Архитектура сети

Архитектура сети 

Архитектурой  компьютера называется его описание на некотором общем уровне, включающее описание пользовательских возможностей программирования, системы команд, системы адресации, организации  памяти и т.д. Архитектура определяет принципы действия, информационные связи  и взаимное соединение основных логических узлов компьютера: процессора, оперативного ЗУ, внешних ЗУ и периферийных устройств. Общность архитектуры разных компьютеров  обеспечивает их совместимость с  точки зрения пользователя.  

Структура компьютера — это совокупность его функциональных элементов и связей между ними. Элементами могут быть самые различные  устройства — от основных логических узлов компьютера до простейших схем. Структура компьютера графически представляется в виде структурных схем, с помощью  которых можно дать описание компьютера на любом уровне детализации.

Наиболее распространены следующие архитектурные решения.  

Классическая  архитектура (архитектура фон Неймана) — одно арифметико-логическое устройство (АЛУ), через которое проходит поток  данных, и одно устройство управления (УУ), через которое проходит поток  команд — программа.Это однопроцессорный компьютер.  

К этому типу архитектуры относится и архитектура  персонального компьютера с общей  шиной. Все функциональные блоки  здесь связаны между собой  общей шиной, называемой также системной  магистралью.

Физически магистраль представляет собой многопроводную линию с гнездами для подключения электронных схем. Совокупность проводов магистрали разделяется на отдельные группы: шину адреса, шину данных и шину управления.  
 

Периферийные  устройства (принтер и др.) подключаются к аппаратуре компьютера через специальные  контроллеры — устройства управления периферийными устройствами.

Контроллер —  устройство, которое связывает периферийное оборудование или каналы связи с  центральным процессором, освобождая процессор от непосредственного  управления функционированием данного  оборудования.

Сетевая архитектура  сродни архитектуре строений. Архитектура  здания отражает стиль конструкций  и материалы, используемые для постройки. Архитектура сети описывает не только физическое расположение сетевых устройств, но и тип используемых адаптеров  и кабелей. Кроме того, сетевая  архитектура определяет методы передачи данных по кабелю.  

Архитектура сетей 

Архитектура сети определяет основные элементы сети, характеризует  ее общую логическую организацию, техническое  обеспечение, программное обеспечение, описывает методы кодирования. Архитектура  также определяет принципы функционирования и интерфейс пользователя. 

В данном курсе  будет рассмотрено три вида архитектур:

архитектура терминал – главный компьютер;

одноранговая архитектура;

архитектура клиент – сервер. 

Архитектура терминал – главный  компьютер 

Архитектура терминал – главный компьютер (terminal – host computer architecture) – это концепция информационной сети, в которой вся обработка данных осуществляется одним или группой главных компьютеров. 

Рассматриваемая архитектура предполагает два типа оборудования: 

Главный компьютер, где осуществляется управление сетью, хранение и обработка данных. 

Терминалы, предназначенные  для передачи главному компьютеру команд на организацию сеансов и выполнения заданий, ввода данных для выполнения заданий и получения результатов. 

Главный компьютер  через мультиплексоры передачи данных (МПД) взаимодействуют с терминалами. 

Классический  пример архитектуры сети с главными компьютерами – системная сетевая  архитектура (System Network Architecture – SNA). 

Одноранговая архитектура 

Одноранговая архитектура (peer-to-peer architecture) – это концепция информационной сети, в которой ее ресурсы рассредоточены по всем системам. Данная архитектура характеризуется тем, что в ней все системы равноправны. 

К одноранговым сетям относятся малые сети, где любая рабочая станция может выполнять одновременно функции файлового сервера и рабочей станции. В одноранговых ЛВС дисковое пространство и файлы на любом компьютере могут быть общими. Чтобы ресурс стал общим, его необходимо отдать в общее пользование, используя службы удаленного доступа сетевых одноранговых операционных систем. В зависимости от того, как будет установлена защита данных, другие пользователи смогут пользоваться файлами сразу же после их создания. Одноранговые ЛВС достаточно хороши только для небольших рабочих групп. 

Архитектура клиент – сервер 

Клиент-сервер (англ. Client-server) — 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.Содержание   

Преимущества 

Делает возможным, в большинстве случаев, распределить функции вычислительной системы  между несколькими независимыми компьютерами в сети. Это позволяет  упростить обслуживание вычислительной системы. В частности, замена, ремонт, модернизация или перемещение сервера, не затрагивают клиентов.

Все данные хранятся на сервере, который, как правило, защищён  гораздо лучше большинства клиентов. На сервере проще обеспечить контроль полномочий, чтобы разрешать доступ к данным только клиентам с соответствующими правами доступа.

Позволяет объединить различные клиенты. Использовать ресурсы  одного сервера часто могут клиенты  с разными аппаратными платформами, операционными системами и т.п.

Недостатки

Неработоспособность сервера может сделать неработоспособной  всю вычислительную сеть.

Поддержка работы данной системы, требует отдельного специалиста - системного администратора.

Высокая стоимость  оборудования.

Многоуровневая  архитектура клиент-сервер

Многоуровневая  архитектура клиент-сервер — разновидность  архитектуры клиент-сервер, в которой  функция обработки данных вынесена на один или несколько отдельных  серверов. Это позволяет разделить  функции хранения, обработки и  представления данных для более  эффективного использования возможностей серверов и клиентов.

