2.1. Назначение ЛВС

Локальная вычислительная сеть (или LAN, Local Area Network) представляет собой соединение не­скольких ПК с помощью соответствующего аппаратного и программного обес­печения. Слово “локальная” в этом названии означает, что все соединенные ПК выполняют задачи, как правило, в пределах одного здания или соседних зданий.

ЛВС нашли широкое применение в системах автоматизированного проектирования и технологической подготовки производства, системах управления производством и технологическими комплексами, в конторских системах, бортовых системах управления и т.д.

Основное назначение ЛВС:

· распределение данных (Data Sharing). Данные в сети хранятся на цент­ральном ПК и могут быть доступны на рабочих станциях. Благода­ря этому не надо на каждом рабочем месте иметь накопители для хране­ния одной и той же информации;

· распределение ресурсов (Resource Sharing). Периферийные (чаще всего дорогие) устройства могут быть доступны для всех пользователей сети. Такими устройствами могут быть, например, факс или лазерный принтер;

· распределение программ (Software Sharing). Все пользователи сети могут совместно иметь доступ к программам, которые были один раз централи­зованно установлены. Конечно, при этом должна работать сетевая версия соответствующих программ;

· электронная почта (Electronic Mail). Все пользователи сети могут интер­активно соединяться друг с другом, чтобы передавать или принимать со­общения.

2.2. Организация взаимодействия устройств в сети

Локальные вычислительные сети подразделяются на два кардинально различающихся класса: одноранговые (одноуровневые) сети и иерархические (многоуров­невые).

2.2.1. Одноранговые сети

Подобные сети не имеют центрального ПК. Некоторые аппаратные средства (винчестеры, приводы CD-ROM) и прежде всего дорогие периферийные устройства (сканеры, принтеры и др.), подключен­ные к отдельным ПК, используются совместно на всех рабочих местах.

Каждый пользователь одноранговой сети являетсяадминистратором на своем ПК.

Достоинства одноранговой сети:

· низкая стоимость (используются все компьютеры, подключенные к сети, и умеренные цены на программное обеспечение для работы сети);

· высокая надежность (при выходе из строя одной рабочей станции доступ прекращается лишь к некоторой части информации).

Недостатки:

· работа сети эффективна только при количестве одновременно работающих станций не более 10;

· трудности организации эффективного управления взаимодействием рабочих станций и обеспечение секретности информации; трудности обновления и изменения ПО рабочих станций.

2.2.2. Иерархические сети

В иерархических сетях все задачи, связанные с хранением, обработкой данных, их представлением пользователям, выполняет центральный компьютер, называемый сервером.

Сервер (host-компьютер) – главный компьютер, управляющий работой сети.

Достоинства иерархических систем:

· отработанная технология обеспечения отказоустойчивости, сохранности данных;

· надежная система защиты информации и обеспечения секретности.

Недостатки:

· высокая стоимость аппаратного и программного обеспечения;

· высокие эксплуатационные расходы.

По организации взаимодействия принято выделять два типа иерархических систем:

·сеть с невыделенным сервером – сеть, где функции рабочей станции и сервера совмещены;

· сеть с выделенным сервером.

Сеть с выделенным сервером – здесь один из компьютеров выполняет функции хранения данных общего пользования, организации взаимодействия между рабочими станциями, выполнения сервисных услуг – сервер сети. На таком компьютере выполняется операционная система, и все разделяемые устройства (жесткие диски, принтеры, модемы и т.п.) подключаются к нему, производится хранение данных, печать заданий, удаленная обработка заданий. Рабочие станции взаимодействуют через сервер, поэтому логическую организацию такой сети можно представить топологией “звезда”, где центральное устройство – сервер.

Достоинства:

· выше скорость обработки данных (определяется быстродействием центрального компьютера, и на сервер устанавливается специальная сетевая операционная система, рассчитанная на обработку и выполнение запросов, поступивших одновременно от нескольких пользователей);

· обладает надежной системой защиты информации и обеспечения секретности;

· проще в управлении по сравнению с равноправными.

Недостатки:

· такая сеть дороже из-за отдельного компьютера под сервер;

· она является менее гибкой по сравнению с равноправной.

Сети с выделенным сервером являются более распространенными. Примеры сетевых операционных систем такого типа: LAN Server, IBM Corp., VINES, Banyan System Inc., NetWare, Novell Inc.

2.2.3. Технология совместного использования

сетевых ресурсов

Под ресурсами ПК будет пониматься любой из следу­ющих элементов:

· логические диски, включая накопители на CD-ROM, DVD и другие аналогичные устройства;

· каталоги (папки) с подкаталогами (вложенными папками) или без них, а также содержащиеся в них файлы;

· подключенные к ПК устройства: принтеры, модемы и др.

Ресурс, доступный только с ПК, на котором он нахо­дится, называется локальным. Ресурс ПК, доступный для дру­гих компьютеров сети, называется разделяемым или сетевым (общим, совместно используемым). Локальный ресурс мож­но сделать разделяемым и, наоборот, разделяемому ресурсу можно вернуть статус локального, т. е. запретить доступ к нему других пользователей сети.

Создание разделяемых сетевых ресурсов и доступ к ним обеспечиваются специальными сетевыми операционными системами . Базовые сетевые возможности сетевых ОС позволяют с одного компьютера сети обрабатывать данные (вводить, редактировать, копировать, удалять, про­изводить поиск), размещенные на другом.

Обычно используются один или несколько мощных ПК (выделенные серверы), которые предоставляют свои ресурсы для совместного использования в сети. Система коллективного доступа работает по принципу разделения времени работы главного компьютера.

В зависимости от используемых сетевых ресурсов в иерар­хических сетях различают серверы следующих типов.

Файловый сервер. В этом случае на сервере находятся со­вместно обрабатываемые файлы или (и) совместно исполь­зуемые программы. При этом на рабочих станциях находится только небольшая (клиентская) часть программ, требующая незна­чительных ресурсов. Программы, допускающие такой режим работы, называются программами с возможностью инсталля­ции в сети. Требования к мощности сервера и пропускной спо­собности сети при таком способе использования опреде­ляются количеством одновременно работающих рабочих станций и характером используемых программ.

Сервер баз данных. На сервере размещается база данных, которая может пополняться с различ­ных рабочих станций или (и) выдавать информацию по зап­росам с рабочей станции. Возможны два принципиально различающихся режима обработки запросов с рабочей станции или редактирования записей в базе данных:

· с сервера последовательно пересылаются записи базы дан­ных на рабочую станцию, где производится собственно фильтрация записей и отбор необходимых;

· сервер сам отбирает необходимые записи из БД (реализует запрос) и пересылает их на рабочую станцию.

Во втором случае снижаются нагрузка на сеть и требования к рабочим станци­ям, но резко возрастают требования к вычислительной мощ­ности сервера. Тем не менее именно такой способ обработки запросов является наиболее эффективным. Указанный способ удовлетворения запросов с рабочих станций называется ре­жимом клиент-сервер, его реализуют специальные средства работы с современными сетевыми базами данных. В системах клиент-сервер обработка данных разделена между двумя объектами: клиентом и сервером. Клиент – это задача, рабочая станция, пользователь. Он может сформировать запрос для сервера: считать файл, осуществить поиск записи и т.п. Сервер – это устройство или компьютер, выполняющий обработку запроса. Он отвечает за хранение данных, организацию доступа к этим данным и передачу данных клиенту.

