Лекция 10 Организация межкомпьютерной связи

10.1 Основные способы организации межкомпьютерной связи

10.2 Понятие топологии сети и базовых топологий

Основные способы организации межкомпьютерной связи

Есть три основных способа организации межкомпьютерной связи:

- объединение двух рядом расположенных компьютеров через их коммуникационные порты посредством специального кабеля;

- передача данных от одного компьютера к другому посредством модема с помощью проводных или спутниковых линий связи;

- объединение компьютеров в компьютерную сеть.

Часто при организации связи между двумя компьютерами за одним компьютером закрепляется роль поставщика ресурсов (программ, данных и т. д.), а за другим – роль пользователя этих ресурсов. В этом случае первый компьютер называется сервером, а второй – клиентом или рабочей станцией. Работать можно только на компьютере-клиенте под управлением специального программного обеспечения.

Сервер (англ. serve – обслуживать) – это высокопроизводительный компьютер с большим объемом внешней памяти, обеспечивающий 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. Это значит, 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. Соответственно программное обеспечение, которое позволяет компьютеру предоставлять услуги другому компьютеру, называют сервером — так же, как и сам компьютер.

Один из основных принципов технологии клиент-сервер заключается в разделении функций стандартного интерактивного приложения на четыре группы, имеющие различную природу.

Первая группа. Это функции ввода и отображения данных.

Вторая группа – объединяет чисто прикладные функции, характерные для данной предметной области (для банковской системы – открытие счета, перевод денег с одного счета на другой и т.д.).

Третья группа – фундаментальные функции хранения и управления информационно-вычислительными ресурсами (базами данных, файловыми системами и т.д.).

Четвертая группа – служебные функции, осуществляющие связь между функциями первых трех групп.

В соответствии с этим в любом приложении выделяются следующие логические компоненты:

- компонент представления (presentation), реализующий функции первой группы;

- прикладной компонент (business application), поддерживающий функции второй группы;

- компонент доступа к информационным ресурсам (resource manager), поддерживающий функции третьей группы, а также вводятся и уточняются соглашения о способах их взаимодействия (протокол взаимодействия).

Различия в реализации технологии клиент-сервер определяются следующими факторами:

- видами программного обеспечения, в которые интегрирован каждый из этих компонентов;

- механизмами программного обеспечения, используемыми для реализации функций всех трех групп;

- способом распределения логических компонентов между компьютерами в сети;

- механизмами, используемыми для связи компонентов между собой.

Выделяются четыре подхода, реализованные в следующих моделях:

- модель файлового сервера (File Server - FS);

- модель доступа к удаленным данным (Remote Data Access - RDA);

- модель сервера баз данных (Data Base Server - DBS);

- модель сервера приложений (Application Server - AS).

Для преодоления несовместимости интерфейсов отдельных компьютеров вырабатывают специальные правила, называемые протоколами связи.

Протоколы – это стандарты, определяющие набор конкретных правил обмена информацией между разными устройствами передачи данных. Имеются протоколы для скорости передачи, форматов данных, контроля ошибок и др.

Протокол IP (Internet Protocol) — протокол межсетевого взаимодействия, отвечает за адресацию и позволяет пакету на пути к конечному пункту назначения проходить по нескольким сетям.

Протокол ТСР (Transmission Control Protocol) — протокол управления передачей данных, отвечает за разбиение передаваемой информации на пакеты и правильное восстановление информации из пакетов получателя.

Все компьютеры, участвующие в передаче данных, используют единый протокол коммуникации TCP/ IP.

Для работы с сетью необходимо наличие специального сетевого программного обеспечения, которое обеспечивает передачу данных в соответствии с заданным протоколом.

Понятие топологии сети и базовых топологий

Существует большое число способов, которыми можно соединить компьютеры между собой в единую компьютерную сеть. Чем больше разных компьютеров, тем больше таких способов соединения. Каждое соединение – это новый маршрут для передачи данных.

Термин «топология сети» или просто «топология» характеризует физическое расположение компьютеров, сетевых сред передачи данных и других компонентов сети. Топология – это стандартный термин, который:

- используется при описании основной компоновки сети;

- дает способ сравнивать и классифицировать различные сети.

