6.1.3. Технологии объединения отдельных компьютеров в сеть

Вычислительные сети классифицируются по различным признакам. Сети, состоящие из программно-совместимых компьютеров, являются однородными или гомогенными. Если компьютеры, входящие в сеть, программно несовместимы, то такая сеть называется неоднородной или гетерогенной.

По типу организации передачи данных различают сети с коммутацией каналов, с коммутацией сообщений, с коммутацией пакетов. Имеются сети, использующие смешанные системы передачи данных.

По характеру реализуемых функций сети подразделяются на: вычислительные, предназначенные для решения задач управления на основе вычислительной обработки исходной информации; информационные, предназначенные для получения справочных данных по запросу пользователей; смешанные, в которых реализуются вычислительные и информационные функции.

По способу управления вычислительные сети делятся на сети с децентрализованным, централизованным и смешанным управлением. В первом случае каждый компьютер, входящий в состав сети, включает полный набор программных средств для координации выполняемых сетевых операций.

Под топологией вычислительной сети понимается конфигурация графа, вершинам которого соответствуют компьютеры сети (иногда и другое оборудование, например концентраторы), а ребрам — физические связи между ними. Компьютеры, подключенные к сети, часто называют станциями или узлами сети.

Заметим, что конфигурация физических связей определяется электрическими соединениями компьютеров между собой и может отличаться от конфигурации логических связей между узлами сети. Логические связи представляют собой маршруты передачи данных между узлами сети и образуются путем соответствующих настроек коммуникационного оборудования.

Выбор топологии электрических связей существенно влияет на многие характеристики сети. Например, наличие резервных связей повышает надежность сети и делает возможным балансирование загрузки отдельных каналов. Простота присоединения новых узлов, свойственная некоторым топологиям, делает сеть легко расширяемой. Экономические соображения часто приводят к выбору топологий, для которых характерна минимальная суммарная длина линий связи.

По топологическим признакам сети делятся на следующие простейшие виды: с общей шиной, кольцевые, иерархические, звездообразные и многосвязные.

Общая шина (рис. 61, а) является очень распространенной топологией для локальных сетей.

Передаваемая информация может распротраняться в обе стороны. В таких сетях одна из машин может служить в качестве системного обслуживающего устройства, обеспечивающего централизованный доступ к общим файлам и базам данных, печатающим устройствам и другим вычислительным ресурсам. Применение общей шины снижает стоимость проводки, унифицирует подключение различных модулей, обеспечивает возможность почти мгновенного широковещательного обращения ко всем станциям сети. Локальные сети данного типа приобрели большую популярность благодаря низкой стоимости и легкости расширения сети. К недостаткам шинной топологии относят ее уязвимость в отношении физических повреждений кабеля, а также невысокую производительность, так как при таком способе подключения в каждый момент времени только один компьютер может передавать данные в сеть.

Кольцевая топология (рис. 61, б) характеризуется тем, что информация по кольцу передается, как правило, только в одном направлении.

Если компьютер распознает данные как «свои», то он копирует их во внутренний буфер. Как последовательная конфигурация кольцо уязвимо в отношении отказов: выход из строя какого-либо сегмента кабеля приводит к прекращению обслуживания всех пользователей. Защита от повреждений или отказов обеспечивается либо замыканием кольца на обратный (дублирующий) путь, либо переключением на запасное кольцо. И в том, и в другом случае сохраняется общая кольцевая топология.

Кольцо представляет собой удобную конфигурацию для организации обратной связи — данные, сделав полный оборот, возвращаются к узлу-источнику. Поэтому узел «кольцо» может контролировать процесс доставки данных адресату. Часто это свойство кольца используют для тестирования связности сети и поиска узла, работающего некорректно. Для этого в сеть посылаются специальные тестовые сообщения.

В случае применения звездообразной топологии (рис. 61, в) каждый компьютер подключается отдельным кабелем к общему устройству, называемому концентратором, который находится в центре сети. В функции концентратора входит направление передаваемой компьютером информации одному или всем остальным компьютерам сети. Главное преимущество данной топологии перед общей шиной — существенно большая надежность. Любые неприятности с кабелем касаются лишь того компьютера, к которому этот кабель присоединен, и только неисправность концентратора может вывести из строя всю сеть. К недостаткам топологии звезда относится более высокая стоимость сетевого оборудования из-за необходимости приобретения концентратора. Кроме того, возможности по наращиванию количества узлов в сети ограничиваются количеством портов концентратора. Иногда имеет смысл строить сеть с использованием нескольких концентраторов, иерархически соединенных между собой.

Иерархическая топология (рис. 61, г) представляет собой более развитой вариант структуры локальной сети, построенной на основе общей шины. Иерархическое дерево образуется путем соединения нескольких шин с корневой системой, где размещаются самые важные компоненты локальной сети.

В то время как небольшие сети, как правило, имеют типовую топологию — звезда, кольцо, общая шина, 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 (рис. 62).