Учебник для вузов в. Олифер Н. Олифер Компьютерные Принципы, технологии, протоколы
 Скачать 22.28 Mb.
|
|
ГЛАВА 5 Примеры сетей В этой главе рассматриваются примеры наиболее популярных типов сетей — сетей операторов связи, корпоративных сетей и Интернет. Глава начинается с классификации типов сетей, которая дает общее представление о наиболее существенных признаках, характеризующих сети. Несмотря на различия между этими типами сетей, они имеют много общего и, прежде всего, схо жую структуру. Поэтому перед обсуждением каодого из перечисленных типов сетей мы рассмотрим обобщенную структуру телекоммуникационной сети. Заканчивается глава описанием Интернета. Эта сеть, уникальная во многих отношениях, оказала критическое влияние на развитие сетевых технологий в современном мире. Классификация компьютерных сетей 139 Классификация компьютерных сетей Классификация - процвсд груйшрое^ния (owecertt^ к т с ^ или ино^типу) объектов изучения в соответствии с их общйми признаками. Каждый реальный объект может быть наделен множеством признаков. Субъективный характер любой классификации проявляется в том, что имеется некоторый произвол при выборе среди этого множества признаков тех, которые будут использованы для классифи кации, то есть при выборе критериев классификации. Приведенная далее классификация компьютерных сетей не является исключением — в других книгах вы можете встретить другие классификации, основанные на критериях, отличающихся от выбранных здесь. Классификация компьютерных сетей в технологическом аспекте Итак, начнем с самой разветвленной классификации компьютерных сетей, в которой в качестве критериев классификации используются различные технологические харак теристики сетей, такие как топология, метод коммутации, метод продвижения пакетов, тип среды передачи и др. Такая классификация может быть названа классификацией в технологическом аспекте. □ Поскольку до недавнего времени выбор технологии, используемой для построения сети, был в первую очередь обусловлен ее территориальным масштабом, мы начнем нашу классификацию с технологических признаков компьютерной сети, обусловленных территорией покрытия. Все сети по этому критерию можно разделить на две группы: О локальные сети (Local Area Network, LAN); О глобальные сети (Wide Area Network, WAN). Первые локальные и глобальные сети представляли собой два существенно отли чающихся технологических направления. Мы уже обозначили особенности двух этих направлений, когда рассматривали эволюцию компьютерных сетей (см. главу 1). В частности, в локальных сетях обычно используются более качественные линии связи, которые не всегда доступны {из-за экономических ограничений) на больших расстояни ях, свойственных глобальным сетям. Высокое качество линий связи в локальных сетях позволило упростить процедуры передачи данных за счет применения смодулирован ных сигналов и отказа от обязательного подтверждения получения пакета. Благодаря этому скорость обмена данными между конечными узлами в локальных сетях, как правило, выше, чем в глобальных. Несмотря на то что процесс сближения технологий локальных и глобальных сетей идет уже давно, различия между этими технологиями все еще достаточно отчетливы, что и дает основания относить соответствующие сети к различным технологйческим типам. Подчеркнем, что гбворя в данном контексте «локальные сети» или «глобальные сети», мы имеем в виду, прежде всего, различия технологий локальных и глобальных сетей, а не тот факт, что эти сети имеют разный территориальный масштаб. Мы также уже упоминали ранее о так называемых городских сетях, или сетях мегапо лиса (Metropolitan Area Network, MAN). Эти сети предназначены для обслуживания 140 Глава 5. Примеры сетей территории крупного города — мегаполиса, и сочетают в себе признаки как локальных, так и глобальных сетей. От первых они унаследовали большую плотность подключения конечных абонентов и высокоростные линии связи, а от последних — большую про тяженность линий связи. В то же время появление городские сетей не привело к воз никновению каких-нибудь качественно новых технологий1, поэтому мы не выделили их в отдельный технологический тип сетей. □ В соответствии с технологическими признаками, обусловленными средой передачи, компьютерные сети подразделяют на два класса: О проводные сети, то есть сети, каналы связи которых построены с использованием медных или оптических кабелей; О беспроводные сети, то есть сети, в которых для связи используются беспроводные каналы связи, например радио, СВЧ, инфракрасные или лазерные каналы. Тип среды передачи влияет на технологию компьютерной сети, так как ее протоколы должны учитывать скорость и надежность соединения, обеспечиваемого каналом, а