Конвергенция сетей
Глобальные и локальные компьютерные сети
Глобальные сети (WAN, Wide Area Networks) позволяют организовать взаимодействие между компьютерами на больших расстояниях. Эти сети работают на относительно низких скоростях и могут вносить значительные задержки в передачу информации. Протяженность глобальных сетей может составлять тысячи километров, они интегрированы с сетями масштаба страны.
Локальные сети (LAN, Local Area Networks) обеспечивают наивысшую скорость обмена информацией между компьютерами. Типичная локальная сеть занимает пространство в одно или несколько зданий. Протяженность локальных компьютерных сетей составляет всего лишь несколько километров.
Сравнительно недавно появились городские сети, или сети мегаполисов (MAN, Metropolitan Area Networks),. Та кие сети предназначены для обслуживания территории крупного города — мегаполиса.
В своем классическом построении глобальные и локальные компьютерные сети отличаются следующими признаками:
♦ протяженностью и качеством линий связи. Локальные компьютерные сети по своему определению отличаются от глобальных сетей небольшими расстояниями между узлами сети. Это делает возможным использование более качественных линий связи в локальных сетях;
♦ сложностью методов передачи данных. В условиях низкой надежности физических каналов в глобальных сетях требуются более сложные, чем в локальных, методы передачи данных и соответствующее оборудование;
♦ скоростью обмена данными. В локальных сетях она составляет 10 Мбит/с, 100 Мбит/с, 1 Гбит/с, что существенно выше, чем в глобальных (от 64 Кбит/с до 20-Мбит/с);
♦ разнообразием услуг. Высокие скорости обмена данными предоставили возможность реализовать в локальных сетях широкий набор услуг, таких как услуги файловой службы, печати, баз данных и др., в то время как глобальные сети в основном были предназначены для почтовых и файловых услуг с ограниченными возможностями;
♦ масштабируемостью. Локальные сети обладают плохой масштабируемостью из-за жесткости базовых топологий, определяющих способ подключения станций и длину линии. При этом характеристики сети резко ухудшаются при достижении определенного предела по количеству узлов или протяженности линий связи. Глобальным сетям присуща хорошая масштабируемость, так как они изначально разрабатывались в расчете на работу с произвольными топологиями и большим количеством абонентов.
В конце 80-х годов отличия между локальными и глобальными сетями проявлялись весьма отчетливо.
· Протяженность и качество линий связи. Локальные компьютерные сети по определению отличаются от глобальных сетей небольшими расстояниями между узлами сети. Это в принципе делает возможным использование в локальных сетях более качественных линий связи.
· Сложность методов передачи данных. В условиях низкой надежности физи-ческих каналов в глобальных сетях требуются более сложные, чем в локальных сетях, методы передачи данных и соответствующее оборудование.
· Скорость обмена данными в локальных сетях (10, 16 и 100 Мбит/с) в то время была существенно выше, чем в глобальных (от 2,4 Кбит/с до 2 Мбит/с).
· Разнообразие услуг. Высокие скорости обмена данными позволили предоставлять в локальных сетях широкий спектр услуг — это, прежде всего, разнообразные механизмы использования файлов, хранящихся на дисках других компьютеров сети, совместное использование устройств печати, модемов, факсов, доступ к единой базе данных, электронная почта и др. В то же время глобальные сети в основном ограничивались почтовыми и файловыми услугами в их простейшем (не самом удобном для пользователя) виде.
Постепенно различия между локальными и глобальными типами сетевых технологий стали сглаживаться. Изолированные ранее локальные сети начали объединять друг с другом, при этом в качестве связующей среды использовались глобальные сети. Тесная интеграция локальных и глобальных сетей привела к значительному взаимопроникновению соответствующих технологий.
По мере развития и совершенствования методов, технических средств передачи различных видов информации в последние годы наблюдается четкая тенденция сближения (конвергенция) телекоммуникационных и компьютерных сетей. Ведутся интенсивные работы по созданию так называемой мультисервисной сети, способной передавать как звук, изображение, так и компьютерные данные.
Конвергенция телекоммуникационных и компьютерных сетей проходит по многим направлениям.
Первая попытка создания универсальной, так называемой мультисервисной сети, способной оказывать различные услуги, в том числе услуги телефонии и передачи данных, привела к появлению технологии цифровых сетей с интегральными услугами — ISDN (Integrated Services Digital Network). Поскольку разработчики этой технологии ориентировались на уровень требований по передаче данных, свойственный глобальным компьютерным сетям в 80-х гг. XX в. (скорость передачи данных — 2 Мбит/с), то в настоящее время сеть ISDN не может отвечать требованиям, предъявляемым к компьютерным сетям. Сеть ISDN используется в основном как цифровая телефонная сеть.
Учитывая широкое распространение глобальной сети Интернет, ведутся интенсивные работы по преобразованию этой сети в глобальную мультисервисную, часто называемую в англоязычной литературе Next Generation Network (NGN)t или New Public Network (NPN). Такая сеть будет с одинаковым уровнем качества поддерживать услуги WWW и телефонии, передачи аудио- и видеоновостей, мультимедийной почты, новые виды комбинированных услуг и т.д. Уже сейчас в мире широко используется IP-телефоиия, где за счет представления голоса в цифровой форме происходит переда ча телефонного и компьютерного трафиков по одним и тем же цифровым каналам.
С другой стороны, дополнительные услуги телефонных сетей, такие как переадресация вызова, конференц-связь, телеголосование, могут создаваться с помощью так называемой интеллектуальной сети (Intelligent Network, IN), по сути, являющейся компьютерной сетью с серверами, на которых программируется логика услуг.
Технологическое сближение телекоммуникационных и компьютерных сетей происходит в настоящее время на основе методов: цифровой передачи информации различного типа; коммутации пакетов и программирования услуг. В компьютерных сетях все чаще используются принципы, характерные для телефонных сетей, такие как иерархическая структура построения, обеспечение отказоустойчивости.
Компьютерные сети успешно используют транспортную инфраструктуру, созданную в рамках тех или иных телекоммуникационных сетей: телефонные абонентские линии (с помощью оборудования xDSL); распределительные сети кабельного телевидения (с помощью кабельных модемов); мобильную сотовую и спутниковую связь и др.
Следует отметить, что в настоящее время наблюдается также конвергенция между локальными и глобальными компьютерными сетями. Использование глобальных сетей в качестве связующей среды между локальными сетями привела к значительному взаимопроникновению соответствующих технологий.
Сближение в методах передачи данных происходит на основе цифровых методов по волоконно-оптическим линиям связи без дополнительного преобразования сигнала (модуляции) как в локальных, так и глобальных сетях. Новый стандарт Ethernet 10G, позволяющий передавать данные со скоростью 10 Гбит/с, предназначен для магистралей как глобальных, так и крупных локальных сетей. Это приводит к значительному повышению скорости обмена и е результате — к созданию в глобальных сетях служб для работы с большими объемами мультимедийной информации в реальном времени. Интерактивные возможности, например, службы World Wide Web, превзошли возможности многих аналогичных служб локальных сетей. Процесс переноса служб и технологий из глобальной сети Интернет в локальные сети, включая использование IP-протокола, приобрел такой массовый характер, что появился даже специальный термин — intranetтехнологии (intra — внутренний).
В локальных сетях в последнее время уделяется такое же большое внимание методам обеспечения защиты информации от несанкционированного доступа, как и в глобальных. Защита локальных сетей часто строится на методах: шифрования данных, аутентификации и авторизации пользователей.
Одним из проявлений сближения локальных и глобальных сетей является появление сетей масштаба большого города, занимающих промежуточное положение между локальными и глобальными сетями. Городские сети, или сети мегаполисов (Metropolitan Area Networks, MAN), предназначены для обслуживания территории крупного города. Эти сети используют цифровые линии связи, часто волоконно-оптические со скоростями на магистрали от 155 Мбит/с и выше. Они обеспечивают экономичное соединение локальных сетей между собой, а также выход в глобальные сети. Современные сети типа MAN отличаются разнообразием предоставляемых услуг, позволяя своим клиентам объединять коммуникационное оборудование различного типа.
Развитие телекоммуникационных и компьютерных сетей в идеале должно привести к такой ситуации, когда конечный пользователь не будет замечать, работает ли он в автономном режиме или получает информацию посредством мультисервисной сети.
Вычислительные сети.
Как отмечалось выше, компьютерные сети, называемые также «вычислительными сетями», или «сетями передачи данных», являются логическим результатом эволюции двух важнейших научно-технических отраслей современной цивилизации - компьютерных и телекоммуникационных технологий. С одной стороны, сети представляют собой частный случай распределенных вычислительных систем, в которых группа компьютеров согласованно выполняет набор взаимосвязанных задач, обмениваясь данными в автоматическом режиме. С другой - компьютерные сети могут рассматриваться как средство передачи информации на большие расстояния, для чего в них применяются методы кодирования и мультиплексирования данных, получившие развитие в различных телекоммуникационных системах.
Вычислительная сеть - это совокупность компьютеров, соединенных линиями связи. Линии связи образованы кабелями или проводами, p-каналами и оптическими коммуникационными устройствами. Все сетевое оборудование работает под управлением системного и прикладного программного обеспечения.
