Классификация вычислительных сетей

Вычислительные сети классифицируются по различным признакам.

По совместимости - сети, состоящие из программно-совместимых ЭВМ, являются однородными или гомогенными. Если ЭВМ, входящие в сеть, программно несовместимы, то такая сеть называется неоднородной или гетерогенной.

Для преодоления несовместимости интерфейсов отдельных компьютеров вырабатывают специальные стандарты, называемые протоколами коммуникации.

Протокол коммуникации — это согласованный набор конкретных правил обмена информацией между разными устройствами передачи данных. Имеются протоколы для скорости передачи, форматов данных, контроля ошибок и др.

По характеру реализуемых функций сети подразделяются 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.

По способу управления вычислительные сети делятся на сети с децентрализованным, централизованным и смешанным управлением.

По структуре построения (топологии) сети подразделяются на одноузловые и многоузловые, одноканалъные и многоканальные. Топология вычислительной сети во многом определяется структурой сети связи, т.е. способом соединения абонентов друг с другом и ЭВМ.

Известны такие структуры сетей (□ - ЭВМ; О - узел коммутации):

- радиальная (звездообразная) (а);

- кольцевая (б);

- многосвязная (ячеистая) (в);

- иерархическая (древовидная) (г);

- «общая шина» (линейная) (d).

По степени географического распространения сети подразделяются на:

- локальную сеть (ЛВС или LAN — Local Area NetWork) — сеть, связывающую ряд компьютеров в зоне, ограниченной пределами одной комнаты, здания или предприятия;

- глобальную сеть (ГВС или WAN — World Area NetWork) — сеть, соединяющую компьютеры, удалённые географически на большие расстояния друг от друга. Отличается от локальной сети более протяженными коммуникациями (спутниковыми, кабельными и др.). Глобальная сеть объединяет локальные сети. Классификационный признак деления сетей на локальные и глобальные – используемые протоколы. В локальных сетях преимущественно один комплект протоколов для всех участников, в глобальных сетях их (протоколов) несколько.

- городскую сеть (MAN — Metropolitan Area NetWork) — сеть, которая обслуживает информационные потребности большого города.

Часто при организации связи между двумя компьютерами за одним компьютером закрепляется роль поставщика ресурсов (сервер), а за другим — роль пользователя этих ресурсов (клиент).

Сервер (англ. serve — обслуживать) — это высокопроизводительный компьютер с большим объёмом внешней памяти, который обеспечивает обслуживание других компьютеров путем управления распределением дорогостоящих ресурсов совместного пользования (программ, данных и периферийного оборудования).

Клиент (иначе, рабочая станция) — любой компьютер, имеющий доступ к услугам сервера.

В некоторых случаях компьютер может быть одновременно и клиентом, и сервером. Этозначит, что он может предоставлять свои ресурсы и хранимые данные другим компьютерам и одновременно использовать их ресурсы и данные.

Клиентом также называют прикладную программу, которая от имени пользователя получает услуги сервера, а программное обеспечение, которое позволяет компьютеру предоставлять услуги другому компьютеру, называют сервером — так же, как и сам компьютер.

Архитектура сети

Важнейшая характеристика компьютерной сети — её архитектура.

Архитектура сети — это реализованная структура сети передачи данных, определяющая её топологию, состав устройств и правила их взаимодействия в сети. В рамках архитектуры сети рассматриваются вопросы кодирования информации, её адресации и передачи, управления потоком сообщений, контроля ошибок и анализа работы сети в аварийных ситуациях и при ухудшении характеристик.

Наиболее распространённые архитектуры.

Ethernet (англ. ether — эфир) — широковещательная сеть. Это значит, что все станции сети могут принимать все сообщения. Появилась технология Ethernet - во второй половине 70-х годов. Ее разработали совместно фирмы DEC, Intel и Xerox. В настоящее время эта технология наиболее доступна и популярна. Обеспечивает высокую скорость передачи данных 10 или 100 Мбит/сек и надежность. Для него используется топология «общая шина» или звездообразная, поэтому сообщение, отправляемое одной рабочей станцией, принимается одновременно всеми остальными станциями, подключенными к общей шине. Но поскольку сообщение включает адреса станций отправителя и адресата, то другие станции это сообщение игнорируют. Это метод множественного доступа. При нем перед началом передачи рабочая станция определяет, свободен канал или занят. Если свободен, то станция начинает передачу.

