Классификация компьютерных сетей. 1. Классификация компьютерных сетей. Лекция Классификация компьютерных сетей

• Название: Лекция Классификация компьютерных сетей
• Анкор: Классификация компьютерных сетей
• Дата: 09.12.2022
• Размер: 280.04 Kb.
• Имя файла: 1. Классификация компьютерных сетей.docx
• Тип: Лекция; #836161

Лекция 1. Классификация компьютерных сетей.

Инфокоммуникационная сеть – набор узлов, каким-то образом связанных между собой. Под узлами понимается не только конечные устройства, такие как компьютеры, планшеты, сервера, принтеры или датчики, но и, в первую очередь, промежуточные устройства (сетевые устройства), обеспечивающие связь конечных устройств между собой.

Компьютерные сети классифицируются по двум признакам: общие (пользовательские) и специальные (профессиональные).
Общие (пользовательские) признаки:

• 
  по архитектуре;
  
• 
  по масштабу администрирования;
  
• 
  ведомственная принадлежность;
  
• 
  по уровню однородности;
  
• 
  по скорости передачи;
  
• 
  по предоставляемому сервису (службам).
  

Классификация сетей по архитектуре:

• 
  LAN – Local Area Network (ЛВС) – Локальные вычислительные сети: Ethernet, FastEthernet, ARCnet, TokenRing ,LokalTalk (Apple) , WLAN, FDDI*.
  
• 
  WAN – Wide Area Network (РВС) – Региональные и глобальные вычислительные сети: FDDI*, ATM, FrameRelay.
  
• 
  MAN – Metropolian Area Network (TВС) – Городские (территориальные) вычислительные сети. Это понятие в настоящее время уже не используется. Оно вытеснено понятием WAN.
  
• 
  GAN – Global Area Network (ГВС) – Глобальные вычислительные сети. Это понятие в настоящее время уже не используется. Оно вытеснено понятием WAN.
  

Классификация по масштабу администрирования:

• 
  Сети доступа;
  
• 
  Магистральные сети;
  
• 
  Сети агрегирования трафика.
  

Сети доступа — это сети, предоставляющие доступ индивидуальным и корпоративным абонентам от их помещений (квартир, офисов) до первого помещения (пункта присутствия) оператора сети связи или оператора корпоративной сети. Другими словами, это сети, ответственные за расширение глобальной сети до помещений ее клиентов.

Магистральные сети — это сети, представляющие собой наиболее скоростную часть (ядро) глобальной сети, которая объединяет многочисленные сети доступа в единую сеть.

Сети агрегирования трафика — это сети, агрегирующие данные от многочисленных сетей доступа для компактной передачи их по небольшому числу каналов связи в магистраль. Сети агрегирования обычно используются только в крупных глобальных сетях, где они занимают промежуточную позицию, помогая магистральной сети обрабатывать трафик, поступающий от большого числа сетей доступа. В сетях среднего и небольшого размера сети агрегирования обычно отсутствуют.

По ведомственной принадлежности:

• 
  Ведомственные;
  
• 
  Государственные.
  

Ведомственные принадлежат одной организации и располагаются на ее территории.
Государственные сети - сети, используемые в государственных структурах.

Классификация по уровню однородности:

• 
  Одноранговые;
  
• 
  «Клиент-сервер»;
  
• 
  Гибридные;
  
• 
  Гетерогенные, гомогенные.
  

Одноранговая сеть – это сеть равноправных компьютеров, каждый из которых имеет уникальное имя (имя компьютера) и обычно пароль для входа в него во время загрузки ОС. Имя и пароль входа назначаются владельцем компьютера средствами ОС. Каждый компьютер такой сети может одновременно являться и сервером, и клиентом сети, хотя вполне допустимо назначение одного компьютера только сервером, а другого только клиентом.

Сервером называется абонент (узел) сети, который предоставляет свои ресурсы другим абонентам, но сам не использует их ресурсы. Таким образом, он обслуживает сеть. Серверов в сети может быть несколько, и совсем не обязательно, что сервер — самый мощный компьютер.

Выделенный (dedicated) сервер — это сервер, занимающийся только сетевыми задачами.
Невыделенный сервер может помимо обслуживания сети выполнять и другие задачи. Специфический тип сервера — это сетевой принтер.