Сеть - network - взаимодействующая совокупность объектов, образуемых устройствами передачи и обработки данных.
Различают два понятия сети: коммуникационная сеть и информационная сеть.
Первая в основном предназначена для передачи данных и. кроме этого, обеспечивает дополнительный сервис (VAS - Value-Added Service). Более того, она нередко выполняет и задачи, связанные с преобразованием данных. Например, сборку потоков символов в пакеты и разборку пакетов на потоки символов. Благодаря интеграции обработки и передачи данных строятся интеллектуальные сети. Сети объединяются друг с другом, образуя ассоциации. Коммуникационные сети различаются по типу используемых физических средств соединения.
Информационная сеть создается подключением к коммуникационной сети абонентских систем. При этом на базе коммуникационной сети может быть построена не только одна, но и группа информационных сетей (рис.).
Под системой понимают любой объект, который одновременно рассматривается и как единое целое, и как объединенная в интересах достижения поставленной цели совокупность разнородных элементов.
Системы значительно отличаются между собой как по составу, так по главным целям.
Информационная система – человеко-компьютерная система для поддержки принятия решений в производстве информационных продуктов, использующая компьютерную информационную технологию.
Несмотря на то что различия между компьютерными, телефонными, телевизионными и первичными сетями, безусловно, существенны, все эти сети на достаточно высоком уровне абстракции имеют подобные структуры. Телекоммуникационная сеть в общем случае состоит из следующих компонентов (рис.):
• сети доступа (access network);
• магистральной сети, или магистрали (core network, или back_
bone);
• информационных центров, или центров управления сервиса_
ми (data centers, или service control point).
Как сеть доступа, так и магистральная сеть сроятся на основе коммутаторов.
Каждый коммутатор оснащен некоторым количеством портов, которые соединяются с портами других коммутаторов «каналами связи».
Сеть доступа составляет нижний уровень иерархии телекоммуникационной сети. К этой сети подключаются «конечные (терминальные) узлы» - оборудование, установленное у пользователей (абонентов, клиентов) сети. В случае компьютерной сети конечными узлами являются компьютеры, телефонной - телефонные аппараты. а телевизионной или радиосети - соответствующие теле- и радиоприемники.
Основное назначение сети доступа - концентрация информационных потоков, поступающих по многочисленным каналам связи от оборудования пользователей, в сравнительно небольшом количестве узлов магистральной сети. Сеть доступа, как и телекоммуникационная сеть в целом, может состоять из нескольких уровней (на рис. их показано два). Коммутаторы, установленные в узлах нижнего уровня, мультиплексируют информацию, поступающую по многочисленным абонентским каналам, называемым часто «абонентскими окончаниями» (local loop), и передают ее коммутаторам верхнего уровня, чтобы те. в свою очередь, передали ее коммутаторам магистрали.
Количество уровней сети доступа зависит от ее размера, небольшая сеть доступа может состоять из одного уровня, а крупная - из двух трех. Следующие уровни осуществляют дальнейшую концентрацию трафика, собирая его и мультиплексируя в более скоростные каналы.
Магистральная сеть объединяет отдельные сети доступа, выполняя функции транзита трафика между ними по высокоскоростным каналам.
Коммутаторы магистрали могут оперировать не только с информационными пользователями, но и с агрегированными информационными потоками, переносящими данные большого количества пользовательских соединений. В результате информация с помощью магистрали попадает в сеть доступа получателей, демультиплексируется там и коммутируется таким образом, что на входной порт оборудования пользователя поступает только та информация, которая ему адресована.
Информационные центры, или центры управления сервисами. - это собственные информационные ресурсы сети, на основе которых осуществляется обслуживание пользователей. В таких центрах может храниться информация двух типов:
• пользовательская информация, то есть та. которая непосредственно интересует конечных пользователей сети:
• вспомогательная служебная информация, помогающая предоставлять некоторые услуги пользователям.
Примером информационных ресурсов первого типа могут служить Web-порталы (World-Wide-Web - служба глобального соединения), на которых расположена разнообразная справочная и новостная информация. В телефонных сетях такими центрами являются службы экстренного вызова (милиция, скорая помощь) и справочные службы.
Ресурсами второго типа являются, например, различные системы аутентификации и авторизации пользователей, с помощью которых проверяются права пользователей на получение тех или иных услуг.
Классификации компьютерных сетей.
Под вычислительной системой (ВС) понимается совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих процессоров или ЭВМ, периферийного оборудования и программного обеспечения, предназначенных для сбора, хранения, обработки и распределения информации. Естественно, вычислительная система должна оставаться интерактивной. то есть обеспечивать каждому пользователю возможность оперативного взаимодействия с системой на всех этапах решения задач. Телекоммуникационная вычислительная сеть (ТВС) - это сеть обмена и распределенной обработки информации, образуемая множеством взаимосвязанных абонентских систем и средствами связи.
