Определение Internet. Топологии глобальных и локальных сетей. Функциональная модель Internet

1. Полносвязная топология соответствует сети, в которой каждый компьютер непосредственно связан со всеми. Несмотря на логическую простоту, этот вариант оказывается громоздким и неэффективным. Действительно, в таком случае каждый компьютер сети должен иметь большое количество коммуникационных портов, достаточное для связи с каждым из остальных компьютеров сети. Для каждой пары компьютеров должна быть выделена отдельная физическая линия связи. К плюсам такой топологии можно отнести высокую степень надежности. В случае аварии выходит из строя лишь один узел сети. Полносвязые топологии в крупных сетях применяются редко, чаще этот вид топологии используется в многомашинных комплексах или сетях, объединяющих небольшое количество компьютеров, например, на магистральных узлах.

2. Ячеистая  топология получается из полносвязной путём удаления некоторых связей. Связываются те узлы сети, для которых выдвигаются повышенные требования к надежности, а также узлы, между которыми происходит более существенный обмен данными. Ячеистая топология допускает соединение большого количества компьютеров и характерна, как правило, для крупных сетей.

3. В сети с кольцевой  топологией все узлы соединены в единую замкнутую петлю (кольцо) каналами связи. Данные передаются по кольцу от одного компьютера к другому.  Выход одного узла сети соединяется со входом другого. Информация по кольцу передается от узла к узлу и каждый узел ретранслирует посланное сообщение. В каждом узле для этого имеются своя интерфейсная и приемо-передающая аппаратура, позволяющая управлять прохождением данных в сети. Передача данных по кольцу с целью упрощения приемо-передающей аппаратуры выполняется только в одном направлении. Принимающий узел распознает и получает только адресованные ему сообщения. Ввиду своей гибкости и надежности работы сети с кольцевой топологией получили также широкое распространение на практике (например, сеть Token Ring). Топология "кольцо" принципиально мало чем отличается от шинной.

Преимущества  сетей кольцевой  топологии:

• Пересылка сообщений является очень эффективной, так как большинство сообщений можно отправлять по кабельной системе одно за другим
• Простота установки;
• Практически полное отсутствие дополнительного оборудования;
• Возможность устойчивой работы без существенного падения скорости передачи данных при интенсивной загрузке сети, поскольку использование маркера исключает возможность возникновения коллизий.

Недостатки  сетей кольцевой топологии:

• В случае неисправности одного из сегментов сети и других неполадок (например, обрыв кабеля), вся сеть выходит из строя;
• Сложность поиска неисправностей;
• Сложность конфигурирования и настройки;
• Прокладка кабелей от одной рабочей станции до другой может быть довольно сложной и дорогостоящей, особенно если географически рабочие станции расположены далеко от кольца;
• Продолжительность передачи информации увеличивается пропорционально количеству рабочих станций, входящих в вычислительную сеть.

   Двойное кольцо — это топология, построенная на двух кольцах. Первое кольцо — основной путь для передачи данных. Второе — резервный путь, дублирующий основной. При нормальном функционировании первого кольца, данные передаются только по нему. При его выходе из строя, оно объединяется со вторым и сеть продолжает функционировать. Данные при этом по первому кольцу передаются в одном направлении, а по второму в обратном. Примером может послужить сеть FDDI.

4. Сети с шинной топологией используют линейный моноканал (коаксиальный кабель) передачи данных, к которому все узлы подсоединены через интерфейсные платы посредством относительно коротких соединительных линий. На концах магистрального кабельного сегмента (ствола) размещены оконечные сопротивления (терминаторы) для гашения сигналов, которые достигают концов канала передачи данных. Каждый компьютер подключается к коаксиальному кабелю с помощью Т-разъема (Т-коннектор). Данные от передающего узла сети передаются по шине в обе стороны, отражаясь от оконечных терминаторов. Терминаторы предотвращают отражение сигналов, в противном случае, если не предпринимать никаких специальных действий, сигнал, достигая конца кабеля, будет отражаться и не позволит другим компьютерам осуществлять передачу.

  В сети с топологией «шина» компьютеры адресуют данные конкретному компьютеру, передавая их по кабелю в виде электрических  сигналов. Эти данные передаются всем компьютерам сети, однако информацию принимает только тот, адрес которого соответствует адресу получателя, зашифрованному в этих сигналах. Причем в каждый момент времени только один компьютер может вести передачу. Так как данные в сеть передаются лишь одним компьютером, ее производительность зависит от количества компьютеров, подключенных к шине. Чем их больше, т.е. чем больше компьютеров, ожидающих передачи данных, тем медленнее сеть. Однако вывести прямую зависимость между пропускной способностью сети и количеством компьютеров в ней нельзя. Кроме числа компьютеров, на быстродействие сети влияет множество факторов, в том числе:

• характеристики аппаратного обеспечения компьютеров в сети;
• частота, с которой компьютеры передают данные;
• тип работающих сетевых приложений;
• тип сетевого кабеля;
• расстояние между компьютерами в сети.

