Теллекоммуникации

Азы информатики.
Выходим в интернет

Продолжение. Начало см. в № 17/2006

В этом разделе приводится общая информация по сетям (более подробные, по сравнению с Читальным залом, сведения о компьютерных сетях).

Классификация компьютерных сетей

Два компьютера можно соединить друг с другом через стандартные компьютерные порты, без каких-либо сетевых адаптеров. Для передачи информации по такому соединению требуются только специальные программы, которые обычно входят в состав операционных систем.

Такое соединение двух компьютеров называют псевдосетью.

Реальные сети можно классифицировать по разным признакам:

· Территориальная распространенность (локальные, глобальные сети).

· Принадлежность (семейные сети, домовые сети, сети организаций, предприятий, ведомств, региональные сети, государственные сети, международные сети).

· Скорость передачи информации (низкоскоростные — до 10 Мбит/с, среднескоростные —
до 100 Мбит/с, высокоскоростные — свыше 100 Мбит/с).

· Канал передачи информации (проводные: коаксиальный кабель, витая пара, оптоволокно, телефонная линия, бытовая электросеть; беспроводные: передача в диапазоне радиоволн или инфракрасном диапазоне).

· Топология (общая шина, звезда, дерево, кольцо, ячеистая сеть).

Рассмотрим подробнее эти классификации.

Территориальная принадлежность

· Локальные вычислительные сети (ЛВС, LAN — Local Area Network).

· Глобальные вычислительные сети (ГВС, WAN — Wide Area Network).

Локальная сеть объединяет компьютеры (и другие устройства, например, принтеры, факсы, накопители информации) на небольшой территории.

Небольшая территория позволяет прокладывать дорогие кабельные каналы связи, обладающие высокой скоростью передачи информации: кабели “витая пара” (скорости передачи по разным стандартам: Ethernet — 10 Мбит/с, Fast Ethernet — 100 Мбит/с, Gigabit Ethernet — 1000 Мбит/с), оптоволоконные кабели (скорость передачи в стандарте 10G Ethernet достигает значения в 10 Гбит/с).

Эти скорости значительно превышает величину, необходимую для передачи звуковой информации без компрессии (около 1,5 мегабит в секунду) и полноэкранного видео в формате MPEG2 (около 4,5 мегабит в секунду). И даже скорость передачи данных современных винчестеров, которая не превышает 800 мегабит в секунду.

Таким образом, через локальную сеть можно комфортно (без задержек) работать с данными, расположенными на другом компьютере, например, просматривать по сети видеоролики. Такой способ работы называется режимом онлайн (on-line, на линии), в отличие от режима офлайн (off-line, с отключенной линией), при котором данные сначала копируются по сети на компьютер, а затем сеть отключается, и данные используются автономно.

Локальная сеть может быть расположена внутри одной комнаты или покрывать расстояние несколько десятков километров.

Глобальная сеть охватывает значительные географические территории и связывает между собой компьютеры и сети компьютеров, расположенные в разных городах и странах.

Прокладка дорогих скоростных каналов связи не всегда экономически оправдана, особенно на больших расстояниях. Для связи между компьютерами часто используют телефонные линии (56 килобит в секунду) и спутниковую радиосвязь (до 5 мегабит в секунду).

Обычной является ситуация, когда локальная сеть входит в состав глобальной. В этом смысле граница между локальными и глобальными сетями довольно условна.

К какой сети принадлежит компьютер школьной сети, которая подключена к Интернету? С одной стороны — это компьютер локальной сети, а с другой — глобальной!

Принадлежность

Семейные сети, домовые сети, сети организаций, предприятий, ведомств, региональные сети, государственные сети, международные сети.

Скорость передачи информации

· Низкоскоростные (до 10 Мбит/с).

· Среднескоростные (до 100 Мбит/с).

· Высокоскоростные (свыше 100 Мбит/с).

В качестве быстродействия сети указывают скорость передачи данных по каналам связи и измеряют ее в килобитах в секунду* (1 Кбит/с = 1000 бит/с) и более крупных единицах: мегабитах в секунду (1 Мбит/с = 1000 Кбит/с), гигабитах в секунду (1 Гбит/с = 1000 Мбит/с) и даже в терабитах в секунду (1 Тбит/с = 1000 Гбит/с).

Один символ обычно кодируется 1 байтом. Так как в одном байте восемь бит, то чтобы определить, сколько символов (байт) в секунду способна пропустить сеть, нужно указанную величину быстродействия поделить на 8.

Реальная скорость передачи данных по сети всегда ниже скорости канала связи и зависит как от протокола сети (правил передачи данных), так и от интенсивности работы пользователей в текущий момент.

