Топология сети. Локальные вычислительные сети

 Начальные сведения о вычислительных сетях

Классификация вычислительных сетей

Ранние компьютерные сети состояли из машин, соединяемых только для передачи файлов. Сегодня взаимодействие между компьютерами имеет более широкое применение. Так, в условиях вычислительной сети предусмотрены возможности:

• организации параллельной обработки данных многими ЭВМ;

• создания распределенных баз данных, размещаемых в памяти различных ЭВМ;

• специализации отдельных ЭВМ для эффективного решения определенных классов задач;

• резервирования вычислительных мощностей и средств передачи данных на случай выхода из строя отдельных из них с целью быстрого восстановления нормальной работы сети;

• стабилизации и повышения уровня загрузки ЭВМ и дорогостоящего периферийного оборудования; и т.д.

Компьютерные сети разделяют на локальные и глобальные. Локальная сеть обычно состоит из компьютеров, объединенных в отдельный комплекс. Например, компьютеры, используемые в лаборатории или в организации, обычно связаны локальной сетью. Глобальная сеть объединяет машины, которые могут находиться и в соседних городах, и в разных концах света.

По второму классификационному признаку – типу ЭВМ, включенных в состав сети, – сети делятся на:

однородные (гомогенные) – состоят из программно-совместимых ЭВМ;

неоднородные (гетерогенные) – ЭВМ, входящие в сеть, программно не совместимы.

По характеру реализуемых функций сети делятся на:

вычислительные – предназначенные для решения задач управления на основе вычислительной обработки исходной информации;

информационные – предназначенные для получения справочных данных по запросу пользователей;

смешанные – в которых реализуются вычислительные и информационные функции.

Следующий классификационный признак – способ управления:

- децентрализованное управление – каждая ЭВМ сети включает полный набор программных средств для координации сетевых операций. Сети такого типа достаточно сложны и дороги.

- централизованное управление – есть «главная» ЭВМ, которая выполняет координацию сетевых операций.

По структуре построения (топологии), сети делятся на:

- радиальные (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. Для звезды с интеллектуальным центром центральный узел отвечает за маршрутизацию данных через себя и локализацию неисправностей.

- кольцевые  .

Для топологии «кольцо» сигналы передаются только в одном направлении. Конечно, это замедляет передачу данных в кольце, причем длительность задержки определяется числом компьютеров, включенных в сеть. При отказе канала между двумя узлами происходит отказ всей сети.

- многосвязные  .

Данная конфигурация устойчива к перегрузкам и отказам, у нее высокая надежность, однако достаточно сложная логика обмена данными.

- общая шина  .

Для такой топологии характерна простота управления, простота расширения сети, минимальный расход кабеля. Однако труден поиск неисправностей и необходимо резервирование главной шины.

- иерархические  .

Каждое из устройств обеспечивает непосредственное управление устройствами низшими по иерархии. Отличается простотой в общем управлении сетью, хорошими возможностями при расширении сети.

При выборе сетевой топологии преследуются следующие цели:

- обеспечение максимальной надежности;

- выбор маршрута по тракту наименьшей стоимости;

- предоставление конечному пользователю наиболее удобных времени ответа и пропускной способности.

И, наконец, по правам на внутреннее строение сети, сети делятся на:

- открытые сети (Интернет) – всеобщее достояние;

- закрытые сети (системы Novell) – права принадлежат некоторой компании (корпорации).

Локальные вычислительные сети (лвс)

ЛВС - это сети на базе ПЭВМ (ПК), ориентированные на объединение вычислительных машин и периферийных устройств, сосредоточенные на небольшом пространстве (в пределах одного помещения, здания, группы зданий, в пределах нескольких комнат).

Сравнительно низкая стоимость, высокая живучесть и простота комплексирования эксплуатации ЛВС, оснащенность современными операционными системами, высокоскоростными средствами передачи данных и т.д. способствовали их быстрому распространению для автоматизации управленческой деятельности в учреждениях, на предприятиях, а также для создания на их основе информационных, измерительных и управляющих систем технологических и производственных процессов.