также частоту искажения в нем битов информации. Как вы уже знаете, различие тех нологий локальных и глобальных сетей во многом определялось различием качества используемых в этих сетях каналов связи. Качество канала связи зависит от многих факторов, но наиболее кардинально на него влияет выбор проводной или беспроводной среды. Любая беспроводная среда — будь то радиоволны, инфракрасные лучи или СВЧ- сигналы спутниковой связи — гораздо больше подвержена влиянию внешних помех, чем проводная. Роса, туман, солнечные бури, работающие в комнате микроволновые печи — вот только несколько примеров источников помех, которые могут привести к резкому ухудшению качества беспроводного канала. А значит, технологии бес проводных сетей должны учитывать типичность таких ситуаций и строиться та ким образом, чтобы обеспечивать работоспособность сети, несмотря на ухудшение вешних условий. Кроме того, существует ряд других специфических особенностей беспроводных сетей, которые служат основанием для выделения их в особый класс, например естественное разделение радиосреды узлами сети, находящимися в радиу се действия всенаправленного передатчика; распределение диапазона радиочастот между сетями различного назначения, например между телефонными и компьютер ными. □ В зависимости от способа коммутации сети подразделяются на два класса: О сети с коммутацией пакетов; О сети с коммутацией каналов. Вы уже знакомы с особенностями и отличиями методов коммутации пакетов и каналов, поэтому не удивительно, что эти методы приводят к существованию двух фундамен 1 Существует новая технология, которая первоначально была задумана как технология городских се тей и поэтому в течение некоторого времени была известна как Metro Ethernet. Однако со временем ее назначение было расширено (или, если угодно, — трансформировано), и теперь она продолжает разрабатываться под названием Carrier Grade Ethernet (см. главу 21), то есть Ethernet операторского класса. Такое изменение названия хорошо иллюстрирует относительность классификации техно логий — по сути, это та же самая технология, но названная в соответствии с другим ее признаком, который оказался более существенным. Классификация компьютерных сетей 141 тально различных типов сетей: хотя в компьютерных сетях преимущественно исполь зуется техника коммутации пакетов, принципиально допустимо и применение в них техники коммутации каналов. В свою очередь, техника коммутации пакетов допускает несколько вариаций, отличаю щихся способом продвижения пакетов: О дейтаграммные сети, например Ethernet; О сети, основанные на логических соединениях, например IP-сети, использующие на транспортном уровне протокол TCP; О сети, основанные на виртуальных каналах, например MPLS-сети. □ Сети могут быть классифицированы на основе топологии. Топологический тип сети весьма отчетливо характеризует сеть, он понятен как профессионалам, так и пользовате лям. Мы подробно рассматривали базовые топологии сетей, поэтому здесь только пере числим их: полносвязная топология, дерево, звезда; кольцо, смешанная топология. □ Компьютерные сети разделяют также по признаку их первичности: О Первичные сети занимают особое положение в мире телекоммуникационных се тей, это своего рода вспомогательные сети, которые нужны для того, чтобы гибко создавать постоянные физические двухточечные каналы для других компьютерных и телефонных сетей. В соответствии с семиуровневой моделью OSI первичные сети подобно простым кабелям выполняют функции физического уровня сетей. Однако в отличие от кабелей первичные сети включают дополнительное коммуникацион ное оборудование, которое путем соответствующего конфигурирования позволяет прокладывать новые физические каналы между конечными точками сети. Други ми словами, первичная сеть — это гибкая среда для создания физических каналов связи. О Наложенные сети в этой классификации — это все остальные сети, которые предо ставляют услуги конечным пользователям и строятся на основе каналов первичных сетей — «накладываются» поверх этих сетей. То есть и компьютерные, и телефонные, и телевизионные сети являются наложенными. Другие аспекты классификации компьютерных сетей Сети можно классифицировать в зависимости от того, кому предназначаются услуги этих сетей. Впервые мы имеем дело не с техническим, а организационным критерием класси фикации. Q Итак, в зависимости от того, какому типу пользователей предназначаются услуги сети, сети делятся на два класса: сети операторов связи и корпоративные сети. О Сети операторов связи предоставляют публичные услуги, то есть клиентом сети может стать любой индивидуальный пользователь или любая организация, которая заключила соответствующий коммерческий договор на предоставление