Базовые топологии локальных компьютерных сетей
Вычислительные машины, входящие в состав ЛВС, могут быть расположены самым разным образом. Для способа обращения к передающей среде и для методов управления сетью небезразлично как расположены пользовательские ПК. Поэтому говорят о топологии ЛВС (топология - от греч. topos - место и ... логия). Все локальные сети строятся на основе трех базовых топологий: «звезда», «кольцо», «шина». Топология сети характеризует физическое расположение компьютеров, узлов коммутации и каналов связи в сети (это усредненная геометрическая схема соединений узлов сети).
Топология звезда характерна тем, что в ней все узлы (каждый компьютер, в том числе и сервер) соединены сегментом кабеля с одним центральным узлом (центром сети является специальное устройство - концентратор: HUB или SWITCH). Основным преимуществом такой топологии является ее устойчивость к сбоям, возникающим вследствие неполадок на отдельных ПК или из-за повреждения сетевого кабеля (в этом случае только компьютер, находящийся в неисправном сегменте, не может участвовать в обмене данными по сети, а на работу остальных машин этот отказ не повлияет, однако при отказе центрального узла из строя выходит вся сеть). Другим преимуществом данной схемы является ее большая производительность, обусловленная высокой скоростью передачи информации. Звездообразную сеть легко расширить (поскольку для добавления нового компьютера нужен только один новый канал связи). Однако расходы на создание сети с такой топологией существенно высокие (для соединения компьютера с центральным узлом необходимо каждый раз прокладывать отдельный кабель, что приводит к увеличению суммарных расходов на установку ЛВС).
Топология кольцо предусматривает объединение компьютеров с помощью кабельной системы, имеющей форму замкнутого круга, т.е. компьютеры подключаются к повторителям, или репитерам сигналов, связанным в однонаправленное кольцо (повторитель – устройство, обеспечивающее сохранение формы и амплитуды сигнала при передачи его на большое расстояние). Информация по кольцу передается от узла к узлу. Каждый узел распознает и получает только ему адресованные сообщения. Кольцевая топология является идеальной для сетей, занимающих сравнительно небольшое пространство. Их достоинствами являются равенство компьютеров по доступу к сети, простота развертывания и высокая расширяемость сети. К недостаткам можно отнести выход из строя всей сети при выходе из строя одного повторителя и остановку работы сети при изменении ее конфигурации (любое повреждение кабеля на участке между двумя компьютерами в ЛВС приводит к выходу из строя всей кольцеобразной сети).
Топология шина, наиболее простая из всех топологий ЛВС и весьма распространенная. Компьютеры в ней подключены к единому каналу (магистрали) связи через трансиверы - приемопередатчики. Данные от передающего компьютера поступают ко всем компьютерам сети, однако воспринимает их только тот, адрес которого указан в передаваемом сообщении. В каждый момент времени передачу может вести только один компьютер. Поэтому производительность такой сети зависит от количества компьютеров, подключенных к шине. Шина - пассивная топология. Выход одного или нескольких компьютеров из строя никак не сказывается на работе всей сети. Электрические сигналы распространяются по шине - от одного конца к другому. Сигналы, достигшие концов шины, отражаются от них. Возникает наложение сигналов, и, как следствие, их искажение и ослабление. Поэтому сигналы, достигшие конца шины, следует погасить. Для этого на концах устанавливают терминаторы. При разрыве шины или отсутствии терминаторов функционирование сети прекращается. Шинная топология (благодаря своей простате) снижает расходы на оборудование ЛВС, к тому же удобна к расширению. К недостаткам шинной организации сети относится не очень высокая надежность и уменьшение пропускной способности сети при значительных объемах данных (незначительный дефект кабеля может парализовать работу всей сети).
В настоящее время часто используются топологии, комбинирующие базовые: «звезда-шина», «звезда-кольцо». Топология «звезда - шина» чаше всего выглядит как объединение с помощью магистральной шины нескольких звездообразных сетей. При топологии «звезда - кольцо» несколько звездообразных сетей соединяются своими центральными узлами коммутации в кольцо.
Итак, локальные сети позволяют организовать совместное использование дорогостоящей аппаратуры, а также распределенную обработку данных на нескольких компьютерах. Это дает значительную экономию материальных средств и ускорение процесса обмена информацией.
Сеть Internet
Историческая справка
Интернет начинался как военная программа, направленная на повышение устойчивости системы обороны США. Там была создана сеть ARPANETв 1969 году. С одной стороны, она должна была обеспечить сохранение коммуникаций в случае военных действий, с другой стороны - облегчить сотрудничество различных исследовательских учреждений. Когда сеть увеличилась в объеме (объединяла уже тысячи компьютеров), стало ясно: необходимо переработать механизм доступа к ARPANET. И такой механизм (набор правил, определяющих принципы обмена данными), названный «протоколом TCP/IP» (Transmission Control Protocol/Internet Protocol), был введен в 1983 г. (позволивший различным сетям соединяться друг с другом).
