Сети и сетевые структуры

Типы сетей

Локальные сети.По числу машин, размеру и протяженности сети подразделяются на локальные и глобальные.

Локальная сеть - Local-Area Network (LAN) – это сеть, расположенная на небольшой площади, например, в пределах здания или нескольких соседних зданий – офисов, либо даже в одной комнате (например, домашняя локальная сеть). Пример относительно большой локальной сети (из нескольких тысяч машин) – локальная сеть Петродворцового учебно-научного комплекса СПбГУ, включающего четыре факультета, несколько НИИ и студенческие общежития.

Локальная сеть организуется на основе многопользовательской шины, топологии кольца или звезды.

Скорость работы в локальной сети – порядка 10 мегабит в секунду при использовании кабеля типа витая пара (twisted pair) и сетевых концентраторов (hubs).Эта скорость невелика, особенно если машины расположены на расстоянии несколько сот метров друг от друга; при работе чувствуется замедление. Если используются волоконно-оптические кабели (fiber optic cables) и оптические переключатели (optical switches),то скорость работы сети возрастает до 100 мегабит в секунду, но такой способ соединения в сеть гораздо более дорогой. Современные сетевые адаптеры персональных компьютеров позволяют осуществлять соединение в сеть на скорости до 1 гигабита в секунду.

Узлами локальной сети являются, как правило, рабочие станции и (или) персональные компьютеры. В локальной сети могут быть также несколько (обычно одна или две) mainframe-машин или даже суперкомпьютеров или компьютерных кластеров (последнее характерно для университетов и крупных исследовательских центров).

В локальной сети доступны такие разделяемые сетевые ресурсы, как сетевые принтеры и другие устройства (например, сетевые диски – mass storage devices ). Такие устройства имеют сетевые карты (адаптеры),свои сетевые адреса и свои имена в сети, так что они являются полноправными элементами сети, наряду с компьютерами. Если у принтера нет сетевой карты (в стандартных конфигурациях), то для его использования его необходимо подключить к какому-либо компьютеру сети, внести его в список разделяемых сетевых ресурсов и для его использования постоянно держать этот компьютер включенным (что не всегда удобно). Подобные нюансы необходимо иметь в виду тем, кто только приступает к организации домашней или офисной локальной сети.

Таким образом, тот минимум, который необходимо иметь для организации локальной сети, – это два или более компьютеров, сетевой концентратор (hub) и сетевые кабели типа витая пара с разъемами типа RJ45 для подсоединения к концентратору каждого компьютера локальной сети. В стандартной TCP/IP – сети каждый компьютер должен иметь свой IP-адрес и свое сетевое имя. Кроме того, необходимо не забыть выделить на каждом компьютере сети хотя бы один разделяемый сетевой ресурс (например, диск или принтер), который "видят" на этом компьютере другие компьютеры сети, иначе (по личному опыту автора) могут быть проблемы с распознаванием этого компьютера как элемента сети.

На рис. 22.3 изображена схема типичной организации локальной сети. В схеме, кроме компьютеров и сетевых ресурсов, присутствует шлюз (gateway) – вход в локальную сеть: обычно это одна выделенная машина, которая играет роль входной в данной локальной сети. Она занимается фильтрацией сетевых пакетов, их передачей другим компьютерам, защитой от внешних сетевых атак.

увеличить изображение
Рис. 22.3.

Глобальные и региональные сети

Глобальные сети - Wide-Area Network (WAN) – связывают географически удаленные машины. Используются соединения типа "точка-точка" (point-to-point) по линиям большой протяженности (часто арендуемым у телефонных компаний) – выделенным линиям (dedicated lines).Более современные способы организации глобальных сетей – волоконно-оптические кабели и беспроводная связь типа Wi-FI.

Взаимодействие в глобальной сети обычно требует нескольких сообщений.

Узлами глобальной сети могут быть как персональные компьютеры, так и mainframe-компьютеры, суперкомпьютеры, кластеры компьютеров.

Одним из современных видов глобальных и региональных сетей является WWAN (Wireless Wide Area Network) – беспроводная региональная сеть. Подобные сети реализуются фирмой Cingular (США). Распространены в США и Канаде. Основаны на протоколах мобильной связи GSM и CDMA. Скорость такой сети - порядка 100 МБит / с. Современные лаптопы (например, Sony VAIO) оборудуются WWAN – адаптерами и антеннами. В России аналогом являются беспроводные сети Wi-MAX, которые в настоящее время находят все более широкое распространение.

Как показано на рис. 22.4, в глобальных сетях для коммуникации используются специальные коммуникационные процессоры.

увеличить изображение
Рис. 22.4. Коммуникационные процессоры в глобальной сети

Проблема организации коммуникаций по сети.

При проектировании коммуникационной сети должны быть решены следующие основные проблемы:

• Именование и разрешение имен. Как два процесса найдут друг друга для коммуникации?
• Стратегии маршрутизации (routing).Каким образом сообщения посылаются по сети?
• Стратегии соединения (connection).Каким образом два процесса обмениваются сообщениями?
• Разрешение конфликтов.Сеть – разделяемый ресурс; каким образом разрешаются конфликтующие запросы на ее использование?

Именование и разрешение имен в сети.Системы (машины) в сети имеют имена. Сообщения идентифицируются номерами процессов (process ids). Процесс на удаленной системе идентифицируется парой <host-name, process-identifier>.

Для глобального разрешения сетевых имен используется Domain Name Service (DNS),обеспечивающий структуру именования машин, а также преобразование имени в IP-адрес (в сети Интернет). Пример доменного имени (domain name) машины в сети Интернет: spbu.ru – доменное имя Санкт-Петербургского университета. С помощью протокола и сервисов DNS доменные имена преобразуются в числовые IP-адреса конкретных машин в сети, например, 100.200.150.2.

Стратегии маршрутизации

Маршрутизация (routing) – поиск маршрута для каждого сетевого пакета и направление его по найденному маршруту. Для маршрутизации в сетях используется специальное сетевое оборудование – маршрутизаторы (routers),которые обязательно должны использоваться в больших локальных сетях. Наиболее известные компании, выпускающие маршрутизаторы, - Cisco и 3COM. Рассмотрим возможные стратегии маршрутизации.

Фиксированная маршрутизация. Путь от A к B задан заранее; он изменяется, только если им невозможно воспользоваться из-за отказов аппаратуры. При этом:

• Поскольку выбирается кратчайший путь, затраты на коммуникацию минимизированы.
• Фиксированная маршрутизация не может быть адаптирована к изменению загрузки.
• Обеспечивается получение сообщений в том же порядке, в каком они были посланы.

Виртуальная цепочка.Путь от A к B фиксируется на время одного сеанса. Различные сеансы, включающие сообщения от A в B, могут иметь различную маршрутизацию. Особенности данного способа маршрутизации:

• Это частичное средство адаптации к изменениям загрузки.
• Обеспечивается получение сообщений в том же порядке, в каком они были посланы.

Динамическая маршрутизация.Путь для отправки сообщения от A к B определяется только в момент отправки данного сообщения.

Обычно система посылает сообщение другой системе через соединение, наименее используемое в данный момент времени.

Метод адаптирован к изменениям загрузки, так как избегает отправки сообщений через интенсивно используемые соединения.

Сообщения при данном методе могут приходить в другом порядке. Эта проблема может быть решена путем присваивания номера последовательности каждому сообщению (что и реализовано в сетях TCP/IP).