  Шина  — пассивная топология. Это значит, что компьютеры только «слушают»  передаваемые по сети данные, но не перемещают их от отправителя к получателю. Поэтому, если один из компьютеров выйдет из строя, это не скажется на работе остальных.

  Преимущества  сетей шинной топологии:

• Шинная топология — одна из наиболее простых топологий. Такую сеть легко наращивать и конфигурировать, а также адаптировать к различным системам; она устойчива к возможным неисправностям отдельных узлов;
• Также достоинствами этой топологии являются низкая стоимость проводки и унификация подключений;
• Сеть с шинной топологией устойчива к неисправностям отдельных узлов.

  Недостатки  сетей шинной топологии:

• Максимальная теоретически возможная пропускная способность таких сетей составляет 10 Мбит/с (толстый и тонкий коаксиал). Такой пропускной способности для современных приложений, активно использующих видео и мультимедийные данные, явно недостаточно;
• Ограниченная длина кабеля и количество рабочих станций;
• Повреждение магистрального кабеля ведет к отражению сигнала и вся сеть в целом становится неработоспособной;
• Трудно определить дефекты соединений.

  Данная  топология применяется в локальных  сетях с архитектурой Ethernet (классы 10Base-5 и 10Base-2 для толстого и тонкого коаксиального кабеля соответственно).

5. Топология дерево

   Данная топология представляет собой более развитую конфигурацию типа "шина". Присоединение нескольких простых шин к общей магистральной шине происходит через активные повторители или пассивные концентраторы.

6. Звезда — базовая топология компьютерной сети, в которой все компьютеры сети присоединены к центральному узлу (обычно сетевой концентратор), образуя физический сегмент сети. Концентратор соединяется с каждым участником сети отдельной линей передачи данных. При выходе из строя одной из линий доступ к сети теряет только один участник. Однако, если откажет концентратор, работа сети станет полностью невозможной, так как весь обмен информацией идет исключительно через центральный компьютер. Таким образом, на центральный компьютер ложится очень большая нагрузка, поэтому, как правило, именно центральный компьютер является самым мощным, и именно на него возлагаются все функции по управлению обменом. Никакие конфликты в сети с топологией звезда в принципе невозможны, потому что управление полностью централизовано.

  В качестве недостатков  такой сети можно  отметить:

• Большую загруженность центральной аппаратуры;
• Полную потерю работоспособности сети при отказе центральной аппаратуры;
• Большую протяженность линий связи;
• Возможности по наращиванию количества узлов в сети ограничиваются количеством портов концентратора;
• Отсутствие гибкости в выборе пути передачи информации.

Достоинства такой сети:

• Легко контролировать работу сети и локализовать неисправности путем простого отключения от центра тех или иных абонентов;
• Относительно недорогие по сравнению с более сложными сетями. 
  
7. Другие топологии

   В то время как небольшие сети, как правило, имеют типовую топологию  – звезда, кольцо, шина и другие, 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.

3. Топология глобальных сетей

  Глобальная  сеть охватывает значительную географическую территорию: область, страну или даже целый континент. Она объединяет компьютеры, которые называются хостами. Хосты соединяются коммуникационными подсетями, для краткости называемые подсетями. Задачей подсети является передача сообщений от хоста к хосту и, таким образом в глобальных сетях коммуникативный аспект отделен от прикладного, что значительно увеличивает структуризацию сети, а следовательно, упрощает ее разработку и обслуживание.

  Подсеть в свою очередь состоит из компонентов  двух типов: линий связи и маршрутизаторов. Задачей маршрутизаторов является определение маршрута передаваемого информационного пакета.

  Если  какие-либо два маршрутизатора не соединены  напрямую, то они общаются через промежуточные маршрутизаторы. Тогда переданный пакет получается каждым промежуточным маршрутизатором целиком, хранится на нем до тех пор, пока не освободится требуемая линия связи, а затем передается дальше. Подсети, работающие по такому принципу, называются подсетями с промежуточным хранением. На сегодняшний день все подсети глобальных сетей за исключением тех, которые используют спутники связи, являются подсетями с промежуточным хранением.

  В глобальных сетях обычно используется коммутация пакетов. Ниже представлен алгоритм работы коммутации пакетов:

1. Приложение, выполняемое на передающем хосте, дает запрос на пересылку сообщения приложению, выполняемому на принимающем хосте.
2. Передающий хост осуществляет разбивку сообщения на пакеты, каждый из которых имеет порядковый номер.
3. Пакеты друг за другом направляются в линию связи и по отдельности передаются по подсети.
4. Маршрутизаторы подсети определяют оптимальный маршрут прохождения пакетов. Решение о выборе маршрута маршрутизаторами осуществляется на локальном уровне согласно алгоритму маршрутизации. При этом предпринимается попытка проложить оптимальный путь, учитывая степень загруженности линий связи.
5. Принимающий хост собирает пакеты и реконструирует начальное сообщение.
6. Сообщение передается приложению, исполняемому на принимающем хосте. 
   
4. Функциональная модель Internet