Так в сетях, работающих по протоколу Ethernet, сообщения передаются небольшими порциями (пакетами) по общей для всех рабочих станций разделяемой среде. Передачу пакета можно начать лишь тогда, когда среда свободна, значит, чем больше желающих начать работу, тем больше времени уходит на ожидание паузы в сети у каждого передатчика.

Пакет, кроме собственно фрагмента данных, содержит служебную информацию: начальную преамбулу (для синхронизации передатчика и приемника), адрес отправителя и адрес получателя, длину пакета, контрольную сумму (для проверки целостности данных).

Кроме того, приемник посылает передатчику квитанцию о благополучном приеме, а испорченные пакеты приходится передавать заново.

В силу этих причин реальная скорость передачи данных (например, компьютерного файла) существенно ниже скорости работы канала связи.

Канал передачи информации

· Проводные (передача по коаксиальному кабелю, витой паре, оптоволоконному кабелю, телефонным проводам, проводам бытовых электросетей).

Телефонная сеть — популярный канал связи для подсоединения к серверу глобальной сети. Скорость передачи данных зависит от типа модема, качества телефонной линии от телефонной розетки пользователя до узла АТС (Автоматической Телефонной Станции) и от типа самой АТС. Обычно скорость передачи находится в пределах от 14 Кбит/с до 56 Кбит/c.

Коаксиальный кабель (рис. 2.1) устроен так же, как телевизионный кабель: в центре — медная жила, затем изоляция, затем металлическая оплетка, наконец — внешний слой изоляции. Коаксиальный кабель обеспечивает скорость передачи данных в 10 Мбит/сек. (стандарт Ethernet).

Рис. 2.1. Коаксиальный кабель

Витая пара (рис. 2.2) представляет собой от 2 до 4 пар проводов в изоляции, свитых между собой для уменьшения помех и помещенных в общую изоляционную оболочку. Витая пара обеспечивает скорость передачи данных до 1000 Мбит/сек. (стандарт Gigabit Ethernet).

Рис. 2.2. Кабель витая пара

Оптоволоконный кабель (рис. 2.3) похож на коаксиальный кабель, только вместо центрального медного провода здесь используется тонкое (диаметром порядка 1–10 мкм) стекловолокно, а вместо внутренней изоляции — стеклянная или пластиковая оболочка, не позволяющая свету выходить за пределы стекловолокна.

Рис. 2.3. Оптоволоконный кабель

Информация по оптоволоконному кабелю передается не электрическим сигналом, а световым. Главный его элемент — прозрачное стекловолокно, по которому свет проходит на огромные расстояния (до десятков километров) с незначительным ослаблением. Скорость передачи данных по оптоволоконному кабелю в стандарте 10G Ethernet составляет 10 Гбит/с, но может быть и больше.

Металлическая оплетка кабеля обычно отсутствует, так как экранирование от внешних электромагнитных помех здесь не требуется, однако иногда ее все-таки применяют для механической защиты от окружающей среды.

Обычная бытовая электрическая сеть может быть использована для организации компьютерной локальной сети. Для передачи данных применяют специальные устройства (например, устройства стандарта HomePlug, рис. 2.4):

Рис. 2.4. Устройство стандарта HomePlug

Основные достоинства такой локальной сети: нет необходимости в проводке специальных сетевых коммуникаций, компьютеры не “привязаны” к сетевым разъемам, их можно разместить в любом месте, где есть розетка электропитания.

Скорость передачи данных для устройств HomePlug составляет от 14 Мбит/с (для HomePlug 1.0) до 200 Мбит/с (для HomePlug AV). Дальность — до 10 км.

· Беспроводные (передача в диапазоне радиоволн или инфракрасном диапазоне).

Спутниковый радиоканал связи обеспечивает передачу данных со скоростью до 5 Мбит/с.

Среди беспроводных сетей в последнее время популярны технологии Wi-Fi и BlueTooth.

Технология Wi-Fi (от Wireless Fidelity, дословно переводится как беспроводная точность воспроизведения). Передача данных по радиоканалу на частоте около 2,4 ГГц. Скорость передачи данных составляет от 10 до 50 Мбит/с. Зона покрытия каждого узла Wi-Fi-сети составляет около 100–150 метров в помещении и до 500 метров (иногда больше) на открытом пространстве.

Чтобы пользователь оказался в сети Wi-Fi, ему достаточно просто попасть в радиус ее действия. Все настройки производятся автоматически. Сегодня существует множество устройств, поддерживающих Wi-Fi. Прежде всего — ноутбуки и карманные компьютеры (КПК).

