кадра адресату) маршрута.

4. По типу организации передачи данных сети с маршрутизацией информации делятся на сети с коммутацией цепей (каналов), коммутацией сообщений и коммутацией пакетов. В эксплуатации находятся сети, в которых используются смешанные системы передачи данных.

5. По топологии, т.е. конфигурации элементов в КС, сети могут делиться на два класса: широковещательные и последовательные. Широковещательные конфигурации и значительная часть последовательных конфигураций («кольцо», «звезда с интеллектуальным центром», иерархическая) характерны для локальных компьютерных сетей. Для глобальных и региональных сетей наиболее распространенной является произвольная (ячеистая) топология. Нашли применение также иерархическая конфигурация и «звезда».

   В широковещательных конфигурациях в любой момент времени на передачу кадра может работать только одна рабочая станция (абонентная система). Остальные рабочие станции (РС) сети могут принимать этот кадр, т.е. такие конфигурации характерны для ЛКС с селекцией информации.

   Основные типы широковещательной конфигурации — «общая шина», «дерево», «звезда с пассивным центром» (рис. 13.3). Главные достоинства ЛКС с общей шиной — простота расширения сети, простота используемых методов управления, минимальный расход кабеля.

ЛКС с топологией типа «дерево» — это более развитый вариант сети с шинной топологией. «Дерево» образуется путем соединения нескольких шин активными повторителями или пассивными размножителями («хабами»), каждая ветвь дерева представляет собой сегмент. Отказ одного сегмента не приводит к выходу из строя остальных.

В ЛКС с топологией типа «звезда» в центре находится пассивный соединитель или активный повторитель — достаточно простые и надежные устройства. Для защиты от нарушений в кабеле используется центральное реле, которое отключает вышедшие из строя кабельные лучи.

В последовательных конфигурациях, характерных для сетей с маршрутизацией информации, передача данных осуществляется последовательно от одной РС к соседней, причем на различных участках сети могут использоваться разные виды физической передающей среды. К передатчикам и приемникам здесь предъявляются более низкие требования, чем в широковещательных конфигурациях. К последовательным конфигурациям относятся произвольная (ячеистая), иерархическая, «кольцо», «цепочка», «звезда» с интеллектуальным центром. В ЛКС наибольшее распространение получили общая шина, «кольцо» и «звезда», а также смешанные конфигурации — звездно-кольцевая, звездно-шинная.

В ЛКС с кольцевой топологией сигналы передаются только в одном направлении, обычно против часовой стрелки. Каждая РС имеет память объемом до целого кадра.

При перемещении кадра по кольцу каждая РС принимает кадр, анализирует его адресное поле, снимает копию кадра, если он адресован данной РС, ретранслирует кадр. Естественно, что все это замедляет передачу данных в кольце, причем длительность задержки определяется числом РС. Удаление кадра из кольца производится обычно станцией-отправителем. В этом случае кадр совершает по кольцу полный круг и возвращается к станции-отправителю, которая воспринимает его как квитанцию-подтверждение получения кадра адресатом. Удаление кадра из кольца может осуществляться и станцией-получателем, тогда кадр не совершает полного круга, а станция-отправитель не получает квитанции-подтверждения.

Кольцевая структура обеспечивает довольно широкие функциональные возможности ЛКС при высокой эффективности использования моноканала, низкой стоимости, простоте методов управления, возможности контроля работоспособности моноканала.

В широковещательных и большинстве последовательных конфигураций (за исключением «кольца») каждый сегмент кабеля должен обеспечивать передачу сигналов в обоих направлениях, что достигается: в полудуплексных сетях связи — использованием одного кабеля для поочередной передачи в двух направлениях; в дуплексных сетях — с помощью двух однонаправленных кабелей; в широкополосных системах — применением различной несущей частоты для одновременной передачи сигналов в двух направлениях.

Глобальные и региональные сети, как и локальные, в принципе могут быть однородными (гомогенными), в которых применяются программно-совместимые технические средства, и неоднородными (гетерогенными), включающими программно-несовместимые технические средства. Однако, учитывая протяженность ГКС и РКС и большое количество используемых в них технических средствах, такие сети чаще бывают неоднородными.

1. Компьютерная сеть — это объединение некоторого числа компьютеров и специального оборудования (сетевого оборудования) с помощью каналов передачи данных (каналов связи).

