Компьютерные сети и топологии локальных сетей
План урока
- Виды компьютерных сетей.
- Разновидность топологии.
- Топология звезда.
- Кольцевая топология.
- Шинная топология.
Компьютерная сеть
Линия передачи данных
Компьютерная сеть — это система компьютеров, связанных каналами передачи информации.
Классификация сетей
По типу передачи данных:
- широковещательные сети
- сети с передачей от узла к узлу
По территориальной распространенности:
- локальные сети
- муниципальные, региональные или городские сети
- глобальные сети
Широковещательные сети обладают единым каналом связи, совместно используемым всеми машинами сети. Короткие сообщения, называемые в некоторых случаях пакетами, которые посылаются одной машиной, получают все машины. Поле адреса в пакете указывает, кому направляется сообщение. При получении пакета машина проверяет его адресное поле. Если пакет адресован этой машине, она его обрабатывает. Пакеты, адресованные другим машинам, игнорируются.
по типу передачи данных: Широковещательные сети
по типу передачи данных: Сети с передачей от узла к узлу
Сети с передачей от узла к узлу состоят из большого количества соединенных пар машин. В сети подобного типа пакету, чтобы добраться до пункта назначения, необходимо пройти через ряд промежуточных машин. Часто при этом существует несколько возможных путей от источника до получателя, поэтому алгоритмы вычисления таких путей играют очень важную роль в сетях с передачей от узла к узлу.
Локальная сеть
Лока́льная вычисли́тельная сеть (ЛВС, локальная сеть, англ. Local Area Network, LAN) — компьютерная сеть, покрывающая обычно относительно небольшую территорию или небольшую группу зданий (дом, офис, фирму, институт). Также существуют локальные сети, узлы которых разнесены географически на расстояния более 12 500 км (космические станции и орбитальные центры). Несмотря на такие расстояния, подобные сети всё равно относят к локальным.
Локальная сеть
По способу организации взаимодействия компьютеров сети
Классификация сетей
ЛОКАЛЬНЫЕ СЕТИ
одноранговые
с выделенным сервером
Однора́нговая , децентрализо́ванная, или пи́ринговая (англ. peer-to-peer, P2P — равный к равному) сеть — это сеть , основанная на равноправии участников. Часто в такой сети отсутствуют выделенные серверы, а каждый узел (peer) является как клиентом, так и выполняет функции сервера.
Одноранговая локальная сеть
Все компьютеры одноранговой сети равноправны .
Главное достоинство – простота установки и эксплуатации.
Главный недостаток – слабая защищенность информации от несанкционированного доступа. Поэтому такой способ организации сети используется для сетей с небольшим количеством компьютеров и там, где вопрос защиты данных не является принципиальным.
Правила доступа к информации на сервере устанавливает один человек – администратор сети .
Сеть с выделенным сервером
Концентратор 3Com OfficeConnect
Сервер
ПК
Принтер
Сервер – более мощный компьютер; на нем хранится основная часть программного обеспечения и данных, которыми могут воспользоваться все другие компьютеры сети - клиенты.
Сеть с выделенным сервером (англ. client/server network) — это локальная вычислительная сеть (LAN), в которой сетевые устройства централизованы и управляются одним или несколькими серверами . Индивидуальные рабочие станции или клиенты (такие, как ПК) должны обращаться к ресурсам сети через сервер (а).
В иерархической сети при установке сети заранее выделяются один или несколько серверов - компьютеров, управляющих обменом данных по сети и распределением ресурсов. Любой компьютер, имеющий доступ к услугам сервера называют клиентом сети или рабочей станцией .
Достоинство иерархическая модели сети – возможность создать наиболее устойчивую структуру сети и более рационально распределить ресурсы. А также – более высокий уровень защиты данных.
Недостатки иерархической сети:
1. Необходимость дополнительной ОС для сервера.
2. Более высокая сложность установки и модернизации сети.
3. Необходимость выделения отдельного компьютера в качестве сервера
Глобальные сети
Глобальная
Позволяет организовать информационное общение
между абонентами на больших расстояниях
в масштабах всей планеты
ИНТЕРНЕТ
Региональные
Объединяют
компьютеры в
пределах региона:
города, области,
края, страны.
Корпоративные
Обеспечивают
деятельность
корпоративных
структур (филиалы,
представительства).
МУНИЦИПАЛЬНЫЕ, РЕГИОНАЛЬНЫЕ ИЛИ ГОРОДСКИЕ СЕТИ
MAN — это не только кабельное телевидение. Недавние разработки, связанные с высокоскоростным беспроводным доступом в Интернет, привели к созданию других MAN, которые описаны в стандарте IEEE 802.16, который описывает широкополосные беспроводные ЛВС.