Технология BlueTooth (дословно с английского — “синий зуб”). Обеспечивает низкое по стоимости и энергопотреблению, надежное, защищенное сетевое соединение для передачи данных со скоростью до 1 Мбита/с, в радиусе 10 метров (появляются устройства, работающие на расстоянии до 100 метров). Работа ведется на радиочастоте около 2,45 ГГц. Сегодня эта технология популярна для создания локальных сетей в пределах дома, офиса, а также для беспроводной коммуникации различных электронных устройств (например, компьютера с клавиатурой, мышью, принтером, цифровой камерой, мобильным телефоном, МР3-плеером и даже микроволновой печью и холодильником).

Информационная защищенность соединения обеспечивается специальным шифрованием передачи. “Понять” друг друга могут только те устройства, которые настроены на один и тот же шаблон связи, посторонние приборы воспримут переданную информацию как обычный шум.

Топология (способ соединения компьютеров в сеть)

Популярные топологии:

· общая шина (все узлы подсоединены к общему каналу связи);

· звезда (все узлы подсоединены к одному выделенному узлу);

· кольцо (каждый узел соединен с двумя другими; соединения образуют кольцо);

· дерево (иерархическая структура);

· ячеистая сеть (сообщение от одного узла к другому может проходить по нескольким маршрутам).

Локальные компьютерные сети

Локальная сеть — соединение компьютеров, как правило, внутри здания или в пределах небольшой территории в одну группу для совместного использования информации, устройств и услуг.

Локальная сеть соединяет между собой несколько (возможно несколько тысяч) компьютеров при помощи сетевых кабелей, реже другим способом (например, с использованием радиосвязи или бытовой электросети).

Для работы локальной сети каждый ее компьютер должен иметь сетевой адаптер, который, подобно видеоадаптеру, устанавливается в разъем материнской платы компьютера.

Сетевой адаптер играет роль преобразователя информации, поступающей от компьютера, в форму, пригодную для передачи по каналу связи и обратно.

При построении сетей со сложной структурой используют дополнительные коммуникационные устройства: хабы, коммутаторы и маршрутизаторы (см. Академию-2).

Общая шина

На рис. 2.5 показан пример соединения компьютеров по схеме общая шина. При таком соединении все рабочие станции и сервер подсоединяются к общему кабелю.

Рис. 2.5. Общая шина

Рабочие станции обмениваются данными друг с другом, сервер оказывает дополнительные услуги: предлагает место на своем жестком диске, принтеры, сканеры, факсы, другие подключенные к нему устройства, организует различные сетевые службы (почта, файловые архивы, тематические страницы, доски объявлений, новостные группы, форумы, чаты, конференции…).

По протоколу Ethernet сигнал от одного сетевого узла (рабочей станции или сервера) передается по общему кабелю, и его “слышат” все другие узлы. Передачу узел начинает лишь тогда, когда в сети “тихо” — мешать чужой передаче запрещено.

Сеть с такой организацией называется Ethernet-сетью с разделяемой средой (разделяемой средой здесь является общий кабель).

Чтобы один узел не занял сеть надолго, информация передается небольшими порциями (пакетами). После передачи пакета узел делает паузу, и ей может воспользоваться другой сетевой участник для начала своей передачи.

Сервер может и отсутствовать — он не управляет работой сети, но полезен, так как предлагает пользователям дополнительные услуги.

Подробнее о том, как работает сеть с разделяемой средой в стандарте Ethernet, можно прочитать в Академии-2.

Сети, имеющие топологию общая шина, требуют небольшого количества кабеля, но труднее поддаются диагностике и ремонту по сравнению с сетями, построенными по схеме звезда.

Звезда

На рис. 2.6 показан пример построения Ethernet-сети по схеме звезда. Все рабочие станции сети и сервер подсоединяются к портам (разъемам) специального устройства под названием хаб (от англ. hub — концентратор).

Поступающий на порт хаба пакет транслируется на все остальные его порты, поэтому сеть с хабом тоже является сетью с разделяемой средой, как и сеть с общей шиной (разделяемая среда состоит из сегментов кабеля, соединенных хабом).

Сети с топологией звезда надежны, ведь разрыв кабеля на отдельном узле никак не влияет на работу остальной части сети.

Рис. 2.6. Звезда

Дерево

Дерево — иерархическое соединение узлов, исходящее из общего узла-корня. Между двумя любыми узлами существует только один маршрут.

Пример Ethernet-сети с иерархической структурой показан на рис. 2.7. Корневой хаб объединяет подсети подразделений одного предприятия.

Рис. 2.7. Дерево

Иерархическая сеть, построенная на хабах, по-прежнему остается сетью с одной разделяемой средой, и принцип ее работы такой же, как у сети с общей шиной: пакет от одного узла транслируется на все остальные узлы этой сети.

Когда среду разделяют много пользователей, дождаться “тишины” для начала передачи может оказаться сложно. Поэтому для больших сетей вместо хаба используют другое устройство — коммутатор.