Топология сети обуславливает ее технические характеристики. В частности, выбор той или иной топологии влияет на:

- состав необходимого сетевого оборудования и его характеристики;

- возможность расширения сети и ее надежность;

- способ управления сетью.

При построении сети просто подключить компьютер к сетевому кабелю, соединяющему другие компьютеры, недостаточно. Различные типы кабелей в сочетании с различными сетевыми адаптерами, сетевыми ОС и другими компонентами требуют и различного взаимного расположения компьютеров.

Любая топология сети может диктовать не только тип кабеля, но и способ его прокладки, а также определять метод доступа компьютеров в сеть. Все сети строятся на основе трех базовых топологий: шина (bus); звезда (star); кольцо (ring). Если компьютеры подключены вдоль одного кабеля (сегмента), топология называется «шина». В том случае, когда компьютеры подключены к сегментам кабеля, исходящим из одной точки (или концентратора), топология называется «звезда». Если кабель, к которому подключены компьютеры, замкнут, то такая топология носит название «кольцо».

Топология типа «шина»

Все компьютеры подключаются к одному кабелю. На его концах должны быть расположены терминаторы. По такой топологии строятся 100 Мегабитные сети. В качестве кабеля используется коаксиальные кабели или кабели «витая пара». Пассивная топология, строится на использовании одного общего канала связи и коллективного использования его в режиме разделения времени. Нарушение общего кабеля или любого из двух терминаторов приводит к выходу из строя участка сети между этими терминаторами (сегмент сети). Отключение любого из подключенных устройств на работу сети никакого влияния не оказывает. Неисправность канала связи выводит из строя всю сеть.

Все компьютеры в сети “слушают” несущую сеть и не участвуют в передаче данных между соседями. Пропускная способность такой сети снижается с увеличением нагрузки или при увеличении числа узлов.

Для соединения кусков шины могут использоваться активные устройства – повторители (repeater) с внешним источником питания.

Данная топология относится к наиболее простым и широко распространенным топологиям. В ней используется один сетевой кабель, именуемый магистралью или сегментом, вдоль которого подключены все РС сети.

При передаче пакетов данных каждый компьютер адресует его конкретному компьютеру ЛВС (РС), передавая его по сетевому кабелю в виде электрических сигналов.

Пакет в виде электрических сигналов передается по шине в обоих направлениях всем компьютерам сети.

Однако информацию принимает только тот адрес, который соответствует адресу получателя, указанному в заголовке пакета.

Так как в каждый момент времени в сети может вести передачу только одна РС, то производительности ЛВС зависит от количества РС, подключенных к шине. Чем их больше, тем больше ожидающих передачи данных, тем ниже производительности сети. Однако нельзя указать прямую зависимость пропускной способности сети от количества РС, так как на нее также влияет:

- характеристики аппаратного обеспеченияРС сети;

- частота, с которой передают сообщения РС;

- тип работающих сетевых приложений;

- тип кабеля и расстояние между РС в сети.

Шина – пассивная топология. Это значит, что компьютеры только «слушают» передаваемые по сети данные, но не перемещают их от отправителя к получателю. Поэтому, если один из компьютеров выйдет из строя, это не скажется на работе всей сети (! ).

Топология типа «звезда»

Концепция топологии сети в виде звезды пришла из области больших ЭВМ, в которой головная машина получает и обрабатывает все данные с периферийных устройств как активный узел обработки данных. Вся информация между двумя периферийными рабочими местами проходит через центральный узел вычислительной сети.

Пропускная способность сети определяется вычислительной мощностью узла и гарантируется для каждой рабочей станции. Коллизий (столкновений) данных не возникает.

Кабельное соединение довольно простое, так как каждая рабочая станция связана с узлом. Затраты на прокладку кабелей высокие, особенно когда центральный узел географически расположен не в центре топологии.

При расширении вычислительных сетей не могут быть использованы ранее выполненные кабельные связи: к новому рабочему месту необходимо прокладывать отдельный кабель из центра сети.

