Сетевые организации

В последние десятилетия ответом организаций во всем мире на усиление конкуренции в глобальном масштабе стал отход от центра­лизованно координируемой, многоуровневой иерархии и движение к разнообразным, более гибким структурам, напоминающим скорее сети, чем традиционные управленческие пирамиды.

Перенесение рыночных отношений во внутреннюю сферу компаний («внутрен­ние рынки») вызвало к жизни новый тип структур – сетевые органи­зации , в которых последовательность команд иерархической струк­туры заменяется цепочкой заказов на поставку продукции и разви­тием взаимоотношений с другими фирмами.

Сети представляют со­бой совокупность фирм или специализированных единиц, деятель­ность которых координируется рыночными механизмами вместо ко­мандных методов. Они рассматриваются как форма, отвечающая со­временным требованиям внешней среды. Вместе с тем эффектив­ность сетевых организаций нередко снижается из-за ошибок руко­водителей при разработке организационных структур и в процессе управления ими.

В качестве при­меров действующих сетевых организаций можно назвать следующие:

Сетевая организация при осуществлении крупных проектов. В этих формах работа организуется вокруг специфических проектов и пред­полагает создание временных коллективов квалифицированных ра­ботников разнообразного профиля (например, строительные и про­мышленные проекты, издательское дело или создание фильмов).

Сетевая организация в районах («долинах») с малыми производст­венными фирмами. Эти формы связей охватывают, например, север­ные итальянские промышленные районы (включая текстильные ком­пании, такие, как «Бенеттон») или фирмы по производству полупро­водников в Силиконовой долине (США).

Ведущие крупные производственные фирмы, рассредоточенные географически и объединенные в единую систему . Эти формы включают хорошо известные азиатские «keiretsu» (коммерческие объединения) и кооперационные связи между главными сборочными компаниями и разнообразными мелкими поставщиками (например, «Вольво» в Швеции).

Стратегические союзы. Союзы этого вида распространены сре­ди всех типов компаний, но особенно среди крупных фирм, стремя­щихся обеспечить себе конкурентоспособные преимущества в глобаль­ном масштабе.

Как показано на рис. 9, некоторые сети объединяют поставщи­ков, производителей и органы по реализации продукции, между ко­торыми устанавливаются долгосрочные стабильные отношения. Дру­гие сети гораздо более динамичны, компоненты ценностной цепи со­единяются на контрактной основе в интересах реализации проекта или производства продукции, а затем распадаются, чтобы стать частью но­вой ценностной цепи для следующего предпринимательского проек­та. Поскольку любые функции реализуются на контрактной основе, то можно легко заменить поставщиков, вследствие чего у компании с сетевой структурой снижаются издержки.

Сетевые организации отличаются от организаций других типов рядом признаков:

фирмы, использующие старые органи­зационные структуры, предпочитают располагать всеми ресурсами, необходимыми для производства определенной продукции или услуг. Многие сетевые организации использу­ют общие активы нескольких фирм, расположенные в различных зве­ньях ценностной цепи.

сетевые организации больше полагаются на рыночные механизмы, чем на административные формы управления потоками ресурсов. Однако эти механизмы – не просто взаимоотношения не­зависимых хозяйствующих субъектов. На самом деле различные ком­поненты сети обмениваются информацией, кооперируются друг с дру­гом, поставляют продукцию для того, чтобы удерживать определен­ное место в ценностной цепи.

Рис. 9. Сетевые организации:

а – внутренняя сеть; б – стабильная сеть; в – динамичная сеть

Хотя подрядные сетевые организации были частным яв­лением, многие недавно разработанные сети предполагают более дей­ственную и заинтересованную роль участников совместных проектов. Как показывает опыт, такое добровольное активное поведение участ­ников не только улучшает конечные результаты, но и способствует вы­полнению контрактных обязательств.

В ряде отраслей, число которых постоянно растет (включая компьютерную, полупроводниковую, автомобильную и др.), сети представляют собой объединение организаций, основанное на кооперации и взаимном владении акциями участников группы – про­изводителей, поставщиков, торговых и финансовых компаний.

Хотя сетевые организации обладают чертами, отличающими их от других организационных форм, стабильные, динамичные и внутрен­ние сети включают в себя элементы разных организационных струк­тур как базовых составляющих новых форм.

В итоге сетевая организация включает в себя элементы специали­зации функциональной формы, автономность дивизиональной струк­туры и возможность переброски ресурсов, характерную для матрич­ной организации. Сопоставление разных моделей организации про­ведено в таблице 2. Однако сетевая организация сама по себе имеет ряд ограничений .

Как свидетельствуют исследования, два вида типичных ошибок характерны для развития различных орга­низационных форм:

1) расширение формы за пределы ее внутренних возможностей;

2) появление таких модификаций, которые не соот­ветствуют внутренней логике данного организационного образования.

Организационная форма может эффективно работать только в опре­деленных пределах. Когда логика формы нарушается, неизбежен про­вал. Рассмотрим более детально характеристики каждого вида сете­вой организации.