Принт-сервер. К компьютеру небольшой мощности под­ключается достаточно производительный принтер, на кото­ром может быть распечатана информация сразу с нескольких рабочих станций. Программное обеспечение организует оче­редь заданий на печать, а также идентифицирует отпечатан­ную информацию специальными страницами (закладками), которые разделяют печатные материалы различных пользо­вателей.

Почтовый сервер. На сервере хранится информация, от­правляемая и получаемая как по локальной сети, так и извне (например, по модему). В любое удобное для него время пользователь мо­жет просмотреть поступившую на его имя информацию или отправить через почтовый сервер свою информацию.

2.3. Топологии

По топологии ЛВС делятся на: общую шину, кольцо, звезду и др.

Топология “звезда”

Звездообразная топология сети – разновидность сети, где каждый терминал соединен с центральной станцией (рис. 2.1).

Эта топология взята из области больших электронных вычислительных ма­шин. Здесь файловый сервер находится в “центре”.

Достоинства:

· повреждение кабеля является проблемой для одного конкретного ком­пьютера и в целом не сказывается на работе сети;

· просто выполняется подключение, так как рабочая станция должна со­единяться только с сервером;

· механизмы защиты против несанкционированного доступа оптимальны;

· высокая скорость передачи данных от рабочей станции к серверу, так как оба ПК непосредственно соединены друг с другом.

Недостатки:

· в то время как передача данных от рабочей станции к серверу (и обрат­но) происходит быстро, скорость передачи данных между отдельными рабочими станциями мала;

· мощность всей сети зависит от возможностей сервера – если он недоста­точно оснащен или плохо сконфигурирован, то будет являться тормозом для всей системы;

· невозможна коммуникация между отдельными рабочими станциями без помощи сервера.

Топология с сервером в центре практически реализуется через подключение рабочих станций и сервера к концентратору (хабу). Наличие хаба исключает необходимость использования на сервере множества сетевых адаптеров.

Рис. 2.1. Топология типа “звезда”

Кольцевая топология

Сеть типа “кольцо” – разновидность сети, в которой каждый терминал подключен к двум другим соседним терминалам кольца (рис. 2.2).

В этом случае все рабочие станции и сервер соединены друг с другом в коль­цо, по которому посылается информация, снабженная адресом получателя. Рабочие станции анализируют адрес по­сланного сообщения и, если адрес получателя совпадает с адресом станции, получают соответствующие данные.

Достоинство:

·рабочие станции могут коммутироваться друг с другом без помощи сер­вера.

Недостатки:

·время передачи данных увеличивается пропорционально числу соеди­ненных в кольцо компьютеров;

·каждая рабочая станция причастна к передаче данных, выход из строя одной станции может парализовать всю сеть, если не используются спе­циальные переходные соединения;

·при подключении новых рабочих станций сеть должна быть кратковре­менно выключена.

Шинная топология

Такая сеть похожа на центральную линию, к которой подключены сервер и отдельные рабочие станции (рис. 2.3). Шинная топологии имела широкое распро­странение в прежние годы, что можно объяснить небольшими потребностями в кабеле.

Достоинства:

· небольшие затраты на кабели;

· рабочие станции в любой момент времени могут быть установлены или отключены без прерывания работы всей сети;

· рабочие станции могут коммутироваться друг с другом без помощи сер­вера.

Недостатки:

· при обрыве кабеля выходит из строя весь участок сети от места разрыва;

· возможность несанкционированного подключения к сети, поскольку для увеличения числа рабочих станций нет необходимости в прерывании ра­боты сети.

Комбинированная структура ЛВС

Наряду с известными топологиями вычислительных сетей кольцо, звезда и шина, на практике применяется и комбинированная. Она образуется в основном в виде комбинаций вы­шеназванных топологий вычислительных сетей (рис. 2.4).

Вычислительные сети с комбинированной структурой применяются там, где невозможно непосредственное применение базовых сетевых структур в чистом виде, или в случае объединения локальных сетей с их архитектурой в более крупную сеть. Для подключения большого числа рабочих станций применяют сетевые усилители и/или коммута­торы. Коммутатор, обладающий одновременно и функциями усилителя, на­зывают активным концентратором.

Пассивный концентратор обычно ис­пользуют как разветвитель. Он не нуждается в усилителе. Предпосылкой для подключения пассивного концентратора является то, что максимально возможное расстояние до рабочей станции не должно превышать несколь­ких десятков метров.

2.4. Компоненты ЛВС

Основой для организации локальной сети являются обычные ПК, подключаемые в сеть с помощью карты расширения сетевого адаптера (сетевой карты). Сетевые карты должны конфигурироваться. В больших сетях для решения специальных задач могут выделяться отдельные ПК, например сервер печати для подготовки и управления принте­ром или коммуникационный сервер для связи с модемами и так далее. Для организации доступа к этим компонентам ЛВС необходимо разграничить пользователей или группы пользователей и на­значить им соответствующие права доступа к ресурсам сети.

2.4.1. Сервер

Серверу в иерархических (централизованных) сетях принадлежит центральная роль. Следовательно, он должен быть и хорошо оснащен. Его оснащение зависит от числа подключен­ных рабочих станций.

Более старые версии сетей предлагали возможности использования сервера в невыделенном режиме (non dedicated). В этом случае сервер функ­ционирует не только как центральный ПК, но может использоваться и как обыч­ная рабочая станция. Это выгодно в смысле цены, так как эко­номится одна рабочая станция, но из-за сервера, “отвлеченного” на решение задач пользователя, испытывает затруднения вся сеть, поэтому рекомендуется использовать сервер только в выделенном режиме (dedicated).

2.4.2. Рабочая станция

Рабочая станция – персональный компьютер, работающий под управлением собственной дисковой операционной системы. Однако в отличие от автономного персонального компьютера рабочая станция содержит плату сетевого интерфейса и физически соединена кабелем с сервером. Кроме того, рабочая станция должна иметь сетевую операционную систему или специальную программу, называемую оболочкой сети, при использовании несетевой ОС, которая позволяет ей обмениваться информацией с сервером, другими рабочими станциями и прочими устройствами сети. Оболочка позволяет рабочей станции использовать файлы и программы, хранящиеся на сервере.

Оснащение отдельных рабочих станций внутри сети очень сильно зависит от оснащения сервера. Если сервер обладает мощными ресурсами, то рабочие станции могут оснащаться оборудованием в меньшей степени.

В одноранговой сети, в которой отсутствует сер­вер, ресурсы сети существенным образом зависят от ресурсов рабочих станций. Здесь чем лучше отдельные станции, тем лучше распределение ресурсов внутри всей сети. Дорогие периферийные устройства, такие как сканер, мо­дем, сменные жесткие диски и так далее, необходимо устанавливать лишь на одной рабочей станции, таккак в сети ресурсы доступны всем пользователям.

2.4.3. Сетевые карты

Сетевая карта устанавливается в один из свободных слотов материнской пла­ты. Сетевые карты являются посредниками между ПК и сетью и передают сетевые данные по системе шин к ЦП и ОЗУ сервера или рабочей станции.

Сетевая карта оборудована собственным процессором и памятью. На внешней стороне карты имеются разъемы для подключения кабелей.

В качестве стандартной сетевой карты обычно используется продукция фир­мы Novell, поэтому наиболее распространенными сейчас являются сетевые карты, совместимые с NE2000 (Novell Ethernet). Драйверы для них включаются в дистрибутивы практически всех сетевых операционных систем. Отдельные стандарты отличаются в первую очередь скоростью передачи данных. Скорость передачи данных – количество битов, передаваемых в единицу времени, 1 бод = 1 бит в секунду.

