Компьютерная сеть представляет собой группу взаимосвязанных компьютеров. Сети можно классифицировать по целому ряду признаков. В этой статье представлен общий обзор некоторых типов и категорий, а также представлены основные компоненты сети.
Введение
Компьютерная сеть позволяет компьютерам взаимодействовать друг с другом и обмениваться ресурсами и информацией. Агентство перспективных исследовательских проектов (ARPA) профинансировало разработку «Сети агентств перспективных исследовательских проектов» (ARPANET) для Министерства обороны США. Это была первая действующая компьютерная сеть в мире.[1] Развитие сети началось в 1969 году на основе проектов, начатых в 1960-х годах.
Классификация сетей
В следующем списке представлены категории, используемые для классификации сетей.
Способ подключения
Компьютерные сети также можно классифицировать в соответствии с аппаратными и программными технологиями, которые используются для соединения отдельных устройств в сети, такими как оптическое волокно, Ethernet, беспроводная локальная сеть, HomePNA, связь по линиям электропередач или G.hn. Ethernet использует физическую проводку для подключения устройств. К часто используемым устройствам относятся концентраторы, коммутаторы, мосты и/или маршрутизаторы.
Технология беспроводной локальной сети предназначена для подключения устройств без проводов. Эти устройства используют радиоволны или инфракрасные сигналы в качестве среды передачи.
Технология ITU-T G.hn использует существующую домашнюю проводку (коаксиальный кабель, телефонные линии и линии электропередач) для создания высокоскоростной (до 1 Гбит/с) локальной сети.
Проводные технологии
Витая пара — это наиболее широко используемая среда для телекоммуникаций. Витая пара — это обычные телефонные провода, состоящие из двух скрученных в пары изолированных медных проводов, которые используются как для передачи голоса, так и для передачи данных. Использование двух проводов, скрученных вместе, помогает уменьшить перекрестные помехи и электромагнитную индукцию. Скорость передачи варьируется от 2 миллионов бит в секунду до 100 миллионов бит в секунду.
Коаксиальный кабель. Эти кабели широко используются в системах кабельного телевидения, офисных зданиях и других рабочих местах для локальных сетей. Кабели состоят из медной или алюминиевой проволоки, обернутой изоляционным слоем, как правило, из гибкого материала с высокой диэлектрической проницаемостью, каждый из которых окружен проводящим слоем. Слои изоляции помогают минимизировать помехи и искажения. Диапазон скоростей передачи от 200 миллионов до более чем 500 миллионов бит в секунду.
Волоконная оптика. Эти кабели состоят из одной или нескольких тонких нитей стекловолокна, обернутых в защитный слой. Он передает свет, который может распространяться на большие расстояния и с более высокой пропускной способностью. Волоконно-оптические кабели не подвержены воздействию электромагнитного излучения. Скорость передачи может достигать триллионов бит в секунду. Скорость оптоволокна в сотни раз выше, чем у коаксиальных кабелей, и в тысячи раз выше, чем у витой пары.
Беспроводные технологии
Наземная микроволновая печь. Наземные микроволны используют наземные передатчик и приемник. Оборудование похоже на спутниковые антенны. Наземные микроволны используют низкий гигагерцовый диапазон, что ограничивает все коммуникации прямой видимостью. Путь между ретрансляционными станциями на расстоянии прибл. 30 миль друг от друга. Микроволновые антенны обычно размещают на крышах зданий, башен, холмов и горных вершин.
Спутники связи - спутники используют микроволновое радио в качестве средства связи, которое не отклоняется атмосферой Земли. Спутники размещаются в космосе, как правило, на высоте 22 000 миль над экватором. Эти околоземные орбитальные системы способны принимать и передавать голос, данные и телевизионные сигналы.
Системы сотовой связи и PCS. Используйте несколько технологий радиосвязи. Системы разделены на разные географические области. В каждой зоне есть маломощный передатчик или радиорелейное антенное устройство для ретрансляции вызовов из одной зоны в другую.
Беспроводные локальные сети. Беспроводные локальные сети используют технологию высокочастотной радиосвязи, аналогичную цифровой сотовой связи, и технологию низкочастотной радиосвязи. Беспроводные локальные сети используют технологию расширенного спектра для обеспечения связи между несколькими устройствами в ограниченной области. Примером технологии беспроводной радиосвязи с открытым стандартом является IEEE 802.11b.
Bluetooth — беспроводная технология малого радиуса действия. Работать прибл. 1 Мбит/с на расстоянии от 10 до 100 метров. Bluetooth — это открытый беспроводной протокол для обмена данными на коротких расстояниях.
Беспроводная сеть. Беспроводная сеть означает использование всемирной паутины с помощью такого оборудования, как сотовые телефоны, пейджеры, карманные компьютеры и другие портативные устройства связи. Беспроводная веб-служба предлагает подключение в любое время и в любом месте.
Шкала
Сети часто классифицируются как локальная сеть (LAN), глобальная сеть (WAN), городская сеть (MAN), персональная сеть (PAN), виртуальная частная сеть (VPN), сеть кампуса (CAN), сеть хранения данных. (САН) и др. в зависимости от их масштаба, области применения и назначения. Использование, уровни доверия и права доступа часто различаются между этими типами сетей — например, локальные сети, как правило, предназначены для внутреннего использования внутренними системами организации и сотрудниками в отдельных физических местах (например, в здании), в то время как глобальные сети могут подключаться физически отдельно. части организации друг с другом и могут включать связи с третьими лицами.
Функциональная взаимосвязь (сетевая архитектура)
Компьютерные сети можно классифицировать в соответствии с функциональными отношениями, которые существуют между элементами сети, например, архитектура Active Networking, клиент-сервер и одноранговая (рабочая группа).
Топология сети
Компьютерные сети могут быть классифицированы в соответствии с сетевой топологией, на которой основана сеть, например шинная сеть, звездообразная сеть, кольцевая сеть, ячеистая сеть, сеть звездообразная шина, сеть с древовидной или иерархической топологией. Топология сети означает способ, которым устройства в сети видят свои логические связи друг с другом. Использование термина «логический» здесь важно. То есть топология сети не зависит от «физической» схемы сети. Даже если объединенные в сеть компьютеры физически расположены линейно, если они подключены через концентратор, сеть имеет топологию «звезда», а не топологию «шина». В связи с этим визуальные и эксплуатационные характеристики сети различны; логическая топология сети не обязательно совпадает с физической компоновкой.
Типы сетей
Ниже приведен список наиболее распространенных типов компьютерных сетей в порядке масштаба.
Персональная сеть
Персональная сеть (PAN) — это компьютерная сеть, используемая для связи между компьютерными устройствами, находящимися рядом с одним человеком. Некоторыми примерами устройств, которые используются в PAN, являются принтеры, факсимильные аппараты, телефоны, КПК и сканеры. Досягаемость PAN обычно составляет около 20-30 футов (приблизительно 6-9 метров), но ожидается, что она увеличится с развитием технологий.
Локальная сеть
Локальная вычислительная сеть (LAN) — это компьютерная сеть, охватывающая небольшую физическую область, например дом, офис или небольшую группу зданий, таких как школа или аэропорт. Современные проводные локальные сети, скорее всего, будут основаны на технологии Ethernet, хотя новые стандарты, такие как ITU-T G.hn, также позволяют создавать проводные локальные сети с использованием существующих домашних проводов (коаксиальных кабелей, телефонных линий и линий электропередач).
Например, в библиотеке может быть проводная или беспроводная локальная сеть, с помощью которой пользователи могут соединять локальные устройства (например, принтеры и серверы) и подключаться к Интернету. В проводной локальной сети ПК в библиотеке обычно подключаются кабелем категории 5 (Cat5), использующим протокол IEEE 802.3 через систему взаимосвязанных устройств, и в конечном итоге подключаются к Интернету. Кабели к серверам обычно представляют собой усовершенствованный кабель категории 5e, который будет поддерживать IEEE 802.3 со скоростью 1 Гбит/с. Беспроводная локальная сеть может существовать с использованием другого протокола IEEE, 802.11b, 802.11g или, возможно, 802.11n. Штатные компьютеры (ярко-зеленые на рисунке) могут получить доступ к цветному принтеру, кассовым записям, академической сети и Интернету. Все пользовательские компьютеры могут получить доступ к Интернету и карточному каталогу. Каждая рабочая группа может получить доступ к своему локальному принтеру.
Все взаимосвязанные устройства должны понимать сетевой уровень (уровень 3), поскольку они обрабатывают несколько подсетей (разные цвета). Те внутри библиотеки, которые имеют только соединения Ethernet 10/100 Мбит/с с пользовательским устройством и соединение Gigabit Ethernet с центральным маршрутизатором, можно назвать «коммутаторами уровня 3», поскольку они имеют только интерфейсы Ethernet и должны понимать IP. Правильнее было бы назвать их маршрутизаторами доступа, где маршрутизатор наверху является маршрутизатором-распределителем, который подключается к Интернету и маршрутизаторам доступа клиентов академических сетей.
Определяющими характеристиками локальных сетей, в отличие от глобальных сетей (глобальных сетей), являются их более высокие скорости передачи данных, меньший географический охват и отсутствие необходимости в выделенных линиях связи. Текущие технологии Ethernet или другие технологии IEEE 802.3 LAN работают на скоростях до 10 Гбит/с. Это скорость передачи данных. У IEEE есть проекты, посвященные стандартизации 40 и 100 Гбит/с.
Сеть
кампуса Сеть кампуса (CAN) представляет собой компьютерную сеть, состоящую из соединения локальных сетей (LAN) в пределах ограниченной географической области. Его можно рассматривать как одну из форм городской сети, характерную для академической среды.
В случае сети университетского городка на территории кампуса сеть, вероятно, будет связывать различные здания кампуса, в том числе; академические отделы, университетская библиотека и студенческие общежития. Сеть кампуса больше, чем локальная сеть, но меньше, чем глобальная сеть (WAN) (в некоторых случаях).
Основная цель сети кампуса - облегчить студентам доступ к Интернету и университетским ресурсам. Это сеть, которая соединяет две или более локальные сети, но ограничена определенной и непрерывной географической областью, такой как кампус колледжа, промышленный комплекс, офисное здание или военная база. CAN можно рассматривать как разновидность MAN (городская сеть), но обычно она ограничена меньшей территорией, чем обычная MAN. Этот термин чаще всего используется для обсуждения реализации сетей на прилегающей территории. Это не следует путать с локальной сетью контроллеров. ЛВС соединяет сетевые устройства на относительно небольшом расстоянии. Сетевое офисное здание, школа или дом обычно содержат одну локальную сеть, хотя иногда в одном здании может быть несколько небольших локальных сетей (возможно, по одной на комнату).
Городская сеть
Городская сеть (MAN) — это сеть, которая соединяет две или более локальные сети или сети кампусов вместе, но не выходит за пределы непосредственного города. Маршрутизаторы, коммутаторы и концентраторы соединяются для создания городской сети.
Глобальная сеть
Глобальная сеть (WAN) — это компьютерная сеть, охватывающая большую территорию (т. е. любая сеть, каналы связи которой пересекают городские, региональные или национальные границы). Менее формально глобальная сеть — это сеть, в которой используются маршрутизаторы и общедоступные каналы связи. В отличие от персональных сетей (PAN), локальных сетей (LAN), сетей кампуса (CAN) или городских сетей (MAN), которые обычно ограничены. в комнату, здание, университетский городок или конкретную столичную область (например, город) соответственно. Самым большим и наиболее известным примером глобальной сети является Интернет. WAN — это сеть передачи данных, которая охватывает относительно обширную географическую зону (т. е. один город в другой и одну страну в другую страну) и часто использует средства передачи, предоставляемые обычными операторами связи, такими как телефонные компании.
Глобальная вычислительная сеть
Спецификация глобальных вычислительных сетей (GAN) (см. также IEEE 802.20) разрабатывается несколькими группами, и общего определения нет. Однако в целом GAN представляет собой модель поддержки мобильной связи в произвольном количестве беспроводных локальных сетей, зон покрытия спутников и т. д. Ключевой проблемой мобильной связи является «передача» пользовательских сообщений из одной локальной зоны покрытия в другую. . В проекте IEEE 802 это включает последовательность наземных БЕСПРОВОДНЫХ локальных сетей (WLAN).
Виртуальная частная сеть
Виртуальная частная сеть (VPN) — это компьютерная сеть, в которой некоторые связи между узлами передаются через открытые соединения или виртуальные каналы в какой-то более крупной сети (например, в Интернете), а не по физическим проводам. В этом случае говорят, что протоколы канального уровня виртуальной сети туннелируются через более крупную сеть. Одним из распространенных приложений является безопасная связь через общедоступный Интернет, но VPN не обязательно должна иметь явные функции безопасности, такие как аутентификация или шифрование контента. Например, виртуальные частные сети можно использовать для разделения трафика различных сообществ пользователей в базовой сети с надежными функциями безопасности.