Таблица 2 - Характеристика свойств разных организаций

Стабильная сеть

Эта форма в своей основе близка к функциональной организации Она разработана для обслуживания предсказуемого рынка путем объ­единения специализированных ресурсов партнеров (подразделений фирмы) в соответствии с заданной продуктовой ценностной цепью. Однако, в отличие от вертикально интегрированной организации ста­бильная сеть замещает ряд компонентов фирмы, каждый из которых тесно связан с ее ядром конкретными соглашениями. Каждый ком­понент поддерживает свою конкурентоспособность посредством об­служивания клиентов вне сети.

Наиболее распространенная угроза эффективности стабильной сети – это требование полной утилизации ее ресурсов в интересах цен­тра фирмы. В этом случае цены, качество продукции и технические параметры организации не совершенствуются путем рыночной кон­куренции. Это может выразиться в неспособности поставщиков кон­курировать на рынке, а центра фирмы – использовать их потенциал в полной мере (табл. 3).

В интересах максимизации эффекта и центр фирмы, и его постоянные партнеры должны рассматривать пределы своей взаимозависимости.

Таблица 3 - Основные характеристики сетевых организаций

Стабильная сеть также может быть нарушена непродуманными модификациями. Некоторые центральные фирмы пытаются устано­вить все

условия работы в цепи для поставщиков Излишнее вмеша­тельство в процесс поставки и распределения со стороны централь­ной фирмы может отвергаться другими. Но в определенных рамках тесное сотрудничество полезно. В то же время если добровольность в цепи не соблюдается, то подавляется творческое начало. И в резуль­тате фирма-центр превращает организацию в вертикально интегри­рованную функциональную систему.

Внутренняя сеть

Логика внутренней сети, или внутреннего рынка, требует созда­ния рыночной экономики внутри фирмы. В ней организационные единицы продают и покупают товары и услуги друг у друга по ценам, установившимся на рынке. Очевидно, что если внутренние операции отражают рыночные цены, различные компоненты должны иметь постоянную возможность оценивать качество товаров и их цены пу­тем купли-продажи вне фирмы. Цель внутренней сети, как и ее пред­шественника – матричной формы, состоит в получении конкурент­ных преимуществ путем

предоставления широкой предприниматель­ской свободы подразделениям фирм, нацеленным на конечный ре­зультат. Но, как и матричная структура, внутренняя сеть может быть нарушена факторам и, которые перегружают ее рыночные механизмы, и модификациями, ведущими к разбалансированности взаимоотно­шений между покупателями и продавцами.

Внутренние сети могут испытывать большие трудности из-за их чрезмерного расширения, но еще в большей степени – из-за непра­вильно ориентированной модификации. Наиболее частая ошибка ру­ководителей организации – это вмешательство в потоки ресурсов или определение цен по операциям. Руководители могут также усматри­вать выгоду в том, чтобы внутренние структурные единицы осуще­ствляли закупки у вновь созданного подразделения, даже если его цены несколько выше, чем на рынке. Но способ, с помощью кото­рого они решают подобные вопросы, является определяющим в оценке жизнеспособности сети. Руководители должны создавать стимулы и направлять деятельность структурных единиц, показы­вая преимущества рыночных методов получения прибыли. Несмо­тря на возникающие проблемы, движение от централизованно пла­нируемых иерархичных структур к структурам «внутреннего рын­ка» набирает силу.

Динамичная сеть

Данный тип сети связан с дивизиональной формой организации, которая делает акцент на адаптивности путем ориентации независи­мых подразделений на отдельные, но связанные рынки. Централизо­ванная оценка результатов и местная оперативная автономия сочета­ются с динамичной сетью, где независимые фирмы объединяются для однократного производства товара или услуг. Для того чтобы реализо­вать потенциал динамичной сети, необходимо множество фирм (или подразделений фирм), действующих в одной ценностной цепи, гото­вых объединиться для выполнения определенной задачи, а затем ра­зойтись, чтобы стать частью другого временного союза.

Наличие множества возможных партнеров, желающих применить свои умения и ресурсы для достижения общей цели динамичной сети, является не только залогом успеха, но и источником потенциальных проблем. Фирмам приходится осваивать достаточно широкий сегмент в ценностной цепи, чтобы справиться с задачей тестирования и защи­ты своего вклада в общий проект. Проектанту необходимо поддержи­вать свою способность строить прототипы, производителю – экспе­риментировать с новыми технологиями и т. д. Фирмы, у которых ос­нова вклада либо слишком узка, либо нечетко определена, на рынке легко опережаются конкурентами.

Следовательно, фирмы с четко очерченной компетентной пози­цией в ценностной цепи, поддерживаемой постоянными инвестици­ями в технологии и развитие персонала, могут претендовать на взаи­модействие с партнерами сети. Тем не менее для них существует по­стоянный соблазн снизить уровень своей компетентности. Они могут пытаться повысить уровень своей безопасности за счет упования на юридическое оформление контрактов, предпочтительные отношения с определенными партнерами и т. д.

Каждое усилие (выход на новые рынки, внедрение технологиче­ских новшеств, введение системы стандартов) направлено на то, что­бы предоставить вновь образованным структурам конкурентные пре­имущества. Такие модификации могут стать на пути эффективного развития динамичной сети, ее способности эффективно распреде­лять ресурсы и персонал, объединяя и разъединяя их с минималь­ными затратами и минимальной потерей оперативного времени. Каждая фирма (подразделение) должна поддерживать собственную компетентность и противостоять факторам, угрожающим деятель­ности сети.