Топология в виде звезды является наиболее быстродействующей из всех топологий вычислительных сетей, поскольку передача данных между рабочими станциями проходит через центральный узел (при его хорошей производительности) по отдельным линиям, используемым только этими рабочими станциями. Частота запросов передачи информации от одной станции к другой невысокая по сравнению с достигаемой в других топологиях.

Производительность вычислительной сети в первую очередь зависит от мощности центрального файлового сервера. Он может быть узким местом вычислительной сети. В случае выхода из строя центрального узла нарушается работа всей сети.

Центральный узел управления — файловый сервер может реализовать оптимальный механизм защиты против несанкционированного доступа к информации. Вся вычислительная сеть может управляться из ее центра. Каждый компьютер (и т.п.) подключен отдельным проводом к отдельному порту устройства, называемого концентратором или повторителем (репитер), или хабом (Hub).

Топология типа «кольцо»

При этой топологии сеть замкнута, образуя неразрывное кольцо. Поэтому у кабеля просто не может быть свободного конца, к которому надо подключить терминатор. Начав движение в какой-либо точке кольца, пакет данных в конце концов попадает в его начало. Из-за такой особенности данные в кольце движутся всегда в одном направлении.

В отличие от пассивной топологии «шина», здесь каждый компьютер выступает в роли репитера, усиливая сигналы и передавая их следующему компьютеру.

Прокладка кабелей от одной рабочей станции до другой может быть довольно сложной и дорогостоящей, особенно если географически рабочие станции расположены далеко от кольца (например, в линию).

Сообщения циркулируют регулярно по кругу. Рабочая станция посылает по определенному конечному адресу информацию, предварительно получив из кольца запрос. Пересылка сообщений является очень эффективной, так как большинство сообщений можно отправлять “в дорогу” по кабельной системе одно за другим. Очень просто можно сделать кольцевой запрос на все станции. Продолжительность передачи информации увеличивается пропорционально количеству рабочих станций, входящих в вычислительную сеть.

Основная проблема при кольцевой топологии заключается в том, что каждая рабочая станция должна активно участвовать в пересылке информации, и в случае выхода из строя хотя бы одной из них вся сеть парализуется. Неисправности в кабельных соединениях локализуются легко.

В отличие от «звезды» «кольцу» необходим неразрывный путь между всеми сетевыми РС. Поэтому при выходе из стоя какой-либо одной РС сеть прекращает функционировать.

Подключение новой рабочей станции требует краткосрочного выключения сети, так как во время установки кольцо должно быть разомкнуто. Ограничения на протяженность вычислительной сети не существует, так как оно, в конечном счете, определяется исключительно расстоянием между двумя рабочими станциями.

Другое слабое место «кольца» состоит в том, что данные проходят через каждый сетевой компьютер, давая возможность " не очень хорошим" людям заниматься перехватом информации, не предназначенной посторонним. Кроме того, изменение конфигурации сети или подключение новой РС требует остановки всей сети (рис. 10.1).

Комбинированные топологии

В реальных сетях используются топологии ЛВС, которые комбинируют компоновку сети по принципу шины, звезды и кольца. При этом широкое применение находят концентраторы и коммутаторы, использование которых дает ряд существенных преимуществ:

- простота изменения или расширения сети, так как достаточно просто подключить еще один компьютер или концентратор;

- возможность подключения кабелей различных типов;

- централизованный контроль за работой сети и сетевым трафиком, так как во многих сетях активные концентраторы наделены диагностическими возможностями, позволяющими определить работоспособность соединения.

Звезда – шина (star-bus) – это комбинация топологий «шина» и «звезда». Чаще всего это выглядит так: несколько сетей с топологией «звезда» объединяются при помощи магистральной шины.

В этом случае выход из стоя одного компьютера не окажет никакого влияния на сеть. Остальные компьютеры по-прежнему взаимодействуют друг с другом. Выход из стоя концентратора повлечет за собой остановку подключенных только к нему компьютеров и концентраторов. Такая топология очень удобна даже для небольших офисов, когда компьютеры в одном помещении подключаются к собственным концентраторам с помощью витой пары, а помещения (концентраторы) между собой соединяются только одним сетевым кабелем (витой парой, коаксиальным или оптическим кабелем).

⇐ Предыдущая10111213141516171819Следующая ⇒

Поделиться: