Классификация компьютерных сетей

Классификация компьютерных сетей

В зависимости от физических свойств и характеристик программного обеспечения выделяют несколько различных типов сетей. Сети можно классифицировать следующим образом:

• область действия;

• способы администрирования;

• сетевые операционные системы;

• сетевые протоколы;

• топология;

• архитектура.

Классификация компьютерных сетей по области действия учитывает географический район, охваченный сетью, и, в меньшей степени, размер сети. При такой классификации выделяют следующие типы компьютерных сетей:

• локальные;

• городские;

• глобальные.

Тип сети в некоторой степени зависит от её размера, т.е. количества подключённых компьютеров и пользователей: локальные сети обычно меньше городских, которые, в свою очередь, обычно меньше глобальных. В некоторой степени тип зависит также от финансовых ресурсов: глобальные сети, как правило, стоят дороже и требуют больших затрат на поддержание, чем локальные. Однако наиболее существенным фактором классификации является географическая область, покрываемая сетью.

Компьютерные сети можно классифицировать по способам администрирования, т.е. в зависимости от того, кто и как управляет разделяемыми ресурсами. Компьютерная сеть может быть построена следующим образом:

• как одноранговая рабочая группа, в которой каждый компьютер выполняет функции как сервера, так и клиента, причём каждый пользователь самостоятельно управляет ресурсами своего компьютера;

• как сеть клиент/сервер, в которой функции администрирования сосредоточены на центральном компьютере со специальной операционной системой, при этом на центральном компьютере выполняется аутентификация пользователей, паролей и другой регистрационной информации для регистрации пользователей и предоставления им доступа к ресурсам.

Иногда сети классифицируют по установленным на серверах сетевым операционным системам, которые используются для управления сетью. На серверах могут быть установлены сетевые операционные системы:

• Windows;

• NetWare;

• UNIX.

Во многих сетях на серверах установлены разные сетевые операционные системы. Они называются смешанными сетями.

Иногда компьютерные сети классифицируют на основе используемых им протоколов. Наиболее распространённые протоколы локальных сетей:

• NetBEUI;

• IPX/SPX;

• TCP/IP.

Сети можно классифицировать также по их физической или логической топологии. Физическая топология означает форму сети, т.е. путь прокладки кабеля. Логическая топология означает путь, по которому сигналы проходят из одной точки сети в другую.

Наиболее распространённые топологии локальных сетей:

• шинная;

• кольцевая;

• звездообразная;

• ячеистая;

• смешенная.

Шина представляет собой сеть, проложенную по линии. Кабель проходит от одного компьютера к следующему, затем к следующему и т.д.

Поскольку у каждой линии есть начало и конец, на каждом конце шины должен быть терминатор (оконечное устройство, оконечная нагрузка шины). Если оба конца не подключены к терминаторам, то происходит отражение сигнала, нарушающее нормальную работу сети. Один из концов шины обязательно должен быть заземлён.

В сетях с шинной топологией может использоваться как толстый, так и тонкий коаксиальный кабель. Обычно в таких сетях используется архитектура 10Base2 или 10Base5.

В сети с шинной топологией сообщения, посылаемые каждым компьютером, поступают на все компьютеры, подключенные к шине. Каждый сетевой адаптер анализирует заголовки сообщений и таким образом определяет, предназначено ли сообщение для этого компьютера. Если да, то сообщение обрабатывается, в противном случае отбрасывается.

Шинную топологию очень просто реализовать. Она относительно дешёвая, потому что требует меньше кабелей, чем другие топологии. Это решение особенно пригодно для небольших сетей, которые будут использоваться всего несколько дней или недель.

Шинная топология называется пассивной, поскольку компьютеры не регенерируют сигналы, а просто передают их дальше. Поэтому сигналы в такой сети подвержены затуханию, т.е. интенсивность сигнала с расстоянием уменьшается. Эту проблему можно решить с помощью повторителей.

Другой недостаток шинной топологии состоит в том, что если происходит разрыв кабеля, то вся сеть разрывается. При этом происходит не только разрыв связи между двумя группами изолированных компьютеров, но и возникает и отражение сигнала из-за отсутствия терминаторов на концах, вследствие чего вся сеть выходит из строя.

Если соединить последний в магистрали компьютер с первым, то получится кольцевая топология. В кольце каждый компьютер соединен с двумя другими, и сигнал может проходить по кругу. Поскольку кольцо не имеет конца, терминаторы не нужны.

Физически в кольцевой сети, как и в шинной, используется коаксиальный кабель. В сети Token Ring, представляющей собой логическое кольцо, согласно спецификациям IEEE 802.5 используется кабель STP (типа IBM).

В кольцевой сети сигнал проходит в одном направлении. Каждый компьютер принимает сигнал от верхнего по течению соседа и посылает сигнал соседу, нижнему по течению. Кольцевая топология называется активной, потому что каждый компьютер, прежде чем передать сигнал дальше, регенерирует его.