Объединенная сеть (internetwork) представляет собой объединение отдельных сетей,

Соединенных промежуточными сетевыми устройствами, функционирующее как одна большая сеть. Понятие.объединенной сети включает в себя технологии, устройства и процедуры, которые позволяют решить задачу создания и администрирования объединенной сети. На,;щс. 1.1 показано, как несколько различных типов сетей могут быть, связаны между собой с помощью маршрутизаторов и других сетевых устройств и образовать объединенную сеть.

История объединенных сетей

‘ Первые сети’работали в режиме разделения времени и состояли из мэйнфреймов с Подключенными к ним терминалами. Такие среды строились как на основе системной архитектуры сети IBM (Systems Network Architecture - SNA), так и на основе сетевой архитектуры Digital.

Возникновение локальных сетей (Local-Area Network - LAN) связано с широким использованием персональных компьютеров PC. Локальные сети позволяют нескольким

пользователям, расположенным в относительно небольшой географической области, обмениваться файлами и сообщениями, а также совместно использовать общие ресурсы, такие как файловые серверы и принтеры.

Рис. 1.1. Сети, использующие различные технологии, могут быть соединены между собой и образовать объединенную сеть

Распределенные сети (Wide-Area Network - WAN) объединяют между собой локальные сети для того, чтобы обеспечить связь между пользователями, расположенными далеко друг от друга. Для объединения локальных сетей используются такие технологии, как Т1, ТЗ, ATM, ISDN, ADSL, Frame Relay, радиосвязь и другие. С каждым днем появляются все новые способы соединения удаленных друг от друга локальных сетей.

В настоящее время область применения высокоскоростных локальных сетей и коммутируемых объединенных сетей продолжает расширяться, поскольку они работают на очень высоких скоростях и поддерживают такие приложения, как мультимедиа и видеоконференции, которые требуют большой полосы пропускания.

Объединенные сети развивались как средство решения трех основных задач: объединение изолированных локальных сетей, исключение дублирования ресурсов и более эффективное управление сетями. Изолированность локальных сетей друг от друга делает невозможным обмен электронной информацией между офисами и отделами. Дублирование ресурсов означает установку в каждом офисе или отделе одного и того же оборудования и программного обеспечения, с отдельным персоналом технической поддержки. Недостаточно эффективное управление сетью означает отсутствие централизованных систем управления сетями и поиска неисправностей.

Проблемы создания объединенных сетей

Функциональная реализация объединенной сети является непростой задачей. При этом возникает много проблем, особенно в плане обеспечения связи, надежности, эффекгив- ного управления сетью и гибкости. Каждая из вышеперечисленных задач является критически важной при создании качественной и эффективной объединенной сети.

При соединении различных систем возникает проблема обмена данными между сетями, использующими принципиально разные технологии. Например, в различных узлах для передачи данных могут использоваться различные передающие среды, работающие с разными скоростями, или даже различные типы сетей, между которыми требуется осуществлять обмен данными.

Поскольку эффективность работы компаний в значительной степени зависит от информационного обмена, объединенные сети должны обеспечивать определенный уровень надежности. Сетевая среда во многом непредсказуема, поэтому в большинстве крупных объединенных сетей предусмотрена т.н. избыточность, позволяющая не прерывать обмен данными даже в случае возникновения проблем.

Кроме того, управление сетью и поиск неисправностей в объединенной сети должны быть централизованными. Для того чтобы объединенная сеть работала без сбоев, необходимо правильно выбрать конфигурацию, настроить систему безопасности, добиться максимальной производительности и решить другие вопросы. Система безопасности является неотъемлемой частью объединенной сети. Многие ошибочно полагают, что система безопасности в сети необходима только для защиты частной сети от внешних нападений. Однако не менее важно защитить сеть от внутренних атак, особенно с учетом того, что чаще всего система защиты нарушается именно изнутри. Поэтому необходима также защита от использования внутренней сети в качестве средства для атаки внешних узлов.

В начале 2000 года многие крупные Web-узлы стали жертвами распределенных атак типа "отказ в обслуживании" (Distributed Denial Of Service Attack - DDOS attack). Такие атаки стали возможными по той причине, что многие частные сети, подключенные к Internet, не были должным образом защищены и послужили средством нападения.

Поскольку все в мире изменяется, объединенные сети должны обладать достаточной гибкостью, чтобы их можно было изменить в соответствии с новыми требованиями.

Литература:

Руководство по технологиям объединенных сетей, 4-е издание. : Пер. с англ. - М.: Издательский дом «Вильяме», 2005. - 1040 с.: ил. – Парал. тит. англ.

Компьютерные сети принято классифицировать по типам передачи данных (широковещательные, сети с передачей от узла к узлу) и по размеру (локальные, муниципальные и глобальные сети). Далее эти типы сетей рассматриваются более подробнее.

Классификация компьютерных сетей по типу передачи данных

Если смотреть в общих чертах, существует два типа технологии передачи:

• широковещательные сети;
• сети с передачей от узла к узлу.