Клиентом называется абонент сети, который только использует сетевые ресурсы, но сам свои ресурсы в сеть не отдает, то есть сеть его обслуживает, а он ей только пользуется. Компьютер-клиент также часто называют рабочей станцией. В принципе каждый компьютер может быть одновременно как клиентом, так и сервером.

Под сервером и клиентом часто понимают также не сами компьютеры, а работающие на них программные приложения. В этом случае то приложение, которое только отдает ресурс в сеть, является сервером, а то приложение, которое только пользуется сетевыми ресурсами — клиентом.

Гибридная сеть.Полная децентрализация в одноранговых сетях, насчитывающих сотни и тысячи компьютеров, приводит к сложностям в управлении ими. Эта проблема отчасти решается добавлением координационного сервера в структуру сети. На сервер возлагаются задачи контроля за состоянием сети, представления списка доступных ресурсов и общего управления. Например, клиенты могут обращаться к такому серверу для авторизации, после чего способны взаимодействовать друг с другом непосредственно.

Гетерогенная сеть - информационная сеть, в которой работают протоколы сетевого уровня различных фирм-производителей. Гетерогенная сеть состоит из фрагментов разной топологии и разнотипных технических средств.

Гомогенная сеть - информационная сеть с системами одного и того же типа.
Классификация по скорости передачи данных (единицы измерения скорости передачи ( боды, бит/c, bps, cps, Мб/с , МБ/с):

• 
  коммуникационные модемные каналы: 1200, 2400, 4800, 9600, 14400, 19200, 33600, 56000 bps;
  
• 
  физическая скорость на коммутируемых телефонных каналах = ( 1200-3000 bod);
  
• 
  цифровые модемы 64Кб/с, 128 Кб/с, 256Кб/с, 1,0Мб/с, 5Мб/.с, 10Мб/с;
  
• 
  среднескоростные сети 1, 2, 8, 10, 16, 20 Мб/с;
  
• 
  скоростные сети 100 Мб/с, 1.5 Гб/с.
  

По предоставляемомусервису (службам):

Наиболее известными среди сетевых сервисов являются (сервисы 1 поколения):

•         электронная почта (E-mail), обеспечивающая возможность обмена сообщениями одного человека с одним или несколькими абонентами;

•         сервис FTP – система файловых архивов, обеспечивающая хранение и пересылку файлов различных типов;

•         WorldWideWeb (WWW) – гипертекстовая (гипермедиа) система, предназначенная для интеграции различных сетевых ресурсов в единое информационное пространство;

•         сервис DNS, или система доменных имен, обеспечивающий возможность использования для адресации узлов сети мнемонических имен вместо числовых адресов;

•         сервис IRC, предназначенный для поддержки текстового общения в реальном времени (chat); и др.

Специальные (профессиональные) признаки:

• 
  по топологии сети;
  
• 
  по типу передающей cреды;
  
• 
  по назначению.
  

Классификация по топологии сети:

• 
  сети с топологией «Общая шина»;
  
• 
  сети с топологией «Звезда»;
  
• 
  сети с топологией «Кольцо»;
  
• 
  сети с древовидной топологией;
  
• 
  сети со смешанной топологией;
  
• 
  сети с ячеистой топологией;
  
• 
  Сети с полносвязной топологией.
  

 Общая шина, представляет собой общий кабель (называемый шина или магистраль), к которому подсоединены все рабочие станции. На концах кабеля находятся терминаторы, для предотвращения отражения сигнала.

Шинная топология представляет собой топологию, в которой все устройства локальной сети подключаются к линейной сетевой среде передачи данных. Такую линейную среду часто называют каналом, шиной или трассой. Каждое устройство, например, рабочая станция или сервер, независимо подключается к общему шинному кабелю с помощью специального разъема. Шинный кабель должен иметь на конце согласующий резистор, или терминатор, который поглощает электрический сигнал, не давая ему отражаться и двигаться в обратном направлении по шине.



Сравнение с другими топологиями.

Достоинства: 

• 
  Небольшое время установки сети;
  
• 
  Дешевизна (требуется меньше кабеля и сетевых устройств);
  
• 
  Простота настройки;
  
• 
  Выход из строя рабочей станции не отражается на работе сети. 
  