Коммутатор, как и хаб, соединяет узлы сети своими портами. Но в отличие от хаба устройство наделено “интеллектом” (программным обеспечением): коммутатор передает данные только в тот порт, на котором расположен получатель.

Таким образом, коммутатор делит сеть на отдельные разделяемые среды, повышая скорость работы сети в целом.

На рис. 2.8 показан вариант сети предприятия. В ней корневой хаб заменен коммутатором. Теперь каждое подразделение имеет свою разделяемую среду, независимую от разделяемых сред других подразделений.

Рис. 2.8. Дерево с коммутатором в корне

Сообщение передается за пределы подразделения лишь тогда, когда это действительно необходимо (серверу или пользователю другого подразделения).

Кольцо

Кольцо — топология, в которой каждый узел сети соединен с двумя другими узлами, образуя кольцо (петлю). Данные передаются от одного узла к другому в одном направлении (по кольцу). Каждый компьютер работает как повторитель, ретранслируя сообщение к следующему компьютеру (рис. 2.9).

Рис. 2.9. Кольцо

В такой сети одна разделяемая среда, но принцип ее работы отличается от принципа работы разделяемой среды Ethernet.

Изначально по кольцу передается специальное сообщение-маркер (другое название: токен) — признак свободной среды. Узел может начать передачу лишь тогда, когда получает маркер. Теперь вместо маркера по кольцу следует пакет с данными. Получатель пакета выполняет обратную операцию: заменяет пакет маркером — сеть снова свободна.

По описанному выше алгоритму работают сети, построенные по технологиям Token Ring и FDDI.

В кольцо можно включить и сервер, тогда он будет оказывать пользователям дополнительные услуги.

Ячеистая сеть

Топология, которая более характерна для глобальных сетей. Ее отличительный признак: между парой узлов существует более одного маршрута (рис. 2.10). Для выбора оптимального пути применяются специальные устройства — маршрутизаторы (хабы и коммутаторы не работают, когда в сети есть петли).

Рис. 2.10. Ячеистая сеть

Ячеистые сети — это сети с коммутацией пакетов, то есть такие, в которых пакеты не “разбрасываются” по всем направлениям (как в сетях Ethernet с разделяемой средой), а целенаправленно “проталкиваются” от узла к узлу по направлению к пункту назначения.

За продвижение пакетов в такой сети отвечают маршрутизаторы. Они определяют соседний узел, в который нужно передвинуть пакет для приближения его к пункту назначения.

Маршрутизатор — сетевое устройство (отдельное или на обычном компьютере), которое подобно коммутатору соединяет (коммутирует) узлы сети в том случае, когда это необходимо для передачи пакета. Но в отличие от коммутатора маршрутизатор способен работать в ячеистых сетях и выбирать из разных вариантов наиболее рациональный маршрут для продвижения пакета к пункту назначения.

Глобальные компьютерные сети

Глобальные сети охватывают большие географические пространства.

Примеры глобальных сетей — международные сети Интернет и Фидонет.

Интернет

Интернет — наиболее популярная глобальная компьютерная сеть. В состав ее входят и отдельные компьютеры, но большей частью локальные сети по всему миру.

В Интернете нет единого центра управления. Каждый интернет-сервер берет на себя ответственность за передачу данных от своих клиентов другим интернет-серверам, а также за прием сообщений, предназначенных для своих клиентов.

Кроме того, каждый интернет-сервер обязан принимать и передавать дальше транзитные сообщения, которые передают ему другие интернет-серверы, обеспечивая сквозное прохождение данных по глобальной сети.

Все эти сетевые обязанности сервер выполняет при помощи специального программного обеспечения, которое использует сетевые протоколы передачи данных.

Сетевым протоколом называется согласованный и утвержденный стандарт, содержащий описание форматов данных и правил приема и передачи. Протоколы служат для синхронизации работы сети.

В Интернете нет единого центра управления, и каждый интернет-сервер самостоятельно решает, какому из связанных с ним соседей передать данные, чтобы они дошли до конечного адресата, не заблудившись в сети.

В Интернете нет центра управления, но существует международная неправительственная организация Internet Society (ISOC), которая утверждает сетевые стандарты (протоколы) и следит за адресной дисциплиной в сети.

Сообщения в Интернете передаются маленькими порциями (пакетами).

Важным свойством Интернета является многовариантность маршрутов прохождения данных (Интернет имеет ячеистую топологию). Эта вариативность позволяет доставлять сообщения даже тогда, когда отдельные узлы Интернета выходят из строя.

Подробнее об устройстве Интернета будет рассказано в части II “Как работает Интернет”.