2. Для совместимости объединенных в сеть компьютеров с разной конфигурацией был создан специальный сетевой стандарт, который позволял передавать программы и информацию пользователей от одного компьютера к другому без искажений и ошибок. В основе разработанного стандарта лежала система стандартных протоколов, получившая название модели взаимодействия открытых систем — OSI (Oрen System Interconnection). Часто эту модель также называют эталонной семиуровневой логической моделью открытых систем.

3. Протокол — это набор правил и методов, который:

   • охватывает основные процедуры, алгоритмы и форматы взаимодействия составных частей компьютерной сети;

   • обеспечивает корректность согласования, преобразования и передачи данных в сети.

4. Открытая система — это система, которая открыта для взаимодействия с другими системами в соответствии с принятыми стандартами.

5. Функциональные уровни рассматриваются как составные независимые части процессов взаимодействия компьютеров и сетевого оборудования. Основные функции, реализуемые в рамках уровневых протоколов, состоят в следующем.

   • физический уровень — непосредственно связан с каналом передачи данных, обеспечивает физический путь для электрических сигналов, несущих информацию. На этом уровне осуществляется установление, поддержка и расторжение соединения с физическим каналом, определение электрических и функциональных параметров взаимодействия компьютеров с коммуникационной подсетью;

   • канальный уровень — определяет правила совместного использования физического уровня узлами связи. Главные его функции: управление передачей данных по информационному каналу и управление доступом к передающей среде, т.е. реализация выбранного метода доступа к общесетевым ресурсам;

   • сетевой уровень — предназначен для реализации функции буферизации и маршрутизации, т.е. прокладывается путь между отправителем информации и адресатом через всю сеть. Два пользователя, соединенные логическим каналом, работают так, будто физический канал находится только в их распоряжении;

   • транспортный уровень — занимает центральное место в иерархии уровней сети. Он обеспечивает связь между коммуникационной подсетью и верхними тремя уровнями, отделяет пользователя от физических и функциональных аспектов сети. Главная его задача — управление трафиком (данными пользователя) в сети. При этом выполняются такие функции, как деление длинных сообщений, поступающих от верхних уровней, на пакеты данных (при передаче информации) и формирование первоначальных сообщений из набора пакетов, полученных через канальный и сетевой уровни, исключая их потери или смещение (при приеме информации);

   • сеансовый уровень — предназначен для организации и управления сеансами взаимодействия прикладных процессов пользователей (сеанс создается по запросу процесса пользователя, переданному через прикладной и представительный уровни). Основные функции: управление очередностью передачи данных и их приоритетом, синхронизация отдельных событий, выбор формы диалога пользователей (полудуплексная, дуплексная передача);

   • представительный уровень (уровень представления данных) — включает преобразование информации в тот вид, который требуют прикладные процессы пользователей (например, прием данных в коде ASCII и выдача их на экран дисплея в виде страницы текста с заданным числом и длиной строк). Представительный уровень включает синтаксис данных. Выше этого уровня поля данных имеют явную смысловую форму, а ниже его поля рассматриваются как передаточный груз, и их смысловое значение не влияет на обработку;

   • прикладной уровень — включает поддержку прикладного процесса пользователя и имеет дело с семантикой данных. Он является границей между процессами сети и прикладными (пользовательскими) процессами. На этом уровне выполняются вычислительные, информационно-поисковые и справочные работы, осуществляется логическое преобразование данных пользователя.

6. В основу классификации компьютерных сетей (КС) положены наиболее характерные функциональные, информационные и структурные признаки.

   • по степени территориальной рассредоточенности элементов сети (локальные, региональные и глобальные);

   • по способу управления (централизованные и децентрализованные);

   • по организации передачи информации (с селекцией информации, с маршрутизацией информации);

   • по типу организации передачи данных (с коммутацией цепей (каналов), с коммутацией сообщений и с коммутацией пакетов. с коммутацией цепей (каналов), с коммутацией сообщений и с коммутацией пакетов);

   • по топологии (широковещательные и последовательные).

1. 1. Алехина Г.В., Годин И.М., Пронкин П.Г. Основы информатики: учеб. пособие — М.: МФПА., 2009.

Выполните задания к теме 13 в тетради-практикуме.