Недостатки: 

• 
  Неполадки в сети, такие как обрыв кабеля и выход из строя терминатора, полностью блокируют работу всей сети;
  
• 
  Сложная локализация неисправностей;
  
• 
  С добавлением новых рабочих станций падает производительность сети.
  

Звезда - базовая топология компьютерной сети, в которой все компьютеры сети присоединены к центральному узлу (обычно коммутатор), образуя физический сегмент сети. Подобный сегмент сети может функционировать как отдельно, так и в составе сложной сетевой топологии (как правило, «дерево»). Весь обмен информацией идет исключительно через центральный компьютер, на который таким способом возлагается очень большая нагрузка, поэтому 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.


Метод доступа реализуется с помощью технологии Arcnet. Этот метод доступа также использует маркер для передачи данных.  Маркер передается от компьютера к компьютеру в порядке возрастания адреса. Как и в кольцевой топологии, каждый компьютер регенерирует маркер. 

Сравнение с другими топологиями.

Достоинства: 

• 
  выход из строя одной рабочей станции не отражается на работе всей сети в целом;
  
• 
  хорошая масштабируемость сети;
  
• 
  лёгкий поиск неисправностей и обрывов в сети;
  
• 
  высокая производительность сети (при условии правильного проектирования);
  
• 
  гибкие возможности администрирования.
  

Недостатки: 

• 
  выход из строя центрального концентратора обернётся неработоспособностью сети (или сегмента сети) в целом;
  
• 
  для прокладки сети зачастую требуется больше кабеля, чем для большинства других топологий;
  
• 
  конечное число рабочих станций в сети (или сегменте сети) ограничено количеством портов в центральном концентраторе.
  

Кольцо - это топология, в которой каждый компьютер соединен линиями связи только с двумя другими: от одного он только получает информацию, а другому только передает. На каждой линии связи, как и в случае звезды, работает только один передатчик и один приемник. Это позволяет отказаться от применения внешних терминаторов.

Работа в сети кольца заключается в том, что каждый компьютер ретранслирует (возобновляет) сигнал, то есть выступает в роли повторителя, потому затухание сигнала во всем кольце не имеет никакого значения, важно только затухание между соседними компьютерами кольца. Четко выделенного центра в этом случае нет, все компьютеры могут быть одинаковыми. Однако достаточно часто в кольце выделяется специальный абонент, который управляет обменом или контролирует обмен. Понятно, что наличие такого управляющего абонента снижает надежность сети, потому что выход его из строя сразу же парализует весь обмен.

Компьютеры в кольце не являются полностью равноправными (в отличие, например, от шинной топологии). Одни из них обязательно получают информацию от компьютера, который ведет передачу в этот момент, раньше, а другие — позже. Именно на этой особенности топологии и строятся методы управления обменом по сети, специально рассчитанные на «кольцо». В этих методах право на следующую передачу (или, как еще говорят, на захват сети) переходит последовательно к следующему по кругу компьютеру.

Подключение новых абонентов в «кольцо» обычно совсем безболезненно, хотя и требует обязательной остановки работы всей сети на время подключения. Как и в случае топологии «шина», максимальное количество абонентов в кольце может быть достаточно большое (1000 и больше). Кольцевая топология обычно является самой стойкой к перегрузкам, она обеспечивает уверенную работу с самыми большими потоками переданной по сети информации, потому что в ней, как правило, нет конфликтов (в отличие от шины), а также отсутствует центральный абонент (в отличие от звезды).

В кольце, в отличие от других топологий (звезда, шина), не используется конкурентный метод посылки данных, компьютер в сети получает данные от стоящего предыдущим в списке адресатов и перенаправляет их далее, если они адресованы не ему. Список адресатов генерируется компьютером, являющимся генератором маркера. Сетевой модуль генерирует маркерный сигнал (обычно порядка 2—10 байт во избежание затухания) и передает его следующей системе (иногда по возрастанию MAC-адреса). Следующая система, приняв сигнал, не анализирует его, а просто передает дальше. Это так называемый нулевой цикл.

Последующий алгоритм работы таков — пакет данных GRE, передаваемый отправителем адресату начинает следовать по пути, проложенному маркером. Пакет передаётся до тех пор, пока не доберётся до получателя.



Сравнение с другими топологиями.