Широковещательные сети

Широковещательные сети обладают единым каналом связи, совместно используемым всеми машинами сети. Короткие сообщения, называемые в некоторых случаях пакетами, которые посылаются одной машиной, получают все машины. Поле адреса в пакете указывает, кому направляется сообщение. При получении пакета машина проверяет его адресное поле. Если пакет адресован этой машине, она его обрабатывает. Пакеты, адресованные другим машинам, игнорируются.

В качестве иллюстрации представьте себе человека, стоящего в конце коридора с большим количеством комнат и кричащего: «Ватсон, идите сюда. Вы мне нужны». И хотя это сообщение может быть получено (услышано) многими людьми, ответит только Ватсон. Остальные просто не обратят на него внимания. Другим примером может быть объявление в аэропорту, предлагающее всем пассажирам рейса 644 подойти к выходу номер 12.

Широковещательные сети также позволяют адресовать пакет одновременно всем машинам с помощью специального кода в поле адреса. Когда передается пакет с таким кодом, его получают и обрабатывают все машины сети. Такая операция называется широковещательной передачей . Некоторые широковещательные системы также предоставляют возможность посылать сообщения подмножеству машин, и это называется многоадресной передачей . Одной из возможных схем реализации этого может быть резервирование одного бита для признака многоадресной передачи. Оставшиеся n-1 разрядов адреса могут содержать номер группы. Каждая машина может «подписаться» на одну, несколько или все группы. Когда пакет посылается определенной группе, он доставляется всем машинам, являющимся членами этой группы.

Сети с передачей от узла к узлу

Сети с передачей от узла к узлу, напротив, состоят из большого количества соединенных пар машин. В сети подобного типа пакету, чтобы добраться до пункта назначения, необходимо пройти через ряд промежуточных машин. Часто при этом существует несколько возможных путей от источника до получателя, поэтому алгоритмы вычисления таких путей играют очень важную роль в сетях с передачей от узла к узлу. Обычно (хотя имеются и исключения) небольшие, географически локализованные в одном месте сети используют широковещательную передачу, тогда как в более крупных сетях применяется передача от узла к узлу. В последнем случае имеется один отправитель и один получатель, и такую систему иногда называют однонаправленной передачей .

Классификация компьютерных сетей по размеру

Другим признаком классификации сетей является их размер. На рис. ниже приведена классификация мультипроцессорных систем в зависимости от их размеров. В верхней строке таблицы помещаются персональные сети, то есть сети, предназначенные для одного человека. Примером может служить беспроводная сеть, соединяющая компьютер, мышь, клавиатуру и принтер. Устройство типа PDA, контролирующее работу слухового аппарата или являющееся кардиостимулятором, тоже попадает в эту категорию. Далее в таблице следуют более протяженные сети. Их можно разделить на следующие типы: локальные, муниципальные и глобальные сети. И замыкают таблицу объединения двух и более сетей. Хорошо известным примером такого объединения выступает Интернет. Размеры сетей являются весьма важным классификационным фактором, поскольку в сетях различного размера применяется различная техника.

Локальные сети

Локальными сетями (Local Area Network - LAN) называют частные сети, размещающиеся, как правило, в одном здании или на территории какой-либо организации площадью до нескольких квадратных километров. Их часто используют для объединения компьютеров и рабочих станций в офисах компании или предприятия для предоставления совместного доступа к ресурсам (например, принтерам) и обмена информацией. Локальные сети отличаются от других сетей тремя характеристиками:

• размерами,
• технологией передачи данных,
• топологией.

Локальные сети ограничены в размерах - это означает, что время пересылки пакета ограничено сверху и этот предел заранее известен. Знание этого предела позволяет применять определенные типы разработки, которые были бы невозможны в противоположном случае. Кроме того, это упрощает управление локальной сетью.

Локальная сеть создается для того, чтобы:

• функционировать в ограниченной географической области;
• обеспечить доступ многих пользователей к передающей среде с широкой полосой пропускания;
• обеспечить постоянную доступность удаленных ресурсов, подсоединенных к локальным службам;
• обеспечить физическое соединение смежных сетевых устройств.

Типичными технологиями локальных сетей являются следующие:

• Ethernet;
• Token Ring;
• FDDI.

В локальных сетях часто применяется технология передачи данных, состоящая из единственного кабеля, к которому присоединены все машины. Это подобно тому, как раньше в сельской местности использовались телефонные линии. Обычные локальные сети имеют пропускную способность канала связи от 10 до 100 Мбит/с, невысокую задержку (десятые доли микросекунды) и очень мало ошибок. Наиболее современные локальные сети могут обмениваться информацией на более высоких скоростях, доходящих до 10 Гбит/с.

В широковещательных локальных сетях могут применяться различные топологические структуры. На рис. ниже показаны две из них. В сети с общей шиной (линейный кабель) в каждый момент одна из машин является хозяином шины (master) и имеет право на передачу.

Все остальные машины должны в этот момент воздержаться от передачи. Если две машины захотят что-нибудь передавать одновременно, то возникнет конфликт, для разрешения которого требуется специальный механизм. Этот механизм может быть централизованным или распределенным. Например, стандарт IEEE 802.3, называемый Ethernet, описывает широковещательную сеть с топологией общей шины с децентрализованным управлением, работающую на скоростях от 10 Мбит/с до 10 Гбит/с. Компьютеры в сети Ethernet могут выполнять передачу в любое время. При столкновении двух или более пакетов каждый компьютер просто ждет в течение случайного интервала времени, после которого снова пытается передать пакет.