В зависимости от используемой технологии и сетевой карты максималь­ная скорость передачи данных в сети может составлять 10, 100, 1000 Мбит/с.

2.4.4. Сетевые операционные системы

Сетевая операционная система необходима для управления потоками сообщений между рабочими станциями и серверами. Она может позволить любой рабочей станции работать с разделяемым сетевым диском или принтером, которые физически не подключены к этой станции. Структура сетевой ОС отличается от структуры ОС ПК, не работающего в сети.

В сетевой операционной системе отдельной машины можно выделить несколько частей (рис. 2.5) и определить назначение каждой из них следующим образом.

·Средства управления локальными ресурсами компьютера: функции распределения оперативной памяти между процессами, планирования и диспетчеризации процессов, управления процессорами в мультипроцессорных машинах, управления периферийными устройствами и другие функции управления ресурсами локальных ОС.

·Средства предоставления собственных ресурсов и услуг в общее пользование – серверная часть ОС (сервер). Эти средства обеспечивают, например, блокировку файлов и записей, что необходимо для их совместного использования; ведение справочников имен сетевых ресурсов; обработку запросов удаленного доступа к собственной файловой системе и базе данных; управление очередями запросов удаленных пользователей к своим периферийным устройствам.

· Средства запроса доступа к удаленным ресурсам и услугам и их использования – клиентская часть ОС (редиректор). Эта часть выполняет распознавание и перенаправление в сеть запросов к удаленным ресурсам от приложений и пользователей, при этом запрос поступает от приложения в локальной форме, а передается в сеть в другой форме, соответствующей требованиям сервера. Клиентская часть также осуществляет прием ответов от серверов и преобразование их в локальный формат.

·Коммуникационные средства ОС, с помощью которых происходит обмен сообщениями в сети. Эта часть обеспечивает адресацию и буферизацию сообщений, выбор маршрута передачи сообщения по сети, надежность передачи и т.п., то есть является средством транспортировки сообщений.

Основное направление развития современных сетевых операционных систем (Network Operation System – NOS) – перенос вычислительных операций на рабочие станции, создание систем с распределенной обра­боткой данных. Это в первую очередь связано с ростом вычислительных возможностей персональных компьютеров и все более активным внедрением мощных многозадачных операционныхсистем: UNIX, Windows NТ, Windows 2000, NetWare и т.д. Кроме того, внедрение объектно-ориентированных технологий (ОLЕ, DСЕ, IDAPI) позволяет упростить организацию распределенной обработки данных. В такой ситуации основной задачей NOS становится объединение неравноценных операционных систем рабочих станций и обеспечение транспортного уровня для широкого круга задач: обработка баз данных, передача сообщений, управление распределенными ресурсами сети.

ОС Unix

UNIX представляет собой не­вероятно мощную, гибкую и динамичную операционную систему, которая в состоянии обрабатывать практически любую предложенную пользователем задачу. Любовь к ней си­стемных администраторов и программистов объясняется широким набором предлагаемых средств, с помощью которых можно решить большинство проблем, возникающих при работе с информационными технологиями. К преимуществам UNIX относятся мощность работы, стабильность и надежность, полная автома­тизация, а также поддержка множества популярных (и не очень популярных) языков программирования.

Эта операционная система не только использует феноменально эффективный метод об­работки стандартных сетевых запросов, но также предлагает оптимальные решения для работы с Internet, включая доступ к ресурсам Web, Telnet, FTP, базам данным и т.п. По­скольку система UNIX создавалась специально для обработки больших массивов данных и полной интеграции с сетевой средой, она почти всегда превосходит по быстродействию любую другую комбинацию аппаратного и программного обеспечения.

Тремя областями, в которых проявляется уникальность этой операцион­ной системы, являются работа в закрытой сети TCP/IP, предоставление услуг Internet или корпоративной сети, а также управление базами данных.

Прародитель сетевых операционных систем, система UNIX, имеет несколько “потом­ков” и разновидностей. ОС Linux представляет собой версию UNIX, адаптированную для процессоров Intel.

ОС NetWare фирмы Novell

Novell была одной из первых компаний, которые начали создавать ЛВС. Она производила как аппаратные средства, так и программные, однако в последнее время фирма Novell сконцентрировала усилия на программных средствах ЛВС.

Файловый сервер в NetWare является обычным ПК, сетевая ОС которого осуществляет управление работой ЛВС. Функции управления включают координацию рабочих станций и регулирование процесса разделения файлов и принтера в ЛВС. Сетевые файлы всех рабочих станций хранятся на жестком диске файлового сервера, а не на дисках рабочих станций.

ОС NetWare позволяет манипулировать файлами и директориями различными способами. Можно копировать, уничтожать, переименовывать, записывать, распечатывать и разделять файлы в ЛВС. Есть также определённая система прав доступа к файлам и директориям.

Как файлы, так и директории на сервере в ЛВС под управлением ОС NetWare имеют атрибуты. Эти атрибуты могут отменять права, предоставленные пользователям в ЛВС. Файлы в ОС NetWare наряду с атрибутами “только для чтения”, “скрытый” и “архивный” могут дополнительно иметь атрибут “неразделяемый” и “разделяемый” (он указывает на возможность разделения файла в ЛВС многими пользователями одновременно).

ОС Windows NT и Windows 2000 фирмы Microsoft

ОС Windows NT является 32-разрядной операционной системой.

Первоначально Windows NT существовала в двух версиях: Windows NT Advanced Server устанавлива­лась на серверах сети NT, a Windows NT Workstation представляла собой мощную на­стольную операционную систему с функциональными возможностями.

Хотя ее архитектура и строение производили впечатление, для Windows NT был необходим боль­шой объем памяти, да и работала она достаточно медленно. Еще одной причиной этого недоверия являлась слабая аппаратная поддержка: производители оборудования не успе­ли написать драйверы для нового программного продукта. Лишь после выхода следую­щей версии NT стала силой, с которой приходилось считаться.

Следующая версия Windows NT, предназначенная для использова­ния на серверах, была переименована в Windows NT Server. Высокая производительность и улучшенная поддержка приложений, а также новая доменная структура NT сделали ее одной из самых популярных операционных систем.

Windows NT 4.0 объединяла в себе улучшенную интеграцию с Internet и корпоративными сетями, повышенную производительность, отличную совместимость с другими операционными системами компании Microsoft и новый интерфейс Windows Explorer.

Windows 2000 является новой версией операционной системы Windows NT. Windows 2000 призвана стать наиболее широко распространенной операционной системой для настольных компьютеров благодаря простоте работы с системой, сохраненным достоинствам пред­шественницы Windows NT и привнесенным в нее лучшим качествам Windows 98.

При создании Windows 2000 Microsoft ставила своей задачей получить сис­тему, максимально приближенную к пользователю. Стандартные элементы интерфейса стали интуитивно понятными, упрощена настройка системы, в систему встроены эффективные сред­ства для работы с Интернетом. Кроме того, благодаря более экономичному режиму использования батарей, автономной работе с документами, повы­шенной защищенности информации из-за шифрующей файловой системы Windows 2000 ориентирована на работу с мобильными компьютерами.

В Windows 2000 привнесены удачные решения, реализованные в Windows 98. Новая система поддерживает как 32-разрядные, так и 16-разрядные прило­жения Windows и DOS и имеет расширенный список совместимых аппарат­ных устройств. Система имеет развитые средства удаленного администрирова­ния, установки и удаления программ.