Достоинства: 

• 
  Простота установки;
  
• 
  Практически полное отсутствие дополнительного оборудования;
  
• 
  Возможность устойчивой работы без существенного падения скорости передачи данных при интенсивной загрузке сети, поскольку использование маркера исключает возможность возникновения коллизий.
  

Недостатки: 

• 
  Выход из строя одной рабочей станции, и другие неполадки (обрыв кабеля), отражаются на работоспособности всей сети;
  
• 
  Сложность конфигурирования и настройки;
  
• 
  Сложность поиска неисправностей.
  
• 
  Необходимость иметь две сетевые платы, на каждой рабочей станции.
  

Топология дерево или древовидная представляет собой особый тип структуры, в которой многие соединенные элементы расположены как ветви дерева. Они, как правило, используются для организации компьютеров в корпоративной сети или информации в базе данных.

Особенности

Топология дерева базируется на двух топологиях — шины и звезды. Несмотря на то что такая конфигурация не является широко используемой сетевой топологией, она все же применяется в определенных обстоятельствах, например, когда требуется масштабируемая иерархическая связь между двумя сетями.

В древовидной топологии между любыми двумя связанными узлами может быть только одно соединение. Поскольку любые два узла могут иметь только одну взаимную связь, такая структура образует естественную родительски-дочернюю иерархию. Например, в компьютерных сетях топология дерева также известна как топология звездной шины, потому что как уже было сказано выше, она включает в себя элементы как шинной, так и звездной конфигурации.

Древовидная топология — это иерархическая структура, в которой каждый уровень связан со следующим уровнем, и находится он, как правило, выше текущего. Таким образом, в ней могут объединяться несколько звездообразных структур, что позволяет, например, если речь идет о сети, пользователям соединятся с большим количеством серверов. Такая иерархическая структура считается лучшим вариантом для подключения больших сетей.



Преимущества

• 
  Гибкость. В древовидную топологию можно легко добавлять новые узлы (компьютеры), просто подключив к ней концентратор. Это фактически позволяет добавлять несколько компьютеров в сеть одновременно.
  
• 
  Простой централизованный мониторинг. Данная конфигурация позволяет пользователям легко контролировать и управлять большой сеткой. Кроме того, ее очень легко перенастраивать.
  
• 
  Масштабируемость. Она очень масштабируема, потому что конечные узлы могут концентрировать в себе несколько подключений от новых узлов. Такое разветвление с каждым новых подключением множит количество потенциальных подключений.
  
• 
  Простое подключение “точка-точка”. Подключение“точка-точка” к центральному концентратору на каждом промежуточном узле соответствует узлу в шинной топологии. Фактически, в древовидной топологии каждый компьютер подключен к концентратору, а также каждая часть сети подключена к главному кабелю.
  
• 
  Доступ. Поскольку древовидная топология представляет собой большую сеть, все компьютеры будут иметь лучший доступ к сети. Это фактически делает ее наиболее эффективным способом подключения нескольких компьютеров к одному дереву.
  
• 
  Надежность. В древовидной топологии другие иерархические сети не затрагиваются, если одна из них повреждена. Это делает ее очень надежной и эффективной.
  
• 
  Поддерживается аппаратными и программными поставщиками. Она также поддерживается многими аппаратными и программными поставщиками, а это означает, что компоненты, которые требуются для конфигурации и обслуживания легкодоступны на рынке.
  
• 
  Простая идентификация системы. Благодаря древовидной конфигурации очень легко идентифицировать конкретную систему, а также подключиться к более крупной сетке.
  
• 
  Обмен информацией. Она также позволит обмениваться информацией по крупной сети, что очень удобно для крупных корпораций.
  
• 
  Позволяет использовать несколько серверов. Топология дерева также позволяет пользователям подключаться к нескольким серверами. Это фактически делает ее расширяемой и способной одновременно вместить множество компьютеров.
  
• 
  Снижение трафика. Поскольку древовидная топология включает несколько серверов, это поможет значительно уменьшить трафик независимо от количества компьютеров, находящихся в сети.
  

Недостатки и минусы

• 
  Одна точка отказа. Если магистраль всей сети выходит из строя, то ее отдельные части не смогут взаимодействовать друг с другом.
  
• 
  Необходимы огромные кабели. Поскольку в древовидной топологии имеется несколько точек подключения, наверняка понадобятся, большое количество длинных кабелей, а это довольно затратно.
  