Чаще всего кольцевая топология используется в архитектуре Token Ring. В этой архитектуре кольцо всегда является логическим кольцом, круг реализуется в концентраторе Token Ring, который называется MSAU.

В кольце сравнительно легко устранять неполадки. Как и шину, кольцо просто реализовать. Для установки кольца требуется больше кабеля, чем для шины, и меньше, чем в звездообразной топологии.

Кольцевой топологии присущи некоторые недостатки шинной топологии. Если круг не разрывается, то это надёжная топология. Однако если где-либо происходит разрыв или разъединение, то вся сеть выходит из строя.

Другой недостаток кольца состоит в том, что в сеть трудно добавить новый компьютер. Поскольку кабель проходит по кругу, для добавления нового компьютера кольцо нужно разорвать, при этом сеть становится неработоспособной.

Звезда – одна из наиболее распространённых топологий локальных сетей. Звезда образуется путём соединения каждого компьютера с центральным концентратором.

Концентратор может быть активным, пассивным или интеллектуальным. Пассивный концентратор представляет собой всего лишь точку соединения. Он не потребляет электрическую энергию. Активный концентратор (наиболее распространённый) фактически является повторителем со многими портами. Прежде чем передать сигнал другому компьютеру, активный концентратор усиливает его. Интеллектуальный концентратор представляет собой активный концентратор с возможностями диагностики. Для этого в нём есть специальная встроенная микросхема.

При звездообразной топологии обычно используются неэкранированные витые пары и архитектура Ethernet 10BaseT и 100BaseT.

В типичной звездообразной сети сигнал передается от сетевого адаптера, установленного в компьютере, к концентратору. Здесь сигнал усиливается и передаётся обратно на все порты. В звезде, как и в шине, сообщение получают все компьютеры. Получив сообщение, компьютер анализирует его заголовок и принимает решение: обработать или отбросить сообщение.

По сравнению с шинной и кольцевой звездообразная топология имеет два больших преимущества. Во-первых, она значительно устойчивее к сбоям. Другими словами, если один из компьютеров отключается или разрывается кабель, то это влияет только на него, в остальной сети продолжается нормальный процесс коммуникации. Во-вторых, легко изменить конфигурацию сети. Добавление в сеть нового компьютера или удаление компьютера из сети состоит всего лишь в подсоединении или отсоединении разъёма кабеля. В звездообразной сети легко устраняются неполадки на уровне оборудования, особенно если используется интеллектуальный концентратор, предоставляющий диагностическую информацию.

Недостатки звездообразной топологии связаны главным образом с финансовыми затратами. Для звездообразной сети нужно больше кабелей, чем для шинной или кольца, потому что отдельный кабель проходит от каждого компьютера к концентратору , который может находиться далеко. Кроме кабелей приходиться покупать доволно дорогой концентратор. К счастью, используемые в звезде витые пары стоят не дорого, к тому же отпадает необходимость в терминаторах.

Ячеистая топология распространена не так широко, кА три предыдущие. При ячеистой топологии каждый компьютер соединён непосредственно с каждым другим компьютером сети.

Благодаря избыточным соединениям ячеистая топология более устойчива к сбоям. Если один путь прохождения сигнала выходит из строя, сигнал может пройти по другому пути.

К сожалению, это преимущество нивелируется высокой стоимостью кабелей, которых нужно огромное количество, и сложностью сети, если в её состав входит много компьютеров. При добавлении каждого нового компьютера количество соединений растёт экспоненциально.

Поскольку ячеистая топология с ростом сети быстро становится слишком сложной и неуправляемой, во многих сетях используется полуячеистая топология, в которой соединения установлены не между всеми компьютерами. Такую сеть иногда называют смешанной ячеистой. Избыточные соединения устанавливаются только между наиболее ответственными компьютерами.

Смешенная ячеистая топология имеет большинство преимуществ чистой ячеистой топологии при меньшей стоимости. При этом реализовать её и управлять ею значительно легче.

Смешанными могут называться не только топологии, но и сети, использующие несколько топологий. Такие сети распространены довольно широко. Смешанная сеть получается если, например, соединить несколько концентраторов с помощью шины и подключить к каждому концентратору несколько компьютеров. Специально для этого во многих концентраторах предусмотрены разъёмы BNC для тонких коаксиальных кабелей и несколько портов RJ-45 для витых пар.

При такой топологии коаксиальный кабель, соединяющий концентраторы, называется магистральным или магистралью. В это случае магистраль является компонентом сети, объединяющим её части, называемыми сегментами. Путем подключения к магистрали новых сегментов можно создать довольно большую сеть.

Ещё один способ классификации сетей – по архитектуре. В общем случае понятие сетевой архитектуры подразумевает набор спецификаций, определяющих физическую и логическую топологии, типы кабелей, ограничение на расстояние, методы сетевого доступа, размер пакетов, структуру заголовков и другие факторы. Иногда эти спецификации называются протоколами канального уровня.

В настоящее время наиболее популярными архитектурами локальных сетей являются:

• Ethernet;

• Token Ring;

• AppleTalk;

• ARCnet.