Архитектура компьютерной сети

Архитектура включает следующие компоненты:

• Топология – структура связей элементов в сети.
• Протоколы – правила взаимодействия функциональных элементов сети.
• Интерфейсы – средства сопряжения функциональных элементов-узлов и программных модулей.
• Технические средства – устройства, которые обеспечивают объединения компьютеров в единую сеть (сетевые адаптеры, концентраторы, кабели и т. д.)
• Сетевые программные средства – управляют работой сети и предоставляют пользовательский интерфейс (сетевые ОС, вспомогательные служебные программы).

Компьютерная (вычислительная) сеть – это совокупность компьютеров, соединенных между собой с помощью каких-то коммуникационных средств. Все сетевое оборудование работает под управлением системного программного обеспечения (ПО), в среде которого выполняются пользовательские прикладные программы.

Параметры компьютеров сети должны соответствовать в первую очередь требованиям прикладного ПО и соответственно требованиям системного ПО, в среде которого оно выполняется .

Протоколы и интерфейсы – это, соответственно, правила взаимодействия и средства сопряжения функциональных элементов сети, т. е. физических устройств и программных модулей (подробнее об этом – в разделе «стандартизация в компьютерных сетях»).

Сетевая технология – это согласованный набор стандартных протоколов и реализующих эти протоколы программно-аппаратных средств, который является минимально достаточным для построения компьютерной сети.

Топология – структура связей между компьютерами и коммутирующими устройствами (подробнее рассмотрена ниже).

Коммуникационные средства включают в себя соединительные кабели, сетевые адаптеры, коммуникационные устройства: повторители, концентраторы, мосты , коммутаторы, маршрутизаторы.

Для обмена данными с внешними устройствами в компьютерах и коммуникационных устройствах предусмотрены порты (физические интерфейсы), для которых определены форматы представления данных, электрические характеристики и правила обмена данными с другими устройствами. Логикой передачи данных на внешний интерфейс компьютера управляет аппаратное устройство – сетевой адаптер (контроллер). Программная связь между сетевым адаптером и ОС компьютера осуществляется через драйвер адаптера.

Повторитель используется для усиления сигнала в линии связи и, таким образом, для передачи его на большие расстояния.

Концентратор – многопортовый повторитель, кроме усиления сигнала, пришедшего на один из портов, он рассылает полученные данные на другие порты в соответствии с алгоритмом (логической топологией сети), принятым в конкретной технологии. Например, в технологии Ethernet данные, пришедшие на один порт, концентратор рассылает на все остальные порты, т.е. всем подключенным к нему компьютерам.

Коммутатор и мост – в отличие от концентратора полученные на один порт данные отсылаются только на тот порт, к которому подключен компьютер-адресат. Это соответствие мост или коммутатор определяет из сопоставления адреса назначения в полученных данных и перечня адресов компьютеров, подключенных к его портам (таблицы коммутации).

Маршрутизатор – в отличие от коммутатора, может выбирать наиболее рациональный маршрут (например, кратчайший) до компьютера-адресата в большой сложной сети. Несколько маршрутов от отправителя к адресату могут проходить через разные порты маршрутизатора. Оптимальный маршрут выбирается по таблице маршрутизации, и данные пересылаются на соответствующий этому маршруту порт.

Системное ПО – это сетевые ОС и вспомогательные служебные программы. От того, какие концепции управления локальными и распределенными ресурсами положены в основу сетевой ОС, зависит эффективность работы всей сети. При проектировании сети важно учитывать, насколько просто выбранная ОС может взаимодействовать с другими, насколько она обеспечивает безопасность и защищенность данных, до какой степени она позволяет наращивать число пользователей, можно ли перенести ее на компьютер другого типа и множество других моментов. Основные службы – файловая и печати, обычно предоставляются сетевой ОС, а вспомогательные службы , например, служба баз данных, факса или передачи голоса – системными сетевыми приложениями, или утилитами, работающими под управлением ОС. Вообще говоря, распределение служб между собственно ОС и утилитами весьма условно и меняется в конкретных реализациях ОС.

Кроме собственно обмена данными, сетевые службы должны решать и другие, более специфические задачи, например, задачи распределенной обработки данных. К таким задачам относятся обеспечение непротиворечивости нескольких копий данных, расположенных на разных машинах (служба репликации), или организация выполнения одной задачи параллельно на нескольких машинах (служба вызова удаленных процедур).

Административные службы предназначены для управления работой сети в целом. К ним относятся: служба администрирования учетных записей о пользователях, которая позволяет администратору вести общую базу данных о пользователях сети; система мониторинга сети, позволяющая просматривать и анализировать сетевой трафик; служба безопасности, в функции которой может помимо всего прочего входить выполнение процедуры доступа с последующей проверкой имени и пароля; и другие.