2.4.5. Кабели

В сети данные циркулируют по кабелям, соединяющим отдельные компьютеры различным образом. Большинство сбоев и ошибок внутри сети происходит из-за некачественного или дефектного кабеля или кабельного разъема. В зависимости от топологии поиск неисправности может быть весьма трудоемок.

Витая пара – относительно дешевая разновидность передающей линии, представляющая собой два провода, перекрученных друг с другом с определенным шагом. Скручивание проводов между собой увеличивает проводимость и уменьшает влияние электромагнитных полей.

Этот кабель может быть экранированным и неэкранированным. Экранированный более устойчив к электромагнитным помехам. Однако на практике чаще используется неэкранированный кабель, так как такой тип кабеля применяется для разводки телефонных линий и дешевле экранированного. Используется при скоростях передачи 10, 100, 1000 Мбит/с. Недостатками данного кабеля являются высокий коэффициент затухания сигнала и высокая чувствительность к электромагнитным помехам, поэтому максимальное расстояние между активными устройствами в ЛВС при использовании витой пары до 100 метров.

Коаксиальный кабель – кабель, состоящий из одного центрального проводника, заключенного в изолятор, поверх которого расположен другой проводник.

Этот кабель может использоваться в двух различных системах передачи данных: без модуляции сигнала и с модуляцией. В первом случае цифровой сигнал используется в таком виде, в каком он поступает из ПК и сразу же передается по кабелю на приемную станцию. Для скорости передачи 10 Мбит/с длина тонкого кабеля – до 180 м, а толстого – до 500 м. Во втором случае цифровой сигнал превращают в аналоговый и направляют его на приемную станцию, где он снова превращается в цифровой. Операция превращения сигнала выполняется модемом; каждая станция должна иметь свой модем. Этот способ передачи является многоканальным (обеспечивает передачу по десяткам каналов, используя для этого всего лишь один кабель). Длина кабеля может достигать до 50 км. Передача сигнала с модуляцией более дорогостоящая, чем без модуляции. Поэтому наиболее эффективно его использование при передаче данных между крупными предприятиями.

Оптоволоконный кабель является перспективной технологией, используемой в ЛВС. Носителем информации является световой луч, который модулируется сетью и принимает форму сигнала. Такая система устойчива к внешним электрическим помехам и таким образом возможна очень быстрая и безошибочная передача данных (до 2 Гбит/с), при этом обеспечивается секретность передаваемой информации. Количество каналов в таких кабелях огромно. Передача данных выполняется только в симплексном режиме, поэтому для организации обмена данными устройства необходимо соединять двумя оптическими волокнами (на практике оптоволоконный кабель всегда имеет четное, парное количество волокон). К недостаткам можно отнести большую стоимость, а также сложность подсоединения.

2.4.6. Сетевое оборудование ЛВС

Рассмотрим подробнее оборудование, используемое в локальных сетях.

Концентраторы . Эти устройства, позволяющие перенаправлять информацию одной или более ветвям, удобны для формирования сети произвольной топологии. Выпускается ряд типов концентраторов, они отличаются по количеству, типу и длине подключаемых кабелей и могут автоматически управлять подсоединенными сегментами (включать и вык­лючать их в случае обнаружения сбоев и обрывов).

Приемопередатчики (трансиверы) – это устройства, предназначенные для приема паке­тов от контроллера рабочих станций сети и передачи их в сеть.

Повторители (repeater) – устройства для восстановления и усиления сигналов в сети, служащие для увеличения ее длины. С помощью этих устройств можно объединить несколько сегментов сети с шинной топологией, увеличивая таким образом общую протяженность сети.

Мосты. Мосты используются для соединения в основном идентичных сетей, имеющих некоторые физические различия.

Шлюзы (gateway) – устройства (компьютер), служащие для объединения сетей с совершенно различными протоколами обмена. Шлюзы выполняют протокольное преобразование для сети, в частно­сти преобразование сообщения из одного форма­та в другой илииз одной системы кодирования в другую.

Маршрутизаторы (роутеры) . Эти устройства устанавливают соеди­нение в сети. Они обеспечивают достаточно сложный уровень сервиса, так как могут выполнять “интеллектуальные” функции: выбор наи­лучшего маршрута для передачи сообщения, адресованного другой сети; управление балансированной нагрузкой в сети путем равномерного распре­деления потоков данных; защиту данных; буферизацию передаваемых дан­ных; различные протокольные преобразования. Такие возможности марш­рутизаторов особенно важны при построении базовых сетей крупных орга­низаций.

Модемы и факс-модемы. Факс-модемы, в отличие от модемов, обеспечивают скоростную передачу данных только в од­ном направлении и используют свои собственные стандарты. Они лучше справляются с передачей информации, чем с приемом. В настоящее время выпускаются и комбинированные модемы (модем данных/факс-модем).

2.4.7. Технология Ethernet

Технология Ethernet стала базой спецификации IEEE 802.3, которая была опубликована в 1980 году. Вскоре после этого компании DEC, Intel и Xerox совместно разработали и приняли вторую версию спецификации Ethernet, совместимую с IEEE 802.3. В настоящее время термин Ethernet чаще всего используют для описания всех локальных сетей, работающих в соответствии с конкурентными принципами доступа к каналу передачи данных CSMA/CD – множественного доступа с контролем несущей и обнаружением коллизий, что соответствует спецификации Ethernet IEEE 802.3.

Чаще всего при построении ло­кальных сетей на основе этой технологии оптический кабель используется для формирования магистрали сети, в то время как витая пара применяется для подключения станций и серверов.

Приведем основные спецификации Ethernet.

· 10Base2 – стандарт сегмента сети Ethernet на тонком коаксиальном кабеле. Обеспечивает скорость передачи 10 Мбит/с и использует тонкий, гибкий коаксиальный кабель RG-58A/U, обычно диаметром 0,2 дюйма со скрученным внутренним проводником. Этот стан­дарт известен как “тонкий Ethernet”.

· 10Base5 – стандарт сегмента сети Ethernet на толстом коаксиальном кабеле. Как и первая версия Ethernet, эта спецификация в качестве среды передачи предусматривает толстый коаксиальный кабель. Из-за этого спецификацию называют “толстым Ethernet”. Каждый коаксиальный кабель в сети образует отдельный сег­мент.

·10BaseT – стандарт сегмента сети Ethernet на витой паре. Эта разновидность Ethernet получила наибольшее распростране­ние. Спецификация 10BaseT предусматривает проводку из неэкра­нированного кабеля с витыми парами, обычно называемыми UTP (Unshielded Twisted Pair), но использует только две из четырех пар проводников типичного кабеля Категории 3 (одна пара передает данные, в то время как другая предназначена для приема данных). В противоположность проводкам 10Base2 и 10Base5, 10BaseT использует топологию звезды, в которой каждый узел соединен с центральным концентратором или многопортовым повторителем (эта топология хорошо совмещается с расположением проводки, имеющейся в большинстве зданий). Применение дешевых кабелей UTP является одним из основных преимуществ l0BaseT по сравнению со спе­цификациями 10Base2 и 10Base5.

· 10BaseFX – стандарт сегмента сети Ethernet на опто­волоконном кабеле. Применение оптоволоконной технологии приводит к высокой стоимости комплектующих. Однако нечувствительность к электро­магнитным помехам позволяет использовать спецификацию в особо от­ветственных случаях и для связи далеко расположенных друг от друга объектов.

