Архитектура компьютерных сетей

Компьютерная (вычислительная) сеть или сеть передачи дан­ных представляет собой некоторую совокупность узлов (компью­теров, рабочих станций или других устройств), соединенных ком­муникационными каналами, а также набор оборудования, обес­печивающего соединение станций и передачу между ними информации.

Сегодня существует огромное многообразие компьютерных сетей самых разных назначений, построенных на основе различ­ных компьютерных и коммуникационных технологий и опреде­ляемых использованием той или иной сетевой архитектуры.

Архитектура компьютерных сетей

Борисов В.А.

КАСК – филиал ФГБОУ ВПО РАНХ и ГС

Красноармейск 2011 г.

Компьютерная (вычислительная) сеть

• Совокупность узлов, соединенных коммуникационными каналами, а также набор оборудования, обеспечивающего соединение станций и передачу между ними информации.

Сетевая архитектура

• Совокупность сетевых аппаратных и программных решений, методов доступа и протоколов обмена информацией.

Классификация компьютерных

сетей

По технологии передачи данных

• вещание (или один—ко многим);
• соединение точка—точка.

По принципу организации обмена данными между абонентами

• коммутация каналов;
• коммутация сообщений;
• коммутация пакетов.

Коммутация

• Технология выбора направления и организации передачи данных в сетях, имеющих несколько альтернативных маршрутов, по которым может производиться обмен информацией между двумя узлами.

Сетевой трафик

• (от англ, traffic — движение).
• Передаваемые по сети информационные потоки во время обмена информацией между двумя узлами.

Сеть с коммутацией каналов

• Тип коммуникационной сети, в которой каждой паре абонентов в течение сеанса их информационного взаимодействия предоставляется физическое соединение.

Коммутация сообщений

Коммутация пакетов

• Технология доставки сообщений, при которой данные, разбитые на отдельные блоки малых размеров, называемые пакетами, могут пересылаться из исходного пункта в пункт назначения по различным маршрутам.

Сеть с коммутацией пакетов

• Коммуникационная сеть, состоящая из соединенных друг с другом магистральными каналами узлов коммутации, в которой данные передаются в виде пакетов, с промежуточным хранением этих пакетов на узлах коммутации.

По территориальной распространенности

• локальные,
• кампусные,
• городские,
• глобальные.

Локальная сеть (Local Area Network — LAN)

• Сеть ЭВМ, включающая в себя компьютеры, расположенные в пределах одного помещения, здания или небольшой территории, позволяющая обмениваться данными и совместно использовать различные устройства.

Кампусная сеть (от англ, campus — университет, территория университета)

• Сеть, охватывающая территорию университета или студенческого городка.

Городская сеть (Metropolitan Area Network — MAN)

• Объединяет компьютеры на территории городского района или всего города целиком.

Глобальная сеть (Wide Area Network — WAN)

• Совокупность сетей, объединяющих территориально рассредоточенные компьютеры, находящиеся в различных городах и странах.

полносвязная

звезда

ячеистая

Топология

сети

дерево

кольцевая

смешанная

общая

шина

По скорости передачи данных

• низкоскоростные (до 10 Мбит/с);
• среднескоростные (до 100 Мбит/с);
• высокоскоростные (свыше 100 Мбит/с).

По типу среды передачи данных

По принципу организации иерархии компьютеров

• одноранговые,
• с выделенным сервером.

Сервер (от англ, server — служащий, служитель)

• Объект, предоставляющий другим объектам (клиентам), некоторые услуги.

Сети с выделенным сервером

• файл-сервер — данные и программы по требованию пользователя пересылаются с сервера ему на компьютер;
• клиент-сервер — выполнение программ и обработка данных происходят на сервере по запросу пользователя.

Топологии компьютерных сетей

Топология компьютерной сети

• Конфигурация физических связей компьютеров или других сетевых устройств друг с другом.

Выбор топологии зависит от:

• надежности получаемой сети;
• простоты присоединения новых узлов;
• экономических соображений.

Полносвязные топологии

• Подразумевают наличие отдельного канала для связи любых двух компьютеров сети.

Неполносвязные топологии

• Получаются из полносвязных путем удаления некоторых связей и, следовательно, данные будут передаваться через промежуточные узлы сети.

Ячеистая топология

• Получается из полносвязной за счет удаления некоторых возможных связей.

Кольцевая конфигурация

• Подразумевает соединение компьютеров в замкнутое кольцо.
• Данные передаются от одного компьютера к другому по кругу до тех пор, пока не найдут своего адресата.

Топология звезда

• Образуется, когда каждый компьютер сети подключается к концентратору по отдельной линии связи.

Топология дерево

• Получается при объединении нескольких звезд.

Топология общая шина

• Все компьютеры подключаются к одной линии связи, например, это может быть высокочастотный кабель или радиочастота.

Среды

передачи данных

Среда передачи данных

Разделяемая среда

В зависимости от используемой среды передачи данных линии связи делятся на:

• проводные;
• кабельные;
• беспроводные.

Проводные линии связи

• Строятся с использованием телефонных или телеграфных проводов.

Кабельные линии

• Строятся на основе специальных кабелей, представляющих собой проводники, заключенные в несколько слоев изоляции.

Основные типы кабелей для компьютерных сетей

• высокочастотные коаксиальные кабели с медной жилой;
• кабели на основе витых пар медных проводников;
• оптоволоконные кабели.

Параметры кабелей

• полоса пропускания;
• задержка распространения сигнала;
• помехозащищенность кабеля;
• затухание;
• волновое сопротивление.

Полоса пропускания

• Частотный диапазон сигналов, пропускаемых кабелем.

Помехозащищенность кабеля

• Степень защищенности кабеля от воздействия помех и наводок, возникающих как во внешней среде, так и на внутренних проводниках самого кабеля.

Затухание

• Степень потери мощности сигнала на выходе линии связи по отношению к мощности на входе этой линии.

Волновое сопротивление (для электрических кабелей)

• Полное сопротивление, которое встречает электромагнитная волна определенной частоты при распространении вдоль однородной цепи.

Коаксиальный кабель

Кабель на основе витых пар

• Представляет собой несколько пар, скрученных попарно медных изолированных проводников, заключенных в общую диэлектрическую оболочку.
• Бывает экранированным и неэкранированным.

Категории кабелей на витых парах

• UT Р 1;
• UT Р 2;
• UT Р 3;
• UT Р 4;
• UT Р 5.

Оптоволоконный кабель

Виды оптоволоконных кабелей

• одномодовое волокно;
• многомодовое волокно со ступенчатым изменением показателя преломления;
• многомодовое волокно с плавным изменением показателя преломления.

Мода луча

• Угол отражения луча в сердцевине.

Беспроводные линии связи

• Используют для передачи данных радиоволны либо инфракрасное излучение.

Методы доступа

к среде передачи данных

Централизованные методы

Достоинства:

• отсутствие конфликтов.

Недостатки:

• неустойчивость к отказам центра,
• малая гибкость управления.

Децентрализованные методы

Достоинства:

• высокая устойчивость к отказам;
• большая гибкость.

Недостатки:

• возможны конфликты.

Детерминированные методы

• Определяют четкие правила, по которым осуществляется порядок предоставления доступа абонентам сети.

Случайные методы

• Подразумевают произвольный порядок получения доступа к среде передачи.