Следующим этапом в развитии Интернет, было создание сети Национального научного фонда США в 1987 году. Сеть NSFNET объединяла научные центры США. Ее основой стали пять суперкомпьютеров, соединенных между собой высокоскоростными линиями связи (были проложены специальные кабельные линии). Пользователи могли подключаться к сети и использовать возможности этих суперкомпьютеров. Сеть NSFNET быстро заняла место ARPANET, и последняя была ликвидирована. Таким образом, появилась сеть Интернет в США. Одновременно были созданы национальные сети в других странах. Они стали объединяться, и в 90-х гг. появился Интернет в его нынешнем виде. Сейчас Интернет объединяет тысячи разных сетей, расположенных по всему миру, к ней имеют доступ десятки миллионов пользователей.
До середины 90-х годов Интернет был доступен относительно узкому кругу научных сотрудников, а его наполнение не отличалось особым разнообразием (обмен электронными письмами, общение в группах новостей по интересам с помощью текстовых сообщений, доступ к ограниченному числу серверов и др.). В начале 90-х гг. появилось сообщение о разработке новой технологии (метода передачи и отображения информации) – «Всемирной паутины» WorldWideWeb(концепция гипертекста, которая лежит в ее основе, - это многомерный текст, т.е. такая организация документов, при которой один документ или текст может включать в себя разнонаправленные ссылки, указатели на другие документы и ссылки). На начальном этапе сервис WWW предназначался для обмена информацией среди физиков, работающих в разных лабораториях. 17 мая 1991 года не вычислительных системах CERN (Européen pour la Recherche Nucléaire - Европейский Совет по ядерным исследованиям) была установлена первая версия первого в мире Web-сервера (первоначально проект использовался только во внутренней сети CERN, однако, после написания и опубликования спецификаций URL, HTTP и HTML и их поддержки другими узлами Интернета, Всемирная паутина становится действительно всемирной). Именно эту дату и принято считать официальной датой рождения сети Интернет.
Структура Internet
Интернет представляет собой глобальную компьютерную сеть, состоящую из разнообразных, равноправных и независимых компьютерных сетей, объединенных стандартными соглашениями о способах обмена информацией и единой системой адресации. Логическая структура Интернет представляет собой некое виртуальное объединение имеющее свое собственное информационное пространство. Физически – это совокупность узлов, содержащих коммутационное оборудование и серверы, объединенных между собой каналами связи (в качестве последних могут использоваться обычные и оптоволоконные кабели, радиоканалы и каналы спутниковой связи). Управляет узлом его собственник – организация, которая называется провайдером (и которая предоставляет услуги сети конечным пользователям). Система провайдеров построена по многоуровневому иерархическому принципу: региональные провайдеры нижнего уровня (например, Татарстан) подчиняются провайдерам более высокого уровня (например, Россия), которые взаимодействуют с континентальными провайдерами (например, Западная Европа). Интернет обеспечивает обмен информацией между всеми компьютерами, которые входят в сеть. Тип компьютера и используемая им операционная система значения не имеют. Основные ячейки Интернет - локальные вычислительные сети. Существуют также компьютеры, самостоятельно подключенные к Интернет. Они называются хост-компьютерами (host - хозяин). Каждый подключенный к сети компьютер имеет свой адрес, по которому его может найти абонент из любой точки света. Единого центра управления сетью не существует. Эта функция выполняется слиянием усилий независимых сетей. Однако, следует отметить, что существует целый ряд некоммерческих организаций, которые обеспечивают функционирование Интернета. Среди них можно отметить: Интернет-общество, Совет по архитектуре Интернета (IAB), Рабочую инженерную группу по Интернету (IETF), Рабочую исследовательскую группу по Интернету (IRTF), Корпорацию Интернета по выделенным именам и номерам (ICANN) и др.
Интернет образует таким образом паутину, в которой между двумя любыми узлами есть связь либо по прямому каналу, либо посредством промежуточных узлов (что обеспечивает сохранность работоспособности сети при временном отключении некоторых узлов). Узлы обмениваются между собой сообщениями. Любое сообщение разбивается на пакеты и отправляется по доступным каналам связи. При этом различные сети, входящие в Интернет, соединяются между собой с помощью специальных коммуникационных компьютеров, называемых маршрутизаторами - устройств, управляющих потоками данных в сети (выполняют функции регулировщика движения на перекрестке). Получив пакет информации от одной сети, этот коммуникационный компьютер, используя таблицы маршрутизации, определяет оптимальный вариант передачи пакета и передает ее другой сети. Короче говоря, сообщение, разделенное на пакеты информации, может передаваться разными маршрутами. Если какой-то участок одной из сетей выйдет из строя, то данные будут переданы по обходному пути. При такой организации структура Интернет выглядит как тысячи компьютерных сетей, соединенных маршрутизаторами.