Частные случаи многоуровневой архитектуры:

Трёхуровневая архитектура

Сеть с выделенным сервером

Сеть с выделенным сервером (англ. Client/Server network) — это локальная вычислительная сеть (LAN), в которой сетевые устройства централизованы и управляются одним или несколькими серверами. Индивидуальные рабочие станции или клиенты (такие, как ПК) должны обращаться к ресурсам сети через сервер(ы).

Сетевые архитектуры

Сетевые архитектуры  разделяются по скорости передачи данных, среде передачи, вариантах реализации, топологии 

Ethernet. 10Мбит/с.

• 10BaseT (Витая пара);
• 10Base2 (Тонкий коаксиал );
• 10Base5 (Толстый коаксиал );
• 10BaseFL (Оптоволокно ) .

10Base2 или Тонкий Ethernet

10Base5

IEEE 10Base5 или "толстый"  Ethernet - самый старый стандарт среди остальных. В настоящее время затруднительно найти в продаже новое оборудование для построения сети на этом стандарте. Основные его параметры :

10Base-T или Ethernet на витой паре

В 1990 году IEEE опубликовал спецификацию 802.3 для построения сети Ethernet на основе витой пары. l0BaseT (10 — скорость передачи 10 Мбит/с, Base — узкополосная, Т — витая пара) — сеть Ethernet, которая для соединения компьютеров обычно использует неэкранированную витую пару ( UTP ). Тем не менее и экранированная витая пара ( STP ) также может применяться в топологии lOBaseT без изменения каких-либо ее параметров. Большинство сетей этого типа строятся в виде звезды, но по системе передачи сигналов представляют собой шину, как и другие конфигурации Ethernet. Обычно концентратор сети lOBaseT выступает как многопортовый (multiport) репитер и часто располагается в распределительной стойке здания. Каждый компьютер подключается к другому концу кабеля, соединенного с концентратором, и использует две пары проводов: одну — для приема, другую — для передачи. Максимальная длина сегмента l0BaseT — 100 м (328 футов). Минимальная длина кабеля — 2,5 м (около 8 футов). Сеть l0BaseT может обслуживать до 1024 компьютеров.

10BaseFL

10BaseFL (10 - скорость  передачи 10 Мбит/с, Base - узкополосная передача, FL - оптоволоконный кабель) представляет собой сеть Ethernet, в которой компьютеры и репитеры соединены оптоволоконным кабелем. Основная причина причина популярности 10BaseFL - возможность прокладывать кабель между репитерами на большие расстояния (например между зданиями). Максимальная длина сегмента 10BaseFL - 2000м.

Ethernet. 100Мбит/с.

Новые стандарты  Ethernet позволяют преодолеть скорость передачи в 10 Мбит/с.Известны несколько стандартов Ethernet, которые могут удовлетворить возросшие требования, рассмотрим 2 из них:

• 100BaseVG-AnyLAN Ethernet;
• 100BaseX Ethernet(Fast Ethernet).

И Fast Ethernet, и 100 Base VG-Any LAN работают примерно в пять-десять раз быстрее, чем стандартный Ethernet. Кроме того, они совместимы с существующей кабельной системой 10BaseT. Это означает, что перейти от l0BaseT к этим стандартам достаточно просто и быстро.

100VG-AnyLAN

100VG (Voice Grade) AnyLAN - новая сетевая технология, которая сочетает в себе элементы Ethernet и Token Ring. Эта технология, разработанная фирмой Hewlett-Packard, в настоящее время совершенствуется стандартом IEEE 802.12. Спецификация 802.12 -стандарт передачи кадров Ethernet 802.3 и пакетов Token Ring 802.5. Эта технология имеет несколько названий:

• l00VG-AnyLAN;
• 100Base VG;
• VG;
• AnyLAN.

Спецификации 

Перечислим возможности некоторых из существующих в настоящее время спецификаций l00VG-AnyLAN:

• минимальная скорость передачи данных 100 Мбит/с;
• поддержка каскадируемой топологии «звезда» на основе витой пары категории 3, 4 или 5 и оптоволоконного кабеля;
• метод доступа по приоритету запроса (различаются два уровня приоритета: низкий и высокий);
• поддержка средств фильтрации персонально адресованных кадров в концентраторе (для повышения степени конфиденциальности);
• поддержка передачи кадров Ethernet и Token Ring.

Топология

Сеть 100VG-AnyLAN строится по топологии «звезда», где все  компьютеры соединены с концентратором. Сеть можно расширять, добавляя «дочерние» (child) концентраторы к центральному, «родительскому» (parent), который относится к ним так же, как и к компьютерам, т.е. родительские концентраторы управляют передачей компьютеров, соединенных со своими «детьми».

Некоторые соображения 

Представленная технология требует использования специальных  концентраторов и плат. Кроме того, длина кабеля 100BaseVG, по сравнению  с 10BaseT и другими реализациями Ethernet, ограничена: общая длина пары кабелей от концентратора 100BaseVG до компьютеров не может превышать 250 м. Чтобы преодолеть это ограничение, надо использовать специальное оборудование. Ограничения длины кабеля приведут к тому, что для 100BaseVG потребуется больше кабельных стоек, чем для 10BaseT.

100BaseX Ethernet

Этот стандарт, иногда называемый Fast Ethernet, является расширением существующего стандарта Ethernet. Он строится на UTP категории 5, использует метод доступа CSMA/CD и топологию «звезда-шина» (подобно 10BaseT), где все кабели подключены к концентратору.