• 
  Сложности в настройке. Иногда такую топологию достаточно сложно настроить. Во-первых, потому что, как правило, большая сеть подразумевает большое количество подключений, во-вторых, структура подключения в реальной жизни может быть довольно запутанной, и не всегда совпадает со схемой.
  
• 
  Длина сети ограничена типом кабеля. При такой конфигурации длина сети ограничена типом кабеля, который будет использоваться. Таким образом, потребуется использовать высококачественные кабели для расширения, иначе сигнал не будет проходить.
  
• 
  Обслуживание. Подобные структуры нуждаются в постоянном мониторинге и обслуживании. Причина состоит в том, что большое количество точек подключения, подразумевает относительно регулярный выход из строя того или иного узла.
  

Смешанная топология- самая популярная топология, которая объединила все топологии выше в себя. Представляет собой древовидную структуру, которая объединяет все топологии. Одна из самых отказоустойчивых топологий, так как если у двух площадок произойдет обрыв, то парализована будет связь только между ними, а все остальные объединенные площадки будут работать безотказно. На сегодняшний день, данная топология используется во всех средних и крупных компаниях.



Ячеистая топология - базовая полносвязная топология компьютерной сети, в которой каждая рабочая станция сети соединяется с несколькими другими рабочими станциями этой же сети. Характеризуется высокой отказоустойчивостью, сложностью настройки и переизбыточным расходом кабеля. Каждый компьютер имеет множество возможных путей соединения с другими компьютерами. Обрыв кабеля не приведёт к потере соединения между двумя компьютерами.

Получается из полносвязной путем удаления некоторых возможных связей. Эта топология допускает соединение большого количества компьютеров и характерна, как правило, для крупных сетей.



 Полносвязная топология — топология компьютерной сети, в которой каждая рабочая станция подключена ко всем остальным. Этот вариант является громоздким и неэффективным, несмотря на свою логическую простоту. Для каждой пары должна быть выделена независимая линия, каждый компьютер должен иметь столько коммуникационных портов сколько компьютеров в сети. По этим причинам сетьможет иметь только сравнительно небольшие конечные размеры. Чаще всего эта топология используется в многомашинных комплексах или глобальных сетях при малом количестве рабочих станций.
Технология доступа в сетях этой топологии реализуется методом передачи маркера. Маркер – это пакет, снабженный специальной последовательностью бит (его можно сравнить с конвертом для письма). Он последовательно предается по кольцу от компьютера к компьютеру в одном направлении. Каждый узел ретранслирует передаваемый маркер. Компьютер может передать свои данные, если он получил пустой маркер. Маркер с пакетом передается, пока не обнаружится компьютер, которому предназначен пакет. В этом компьютере данные принимаются, но маркер движется дальше и возвращается к отправителю.
После того, как отправивший пакет компьютер убедится, что пакет доставлен адресату, маркер освобождается.

Недостаток: громоздкий и неэффективный вариант, т.к. каждый компьютер должен иметь большое кол-во коммуникационных портов.



Классификация по типу передающей cреды:

• 
  проводная (коаксиал, витая паpа, оптоволокно);
  
• 
  беспроводная (радиоканал, ИК каналы, микроволновые каналы)
  

Классификация сетей по назначению:

• 
  сети для хранения информации (Storageareanetwork, SAN );
  
• 
  сетипредприятий (Enterprise private network, EPN );
  
• 
  виртуальныечастныесети (Virtual private network, VPN ).
  
  

Сети для хранения информации в настоящее время называют "облачными хранилищами". Они состоят из множества разнесенных в пространстве хостов, оснащенных емкими устройствами хранения и технологиями, позволяющими оптимизировать процесс хранения информации. Примерами могут служить такие сервисы, как Яндекс.Диск, GoogleDrive, Dropbox и т.п.

Сети предприятий могут частично использовать общедоступную инфраструктуру (Интернет), частично быть построены на собственных коммуникациях. В них, как правило, особое внимание уделяется иерархическому доступу к информации и ее защите.

Виртуальные приватные сети строятся "поверх" обычных сетей. Передаваемая информация дополнительно шифруется и обрабатывается таким образом, что компьютер, помимо подключения к обычной сети, становится еще и участником дополнительной сети, доступ к которой получают только определенные участники, например, с помощью паролей или файлов-ключей.