Достоинства Ethernet:

- дешевизна;

- большой опыт использования;

- продолжающиеся нововведения;

- богатство выбора, многие изготовители предлагают аппаратуру построения сетей, базирующуюся на Ethernet.

Недостатки Ethernet:

- возможность столкновений сообщений (коллизии, помехи);

- в случае большой загрузки сети время передачи сообщений непредсказуемо.

Arcnet (Attached Resource Computer Network — компьютерная сеть соединённых ресурсов) — широковещательная сеть, получила распространение в силу дешевизны оборудования. Физическая топология — дерево. Скорость передачи данных 2,5 Мбит/сек. Одна из ЭВМ создает специальный маркер (сообщение специального вида), который последовательно передается от одной ЭВМ к другой. Если станция передает сообщение другой станции, она должна дождаться маркера и добавить к нему сообщение, дополненное адресами отправителя и назначения. Когда пакет дойдет до станции назначения, сообщение будет отделено от маркера и передано станции.

Достоинства Arcnet:

- невысокая стоимость(самая дешевая);

- простота использования;

- гибкость.

Недостатки Arcnet:

- низкое быстродействие (1/4 Ethernet, 1/2 - 1/7 Token Ring);

- плохо работает в условиях мультимедиа, режиме реального времени;

- отсутствуют перспективы развития.

Token Ring (эстафетная кольцевая сеть, сеть с передачей маркера) — кольцевая сеть, в которой принцип передачи данных основан на том, что каждый узел кольца ожидает прибытия некоторой короткой уникальной последовательности битов — маркера — из смежного предыдущего узла. При нем имеется возможность назначать разные приоритеты разным рабочим станциям. Поступление маркера указывает на то, что можно передавать сообщение из данного узла дальше по ходу потока. Скорость передачи данных 4 или 16 Мбит/сек. Token Ring более молодая, по сравнению с Ethernet, технология. Она была разработана фирмой IBM.

Достоинства Token Ring:

- гарантированная доставка сообщений;

- высокая скорость.

Недостатки Token ring:

- необходимы дорогостоящие устройства доступа к сети;

- высокая сложность технологии реализации сети;

- необходимы 2 кабеля (для повышения надежности): один входящий, другой исходящий от компьютера к концентратору (2-я модификация кольца, коммутатор);

- высокая стоимость (160-200% от Ethernet).

FDDI (Fiber Distributed Data Interface) — сетевая архитектура высокоскоростной передачи данных по оптоволоконным линиям. Технология FDDI появилась в середине 80-х годов. Скорость передачи — 100 Мбит/сек. Топология — двойное кольцо или смешанная (с включением звездообразных или древовидных подсетей). Максимальное количество станций в сети — 1000. Очень высокая стоимость оборудования.

Достоинства:

- очень высокая скорость передачи;

- кольцо может быть окружностью до 200 км. и включать до 1000 устройств.

Недостатки:

- высокая стоимость (подключение одной рабочей станции - $1000 - $2000).

АТМ (Asynchronous Transfer Mode) — перспективная, пока ещё очень дорогая архитектура, обеспечивает передачу цифровых данных, видеоинформации и голоса по одним и тем же линиям. Скорость передачи до 2,5 Гбит/сек. Линии связи оптические.

СПОСОБЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

Основная функция систем передачи данных в условиях функционирования вычислительных сетей заключается в организации быстрой и надежной передачи информации произвольным абонентам сети, а также в сокращении затрат на передачу данных.

Важнейшая характеристика сетей передачи данных — время доставки информации — зависит от структуры сети передачи данных, пропускной способности линий связи, а также от способа соединения каналов связи между взаимодействующими абонентами сети и способа передачи данных по этим каналам.

Все интерфейсы, используемые в ВТ и сетях, разделяются на три вида: параллельные, последовательные, связные.

Параллельный интерфейс состоит из большого числа линий, по которым передача данных осуществляется в параллельном коде.

Последовательный интерфейс состоит, как правило, из одной линии, данные по которой передаются в последовательном коде.

Связные интерфейсы содержат каналы связи, работа которых обеспечивается аппаратурой передачи данных, повышающей (в основном с помощью специальных физических методов) достоверность передачи данных. Связные интерфейсы обеспечивают передачу данных на любые расстояния, однако с небольшой скоростью (в пределах 10²—10³ бит/с). Применение связных интерфейсов экономически целесообразно на расстоянии не менее километра.