1. Псевдосеть

Ответ. Соединение компьютеров без каких-либо сетевых адаптеров через стандартные компьютерные порты.

2. Реальная сеть

Ответ. Соединение компьютеров с использованием сетевых адаптеров.

3. Территориальная распространенность сети

Ответ. Различают локальные сети (небольшая территория) и глобальные сети (значительное географическое пространство).

4. Принадлежность сети

Ответ. Признак, характеризующий объединение пользователей сети: семейные сети, домовые сети, сети организаций, предприятий, ведомств, региональные сети, государственные сети, международные сети.

5. Быстродействие сети

Ответ. Быстродействие сети измеряют количеством бит, которое сеть способна передать за одну секунду по своим каналам связи. По этому признаку сети подразделяют на:

· низкоскоростные (до 10 Мбит/с)

· среднескоростные (до 100 Мбит/с)

· высокоскоростные (свыше 100 Мбит/с)

Следует отметить, что реальная скорость работы сети всегда ниже скорости передачи данных по ее каналам связи: сообщения передаются частями (пакетами), которые, кроме передаваемых данных, содержат служебную часть (преамбулу, адрес отправителя, адрес получателя, контрольную сумму). Кроме того, реальная скорость передачи зависит от интенсивности работы пользователей в каждый момент времени: передатчику приходится ожидать паузу (в сетях Ethernet) или специальный сигнал-маркер (в сетях Token Ring и FDDI) для начала передачи.

6. Тип канала передачи

Ответ. Различают проводные и беспроводные каналы связи:

· Проводные каналы: коаксиальный кабель, витая пара, оптоволоконный кабель, телефонные провода, провода бытовой электросети.

· Беспроводные каналы: передача в диапазоне радиоволн или инфракрасном диапазоне.

7. Топология Общая шина

Ответ. Все узлы сети подсоединены к общему каналу связи.

8. Топология Звезда

Ответ. Все узлы подсоединены к одному выделенному узлу (хабу, коммутатору или маршрутизатору).

9. Топология Дерево

Ответ. Иерархическая структура с выделенным узлом в корне.

10. Топология Кольцо

Ответ. Каждый узел соединен с двумя другими; соединения образуют кольцо.

11. Топология Ячеистая сеть

Ответ. Паутинное соединение. Сообщение от одного узла к другому может проходить по нескольким маршрутам.

12. Сетевой протокол

Ответ. Сетевым протоколом называется согласованный и утвержденный стандарт, содержащий описание форматов данных и правил приема и передачи. Протоколы служат для синхронизации работы сети.

13. Сеть Ethernet

Ответ. Сети Ethernet — набор технологий (и протоколов) построения сети: Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, 10G Ethernet.

Первый вариант этих технологий, собственно и называемый Ethernet, описывает правила построения сетей с одной разделяемой средой (при использовании только хабов) или нескольких разделяемых сред (при использовании коммутаторов и маршрутизаторов).

Пакет, переданный одним узлом в разделяемой среде Ethernet, получают все другие узлы, входящие в состав этой сети. Но только тот узел принимает пакет полностью, для которого он предназначен (узлы анализируют адрес получателя, который передается в составе пакета).

14. Сеть Token Ring

Ответ. Сеть Token Ring — это сеть, построенная на кольцевой топологии и работающая по следующему алгоритму.

По кольцу в сети передается специальный сигнал — маркер свободной среды. Когда станция получает маркер, она может вместо него отправить в сеть информационный пакет. Пакет перемещается по кольцу, пока не попадает на станцию назначения. Здесь пакет из сети изымается, а в сеть снова запускается маркер.

Сети Token Ring и Ethernet используют разделяемые среды, но алгоритмы их работы разные.

15. Хаб

Ответ. Хаб — устройство для соединения каналов связи в сети.

Хаб — устройство без программного обеспечения; передает пакет, полученный с одного порта на все остальные.

16. Коммутатор

Ответ. Коммутатор — устройство для соединения каналов связи в сети.

Коммутатор — устройство с программным обеспечением; передает пакет только в порт, на котором находится получатель.

17. Маршрутизатор

Ответ. Маршрутизатор — устройство для соединения каналов связи в сети.

Маршрутизатор — устройство c программным обеспечением; определяет оптимальный маршрут и передает пакет в соседний узел по этому маршруту.

1. По каким признакам можно классифицировать компьютерные сети?

Ответ. По приведенным ниже (и другим).

· Территориальная распространенность

· Принадлежность

· Быстродействие

· Тип канала передачи информации

· Топология

2. Что понимается под быстродействием компьютерной сети?

Ответ. Скорость передачи данных по каналам связи.

3. Почему реальная скорость передачи данных по сети всегда ниже быстродействия сети?