той или иной телекоммуникационной услуги. Традиционными услугами операторов связи являются услуги телефонии, а также предоставления каналов связи в аренду тем организациям, которые собираются строить на их основе собственные сети. С рас- 142 Глава 5. Примеры сетей пространением компьютерных сетей операторы связи существенно расширили спектр своих услуг, добавив доступ в Интернет, услуги виртуальных частных сетей, веб-хостинг, электронную почту и IP-телефонию, а также широковещательную рас сылку аудио- и видеосигналов. Ввиду того, что сеть оператора связи обслуживает, как правило, больше клиентов, чем корпоративная сеть (бывают, конечно, и ис ключения из этого правила), и, кроме того, оператор несет прямую материальную ответственность за сбои в работе своей сети, существует неформальное понятие «оборудование операторского класса», отражающее высокие показатели надежно сти, управляемости и производительности такого оборудования. О Корпоративные сети предоставляют услуги только сотрудникам предприятия, которое владеет этой сетью. Хотя формально корпоративная сеть может иметь любой размер, обычно под корпоративной понимают сеть крупного предприятия, которая состоит как из локальных сетей, так и из объединяющей их глобальной сети. □ В зависимости от функциональной роли в составной сети сети делятся на три класса: сети доступа, магистральные сети и сети агрегирования трафика. О Сети доступа — это сети, предоставляющие доступ индивидуальным и корпоратив ным 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. О Магистральные сети — это сети, представляющие собой наиболее скоростную часть (ядро) глобальной сети, которая объединяет многочисленные сети доступа в единую сеть. О Сети агрегирования трафика — это сети, агрегирующие данные от многочисленных сетей доступа для компактной передачи их по небольшому числу каналов связи в ма гистраль. Сети агрегирования обычно используются только в крупных глобальных сетях, где они занимают промежуточную позицию, помогая магистральной сети об рабатывать трафик, поступающий от большого числа сетей доступа. В сетях среднего и небольшого размера сети агрегирования обычно отсутствуют. Заканчивая обсуждение классификации компьютерных сетей, мы еще раз подчеркиваем условный характер любой классификации. Даже в этой книге вы еще не раз столкнетесь с другими, также достаточно широко распространенными критериями классификации. Заметим также, что в общем случае критерии классификации не зависят друг от друга. А это означает, что если согласно какому-то из критериев две сети принадлежат к одному и тому же типу, то при классификации по другому критерию они могут быть отнесены к разным типам. Рассмотрим, например, предприятие, у которого имеется много не больших филиалов в разных городах. Сеть каждого филиала располагается в пределах одного здания и по критерию территориального покрытия относится к классу локальных сетей. Данная организация обладает также сетью, которая связывает все локальные сети филиалов в единую сеть, покрывающую большую территорию, и по данному признаку относится к классу глобальных сетей. В то же время все сети рассматриваемой органи зации (и сети филиалов и связывающая их сеть) входят в один и тот же класс — класс корпоративных сетей. Обобщенная структура телекоммуникационной сети Несмотря на сохраняющиеся различия между компьютерными, телефонными, телевизи онными, радио и первичными сетями, в их структуре можно найти много общего. В общем случае телекоммуникационная сеть состоит из следующих компонентов (рис. 5.1): □ терминального оборудования пользователей (возможно, объединенного в сеть); □ сетей доступа; □ магистральной сети; □ информационных центров, или центров управления сервисами (Services Control Point, SCP). Обобщенная структура телекоммуникационной сети 143 Пользовательская сеть (LAN/PBX) Рис. 5.1. Обобщенная структура телекоммуникационной сети Сеть доступа Сеть доступа составляет нижний уровень иерархии телекоммуникационной сети. Основ ное назначение сети доступа — концентрация информационных потоков, поступающих по многочисленным каналам связи от оборудования клиентов, в сравнительно небольшом количестве узлов магистральной сети. 144 Глава 5. Примеры сетей В случае компьютерной сети терминальным оборудованием являются компьютеры, теле фонной — телефонные аппараты, телевизионной или радиосети — соответствующие теле- или радиоприемники. Терминальное оборудование пользователей может быть объединено в сети, которые не включаются в состав телекоммуникационной сети, так как принадлежат пользователям и размещаются на их территории. Компьютеры пользователей объединя ются в LAN, а телефоны могут подключаться к офисному телефонному