Вычислительная сеть - это сложный комплекс взаимосвязанных и согласованно функционирующих программных и аппаратных компонентов. Изучение сети в целом предполагает знание принципов работы ее отдельных элементов:
Компьютеров;
Коммуникационного оборудования;
Операционных систем;
Сетевых приложений.
Весь комплекс программно-аппаратных средств сети может быть описан многослойной моделью. В основе любой сети лежит аппаратный слой стандартизированных компьютерных платформ. В настоящее время в сетях широко применяются компьютеры разных классов – от персональных компьютеров до мэйнфреймов и суперЭВМ. Набор компьютеров в сети должен соответствовать набору разнообразных задач, решаемых сетью.
Второй слой - кабельные системы, повторители, мосты, коммутаторы, маршрутизаторы и модульные концентраторы, составляющие коммуникационное оборудование, из вспомогательных компонентов сети превратились в основные как по влиянию на характеристики сети, так и по стоимости.
Третьим слоем, образующим программную платформу сети, являются операционные системы. От того, какие концепции управления локальными и распределенными ресурсами положены в основу сетевой ОС, зависит эффективность работы всей сети.
Самым верхним слоем сетевых средств являются сетевые приложения, такие как сетевые базы данных, почтовые системы, средства архивирования данных и др.
При объединении в сеть большого числа компьютеров возникает целый комплекс новых проблем. Одной из них является выбор топологии сети. Их можно разделить на полносвязные и неполносвязные. Полносвязная топология соответствует сети, в которой каждый компьютер сети связан со всеми остальными. Несмотря на логическую простоту, этот вариант оказывается громоздким и неэффективным. Все другие варианты основаны на неполносвзных топологиях, к которым относятся ячеистая, шинная, звездообразная и кольцевая. Ячеистая топология (mesh) получается из полносвязной путем удаления некоторых возможных связей. В сети с ячеистой топологией непосредственно связываются только те компьютеры, между которыми происходит интенсивный обмен данными, а для обмена данными между компьютерами, не соединенными прямыми связями, используются транзитные передачи через промежуточные узлы. Эта топология характерна для глобальных сетей. Одной из наиболее распространенных топологий является шинная, основными преимуществами которой являются дешевизна и простота разводки кабеля. Серьезным недостатком общей шины является ее низкая надежность, так как любой дефект кабеля или разъема парализует всю сеть. Другой ее недостаток невысокая пропускная способность. Аналогичные характеристики имеет кольцевая топология. Кроме того, кольцо представляет удобную конфигурацию для организации обратной связи. В топологии типа звезда, когда все компьютеры подключены к концентратору, эти недостатки отсутствуют. Однако она имеет более высокую стоимость.
В то время как небольшие сети, как правило, имеют типовую топологию, для крупных сетей характерно наличие произвольных связей между компьютерами. В таких сетях можно выделить отдельные произвольно связанные фрагменты (подсети), имеющие типовую топологию, поэтому их называют сетями со смешанной топологией.
В вычислительных сетях используют как индивидуальные линии связи между компьютерами, так и разделяемые (shared), когда одна линия связи используется несколькими компьютерами. В случае применения разделяемых линий связи часто используется термин разделяемая среда передачи данных (shared media). Возникает комплекс проблем связанных с их совместным использованием, который включает как проблемы обеспечения нужного качества сигналов при подключении к одному и тому же проводу нескольких приемников и передатчиков, так и логические проблемы разделения во времени доступа к этим линиям. В глобальных сетях индивидуальными являются только линии связи между конечными узлами и коммутаторами сети, а связи между коммутаторами остаются разделяемыми, так как по ним передаются сообщения различных конечных узлов
В глобальных сетях отказ от разделяемых линий связи объясняется техническими причинами. Здесь большие временные задержки распространения сигналов принципиально ограничивают применимость техники разделения линии связи. Компьютеры могут затратить больше времени на переговоры о том, кому сейчас можно использовать линию связи, чем непосредственно на передачу данных по этой линии связи. Однако это не относится к линиям связи типа «коммутатор— коммутатор». В этом случае только два коммутатора борются за доступ к линии связи, и это существенно упрощает задачу организации совместного использования линии.
Еще одной новой проблемой, которую нужно учитывать при объединении трех и более компьютеров, является проблема их адресации. К адресу узла сети и схеме его назначения можно предъявить несколько требований:
Адрес должен уникально идентифицировать компьютер в сети любого масштаба.
Схема назначения адресов должна сводить к минимуму ручной труд администратора и вероятность дублирования адресов.
Адрес должен: иметь иерархическую структуру, удобную для настройки больших сетей.
Адрес должен быть удобен для пользователей сети, а это значит, что он должен иметь символьное представление.
Адрес должен иметь по возможности компактное представление чтобы не перегружать память коммуникационной аппаратуры — сетевых адаптеров, марщрутизаторов и т.п.
Наибольшее распространение получили три схемы адресации узлов.
Аппаратные (hardware) адреса. Эти адреса предназначены для сети небольшого или среднего размера, поэтому они не имеют иерархической структуры.
Символьные адреса или имена. Эти адреса предназначены для запоминания людьми и поэтому обычно несут смысловую нагрузку. Символьные адреса легко использовать как в небольших, так и крупных сетях. Для работы в больших сетях символьное имя может иметь сложную иерархическую структуру.
Числовые составные адреса. Символьные имена удобны для людей, но из-за переменных форматов и большой длины их передача по сети не очень экономична. Поэтому во многих случаях для работы в больших сетях в качестве адресов узлов используют -числовые составные адреса фиксированного и компактного форматов. Типичным представителями адресов этого типа являются IР и IPX - адреса.
Символьные доменные имена. Символьные имена в IP-сетях называются доменными и строятся по иерархическому признаку. Составляющие полного символьного имени в IP-сетях разделяются точкой и перечисляются в следующем порядке: сначала простое имя конечного узла, затем имя группы узлов (например, имя организации), затем имя более крупной группы (поддомена) и так до имени домена самого высокого уровня (например, домена объединяющего организации по географическому принципу: RU — Россия, UK — Великобритания, SU — США). Примеров доменного имени может служить имя base2.sales.zil.ru. Между доменным именем и IP-адресом узла нет никакого алгоритмического соответствия, поэтому необходимо использовать какие-то дополнительные таблицы или службы, чтобы узел сети однозначно определялся как по доменному имени, так и по IP-адресу. В сетях TCP/IP используется специальная распределенная служба Domain Name System (DNS), которая устанавливает это соответствие на основании создаваемых администраторами сети таблиц соответствия. Поэтому доменные имена называют также DNS-именами.
В современных сетях для адресации узлов применяется, как правило, одновременно все три приведенные выше схемы. Пользователи адресуют компьютеры символьными именами, которые автоматически заменяются в сообщениях, передаваемых в сети, как числовые номера. С помощью этих числовых номеров сообщения передаются из одной сети в другую, а после доставки сообщения в сеть назначения вместо числового номера используется аппаратный адрес компьютера. Сегодня такая схема характерна даже для небольших автономных сетей, где, казалась 6ы, она явно избыточна — это делается для того, чтобы при включении этой сети в большую сеть не нужно было менять состав операционной системы.