VPN может иметь максимальную производительность или может иметь определенное соглашение об уровне обслуживания (SLA) между клиентом VPN и поставщиком услуг VPN. Как правило, VPN имеет более сложную топологию, чем точка-точка.
VPN позволяет пользователям компьютеров создавать видимость редактирования с IP-адреса, отличного от того, который подключает фактический компьютер к Интернету.
межсетевое взаимодействие
Межсетевая сеть — это соединение двух или более отдельных компьютерных сетей или сегментов сети с помощью общей технологии маршрутизации. Результат называется межсетевой сетью (часто сокращается до Интернета). Две или более сетей или сетевых сегментов, соединенных с помощью устройств, работающих на уровне 3 («сетевой» уровень) базовой эталонной модели OSI, таких как маршрутизатор. Любое соединение между общедоступными, частными, коммерческими, промышленными или государственными сетями также может быть определено как объединенная сеть.
В современной практике взаимосвязанные сети используют Интернет-протокол. Существует как минимум три варианта интерсетей, в зависимости от того, кто их администрирует и кто в них участвует:
* Интранет
* Экстранет
* Интернет
Интрасети и экстрасети могут иметь или не иметь подключения к Интернету. При подключении к Интернету интрасеть или экстрасеть обычно защищены от доступа из Интернета без надлежащего разрешения. Интернет не считается частью интрасети или экстрасети, хотя он может служить порталом для доступа к частям экстрасети.
Интранет
Интранет — это набор сетей, использующих Интернет-протокол и инструменты на основе IP, такие как веб-браузеры и приложения для передачи файлов, которые находятся под контролем одного административного объекта. Этот административный объект закрывает интрасеть для всех, кроме определенных авторизованных пользователей. Чаще всего интранет — это внутренняя сеть организации. Большая интрасеть обычно имеет по крайней мере один веб-сервер для предоставления пользователям организационной информации.
Экстранет
Экстрасеть — это сеть или межсетевая сеть, которая ограничена рамками одной организации или субъекта, но также имеет ограниченные соединения с сетями одной или нескольких других, обычно, но не обязательно, доверенных организаций или субъектов (например, клиенты компании могут быть доступ к некоторой части своей интрасети, создающей таким образом экстрасеть, и в то же время клиенты не могут считаться «доверенными» с точки зрения безопасности). Технически экстрасеть также может быть классифицирована как CAN, MAN, WAN или другой тип сети, хотя по определению экстрасеть не может состоять из одной локальной сети; он должен иметь хотя бы одно соединение с внешней сетью.
Интернет
Интернет представляет собой всемирную взаимосвязь правительственных, академических, общедоступных и частных сетей, основанную на сетевых технологиях набора протоколов Интернета. Это преемник Сети агентств перспективных исследовательских проектов (ARPANET), разработанной DARPA Министерства обороны США. Интернет также является коммуникационной магистралью, лежащей в основе World Wide Web (WWW). «Интернет» чаще всего пишется с большой буквы в качестве имени собственного по историческим причинам и для того, чтобы отличить его от других общих сетевых сетей.
Участники Интернета используют разнообразный набор методов из нескольких сотен задокументированных и часто стандартизированных протоколов, совместимых с набором протоколов Интернета, и системой адресации (IP-адреса), управляемой Управлением по присвоению номеров в Интернете и реестрами адресов. Поставщики услуг и крупные предприятия обмениваются информацией о доступности своих адресных пространств через протокол пограничного шлюза (BGP), формируя избыточную глобальную сеть путей передачи.
Основные аппаратные компоненты
Все сети состоят из основных аппаратных строительных блоков для соединения сетевых узлов, таких как карты сетевого интерфейса (NIC), мосты, концентраторы, коммутаторы и маршрутизаторы. Кроме того, требуется какой-либо метод соединения этих строительных блоков, обычно в виде гальванического кабеля (чаще всего кабель категории 5). Менее распространены микроволновые линии (как в IEEE 802.12) или оптический кабель («оптоволокно»). Также может потребоваться сетевая карта.