Создание ВС преследует следующие основные цели:
• повышение производительности системы за счет ускорения процессов обработки данных:
• повышение надежности и достоверности вычислений:
• предоставление пользователям дополнительных сервисных услуг.
Основные принципы построения, закладываемые при создании ВС:
• возможность работы в разных режимах:
• модульность структуры технических и программных средств совершенствовать и модернизировать вычислительные системы без коренных их переделок:
• унификация и стандартизация технических и программных решений:
• иерархия в организации управления процессами:
• способность систем к адаптации, самонастройке и самоорганизации:
• обеспечение необходимым сервисом пользователей при выполнении вычислений.
Структура ВС - это совокупность комплексируемых элементов и их связей. В качестве элементов ВС выступают отдельные ЭВМ и процессоры.
По назначению компьютерные сети распределяются
1. Вычислительные сети предназначены главным образом для решения заданий пользователей с обменом данными между их абонентами.
2. Информационные сети ориентированы в основном на предоставление информационных услуг пользователям.
3. Смешанные сети совмещают функции первых двух.
По территориальной распространенности
1. PAN (Personal Area Network) — персональная сеть, предназначенная для взаимодействия различных устройств, принадлежащих одному владельцу.
2. LAN (Local Area Network) — локальные сети, имеющие замкнутую инфраструктуру до выхода на поставщиков услуг. Термин «LAN» может описывать и маленькую офисную сеть, и сеть уровня большого завода, занимающего несколько сотен гектаров. Зарубежные источники дают даже близкую оценку — около шести миль (10 км) в радиусе. Локальные сети являются сетями закрытого типа, доступ к ним разрешен только ограниченному кругу пользователей, для которых работа в такой сети непосредственно связана с их профессиональной деятельностью.
3. CAN (Campus Area Network — кампусная сеть) — объединяет локальные сети близко расположенных зданий.
4. MAN (Metropolitan Area Network) — городские сети между учреждениями в пределах одного или нескольких городов, связывающие много локальных вычислительных сетей.
5. WAN (Wide Area Network) — глобальная сеть, покрывающая большие географические регионы, включающие в себя как локальные сети, так и прочие телекоммуникационные сети и устройства. Пример WAN — сети с коммутацией пакетов (Frame relay), через которую могут «разговаривать» между собой различные компьютерные сети. Глобальные сети являются открытыми и ориентированы на обслуживание любых пользователей.
Термин «корпоративная сеть» также используется в литературе для обозначения объединения нескольких сетей, каждая из которых может быть построена на различных технических, программных и информационных принципах.
По типу функционального взаимодействия
1. Клиент-сервер — вычислительная или сетевая архитектура, в которой задания или сетевая нагрузка распределены между поставщиками услуг (сервисов), называемыми серверами, и заказчиками услуг, называемыми клиентами. Нередко клиенты и серверы взаимодействуют через компьютерную сеть и могут быть как различными физическими устройствами, так и программным обеспечением.
2. Смешанная сеть
3. Однора́нговая, децентрализо́ванная или пи́ринговая (от англ. peer-to-peer, P2P — равный к равному) сеть — это оверлейная компьютерная сеть, основанная на равноправии участников. В такой сети отсутствуют выделенные серверы, а каждый узел (peer) является как клиентом, так и сервером. В отличие от архитектуры клиент-сервера, такая организация позволяет сохранять работоспособность сети при любом количестве и любом сочетании доступных узлов. Участниками сети являются пиры.
4. Многоранговые сети
По типу сетевой топологии— способ описания конфигурации сети, схема расположения и соединения сетевых устройств.
1. Шина
2. Кольцо
3. Двойное кольцо
4. Звезда
5. Ячеистая топология
6. Решётка
7. Дерево
8. Fat Tree
По типу среды передачи
1. Проводные (телефонный провод, коаксиальный кабель, витая пара, волоконно-оптический кабель)
2. Беспроводные (передачей информации по радиоволнам в определенном частотном диапазоне)
По функциональному назначению
1. Сети хранения данных
2. Серверные фермы
3. Сети управления процессом
4. Сети SOHO & Домовая сеть
По скорости передач
1. низкоскоростные (до 10 Мбит/с),
2. среднескоростные (до 100 Мбит/с),
3. высокоскоростные (свыше 100 Мбит/с);
По сетевым ОС
1. На основе Windows
2. На основе UNIX
3. На основе NetWare
По необходимости поддержания постоянного соединения
1. Пакетная сеть, например Фидонет и UUCP
2. Онлайновая сеть, например Интернет и GSM