коммутатору (Private Branch Exchange, РВХ). Сеть доступа — это региональная сеть, отличающаяся большой разветвленностью. Как и телекоммуникационная сеть в целом, сеть доступа может состоять из нескольких уров ней (на рис. 5.1 их показано два). Коммутаторы1, установленные в узлах нижнего уровня, мультиплексируют информацию, поступающую по многочисленным абонентским каналам, часто называемым абонентскими окончаниями, и передают ее коммутаторам верхнего уровня, чтобы те, в свою очередь, передали ее коммутаторам магистрали. Количество уровней сети доступа зависит от ее размера; небольшая сеть доступа может состоять из одного уровня, крупная — из двух-трех. Магистральная сеть Магистральная сеть объединяет отдельные сети доступа, обеспечивая транзит трафика между ними по высокоскоростным каналам. Коммутаторы магистрали могут оперировать не только информационными соединениями между отдельными пользователями, но и агрегированными информационными потоками, переносящими данные большого количества пользовательских соединений. В результате информация с помощью магистрали попадает в сеть доступа получателей, где она демуль типлексируется и коммутируется таким образом, чтобы на входной порт оборудования пользователя поступала только адресованная ему информация. ПРИМЕР-АНАЛОГИЯ ------------------------------------------------------------------------------------------------- Вы можете легко заметить, что любая национальная сеть автомобильных дорог имеет ту же иерар хическую структуру, что и крупная телекоммуникационная сеть. Обычно существует разветвленная инфраструктура небольших дорог, связывающих деревни и поселки. Эти дороги довольно узкие, так как интенсивность трафика между этими населенными пунктами невысока и нет смысла делать по добные дороги многорядными. Такие дороги вливаются в более скоростные и соответственно более широкие дороги, которые, в свою очередь, имеют соединения с национальными супермагистралями. Иерархия автомобильных дорог, как и иерархия телекоммуникационных сетей, отражает интенсив ность трафика между отдельными населенными пунктами и регионами страны и делает автомобиль ное движение более эффективным. Информационные центры Информационные центрдо, или центры управления сервисами, реализуют информацион ные услуги сети. В таких центрах может храниться информация двух типов: □ пользовательская информация, то есть информация, которая непосредственно интере сует конечных пользователей сети; 1 Термин «коммутатор» используется здесь в широком смысле. Сети операторов связи 145 □ вспомогательная служебная информация, помогающая поставщику услуг предостав лять услуги пользователям. Примером информационных ресурсов первого типа могут служить веб-порталы, на ко торых расположена разнообразная справочная и новостная информация, информация электронных магазинов и т. п. В телефонных сетях подобные центры оказывают услуги экстренного вызова (например, милиции, скорой помощи) и справочные услуги различных организаций и предприятий — вокзалов, аэропортов, магазинов и т. п. К информационным центрам, хранящим ресурсы второго типа, можно отнести, например, различные системы аутентификации и авторизации пользователей, с помощью которых организация, владеющая сетью, проверяет права пользователей на получение тех или иных услуг; системы биллинга, подсчитывающие в коммерческих сетях плату за полученные услуги; базы данных учетной информации пользователей, хранящие имена и пароли, а также перечни услуг, на которые подписан каждый пользователь. В телефонных сетях существуют централизованные центры управления сервисами (SCP), в которых установ лены компьютеры, хранящие программы нестандартной обработки телефонных вызовов пользователей, например вызовов к бесплатным справочным услугам коммерческих пред приятий (так называемые услуги 800) или вызовов при проведении телеголосования. Естественно, у сетей каждого конкретного типа имеется много особенностей, тем не менее их структура в целом соответствует описанной. В то же время, в зависимости от назначения и размера сети, в ней могут отсутствовать или же иметь несущественное значение некото рые составляющие обобщенной структуры. Например, в небольшой локальной компью терной сети нет ярко выраженных сетей доступа и магистрали — они сливаются в общую и достаточно простую структуру. В корпоративной сети, как правило, отсутствует система биллинга, так как услуги сотрудником предприятия оказываются не на коммерческой основе. В некоторых телефонных сетях могут отсутствовать информационные центры, а в телевизионных сетях сеть доступа приобретает вид распределительной сети, так как информация в ней распространяется только в одном направлении — из сети к абонентам. |