При незначительной удаленности вычислительного оборудования наиболее эффективным средством связи между отдельными аппаратными компонентами ЛВС является последовательный интерфейс.

Классификация ЛВС.

К 1-ой группе относятся ЛВС, ориентированные на массового пользователя. Такие ЛВС объединяют в основном ПК с помощью систем передачи данных, имеющих низкую стоимость и обеспечивающих передачу информации на расстояние 100 – 500 м со скоростью 20 – 50 кбит/с.

Ко 2-ой группе относятся ЛВС, объединяющие кроме ПЭВМ микропроцессорную технику, встроенную в технологическое оборудование (средства обработки документальной информации, кассовые аппараты, сканеры и т.п.). Система передачи данных таких ЛВС обеспечивает передачу информации на расстояние до 1 км со скоростью 50кбит - 1 М бит/с.

К 3-ей группе относятся ЛВС, объединяющие ПЭВМ, мини-ЭВМ и ЭВМ среднего класса. Эти ЛВС используются для организации управления сложными производственными процессами с применением робототехнических комплексов, для создания систем управления научными исследованиями и т.п.

Для ЛВС 4-ой группы характерно объединение в своем составе всех классов ЭВМ. Такие ЛВС применяются в сложных системах управления крупным производством и даже отдельной отраслью. Скорость передачи здесь от 10  50 М Бит/с на расстояние до 10 км.

По топологическим признакам ЛВС делятся на:

- ЛВС с общей шиной – одна из машин служит в качестве системного обслуживающего устройства, обеспечивающего централизованный доступ к общим файлам и БД, печатающим устройствам и другим вычислительным ресурсам.

 

ЛВС данного типа приобрели большую популярность благодаря низкой стоимости, высокой гибкости и скорости передачи данных, легкости расширения сети.

К недостаткам шинной топологии относят необходимость использования довольно сложных протоколов и уязвимость в отношении физических повреждений кабеля;

- ЛВС с кольцевой топологией характеризуется тем, что информация по кольцу может передаваться только в одном направлении и все подключенные компьютеры могут участвовать в ее приеме и передаче.

 При этом абонент – получатель должен пометить полученную информацию маркером, иначе могут появиться «заблудившиеся» данные, мешающие нормальной работе сети.

Как последовательная конфигурация, кольцо особенно уязвимо в отношении отказов: выход из строя какого-либо сегмента кабеля приводит к прекращению обслуживания всех пользователей;

- иерархическая ЛВС («дерево») представляет собой более развитый вариант структуры ЛВС, построенной на основе общей шины.

Дерево образуется путем соединения нескольких шин с корневой системой, где размещаются самые важные компоненты ЛВС.

Оно обладает необходимой гибкостью, чтобы охватить средствами ЛВС несколько этажей в здании или несколько зданий на одной территории и реализуется, как правило, в сложных системах, насчитывает десятки и даже сотни абонентов  ;

- радиальная («звезда») – в центре сети обычно размещается коммутирующее устройство, обеспечивающее жизнеспособность системы. ЛВС подобной конфигурации находят применение в автоматизированных учрежденческих системах управления, использующих централизованные БД.

Такие сети менее надежны, чем сети с общей шиной или иерархические, но эта проблема решается дублированием аппаратуры центрального узла. Еще один недостаток такой топологии – значительное потребление кабеля;

- наиболее сложной и дорогой является многосвязная топология, в которой каждый узел связан со всеми другими узлами сети.

Эта топология сети применяется очень редко, в основном там, где требуются исключительно высокие надежность сети и скорость передачи данных.

На практике встречаются гибридные ЛВС, приспособленные к требованиям конкретного заказчика и сочетающие фрагменты различных топологий.