Вторым типом широковещательных сетей является кольцо. В кольце каждый бит передается по цепочке, не ожидая остальной части пакета. Обычно каждый бит успевает обойти все кольцо, прежде чем будет передан весь пакет. Как и во всех широковещательных сетях, требуется некая система арбитража для управления доступом к линии. Применяемые для этого методы будут описаны далее в этой книге. Стандарт IEEE 802.5 (маркерное кольцо) описывает популярную кольцевую локальную сеть, работающую на скоростях 4 и 16 Мбит/с. Еще одним примером кольцевой сети является FDDI (оптоволоконная сеть).

В зависимости от способа назначения канала широковещательные сети подразделяются на статические и динамические. При статическом назначении используется циклический алгоритм и все время делится между всеми машинами на равные интервалы, так что машина может передавать данные только в течение выделенного ей интервала времени. При этом емкость канала расходуется неэкономно, так как временной интервал предоставляется машинам независимо от того, есть им что сказать или нет. Поэтому чаще используется динамическое (то есть по требованию) предоставление доступа к каналу.

Методы динамического предоставления доступа к каналу также могут быть централизованными либо децентрализованными. При централизованном методе предоставления доступа к каналу должен существовать арбитр шины, определяющий машину, получающую право на передачу. Арбитр должен принимать решение на основании получаемых запросов и некоего внутреннего алгоритма. При децентрализованном методе каждая машина должна сама решать, передавать ей что-нибудь или нет. Можно подумать, что подобный метод обязательно приводит к беспорядку, однако это не так.

Муниципальные, региональные или городские сети

Муниципальные, региональные или городские сети (metropolitan area network - MAN) объединяют компьютеры в пределах города. Самым распространенным примером муниципальной сети является система кабельного телевидения. Она стала правопреемником обычных антенных телесетей в тех местах, где по тем или иным причинам качество эфира было слишком низким. Общая антенна в этих системах устанавливалась на вершине какого-нибудь холма, и сигнал передавался в дома абонентов.

Вначале стали появляться специализированные, разработанные прямо на объектах сетевые структуры. Затем компании-разработчики занялись продвижением своих систем на рынке, начали заключать договоры с городским правительством и в итоге охватили целые города. Следующим шагом стало создание телевизионных программ и даже целых каналов, предназначенных только для кабельного телевидения. Зачастую они представляли какую-то область интересов. Можно было подписаться на новостной канал, спортивный, посвященный кулинарии, сацу-огороду и т. д. До конца 90-х годов эти системы были предназначены исключительно для телевизионного приема.

Когда Интернет стал привлекать к себе массовую аудиторию, операторы кабельного телевидения поняли, что, внеся небольшие изменения в систему, можно сделать так, чтобы по тем же каналам в неиспользуемой части спектра передавались (причем в обе стороны) цифровые данные. С этого момента кабельное телевидение стало постепенно превращаться в муниципальную компьютерную сеть. В первом приближении систему MAN можно представить себе такой, как она изображена на рис. ниже. На этом рисунке видно, что по одним и тем же линиям передается и телевизионный, и цифровой сигналы. Во входном устройстве они смешиваются и передаются абонентам. Мы еще вернемся к этому вопросу позднее.

Впрочем, муниципальные сети - это не только кабельное телевидение. Недавние разработки, связанные с высокоскоростным беспроводным доступом в Интернет, привели к созданию других MAN, которые описаны в стандарте IEEE 802.16.

MAN-сеть может быть создана с использованием беспроводной мостовой технологии путем передачи сигналов через открытые телекоммуникационные инфраструктуры. Широкая полоса пропускания, предоставляемая доступными в настоящее время оптическими каналами, делает MAN-сети более функциональным и экономически доступным средством, чем раньше. MAN-сети отличаются от LAN- и WAN-сетей следующими функциями:

• MAN-сети соединяют друг с другом пользователей, находящихся в географической зоне или области большей, чем область LAN-сети, но меньшей, чем WAN-сети;
• MAN-сети соединяют сети города в одну сеть большего размера (которая может также обеспечивать эффективное соединение с WAN-сетью);
• MAN-сети также используются для соединения между собой нескольких локальных сетей LAN путем создания мостовых соединений через магистральные линии.

Глобальные сети

Глобальная сеть (wide area network - WAN) охватывает значительную географическую область, часто целую страну или даже континент. Она объединяет машины, предназначенные для выполнения программ пользователя (то есть приложений). Мы будем следовать традиционной терминологии и называть эти машины хостами. Хосты соединяются коммуникационными подсетями, называемыми для краткости просто подсетями. Хосты обычно являются собственностью клиентов (то есть просто клиентскими компьютерами), в то время как коммуникационной подсетью чаще всего владеет и управляет телефонная компания или поставщик услуг Интернета. Задачей подсети является передача сообщений от хоста хосту, подобно тому как телефонная система переносит слова от говорящего слушающему. Таким образом, коммуникативный аспект сети (подсеть) отделен от прикладного аспекта (хостов), что значительно упрощает структуру сети.

