Понятия архитектуры и технологии компьютерной сети

В широком смысле под архитектурой компьютерной сети будем понимать множество технических и инженерных решений по структурной и функциональной организации сети, обеспечивающих определенную совокупность ее свойств и характеристик, рассматриваемую с точки зрения пользователя сети и отличающую данную конкретную сеть от любой другой сети.

Под технологией компьютерной сети (сетевой технологией) будем понимать совокупность способов организации (реализации) передачи и обработки данных, обеспечивающих достижение определенных целей, формулируемых в виде требований к качеству (эффективности) обработки и передачи данных.

Тема № 3: Состав и типы компьютерных сетей

Состав компьютерной сети.

Концептуально компьютерную сеть можно представить как совокупность взаимосвязанных узлов (рис.1.11).

Узел сети- совокупность средств, объединенных каналами связи и реализующих функции:

• выбора направления и организации передачи данных (средства коммутации и маршрутизации); такие узлы называются узлами связи (узлами коммутации, узлами передачи данных);

• обработки данных (средства обработки данных); такие узлы называются узлами (центрами) обработки данных.

В качестве узлов связи могут использоваться коммутато­ры и маршрутизаторы, а в качестве узлов обработки данных - компьютеры, предоставляющие свои информационные и вычисли­тельные ресурсы пользователям сети и называемые пост-машина­ми или просто хостами (host).

В сети Internet термин "хост-машина" трактуется более широко: хост-машиной называет-

ся любой пользовательский компьютер, подключенный к сети.

Совокупность средств коммуникаций (связи) для передачи данных, состоящая из каналов связи и узлов связи, образует сеть связи, называемую также телекоммуникационной сетью или сетью передачи данных (СПД). Следует иметь в виду, что понятие «сеть передачи данных» имеет более узкий смысл по сравнению с понятием «сеть связи». СПД предназначена для передачи компьютерных (цифровых) данных, в то время как в сети связи (или, что то же самое, телекоммуникационной сети) могут передаваться как цифровые (дискретные), так и непрерывные (аналоговые) данные, к которым относятся мультимедийные данные -речь, аудио и видео.

Два узла, связанные каналом связи, образуют звено передачи данных (рис.1.12).

Данные в компьютерной сети передаются в виде сообщений.

Сообщение представляет собой единицу данных, передаваемую между

пользователями сети как единое целое и имеющую определённый смысл. В качестве сообщений могут выступать программные файлы, электронные письма, неподвижные изображения, видеофильмы и т.п. Сообщение представляется в определённом формате (рис. 1.13), содержащем в общем случае заголовок и концевик. В заголовке указывается адрес получателя данного сообщения и адрес отправителя, а также дополнительная служебная информация (тип и длина сообщения, приоритет и т.д.), необходимая для эффективной передачи сообщения в сети. Концевик обычно содержит контрольную сумму, используемую для обнаружения ошибок, которые могут появиться при передаче сообщения по сети.

Сообщение при передаче через телекоммуникационную сеть может быть разбито на несколько блоков данных, каждый из которых представляется в формате, аналогичном сообщению (рис.1.13). Такой блок данных отличается от сообщения тем, что имеет ограниченную длину, в то время как длина сообщения в принципе не ограничена. Так, например, сообщение, представляющее собой видеофильм длиной в несколько гигабайт, при передаче через телекоммуникационную сеть может быть разбито на множество блоков данных, длина которых не будет превышать 1000 байт, причём каждый такой блок данных будет иметь заголовок с одинаковыми адресами отправителя и получателя.

Классификация сетей ЭВМ

Классификация сетей ЭВМ (компьютерных сетей), как любых больших и сложных систем, может быть выполнена на основе различных признаков, в качестве которых могут быть использованы (рис. 1.14):

• размер (территориальный охват) сети;

• принадлежность;

• назначение;

• область применения

1. По размеру (территориальному охвату)сети ЭВМ делятся на:

• персональные;

• локальные;

• городские (региональные).

• глобальные.

Персональная сеть {Personal Area Network, PAN) — это сеть, объединяющая персональные электронные устройства пользователя (телефоны, карманные персональные компьютеры, смартфоны, ноутбуки и т.п.) и характеризующаяся:

• небольшим числом абонентов;

• малым радиусом действия (до нескольких десятков метров);

• некритичностью к отказам.

К стандартам таких сетей в настоящее время относятся Bluetooth, Zigbee, Пиконет.

Локальная вычислительная сеть (ЛВС) (Local Area Network, LAN)

- сеть со скоростью передачи данных , как правило, не менее 1 Мбит/с,
обеспечивающая связь на небольших расстояниях - от нескольких
десятков метров до нескольких километров. Оборудование, подключаемое
к ЛВС, может находиться в одном или нескольких соседних зданиях.

Примеры ЛВС: Ethernet, Token Ring.