MAN (Metropolitan Area Network) — опорная сеть провайдера. То есть точки, связанные скоростными каналами. Расстояние — от 1 до 10 км. Это ещё не WAN, но точно MAN-решения.
MAN применяется для объединения в одну сеть группы сетей, расположенных в разных зданиях. В диаметре такая сеть может составлять от 5 до 50 километров.
Как правило, MAN не принадлежит какой-либо отдельной организации, в большинстве случаев её соединительные элементы и прочее оборудование принадлежит группе пользователей или же провайдеру, кто берёт плату за обслуживание. Об уровне обслуживания заранее договариваются и обсуждают некоторые гарантийные обязательства.
Виртуальная частная сеть
Виртуальная частная сеть
Что такое виртуальная частная сеть VPN?
Виртуальная частная сеть Virtual Private Network (VPN) — это технологии, предоставляющие возможность обеспечивать одно или же сразу несколько сетевых соединений поверх другой сети, например, Интернета. Данное соединение имеет вид зашифрованного туннеля, который связывает напрямую компьютер пользователя и удаленный сервер, что позволяет не только скрыть реальный IР , но также зашифровать свой трафик. Иначе говоря, таким образом вы сумеете скачивать что угодно и откуда угодно, и об этом никто не узнает.
КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ – ЭТО УДОБНО
Преимущества:
- совместное использование данных и устройств
- оперативный доступ к обширной информации
- использование внешних данных
- интеграция информационных систем
- работа над совместными проектами
- электронная почта
- телеконференции и многое другое
КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ – ЭТО ПРОБЛЕМЫ
- сложности программирования для распределенных систем
- сложности обеспечения совместимости программ
- сложности обеспечения надежности передачи данных
- сложности обеспечения безопасности (вирусы, мошенничество, шпионаж и др.)
- большие финансовые затраты
- организационные проблемы
Понятие сетевой топологии
Топология – способ соединения компьютеров в сети
Под сетевой топологией понимают расположение компьютеров и кабеля. Она определяет, какие должны быть использованы методы доступа и компоненты аппаратного обеспечения. Последние, в свою очередь, оказывают непосредственное влияние на скорость передачи и проводки данных.
При организации компьютерной сети исключительно важным является выбор топологии. Это непростая задача! Чтобы решить ее необходимо знать какие бывают сетевые топологии.
Сетевая топология может быть:
- логической — описывает хождение сигнала в рамках физической топологии
- физической — описывает реальное расположение и связи между компьютерами
Существует множество способов соединения сетевых устройств (топологий), например:
- Линия
- Шина
- Кольцо
- Двойное кольцо
- Звезда
- Сетчатая (ячеистая )топология
- Решётка
- Дерево
Базовые сетевые топологии:
- ШИНА
- КОЛЬЦО
- ЗВЕЗДА
На основе базовых топологий строится большинство компьютерных сетей
Но основных (базовых) топологий – три:
Топология типа шина , представляет собой общий кабель (называемый шина), к которому подсоединены все рабочие станции. На концах кабеля находятся терминаторы, для предотвращения отражения сигнала.
Преимущества и недостатки сетей с топологией «шина»
Преимущества
Недостатки
Простая в реализации и настройке
Низкая надежность (обрыв кабеля выведет из строя всю сеть)
Недорогая (экономный расход кабеля)
Низкая пропускная способность сети. Множество коллизий (столкновений) сигналов
Трудно удлинять сеть (необходимы повторители или репитеры)
Кольцо — это топология,
в которой каждый компьютер соединен линиями связи с двумя другими: от одного он только получает информацию, а другому только передает.
Последний компьютер подключается к первому и кольцо замыкается
Преимущества и недостатки сетей с топологией «кольцо»
Преимущества
Недостатки
Не нужны терминаторы (поскольку нет свободных концов)
Значительное время передачи (сигнал проходит через все компьютеры, прежде, чем дойдет до адресата)
Можно построить сеть большой протяженности (каждый компьютер выступает в роли повторителя)
Подключение новых компьютеров требует остановки сети
Устойчива к перегрузкам и эффективна в эксплуатации (отсутствуют коллизии)
Выход из строя хотя бы одного компьютера нарушает работу всей сети
Обрыв кабеля нарушает работу всей сети
Звезда — топология компьютерной сети, в которой все компьютеры присоединены к центральному узлу
Пассивная звезда
В центре сети с данной топологией содержится не компьютер, а концентратор (хаб), или коммутатор, он возобновляет сигналы, которые поступают, и пересылает их в другие линии связи.