Распределенные сети WAN предназначены для выполнения следующих функций:

• осуществления связи в больших, географически разделенных областях;
• предоставления пользователям возможности коммуникации в реальном времени с другими пользователями;
• непрерывного обеспечения доступа к удаленным ресурсам через соединения с локальными службами;
• обеспечения службы электронной почты, World Wide Web, передачи файлов и средств электронной коммерции в сети Internet.

Типовые технологии распределенных сетей включают в себя:

• соединения через модемы;
• цифровую сеть с комплексным обслуживанием (Integrated Services Digital Network - ISDN);
• цифровые абонентские каналы (Digital Subscriber Line - DSL);
• технологию, основанную на использовании протокола Frame Relay;
• линии носителей T-типа (США) и E-типа (Европа) - T1, E1, T3, E3 и т.д.;
• синхронную оптическую сеть (Synchronous Optical Network - SONET) - синхронный транспортный сигнал 1-го уровня (STS-1) (оптический носитель
• -1), STS-3 (OC-3) и т.д.

В большинстве глобальных сетей подсеть состоит из двух раздельных компонентов: линий связи и переключающих элементов. Линии связи, также называемые каналами или магистралями , переносят данные от машины к машине. Переключающие элементы являются специализированными компьютерами, используемыми для соединения трех или более линий связи. Когда данные появляются на входной линии, переключающий элемент должен выбрать выходную линию - дальнейший маршрут этих данных. В прошлом для названия этих компьютеров не было стандартной терминологии. Сейчас их называют .

В модели, показанной на рис. ниже, каждый хост соединен с локальной сетью, в которой присутствует маршрутизатор, хотя в некоторых случаях хост может быть связан с маршрутизатором напрямую. Набор линий связи и маршрутизаторов (но не хостов) образует подсеть.

Следует также сделать замечание по поводу термина «подсеть» (subnet). Изначально его единственным значением являлся набор маршрутизаторов и линий связи, используемый для передачи пакета от одного хоста к другому. Однако спустя несколько лет этот термин приобрел второй смысл, связанный с адресацией в сети. Таким образом, имеется некая двусмысленность, связанная с термином «подсеть». К сожалению, этому термину в его изначальном смысле нет никакой альтернативы, поэтому нам придется использовать его в обоих смыслах. По контексту всегда будет ясно, что имеется в виду.

Большинство глобальных сетей содержат большое количество кабелей или телефонных линий, соединяющих пару маршрутизаторов. Если какие-либо два маршрутизатора не связаны линией связи напрямую, то они должны общаться при помощи других маршрутизаторов. Когда пакет посылается от одного маршрутизатора другому через несколько промежуточных маршрутизаторов, он получается каждым промежуточным маршрутизатором целиком, хранится на нем, пока требуемая линия связи не освободится, а затем пересылается дальше. Подсеть, работающая по такому принципу, называется подсетью с промежуточным хранением (store-and-forward) или подсетью с коммутацией пакетов (packet-switched) . Почти у всех глобальных сетей (кроме использующих спутники связи) есть подсети с промежуточным хранением. Небольшие пакеты фиксированного размера часто называют ячейками (cell) .

О принципе организации сетей с коммутацией пакетов стоит сказать еще несколько слов, поскольку они используются очень широко. В общем случае, когда у процесса какого-нибудь хоста появляется сообщение, которое он собирается отправить процессу другого хоста, первым делом отправляющий хост разбивает последовательность на пакеты, каждый из которых имеет свой порядковый номер. Пакеты один за другим направляются в линию связи и по отдельности передаются по сети. Принимающий хост собирает пакеты в исходное сообщение и передает процессу. Продвижение потока пакетов наглядно показано на рис. ниже.

На рисунке видно, что все пакеты следуют по пути АСЕ, а не ABDE или ACDE. В некоторых сетях путь всех пакетов данного сообщения вообще является строго определенным. В других сетях путь пакетов может прокладываться независимо.

Решения о выборе маршрута принимается на локальном уровне. Когда пакет приходит на маршрутизатор А, именно последний решает, куда его перенаправить - на В или на С. Метод принятия решения называется алгоритмом маршрутизации . Их существует огромное множество.

Не все глобальные сети используют коммутацию пакетов. Второй возможностью соединить маршрутизаторы глобальной сети является радиосвязь с использованием спутников. Каждый маршрутизатор снабжается антенной, при помощи которой он может принимать и посылать сигнал. Все маршрутизаторы могут принимать сигналы со спутника, а в некоторых случаях они могут также слышать передачи соседних маршрутизаторов, передающих данные на спутник. Иногда все маршрутизаторы соединяются обычной двухточечной подсетью, и только некоторые из них снабжаются спутниковой антенной. Спутниковые сети являются широковещательными и наиболее полезны там, где требуется широковещание.

В этой записи были использованы материалы книги Э. Танненбаума «Компьютерные сети», 4-е издание.

Существует два основных способа соединения разных сетей. Можно создать специальные устройства, которые умеют конвертировать пакеты из любой сети в лю- бую другую. Устройства для соединения сетей: повторители, концентраторы, мосты, коммутаторы и шлюзы. Повторители и концентраторы просто переносят биты с одного кабеля на другой. Мосты и коммутаторы работают на канальном уровне. Они могут использоваться для построения сетей, осуществляя по ходу дела минимальные преобразования протоколов.