Каждая из разновидностей Ethernet предусматривает те или иные ограниче­ния на протяженность сегмента кабеля. Для создания более протяженной сети несколько кабелей могут соединяться с помощью повторителей. С точки зрения программного обеспечения последова­тельность кабельных сегментов, связанных повторителями, ничем не отличается от единого кабеля. Сеть может содержать несколько сегментов кабеля и несколь­ко повторителей.

Fast Ethernet – высокоскоростная разновидность сети Ethernet, обеспечивающая скорость передачи 100 Мбит/с. Fast Ethernet целесообразно применять в тех организациях, которые широко использовали классический Ethernet, но сегодня испытывают потребность в увеличении пропускной способности. При этом сохраняется весь накопленный опыт работы с Ethernet и, частично, сетевая инфраструктура. Основная область использования Fast Ethernet сегодня – это сети рабочих групп и отделов.

Локальная вычислительная сеть (ЛС, ЛВС; LAN, Local Area Network) - группа персональных компьютеров , а также периферийное оборудование, объединенные одним или несколькими автономными (не арендуемыми) высокоскоростными каналами передачи цифровых данных (в том числе проводными, волоконно-оптическими, радио-СВЧ или ИК-диапазона) в пределах одного или нескольких зданий. ЛВС служит для решения комплекса взаимосвязанных функциональных и/или информационных задач (в рамках организации или ее автоматизированной системы), а также совместного использования объединенных информационных и вычислительных ресурсов. В зависимости от принципов построения ЛВС подразделяются на виды: «клиент-серверная», «файл-серверная», «одноранговая». ЛВС могут иметь в своем составе средства для выхода в распределенные и глобальные вычислительные сети. Варианты построения локальных вычислительных сетей:

AppleTalk - технология и средство программного обеспечения для создания кабельных одноранговых ЛВС небольших организаций (например, издательств, имеющих несколько ПК и принтеров в одном здании) на базе ПК Macintosh фирмы Apple. Расстояние между наиболее удаленными узлами в этой сети не должно превышать 500 м.
ARCnet (Attached Resource Computing Network) - нестандартная сетевая архитектура, разработанная корпорацией Datapoint в середине 1970-х годов. Метод доступа основан на передаче маркера в сети с шинной топологией; поддерживаются коаксиальный и волоконно-оптический кабели, а также витая пара. Сетевые устройства ARCnet применяются в локальных сетях небольших организаций.
Broadband LAN - широкополосная локальная сеть, рассчитанная на скорость передачи данных свыше 600 Мбит/с.
Bus network - ЛВС с шинной топологией, все станции которой подсоединены к одному кабелю. Каждая станция, принимая сигналы, переданные одной из станций, имеет возможность распознать предназначенные ей пакеты и проигнорировать остальные.
CD-ROM based LAN - локальная сеть, основанная на использовании CD-ROM.
ESA (Enterprise Systems Architecture) - архитектура вычислительных систем масштаба предприятия, а также операционная система корпорации IBM.
FireWire (огненный провод) - архитектура построения «домашних ЛВС», основана на использовании стандарта IEEE 1394; известна также как OP i.Link. Архитектура предназначена для объединения бытовых электронных устройств в локальную сеть с целью обмена аудио-, видео- и другими мультимедийными данными. Ее интерфейс позволяет использовать одножильный пластиковый оптоволоконный кабель и светодиодный лазер.
LocalTalk - разработанная фирмой Apple архитектура кабельной системы на основе экранированной витой пары, предназначена для объединения в сеть ПЭВМ Macintosh, IBM PC и периферийного оборудования; использует метод доступа CSMA с предотвращением конфликтов (CSMA/CA).
NetWare - сетевая операционная система для локальных сетей, разработанная фирмой Novell. Ее версия Personal NetWare предназначена для одноранговых ЛВС, другие версии NetWare - для сетей с архитектурой клиент-сервер. Поздние версии системы получили наименование IntranetWare.
Token Ring - архитектура и технология построения сети, разработанная фирмой IBM, в соответствии с которой включенные в ЛВС станции могут производить передачу данных, только когда они владеют маркером, непрерывно циркулирующим по кольцу. Существующие два варианта этой технологии обеспечивают скорость передачи данных от 4 до 16 Mбит/с. Адаптеры Token Ring, как правило, поддерживают оба режима работы. При этом предусмотрена возможность объединения соединительными мостами до 8 колец. В одном кольце может находиться не более 260 сетевых узлов (в том числе ЭВМ, принтеров, сканеров, плоттеров). Технология Token Ring выполняет те же функции, что и Ethernet, но реализует их иным способом. Большинство небольших предприятий устанавливают сети Ethernet, отдавая им предпочтение перед Token Ring из-за их относительной простоты. Стандарт IEEE 802.5 определяет тип кабеля, с которым работают сети Token Ring (STP, UTP или оптоволоконный кабель).
Архитектура ЛВС на USB (USB LAN architecture) - архитектура построения домашней локальной вычислительной сети на основе использования универсальной последовательной шины (USB). Простейший ее вариант - подсоединение двух ПК обычным кабелем через USB-порт. При необходимости на этой основе можно создать одноранговую сеть, объединяющую через USB-концентратор до 17 ПК с топологией звезда. ПК, к которому подключен USB-концентратор в этой сети, выполняет роль управляющего. Другой вариант построения ЛВС основан на использовании USB-трансиверов. Он позволяет через драйверы, выполняющие функции мостов, подключаться к обычной сети. Скорость передачи данных в сети типа Ethernet для USB 1.1 составляет 10 Мбит/с, а для USB 2.0 - до 100 Мбит/с.
XNS (Xerox Network System) - архитектура построения сети, разработанная фирмой Xerox; содержит набор протоколов, положенных в основу протоколов маршрутизации (IPX/SPX) сети NetWare. Одной из особенностей архитектуры XNS является предоставляемая пользователям сети возможность использовать файлы, расположенные на других компьютерах.
Принт-сервер (print server) - программно-аппаратное средство подключения принтера к сети и обеспечения сетевой печати. По исполнению разделяются на встроенные и размещенные на плате сервера («сетевые принтеры»), а также - внешние (обеспечивающие подключение нескольких принтеров).

Лекция. Локальные вычислительные сети

Локальная сеть (локальная вычислительная сеть, ЛВС, Local Area Network, LAN ) – это комплекс

оборудования и программного обеспечения, обеспечивающий передачу, хранение и обработку информа-

ции. ЛВС покрывает обычно относительно небольшую территорию. Существуют локальные сети, узлы которых разнесены географически на расстояния более 12500 км (космические станции и орбитальные центры). Несмотря на такие расстояния, подобные сети всѐ равно относят к локальным.

ЛВС создаются с целью организации:

общего доступа к оборудованию (например, принтерам)

общего доступа к данным (БД)

общего доступа к программам

построения общей системы безопасности

Существует множество способов классификации сетей. Основным критерием классификации принято считать способ администрирования . То есть в зависимости от того, как организована сеть и как она управля-

ется, еѐ можно отнести к локальной, распределѐнной, городской или глобальной сети. Управляет сетью или еѐ сегментом сетевой администратор.

Компьютеры могут соединяться между собой, используя различные среды доступа: медные проводники (витая пара), оптические проводники (оптические кабели) и через радиоканал (беспроводные технологии). Проводные связи устанавливаются через Ethernet , беспроводные - через Wi -Fi, Bluetooth, GPRS и прочие протоколы. Чаще всего локальные сети построены на технологиях Ethernet или Wi-Fi. Ранее использовались технологииFrame Relay, Token ri ng, которые на сегодняшний день встречаются реже. Для построения простой локальной сети используется коммутационное оборудование: маршрутизаторы, коммутаторы, точки беспроводного доступа, беспроводные маршрутизаторы, модемы и сетевые адаптеры. Реже используются преобразователи (конвертеры) среды, усилители сигнала (повторители разного рода) и специальные антенны.