Городская вычислительная сеть (Metropolitan Area Network, MAN)

- сеть, промежуточная по размеру между ЛВС и глобальной сетью.
Протоколы и кабельная система для городской вычислительной сети
описываются в стандартах комитета IEEE 802.6. MAN реализуется на
основе протокола DQDB (Distributed Queue Dual Bus) - двойная шина с распределенной очередью и использует волоконно-оптический кабель для передачи данных со скоростью 100 Мбит/с на территории до 100 км². MAN может применяться для объединения в одну сеть группы сетей, расположенных в разных зданиях. Последние разработки, связанные с высокоскоростным беспроводным доступом в соответствии со стандартом IEEE 802.16, привели к созданию MAN в виде широкополосных беспроводных ЛВС.

Глобальная сеть (Wide Area Network, WAN) - в отличие от ЛВС охватывает большую территорию и представляет собой объединение нескольких ЛВС, связанных с помощью специального сетевого оборудования (маршрутизаторов, коммутаторов и шлюзов), образующих в случае использования высокоскоростных каналов магистральную сеть передачи данных (магистральную сеть связи). Наиболее широкое применение находят глобальные сети для нужд информационного обмена в коммерческих, научных и других профессиональных целях.

Для построения глобальных сетей могут использоваться различные сетевые технологии, в том числе TCP/IP, Х.25, Frame Relay, ATM, MPLS.

Настоящей глобальной сетью, пожалуй, можно считать только сеть Интернет. Вряд ли глобальной можно считать сеть, объединяющую 2-3 ЛВС, находящиеся в разных городах, расположенных на расстоянии нескольких десятков или даже сотен километров друг от друга. Однако, поскольку для построения такой «простой» сети используются обычно те же сетевые технологии и технические средства, что и в сети Интернет, то такие сети обычно тоже относят к классу глобальных сетей.

2. По принадлежностисети ЭВМ делятся на:

• офисные - сети, расположенные на территории офиса компании, ограниченной обычно пределами одного здания, и построенные на технологиях LAN;

• корпоративные (ведомственные) - сети, представляющие собой объединение нескольких офисных сетей компании, расположенных в разных территориально разнесенных зданиях, находящихся возможно в разных городах и регионах, и построенные на технологиях MAN или WAN;

• частные - сети, построенные обычно на технологии виртуальной частной сети{Virtual Private Network, VPN), позволяющей обеспечить одно или несколько сетевых соединений, которые могут быть трёх видов: узел-узел, узел-сеть и сеть-сеть, образующих логическую сеть поверх другой сети (например, Интернет).

3. По назначениюсети ЭВМ делятся на:

• вычислительные, предназначенные для решения задач пользователей, ориентированных, в основном, на вычисления;

• информационные, ориентированные на предоставление информационных услуг; примерами таких сетей могут служить сети, предоставляющие справочные и библиотечные услуги;

• информационно-вычислительные, предназначенные для решения задач пользователей и предоставления информационных услуг;

• информационно-управляющие, предназначенные для управления реальными объектами и процессами.

4. По области применениясети можно разделить на:

• сети хранения данных;

• серверные фермы.

Сеть хранения данных (СХД) {Storage Area Network, SAN) представляет собой множество внешних устройств хранения данных, таких как дисковые массивы, ленточные библиотеки, оптические накопители, подключённые к серверам, при этом операционная система рассматривает подключённые ресурсы, как локальные.

Следует не путать сеть хранения данных с сетевой системой хранения данных (Network Attached Storage, NAS), представляющей собой компьютер с дисковым массивом, подключенный обычно к локальной сети и поддерживающий работу по принятым в этой сети протоколам. Часто диски в NAS объединены в RAID массив. Несколько таких компьютеров могут быть объединены в одну систему, обеспечивая надёжность хранения данных, простой доступ для пользователей и хорошую масштабируемость.

Серверная ферма - это множество серверов, соединенных сетью передачи данных и работающих как единое целое. Серверная ферма обычно является ядром крупного центра обработки данных (ЦОД), обеспечивающего распределенную обработку данных.

К перечисленным типам сетей следует добавить:

• беспроводные ЛВС;

• виртуальные локальные вычислительные сети;

• иерархические сети;

Беспроводная ЛВС (wireless LAN - WLAN) - локальная сеть, использующая для передачи данных инфракрасное излучение или чаще всего радиоволны.

Виртуальная локальная вычислительная сеть (ВЛВС) (virtual LAN - VLAN) - логическое объединение узлов локальной сети, позволяющее выделить пользователей одной рабочей группы с общими интересами в отдельный сетевой сегмент. При этом объединяемые узлы могут принадлежать различным физическим сегментам.

Иерархическая сеть (hierarchical network) - сеть, в которой главным вычислительным центром является одна хост-машина, а терминалами -остальные сетевые устройства. Это традиционная архитектура, противоположная современной архитектуре распределенных вычислений, в которых интеллектуальные рабочие станции играют более активную роль в вычислительном процессе.