Объединение сетей в общем случае является исключительно сложной задачей. Одна- ко есть частный случай, реализация которого вполне осуществима даже для разных сетевых протоколов. Это случай, при котором хост-источник и хост-приемник на- ходятся в сетях одного типа, но между ними находится сеть другого типа. Например, представьте себе международный банк, у которого имеется одна сеть IPv6 в Париже и такая же сеть в Лондоне, а между ними находится IPv4, как показано на рис. 5.35.

Метод решения данной проблемы называется туннелированием (tunneling). Что- бы послать IP-пакет хосту в Лондоне, хост в Париже формирует пакет, содержащий лондонский IPv6-адрес и отправляет его на мультипротокольный маршрутизатор, соединяющий парижскую сеть IPv6 и сеть IPv4. Получив пакет IPv6, маршрутизатор помещает его в другой пакет с IPv4-адресом маршрутизатора, соединяющего сеть IPv4 и лондонскую сеть IPv6. Когда пакет попадает на этот адрес, лондонский многопро- токольный маршрутизатор извлекает исходный IPv6-пакет и посылает его дальше на хост назначения.

Туннелирование широко используется для соединения изолированных хостов и сетей через сеть-посредник. В результате появляется новая сеть, которая как бы накладывается на старую. Такая сеть называется оверлейной сетью (overlay). Ис- пользование сетевого протокола с новым свойством (как в нашем примере, где сети IPv6 соединяются через IPv4) - достаточно распространенная причина. Недостатком туннелирования является то, что пакет не может быть доставлен ни на один из хостов, расположенных в сети-посреднике. Однако этот недостаток становится преимуществом в сетях VPN (виртуальная частная сеть). VPN - обычная оверлейная сеть, использующаяся в качестве меры безопасности.

Сцепленные виртуальные каналы. Наиболее распространенными являются два стиля объединения сетей: ориентированное на соединение сцепление подсетей виртуальных каналов и дейтаграммный интерсетевой стиль. Мы рассмотрим их поочередно, однако необходимо предварить наше рассмотрение небольшим вступлением. В прошлом большинство сетей (общего пользования) были ориентированными на соединение (сети с ретрансляцией кадров, SNA, 802.16 и ATM по сей день являются таковыми). Со стремительным развитием Интернета все больше входили в моду дейтаграммы. Тем не менее, было бы ошибкой думать, что дейтаграммный способ будет существовать вечно. В этом деле единственное постоянство - это изменчивость. С ростом доли и важности мультимедийных данных в общем потоке растет вероятность того, что наступит эпоха возрождения для технологий, ориентированных на соединение. Причиной тому является тот простой факт, что при установлении соединения гораздо проще гарантировать определенный уровень обслуживания. Далее мы еще уделим некоторое место сетям, ориентированным на соединение.

В модели сцепленных виртуальных каналов соединение с хостом в удаленной сети устанавливается способом, близким к тому, как устанавливаются обычные соединения. Подсеть видит, что адресат является удаленным, и создает виртуальный канал к ближайшему маршрутизатору из сети адресата. Затем строится виртуальный канал от этого маршрутизатора к внешнему шлюзу (многопротокольному маршрутизатору). Этот шлюз запоминает существование созданного виртуального канала в своих таблицах и строит новый виртуальный канал к маршрутизатору в следующей подсети. Процесс продолжается до тех пор, пока не будет достигнут хост-получатель.

Когда по проложенному пути начинают идти пакеты данных, каждый шлюз переправляет их дальше, преобразуя формат пакетов и номера виртуальных каналов. Очевидно, что все информационные пакеты будут передаваться по одному и тому же пути и, таким образом, прибудут к пункту назначения с сохранением порядка отправления.

Существенной особенностью данного подхода является то, что последовательность виртуальных пакетов устанавливается от источника через один или более шлюзов к приемнику. Каждый шлюз хранит таблицы, содержащие информацию о проходящих через них виртуальных каналах, о том, как осуществлять маршрутизацию для них и каков номер нового виртуального канала.

Такая схема лучше всего работает, когда все сети обладают примерно одинаковыми свойствами. Например, если каждая из них гарантирует надежную доставку пакета сетевого уровня, то, исключив случай сбоя системы где-то на его пути, можно сказать, что и весь поток от источника до приемника будет надежным. С другой стороны, если машина-источник работает в сети, которая гарантирует надежную доставку, а какая-то промежуточная сеть может терять пакеты, то сцепление радикально изменит сущность сервиса.

Сцепленные виртуальные каналы часто применяются на транспортном уровне. В частности, можно построить битовый канал, используя, скажем, SNA, который заканчивается на шлюзе, и иметь при этом TCP-соединение между соседними шлюзами. Таким образом, можно построить сквозной виртуальный канал, охватывающий разные сети и протоколы.

Наука об объединении сетей, как и другие науки, имеет свою собственную терминологию и научную базу. К сожалению, ввиду того, что наука об объединении сетей очень молода, пока что не достигнуто единое соглашение о значении концепций и терминов объединенных сетей. По мере дальнейшего совершенствования индустрии объединенных сетей определение и использование терминов будут более четкими.