Маршрутизация в локальных сетях используется примитивная, если она вообще необходима. Иногда в локальной сети организуются рабочие группы - формальное объединение нескольких компьютеров в группу с единым названием.

Сетевой администратор - лицо, ответственное за работу локальной сети или еѐ части. В его обязанности входит обеспечение и контроль физической связи, настройка активного оборудования, настройка общего доступа и предопределѐнного круга программ, обеспечивающих стабильную работу сети.

3.1 . История развития вычислительных сетей

Необходимо отметить, что в настоящее время кроме компьютерных сетей применяются и терминальные сети. Следует различать компьютерные сети и терминальные сети. Терминальные сети строятся на других, чем компьютерные сети, принципах и на другой вычислительной технике. К терминальным сетям, например, относятся: сети банкоматов, кассы предварительной продажи билетов на различные виды транспорта и т.д.

Первые мощные компьютеры 50-годов, так называемые мэйнфреймы, были очень дорогими и предназначались только для пакетной обработки данных. Пакетная обработка данных самый эффективный режим использования процессора дорогостоящей вычислительной машины.

С появлением более дешевых процессоров начали развиваться интерактивные терминальные системы разделения времени на базе мэйнфреймов. Терминальные сети связывали мэйнфреймы с терминалами. Терминал - это устройство для взаимодействия с вычислительной машиной, которое состоит из средства ввода (например, клавиатуры) и средств вывода информации (например, дисплея).

Сами терминалы практически никакой обработки данных не осуществляли, а использовали возможности мощной и дорогой центральной ЭВМ. Эта организация работы называлась ―режимом разделения време-

ни‖, так как центральная ЭВМ последовательно во времени решала задачи множества пользователей. При этом совместно использовались дорогие вычислительные ресурсы.

Удаленные терминалы соединялись с компьютерами через телефонные сети с помощью модемов. Такие сети позволяли многочисленным пользователям получать удаленный доступ к разделяемым ресурсам мощных ЭВМ. Затем мощные ЭВМ объединялись между собой, так появились глобальные вычислительные сети.

Таким образом, сначала сети применялись для передачи цифровых данных между терминалом и большой вычислительной машиной.

Первые ЛВС появились в начале 70-х годов, когда были выпущены мини-компьютеры. Миникомпьютеры были намного дешевле мэйнфреймов, что позволило использовать их в структурных подразделениях предприятий.

Затем появилась необходимость обмена данными между машинами разных подразделений. Для этого многие предприятия стали соединять свои мини-компьютеры и разрабатывать программное обеспечение, необходимое для их взаимодействия. В результате появились первые ЛВС.

Появление персональных компьютеров послужило стимулом для дальнейшего развития ЛВС. Они были достаточно дешевыми и являлись идеальными элементами для построения сетей. Развитию ЛВС способствовало появление стандартных технологий объединения компьютеров в сети: Ethernet, Arcnet, Token Ring.

Появление качественных линии связи обеспечили достаточно высокую скорость передачи данных – 10 Мбит/с, тогда как глобальные сети, использовали только плохо приспособленные для передачи данных телефонные каналы связи, имели низкую скорость передачи – 1200 бит/c. Из-за такого различия в скоростях многие технологии, применяемые в ЛВС, были недоступны для использования в глобальных.

В настоящее время сетевые технологии интенсивно развиваются, и разрыв между локальными и глобальными сетями сокращается во многом благодаря появлению высокоскоростных территориальных каналов связи, не уступающих по качеству кабельным системам ЛВС.

Новые технологии сделали возможным передачу таких несвойственных ранее вычислительным сетям носителей информации, как голос, видеоизображения и рисунки.

Сложность передачи мультимедийной информации по сети связана с ее чувствительностью к задержкам при передаче пакетов данных (задержки обычно приводят к искажению такой информации в конечных узлах связи). Но эта проблема решается и конвергенция телекоммуникационных сетей (радио, телефонных, телевизионных и вычислительных сетей) открывает новые возможности для передачи данных, голоса и изображения по глобальным сетям Интернет.

3.2. Основные характеристики локальной сети

В настоящее время в различных странах мира созданы и эксплуатируются различные типы ЛВС с различными размерами, топологией, алгоритмами работы, архитектурной и структурной организацией. Независимо от типа сетей, к ним предъявляются общие требования:

скорость - важнейшая характеристика локальной сети;

адаптируемость - свойство локальной сети расширяться и устанавливать рабочие станции там, где это требуется;

надежность - свойство локальной сети сохранять полную или частичную работоспособность вне зависимости от выхода из строя некоторых узлов или конечного оборудования.

В локальных сетях, основанных на протоколе IPv4, могут использоваться специальные адреса. Это четыре группы цифр, разделенных точками, например 192.168.0.1. Такие адреса называют частными, внутренними, локальными или «серыми»; эти адреса не доступны из сети Интернет. В следующей версии протокола IPv6 под адрес компьютера выделяется 6 групп дес. чисел от 0 до 255.

Пересылка данных в вычислительных сетях от одного компьютера к другому осуществляется последовательно, бит за битом. Физически биты данных передаются по каналам передачи данных в виде аналоговых

или цифровых сигналов. Так как аппаратура передачи и приема данных работает с данными в дискретном виде, то при их передаче через аналоговый канал требуется преобразование дискретных данных в аналоговые (модуляция).

При модуляции информация представляется синусоидальным сигналом той частоты, которую хорошо передает канал передачи данных. При приеме таких аналоговых данных необходимо обратное преобразование – демодуляция.

Прежде чем послать данные в сеть, посылающий узел разбивает данные на небольшие блоки, называемые пакетами данных. На узле– получателе пакеты накапливаются и выстраиваются в определенном порядке для восстановления исходной последовательности.

В составе любого пакета должна присутствовать следующая информация:

– непосредственно данные, предназначенные для передачи по сети;

– адрес, указывающий место назначения пакета (каждый узел сети имеет адрес);

– управляющие коды – это информация, которая описывает размер и тип пакета. Существует три принципиально различные схемы коммутации в вычислительных сетях:

– коммутация каналов;

– коммутация пакетов;

– коммутация сообщений.

При коммутации каналов устанавливается соединение между передающей и принимающей стороной в виде непрерывного составного физического канала из последовательно соединенных отдельных канальных участков для прямой передачи данных между узлами. Затем сообщение передается по образованному каналу.

Коммутация сообщений – процесс пересылки данных, включающий прием, хранение, выбор исходного направления и дальнейшую передачу блоков сообщений (без разбивки на пакеты). При коммутации сообщений блоки сообщений передаются последовательно от одного промежуточного узла к другому с временной буферизацией их на дисках каждого узла, пока не достигнут адресата. При этом новая передача может начаться только после того, как весь блок будет принят. Ошибка при передаче повлечет новую повторную передачу всего блока.

Передача пакетов осуществляется аналогично передаче сообщений, но так как размер пакета значительно меньше блока сообщения, то достигается быстрая его обработка промежуточным коммуникационным оборудованием. Поэтому канал передачи данных занят только во время передачи пакета и по ее завершению освобождается для передачи других пакетов. Специальные устройства - шлюзы и маршрутизаторы, принимают пакеты от конечных узлов и на основании адресной информации передают их друг другу, а в конечном итогестанции назначения. Данный вид передачи данных является стандартом для сети Интернет.