Ответ. Сообщения передаются небольшими порциями (пакетами). Пакет, кроме собственно фрагмента данных, содержит служебную информацию: начальную преамбулу (для синхронизации передатчика и приемника), адрес отправителя и адрес получателя, длину пакета, контрольную сумму (для проверки целостности полученного пакета). То есть по сети всегда пересылается больше данных, чем их содержит исходное сообщение.

Чем больше пользователей в сети, тем больше нагрузка на каналы связи: время ожидания для начала передачи пакета возрастает.

В силу этих причин, а также из-за посылки квитанций о приеме и из-за перепосылки испорченных пакетов реальная скорость передачи данных (например, компьютерного файла) существенно ниже скорости работы канала связи (быстродействия сети).

4. Управляет ли сервер работой сети?

Ответ. Нет. Сервер не управляет сетью, он оказывает услуги своим клиентам (обрабатывает их запросы): предлагает место на своем жестком диске, принтеры, сканеры, факсы, другие подключенные к нему устройства, организует различные сетевые службы (почта, файловые архивы, тематические страницы, доски объявлений, новостные группы, форумы, чаты, конференции…).

5. Объясните принцип работы Ethernet-сети с общей шиной.

Ответ. В такой сети все узлы (рабочие станции и сервер) подключены к одному общему кабелю. Сеть работает по следующим правилам:

· Сообщение для передачи разделяется на пакеты.

· Пакет, переданный по кабелю, получают все узлы к нему подключенные.

· Передачу можно начать только тогда, когда в сети нет другой передачи.

· После передачи пакета узел делает паузу, и ей может воспользоваться другой сетевой участник для начала своей передачи.

6. Почему передаваемое по сети сообщение разделяют на пакеты?

Ответ. Сообщение передается небольшими порциями, чтобы дать возможность другим станциям начать свою передачу в паузах между передачей пакетов.

7. В чем преимущества и недостатки сети с общей шиной по сравнению с сетью, имеющей топологию звезда?

Ответ. Сети, имеющие топологию общая шина, требуют небольшого количества кабеля, но труднее поддаются диагностике и ремонту по сравнению с сетями, построенными по схеме звезда.

Обрыв общего кабеля в любом месте приводит к выходу из строя сети в целом.

Сети с топологией звезда надежны, ведь разрыв кабеля на отдельной рабочей станции никак не влияет на работу остальной части сети.

8. В каких сетях используется и как работает хаб?

Ответ. Хаб — сетевое коммуникационное устройство, которое используют для построения Ethernet-сетей по топологиям звезда и дерево.

Хаб имеет несколько портов (разъемов), к которым подключаются сетевые кабели рабочих станций (и сервера).

Поступающий на порт хаба пакет транслируется на все остальные его порты, поэтому сеть с хабами работает так же, как и сеть, построенная на общей шине (это сети с разделяемой средой).

9. Что такое Ethernet-сеть с разделяемой средой?

Ответ. Это сеть, которая работает по следующим правилам:

· Сообщение для передачи разделяется на пакеты.

· Пакет, переданный по сети, получают все узлы к ней подключенные.

· Передачу можно начать только тогда, когда в сети нет другой передачи.

· После передачи пакета узел делает паузу, и ей может воспользоваться другой сетевой участник для начала своей передачи.

Сеть с общей шиной — всегда сеть с разделяемой средой.

Сеть с топологией звезда и дерево является сетью с разделяемой средой (одной), если в ее соединительных узлах используются только хабы (а не коммутаторы и маршрутизаторы).

10. Как работает сеть с технологией Token Ring?

Ответ. Эта сеть имеет кольцевую топологию с одной разделяемой средой. Изначально по кольцу передается специальное сообщение-маркер (другое название: токен) — признак свободной среды. Узел может начать передачу лишь тогда, когда получает маркер. Теперь вместо маркера по кольцу следует пакет с данными. Получатель пакета выполняет обратную операцию: заменяет пакет маркером — сеть снова свободна.

11. В разделяемой среде Ethernet пакет, переданный одной станцией, получают все другие станции, подключенные к сети. Верно ли это утверждение для сетей Token Ring?

Ответ. Нет. Передача пакета по кольцу обрывается, когда достигает станции назначения.

Если станция 1 передает пакет для станции 2, то станция 3 получит от станции 2 уже не пакет, а маркер свободной сети (рис. 2.11).

Рис. 2.11. Сеть Token Ring

Если станция 1 передает пакет для станции 3, то этот пакет получат станции 2 и 3, а станция 4 вместо пакета получит маркер.

12. Чем отличается хаб от коммутатора?

Ответ. Коммутатор в отличие от хаба передает пакет только в тот порт, на котором расположен получатель (хаб транслирует пакеты по всем портам).