Адресация

Существенным компонентом любой системы сети является определение местонахождения компьютерных систем. Существуют различные схемы адресации, используемые для этой цели, которые зависят от используемого семейства протоколов . Другими словами, адресация AppleTalk отличается от адресации TCP/IP, которая в свою очередь отличается от адресации OSI, и т.д.

Двумя важными типами адресов являются адреса канального уровня и адреса сетевого уровня. Адреса канального уровня (называемые также физическими или аппаратными адресами ), как правило, уникальны для каждого сетевого соединения. У большинства локальных сетей (LAN) адреса канального уровня размещены в схеме интерфейса; они назначаются той организацией, которая определяет стандарт протокола, представленный этим интерфейсом. Т.к. большинство компьютерных систем имеют одно физическое сетевое соединение, они имеют только один адрес канального уровня. Роутеры и другие системы, соединенные с множеством физических сетей, могут иметь множество адресов канального уровня. В соответствии с названием, адреса канального уровня существуют на Уровне 2 эталонной модели OSI.

Aдреса сетевого уровня (называемые также виртуальными или логическими адресами) существуют на Уровне 3 эталонной модели OSI. В отличие от адресов канального уровня, которые обычно существуют в пределах плоского адресного пространства, адреса сетевого уровня обычно иерархические. Другими словами, они похожи на почтовые адреса, которые описывают местонахождение человека, указывая страну, штат, почтовый индекс, город, улицу, адрес на этой улице и наконец, имя. Хорошим примером одноуровневой адресации является номерная система социальной безопасности США, в соответствии с которой каждый человек имеет один уникальный номер, присвоенный ему службой безопасности.

Иерархические адреса делают сортировку адресов и повторный вызов более легкими путем исключения крупных блоков логически схожих адресов в процессе последовательности операций сравнения. Например, можно исключить все другие страны, если в адресе указана страна "Ирландия". Легкость сортировки и повторного вызова являются причиной того, что роутеры используют адреса сетевого уровня в качестве базиса маршрутизации.

Адреса сетевого уровня различаются в зависимости от используемого семейства протоколов , однако они, как правило, используют соответствующие логические разделы для нахождения компьютерных систем в объединенной сети. Некоторые из этих логических разделов базируются на физических характеристиках сети (таких, как сегмент сети, в котором находится какая-нибудь система); другие логические разделы базируются на группировках, не имеющих физического базиса (например, "зона" AppleTalk ).

Блоки данных, пакеты и сообщения

После того, как по адресам установили местоположение компьютерных систем, может быть произведен обмен информацией между двумя или более системами. В литературе по объединенным сетям наблюдается непоследовательность в наименовании логически сгруппированных блоков информации, которая перемещается между компьютерными системами. "блок данных", "пакет", "блок данных протокола", " PDU ", "сегмент", "сообщение" - используются все эти и другие термины, в зависимости от прихоти тех, кто пишет спецификации протоколов.

В настоящей работе термин "блок данных" (frame ) обозначает блок информации, источником и пунктом назначения которого являются объекты канального уровня. Термин "пакет" (packet ) обозначает блок информации, у которого источник и пункт назначения - объекты сетевого уровня. И наконец, термин "сообщение" (message ) oбoзначает информационный блок, у которого объекты источника и места назначения находятся выше сетевого уровня. Термин "сообщение" используется также для обозначения отдельных информационных блоков низших уровней, которые имеют специальное, хорошо сформулированное назначение.

Основные организации, занимающиеся стандартизацией объединенных сетей

Без услуг нескольких основных организаций по стандартизации, в области объединенных сетей было бы значительно больше хаоса, чем его имеется в настоящее время. Организации по стандартизации обеспечивают форум для дискуссий, помогают превратить результаты дискуссий в официальные спецификации, а также распространяют эти спецификации после завершения процесса стандартизации.

Большинство организаций по стандартизации выполняют специфичные процессы, чтобы превратить идеи в официальные стандарты. И хотя у различных организаций эти процессы немного отличаются, они схожи в том, что проходят через несколько раундов организации идей, обсуждения этих идей, разработки проектов стандартов, голосования по всем или некоторым аспектам этих стандартов и наконец, официального выпуска завершенных стандартов.

Наиболее известными организациями по стандартизации являются следующие огранизации:

• Международная Организация по Стандартизации (ISO)

  международная организация по стандартизации, которая является автором широкого диапазона стандартов, включая стандарты по сетям. Этой организации принадлежит эталонная модель OSI и набор протоколов OSI.

• Американский Национальный Институт Стандартизации (ANSI)

  координирующий орган добровольных групп по стандартизации в пределах США. ANSI является членом ISO. Наиболее широко известным стандартом ANSI по коммуникациям является FDDI.

• Совет по Регуляции Работы Internet (IAB)

  группа исследователей по объединенным сетям, которая регулярно встречается для обсуждения проблем, относящихся к Internet. Этот совет определяет основную политику в области Internet, принимая решения и определяя суть задач, которые необходимо выполнить, чтобы решить различные проблемы. Некоторые из документов " Request for Comments " (RFC) (Запрос для Комментария") разработаны IAB в качестве стандартов Internet, в том числе Тransmission Control Protocol/ Internet Protocol (TCP/IP) и Simple Network Management Protocol (SNMP) .