3.3. Открытые системы и модель OSІ

Компьютерные сети, как правило, состоят из различного оборудования разных производителей, поэтому для обеспечения нормального взаимодействия необходим единый унифицированный стандарт, который определял бы алгоритм передачи данных в любых сетях. В современных вычислительных сетях роль такого стандарта выполняют сетевые протоколы .

В связи с тем, что описать единым протоколом взаимодействия между узлами в сети не представляется возможным, то процесс сетевого взаимодействия разделили на ряд концептуальных уровней (модулей) и определили функции для каждого из них, а также порядок взаимодействия.

Т.к. в процессе обмена данными участвуют две стороны, то есть необходимо организовать согласованную работу двух иерархий, работающих на разных компьютерах.

Оба участника сетевого обмена должны принять множество соглашений. Соглашения должны быть приняты для всех уровней, начиная от самого низкого – уровня передачи битов – до самого высокого, реализующего сервис для пользователя.

Набор правил, определяющих порядок взаимодействия средств, относящихся к одному и тому же уровню и функционирующих в разных системах, называется протоколом (protocol). Правила взаимодействия между собой средств, относящихся к смежным уровням и функционирующих в одной системе, называются

интерфейсом (interface).

Таким образом, механизм передачи какого-либо пакета через сеть от клиентской программы, работающей на одном компьютере ПК1, к клиентской программе, работающей на другом компьютере ПК 2, можно условно представить в виде последовательной пересылки этого пакета сверху вниз от верхнего уровня, обеспечивающего взаимодействие с пользовательским приложением, к нижнему уровню, организующему интерфейс с сетью, его трансляции на компьютер ПК 2 и обратной передачи верхнему уровню уже на ПК 2.

Коммуникационные протоколы могут быть реализованы как программно, так и аппаратно. Протоколы нижних уровней часто реализуются комбинацией программных и аппаратных средств, а протоколы верхних уровней – как правило, чисто программными средствами. Протоколы реализуются не только компьютерами, но и другими сетевыми устройствами – концентраторами, мостами, коммутаторами, маршрутизаторами и т.д. В зависимости от типа устройств в нем должны быть встроенные средства, реализующие тот, или иной набор протоколов.

Иерархически организованный набор протоколов, достаточный для организации взаимодействия узлов в сети, называется стеком коммуникационных протоколов . В сети Интернет базовым набором протоколов является стек протоколовTCP/IP.

В 1984 году Международной Организацией по Стандартизации (International Standard Organization, ISO) была разработана модель взаимодействия открытых систем (Open Systems Interconnection, OSI). Мо-

дель представляет собой международный стандарт для проектирования сетевых коммуникаций и предполагает уровневый подход к построению сетей. Каждый уровень модели обслуживает различные этапы процесса взаимодействия. Посредством деления на уровни сетевая модель OSI упрощает совместную работу оборудования и программного обеспечения. Модель OSI разделяет сетевые функции на семь уровней: прикладной, уровень представления, сессионный, транспортный, сетевой, канальный и физический.

Семиуровневая эталонная модель представляет собой рекомендации (разработчикам сетей и протоколов) для построения стандартов совместимых сетевых программных продуктов, и служит базой для производителей при разработке совместимого сетевого оборудования. Рекомендации стандарта должны быть реализованы как в аппаратуре, так и в программных средствах вычислительных сетей.

Рис. 6. Семиуровневая модель Рис. 7. Модель OSI

Прикладной уровень (приложений). Верхний уровень модели, обеспечивает взаимодействие пользовательских приложений с сетью. Этот уровень позволяет приложениям использовать сетевые службы, такие как удалѐнный доступ к файлам и базам данных, пересылка электронной почты. Также отвечает за передачу служебной информации, предоставляет приложениям информацию об ошибках и формирует запросы куров-

ню представления . Пример: HTTP, POP3, SMTP, FTP, TELNET.

Представительский уровень. Уровень представления осуществляет промежуточное преобразова-

ние данных исходящего сообщения в общий формат, который предусмотрен средствами нижних уровней, а также обратное преобразование входящих данных из общего формата в формат, понятный получающей программе.

Сеансовый уровень. Сеансовый уровень модели позволяет двум программам поддерживать продолжительное взаимодействие по сети, называемое сессией (session) или сеансом. Этот уровень управляет установлением сеанса, обменом информацией и завершением сеанса. Он также отвечает за идентификацию, позволяя тем самым только определенным абонентам принимать участие в сеансе, и обеспечивает работу служб безопасности с целью упорядочивания доступа к информации сессии.

Транспортный уровень. Транспортный уровень реализует передачу данных между двумя программами, функционирующими на разных компьютерах, обеспечивая при этом отсутствие потерь и дублирования

информации, которые могут возникать в результате ошибок передачи нижних уровней. В случае, если данные, передаваемые через транспортный уровень, подвергаются фрагментации, то средства данного уровня гарантируют сборку фрагментов в правильном порядке.

Сетевой уровень. Сетевой уровень обеспечивает доставку данных между компьютерами сети, представляющей собой объединение различных физических сетей. Данный уровень предполагает наличие средств логической адресации, позволяющих однозначно идентифицировать компьютер в объединенной сети. Одной из главных функций, выполняемых средствами данного уровня, является целенаправленная передача данных конкретному получателю.

Канальный уровень. Канальный уровень отвечает за организацию передачи данных между абонентами через физический уровень, поэтому на данном уровне предусмотрены средства адресации, позволяющие однозначно идентифицировать отправителя и получателя во всем множестве абонентов, подключенных к обще линии связи. В функции данного уровня также входит упорядочивание передачи с целью параллельного использования одной линии связи несколькими парами абонентов. Кроме того, средства канального уровня обеспечивают проверку ошибок, которые могут возникать при передаче данных физическим уровнем.

Физический уровень. Физический уровень определяет способ физического соединения компьютеров в сети. Функциями средств, относящихся к данному уровню, являются побитовое преобразование цифровых данных в сигналы, передаваемые по физической среде (например, по кабелю), а также собственно передача сигналов.

На практике протоколы и интерфейсы регламентируют технические требования, предъявляемые к программным и аппаратным средствам. Программные (аппаратные) модули, предназначенные для обеспечения практического взаимодействия, определяемого тем или иным протоколом (или интерфейсом), обычно называют реализацией протокола (или интерфейса).

Хотя различные компоненты, относящиеся к различным уровням сетевой модели формально должны быть функционально независимыми друг от друга, при практической разработке протоколов такая независимость не всегда выдерживается. Это объясняется тем, что попытка добиться точного соответствия эталонной модели может привести к неэффективности работы программно-аппаратного обеспечения, реализующего протокол. В настоящее время наблюдается два типа отклонений, возникающих при реализации уровневого взаимодействия:

функции некоторых уровней могут объединяться одним протоколом и наоборот, – функции одного уровня могут делиться между различными протоколами;

функционирование протокола какого-либо уровня подразумевают использование только определенных протоколов нижележащего уровня.

Поэтому разработка практических методов сетевого взаимодействия, как правило, подразумевает разработку не отдельных протоколов, а целых наборов протоколов. Такие наборы обычно включают в себя протоколы, относящиеся к нескольким смежным уровням эталонной модели OSI, и называются стеками (или семействами, наборами)протоколов (protocol stack, protocol suite). Наиболее известным стеком протоколов, обеспечивающим взаимодействие в сети Интернет, является стек протоколов TCP/IP.