13. Является ли сеть, в которой используются коммутаторы, сетью с разделяемой средой?

Ответ. Нет. Коммутатор своими портами разбивает сеть на подсети, в каждой из которой своя разделяемая среда (если в них нет других коммутаторов или маршрутизаторов).

14. Объясните принцип работы сети с технологией Token Ring.

Ответ. В такой сети одна разделяемая кольцевая среда, но принцип ее работы отличается от принципа работы разделяемой среды в Ethernet-сетях, построенных по топологиям общая шина, звезда и дерево.

Изначально по кольцу передается специальное сообщение-маркер (другое название: токен) — признак свободной среды. Узел может начать передачу лишь тогда, когда получит маркер. Теперь вместо маркера по кольцу следует пакет с данными. Получатель пакета выполняет обратную операцию: заменяет пакет маркером — сеть снова свободна.

15. Объясните принцип работы сети с коммутацией пакетов.

Ответ. Сеть, в которой пакет передается соседнему узлу по направлению к станции назначения, называется сетью с коммутацией пакетов.

Коммутация пакетов характерна для ячеистой сети. В ней узлы могут связывать несколько маршрутов, и требуется специальное устройство, отвечающее за выбор оптимального пути.

Таким устройством является маршрутизатор: он может входить в состав универсального компьютера или быть отдельным устройством с микропроцессором и памятью, в которую “зашивается” соответствующее программное обеспечение.

Принцип работы сети с коммутацией пакетов: пакет передается маршрутизатором в тот соседний узел, который является первым звеном оптимального пути от маршрутизатора до станции назначения.

Если соседний узел является конечным, путешествие пакета завершается, в противном случае маршрутизатор текущего узла определяет следующий шаг, заново вычисляя оптимальный маршрут от себя до станции назначения.

Коммутация пакетов характерна для ячеистой сети. Но можно представить ячеистую сеть, в которой каждый узел связан со всеми другими узлами отдельными каналами связи. В такой сети сообщения можно передавать независимо друг от друга без коммутации пакетов и без разделения среды. Но такие сети почти не используются: они дороги (много каналов связи), а выход из строя одного канала приводит к необходимости коммутации пакетов для продолжения работы.

Коммутировать пакеты можно не только в ячеистой сети, но и в иерархической (которая является частным случаем ячеистой). В иерархической сети коммутировать пакеты может не только маршрутизатор, но и коммутатор.

16. Может ли хаб (коммутатор, маршрутизатор) работать в сети с ячеистой топологией?

Ответ. Хабы и коммутаторы работают только в сетях без циклов, то есть в таких, в которых между любыми двумя узлами существует ровно один маршрут. Это сети с топологиями: общая шина, звезда, дерево.

Маршрутизатор ориентирован на работу в сетях с циклами, то есть на работу в таких сетях, в которых между узлами может существовать несколько маршрутов. Маршрутизатор вычисляет оптимальный путь для пакета и проталкивает его в соседний узел по пути следования.

Маршрутизатор может работать в кольцевой сети, в ячеистой сети и, конечно, в иерархических сетях (которые являются частным случаем ячеистых).

17. Какой топологией обладает сеть Интернет?

Ответ. Интернет — это “стихийная” сеть, связи в которой не строились по заранее продуманному плану. Конечно, это сеть с ячеистой топологией.

Более подробно. Интернет объединяет отдельные компьютеры, но в большей степени он состоит из других сетей, которые входят в него как подсети.

Подсети Интернета могут иметь самую разнообразную топологию, в частности, немало среди них сетей Ethernet, построенных на разделяемых средах и имеющих в силу этого иерархическую структуру (без циклов).

Подсети, подсоединяясь к Интернету, обязаны на внешнем уровне работать по правилам Интернета, в частности, маршрутизировать свои и транзитные пакеты, учитывая ячеистую топологию связей глобальной сети. Внутри же, в своем “королевстве”, подсети могут работать как угодно и обладать любой топологией.

Поэтому при ответе на вопрос “какой топологией обладает сеть Интернет?” можно сказать так: на магистральном уровне (уровне соединения подсетей Интернета) — это ячеистая сеть с коммутацией пакетов. В подсетях же Интернета топология может быть самой разной, от общей шины до ячеистой топологии (локальные сети Интранет).

Вопросы зачета (с ответами)

В заданиях 11–15 зачетного класса нужно указать топологию сети по приведенному рисунку. Перед решением Зачетного класса рекомендуется прочитать нижеследующее замечание.

Замечание. При решении заданий, в которых требуется определить топологию сети, указывайте минимальную топологию из всех возможных.

Дело в том, что звезда, например, является частным случаем дерева, а дерево — частным случаем ячеистой структуры.