Сетевые интерфейсные карты
Сетевая карта, сетевой адаптер или NIC (сетевая интерфейсная карта) — это элемент компьютерного оборудования, предназначенный для обеспечения связи компьютеров по компьютерной сети. Он обеспечивает физический доступ к сетевой среде и часто обеспечивает низкоуровневую систему адресации за счет использования MAC-адресов.
Повторители
Повторитель — это электронное устройство, которое принимает сигнал и ретранслирует его с более высоким уровнем мощности или на другую сторону препятствия, так что сигнал может передаваться на большие расстояния без ухудшения качества. В большинстве конфигураций Ethernet с витой парой повторители требуются для кабеля длиной более 100 метров.
Концентраторы
Сетевой концентратор содержит несколько портов. Когда пакет поступает на один порт, он без изменений копируется на все порты концентратора для передачи. Адрес назначения в кадре не меняется на широковещательный адрес.
Мосты
Сетевой мост соединяет несколько сегментов сети на канальном уровне (уровень 2) модели OSI. Мосты не копируют беспорядочно трафик на все порты, как это делают концентраторы, а узнают, какие MAC-адреса доступны через определенные порты. Как только мост связывает порт и адрес, он будет отправлять трафик для этого адреса только на этот порт. Мосты отправляют широковещательные сообщения на все порты, кроме того, на который оно было получено.
Мосты изучают связь портов и адресов, исследуя исходный адрес кадров, которые он видит на различных портах. Как только кадр поступает через порт, его исходный адрес сохраняется, и мост предполагает, что MAC-адрес связан с этим портом. При первом обнаружении ранее неизвестного адреса назначения мост пересылает кадр на все порты, кроме того, на который пришел кадр.
Мосты бывают трех основных типов:
1. Локальные мосты: напрямую соединяют локальные сети (LAN).
2. Удаленные мосты: могут использоваться для создания соединения глобальной сети (WAN) между локальными сетями. Удаленные мосты, где соединительный канал медленнее, чем конечные сети, в значительной степени были заменены маршрутизаторами.
3. Беспроводные мосты: могут использоваться для присоединения к локальным сетям или подключения удаленных станций к локальным сетям.
Переключатели
Сетевой коммутатор — это устройство, которое пересылает и фильтрует дейтаграммы уровня 2 OSI (фрагмент передачи данных) между портами (подключенными кабелями) на основе MAC-адресов в пакетах. Он отличается от концентратора тем, что пересылает пакеты только к порты, участвующие в обмене данными, а не все подключенные порты. Строго говоря, коммутатор не может маршрутизировать трафик на основе IP-адреса (уровень 3 OSI), который необходим для обмена данными между сегментами сети или внутри большой или сложной локальной сети. Некоторые коммутаторы способны выполнять маршрутизацию на основе IP-адресов, но по-прежнему называются коммутаторами в качестве маркетингового термина. Коммутатор обычно имеет множество портов, при этом предполагается, что большая часть или вся сеть подключена непосредственно к коммутатору или к другому коммутатору, который, в свою очередь, подключен к коммутатору.
Коммутатор — это маркетинговый термин, который включает в себя маршрутизаторы и мосты, а также устройства, которые могут распределять трафик по нагрузке или по содержимому приложения (например, идентификатор веб-URL). Коммутаторы могут работать на одном или нескольких уровнях модели OSI, включая физический, канальный, сетевой или транспортный (т. е. сквозной). Устройство, которое работает одновременно более чем на одном из этих уровней, называется многоуровневым коммутатором.
Чрезмерное выделение плохо определенного термина «коммутатор» часто приводит к путанице при первой попытке понять работу сети. Многие опытные проектировщики сетей и операторы рекомендуют начинать с логики устройств, работающих только с одним уровнем протокола, не все из которых охватываются OSI. Выбор многоуровневого устройства — сложная тема, которая может привести к выбору конкретных реализаций, но многоуровневая коммутация — это просто нереальная концепция проектирования.
Маршрутизаторы
Маршрутизатор — это сетевое устройство, которое пересылает пакеты между сетями, используя информацию в заголовках протоколов и таблицах пересылки, чтобы определить лучший следующий маршрутизатор для каждого пакета. Маршрутизаторы работают на сетевом уровне модели OSI и на интернет-уровне TCP/IP.