Топологию пассивная звезда называют топология «звезда-шина»
Активная звезда
В центре сети содержится компьютер, который выступает в роли сервера.
Весь обмен информацией идет исключительно через центральный компьютер, на который таким способом ложится очень большая нагрузка, потому ничем другим, кроме сети, он заниматься не может. Как правило, именно центральный компьютер является самым мощным, и именно на него возлагаются все функции по управлению обменом. Никакие конфликты в сети с топологией звезда в принципе невозможны, потому что управление полностью централизовано.
Преимущества и недостатки сетей с топологией «пассивная звезда»
Преимущества
Недостатки
Не нужны терминаторы
Выход из строя центрального узла выводит из строя всю сеть
Высокая надежность (обрыв кабеля влияет только на один компьютер)
Больший расход кабеля, чем, например в «шине» и «кольцо»
Высокая защищенность сети
Легко модифицировать сеть, добавляя новые компьютеры
Преимущества и недостатки сетей с топологией «активная звезда»
Преимущества
Недостатки
Не нужны терминаторы
Выход из строя центрального узла выводит из строя всю сеть
Высокая надежность (обрыв кабеля влияет только на один компьютер)
Затраты на обслуживание сервера
Легко модифицировать сеть, добавляя новые компьютеры
Высокая защищенность сети
Простота в обслуживании сети и устранении проблем (централизованный контроль и управление)
Другие возможные сетевые топологии
Древовидная топология
Эту топологию можно рассматривать, как объединение нескольких звезд.
Сетчатая топология
Каждый компьютер сети соединяется со всеми или многими компьютерами этой же сети.
Характеризуется высокой отказоустойчивостью, сложностью настройки и преизбыточным расходом кабеля.
Каждый компьютер имеет множество возможных путей соединения с другими компьютерами. Обрыв кабеля не приведёт к потере соединения между двумя компьютерами.
Эта топология допускает соединение большого количества компьютеров и характерна, как правило, для крупных сетей.
Если узлы образуют регулярную многомерную решетку и каждое ребро решетки параллельно ее оси и соединяет два смежных узла вдоль этой оси, то такая топология называется «решетка»
Двойное кольцо — это сеть построенная на двух кольцах, соединяющих компьютеры с двумя сетевыми картами кольцевой топологией.
Для повышения отказоустойчивости, сеть строится на волоконно-оптических кольцах образующих основной и резервный путь для передачи данных. Первое кольцо используется для передачи данных, а второе не используется. При выходе из строя 1-го кольца оно объединяется со 2-м и сеть продолжает функционировать. Данные при этом по первому кольцу передаются в одном направлении, а по второму в обратном.
Смешанная топология
В таких сетях можно выделить отдельные фрагменты (подсети), имеющие базовую топологию, поэтому их называют сетями со смешанной топологией.
Смешанная топология —преобладает в крупных сетях с произвольными связями между компьютерами.
Применяется достаточно часто и комбинированная топология, например звездно шинная, звездно кольцевая.
Выбор топологии сети
Факторы, которые необходимо учитывать:
- Имеющуюся кабельную систему и оборудование
- Месторасположение компьютеров и оборудования
- Размеры планируемой сети
- Объем и тип информации для совместного использования
При построении компьютерной сети, сначала необходимо определиться с топологией.
- Уже имеется сеть, которую можно просто расширить или есть только компьютеры
- Объединить компьютеры находящиеся в одном помещении нетрудно, а если они на разных этажах или в разных зданиях? Здесь необходимо тщательно продумать наилучшую конфигурацию
- Если компьютеров несколько, то структура сети будет довольно простой, а если их сотни и тысячи, то здесь вероятно придется использовать сложную гибридную топологию
- Если между компьютерами будут передаваться большие файлы (видео, музыка, графика), здесь необходима высокоскоростная сеть, способная без задержек передавать большие объемы информации
А что на практике?
Большинство современных сетей используют топологию «звезда» или гибридную топологию, объединяющую несколько звезд, например, типа «дерево»
Вопросы и задания
Задание: Определите топологии сетей, изображенных на схемах
Вопросы
- Что понимают под топологией сети?
- Какие компьютерные сетевые топологии вы запомнили?
- Назовите базовые сетевые топологии? Почему они называются базовые?
- Какие факторы надо учитывать при выборе той или иной топологии?