Вложения описанных в учебнике топологий отражает схема, показанная на рис. 2.12.

Рис. 2.12. Иерархия топологий

Заметим, кстати, что соединения звезда и общая шина топологически совпадают (рис. 2.13).

Рис. 2.13. Звезда и общая шина топологически совпадают

Звезда есть дерево с корнем-хабом.

А дерево есть частный случай ячеистой структуры (между любыми двумя узлами в дереве ровно один маршрут).

Кольцо, конечно, деревом не является, но оно тоже частный случай ячеистой структуры.

В силу вложенности описанных выше топологий, правильными ответами на вопрос “какая топология показана на рис. 2.14?” будут: звезда, дерево, ячеистая.

Рис. 2.14. Какая топология?

Но указывать в качестве ответа надо топологию, расположенную на нижнем уровне вложенности, считая при этом топологии звезда и общая шина различными.

Для приведенного выше примера нужно назвать в качестве ответа: “звезда”.

В каждом задании Зачетного класса отметьте все правильные высказывания.

1. LAN:

1.1. глобальная сеть

1.2. мировая сеть

1.3. Интернет

1.4. компьютерная сеть

1.5. локальная сеть

Правильные ответы: 4, 5.

2. WAN:

2.1. компьютерная сеть

2.2. локальная сеть

2.3. глобальная сеть

2.4. Интернет

Правильные ответы: 1, 3.

3. Интернет:

3.1. сеть с единым управляющим центром

3.2. компьютерная сеть

3.3. локальная сеть

3.4. глобальная сеть

3.5. мировая сеть

Правильные ответы: 2, 4, 5.

4. Сервер:

4.1. обеспечивает доступ к своим устройствам (диски, принтеры, факсы…)

4.2. необходимый элемент сети (сеть без него работать не будет)

4.3. управляет работой сети

4.4. обеспечивает сетевой сервис (почты, файловый архив, web-страницы…)

Правильные ответы: 1, 4.

5. Сообщение для передачи в сеть делят на небольшие порции (пакеты) по следующим причинам:

5.1. чтобы один узел не занял надолго канал связи

5.2. передача коротких сообщений обходится дешевле

5.3. чтобы повысить защиту информации от взлома

5.4. каналы связи не способны передавать длинные сообщения

Правильный ответ: 1.

6. Пакет, передаваемый в Ethernet-сеть с разделяемой средой:

6.1. проталкивается от узла к узлу до станции назначения

6.2. разделяется на столько частей, сколько в сети рабочих станций

6.3. перемещается по каналу, который заранее подготавливается (коммутируется)

6.4. получают все узлы этой сети

Правильный ответ: 4.

7. Пакет, передаваемый в сеть с коммутацией пакетов:

7.1. получают все узлы этой сети

7.2. проталкивается от узла к узлу до станции назначения

7.3. разделяется на столько частей, сколько в сети рабочих станций

7.4. перемещается по каналу, который заранее подготавливается (коммутируется)

Правильный ответ: 2.

8. Хаб:

8.1. может работать в ячеистой сети

8.2. проталкивает пакет в соседний узел по пути следования пакета

8.3. устройство для соединения каналов связи в сети

8.4. передает пакет, полученный с одного порта на все остальные

8.5. передает пакет только в порт, на котором находится получатель

8.6. работает под управлением программного обеспечения

8.7. делит сеть своими портами на независимые разделяемые среды

Правильные ответы: 3, 4.

9. Коммутатор:

9.1. делит сеть своими портами на независимые разделяемые среды

9.2. может работать в ячеистой сети

9.3. устройство для соединения каналов связи в сети

9.4. передает пакет, полученный с одного порта на все остальные

9.5. передает пакет только в порт, на котором находится получатель

9.6. работает под управлением программного обеспечения

Правильные ответы: 1, 3, 5, 6.

10. Маршрутизатор:

10.1. передает пакет, полученный с одного порта на все остальные

10.2. передает пакет только в порт, на котором находится получатель

10.3. работает под управлением программного обеспечения

10.4. может работать в ячеистой сети

10.5. проталкивает пакет в соседний узел по пути следования пакета

10.6. устройство для соединения каналов связи в сети

Правильные ответы: 2, 3, 4, 5, 6.

11. Укажите топологию сети:

Рис. 2.15

Правильный ответ: кольцо.

12. Укажите топологию сети:

Рис. 2.16

Правильный ответ: ячеистая.

13. Укажите топологию сети:

Рис. 2.17

Правильный ответ: дерево.

14. Укажите топологию сети:

Рис. 2.18

Правильный ответ: общая шина.

15. Укажите топологию сети:

Рис. 2.19

Правильный ответ: звезда.

Продолжение в след. номере