Поскольку при реализации протоколов допускаются отклонения от эталонной модели, стеки протоколов могут предполагать собственную схему деления на уровни. В частности, стек протоколов TCP/IP разделяет весь процесс сетевого взаимодействия на четыре уровня. В таблице показано соответствие уровней модели OSI и уровней стека TCP/IP.

Уровни модели OSI Уровни стека TCP/IP

прикладной представления уровень приложения сессионный

3.4. Топология локальных сетей

Под топологией (компоновкой, конфигурацией, структурой) компьютерной сети обычно понимается физическое расположение компьютеров сети друг относительно друга и способ соединения их линиями связи. Понятие топологии относится, прежде всего, к локальным сетям, в которых структуру связей можно легко проследить. В глобальных сетях структура связей обычно скрыта от пользователей и не слишком важна, так как каждый сеанс связи может производиться по собственному пути.

Топология определяет требования к оборудованию, тип используемого кабеля, допустимые и наиболее удобные методы управления обменом, надежность работы, возможности расширения сети. И хотя выбирать топологию пользователю сети приходится нечасто, знать об особенностях основных топологий, их достоинствах и недостатках надо.

Существует три базовые топологии сети: шина (bus) - все компьютеры параллельно подключаются к одной линии связи. Информация от каждого компьютера одновременно передается всем остальным компьютерам (рис.8).

Сети с шинной топологией используют линейный моноканал (коаксиальный кабель) передачи данных, на концах которого устанавливаются оконечные сопротивления (терминаторы). 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, т.е. используются для гашения сигналов, которые достигают концов канала передачи данных. Таким образом, информация поступает на все узлы, но принимается только тем узлом, которому она предназначается. В топологии логическая шина среда передачи данных используются совместно и одновременно всеми ПК сети, а сигналы от ПК распространяются одновременно во все направления по среде передачи. Так как передача сигналов в топологии физическая шина является широковещательной, т.е. сигналы распространяются одновременно во все направления, то логическая топология данной локальной сети является логической шиной.

Терминатор

Терминатор

Рис. 8. Сетевая топология шина

Преимущества сетей шинной топологии:

отказ одного из узлов не влияет на работу сети в целом;

сеть легко настраивать и конфигурировать;

сеть устойчива к неисправностям отдельных узлов.

Недостатки сетей шинной топологии:

разрыв кабеля может повлиять на работу всей сети;

ограниченная длина кабеля и количество рабочих станций;

трудно определить дефекты соединений

Данная топология применяется в локальных сетях с архитектурой Ethernet.

Звезда (star) - бывает двух основных видов:

Активная звезда (истинная звезда) - к одному центральному компьютеру присоединяются остальные периферийные компьютеры, причем каждый из них использует отдельную линию связи. Информация от периферийного компьютера передается только центральному компьютеру, от центрального - одному или нескольким периферийным. (рис. 9)

Рис. 9. Активная звезда

Пассивная звезда, которая только внешне похожа на звезду (рис. 10). В настоящее время она распространена гораздо более широко, чем активная звезда. Достаточно сказать, что она используется в наиболее популярной сегодня сети Ethernet.

В центре сети с данной топологией помещается не компьютер, а специальное устройство - коммутатор или, как его еще называют, свитч (switch), который восстанавливает приходящие сигналы и пересылает их непосредственно получателю (рис. 10).

Рис. 10. Пассивная звезда

Данные от передающей станции сети передаются через свитч по всем линиям связи всем ПК. Информация поступает на все рабочие станции, но принимается только теми станциями, которым она предназначается.

Данная топология применяется в локальных сетях с архитектурой Ethernet. Преимущества сетей топологии звезда:

легко подключить новый ПК;

имеется возможность централизованного управления;

сеть устойчива к неисправностям отдельных ПК и к разрывам соединения отдельных ПК. Недостатки сетей топологии звезда:

отказ свитча влияет на работу всей сети;

большой расход кабеля;

Кольцо (ring) - компьютеры последовательно объединены в кольцо.

В сети с топологией кольцо все узлы соединены каналами связи в неразрывное кольцо (необязательно окружность), по которому передаются данные. Выход одного ПК соединяется со входом другого ПК. Начав движение из одной точки, данные, в конечном счете, попадают на его начало. Данные в кольце всегда движутся в одном и том же направлении.

Данную сеть очень легко создавать и настраивать. К основному недостатку сетей топологии кольцо является то, что повреждение линии связи в одном месте или отказ ПК приводит к неработоспособности всей сети.

Как правило, в чистом виде топология ―кольцо‖ не применяется из-за своей ненадѐжности, поэтому на практике применяются различные модификации кольцевой топологии.

Рис. 11. Сетевая топология кольцо

На практике нередко используют и другие топологии локальных сетей, однако большинство сетей ориентировано именно на три базовые топологии.

3.5. Классификации локальных сетей

Локальные сети можно классифицировать по:

уровню управления;

назначению;

однородности;

административным отношениям между компьютерами;

топологии;

архитектуре.

По уровню управления выделяют следующие ЛВС:

ЛВС рабочих групп, которые состоят из нескольких ПК, работающих под одной операционной системой. В такой ЛВС, как правило, имеется несколько выделенных серверов: файл-сервер, сервер печати;

ЛВС структурных подразделений (отделов). ДанныеЛВС содержат несколько десятков ПК и серверы типа: файл-сервер, сервер печати, сервер баз данных;

ЛВС предприятий (фирм). Эти ЛВС могут содержать свыше 100 компьютеров и серверы типа: файл-сервер, сервер печати, сервер баз данных, почтовый сервер и другие серверы.

По назначению сети подразделяются на:

вычислительные сети, предназначенные для расчетных работ;

информационно-вычислительные сети, которые предназначены, как для ведения расчетных работ, так и для предоставления информационных ресурсов;

информационно-советующие, которые на основе обработки данных вырабатывают информацию для поддержки принятия решений;

информационно-управляющие сети, которые предназначены для управления объектов на основе обработки информации.

По типам используемых компьютеров можно выделить:

однородные сети, которые содержат однотипные компьютеры и системное программное обес-

неоднородные сети, которые содержат разнотипные компьютеры и системное программное. По административным отношениям между компьютерами можно выделить:

ЛВС с централизованным управлением (с выделенными серверами);

ЛВС без централизованного управления (децентрализованные) или одноранговые (одноуров-

невые) сети.

По топологии (основным топологиям) ЛВС делятся на:

топологию "шина";

топологию "звезда";

топологию "кольцо".

По архитектуре (основным типам архитектур) ЛВС делятся на:

3.6. Конфигурация ЛВС (локальные сети одноранговые и с выделенным сервером)

По административным отношениям между узлами можно выделить локальные сети с централизованным управлением или с выделенными серверами (серверные сети) и сети без централизованного управ ления или без выделенного сервера (децентрализованные), так называемые, одноранговые (одноуровневые) сети.

Локальные сети с централизованным управлением называются иерархическими, а децентрализованные локальные сети равноправными. В локальных сетях с централизованным управлением один из компьютеров является сервером, а остальные ПК - рабочими станциями.

Серверы - это высокопроизводительные компьютеры с винчестерами большой емкости и с высокоскоростной сетевой картой, которые отвечают за хранение данных, организацию доступа к этим данным и передачу данных рабочим станциям или клиентам.

Рабочие станции. Компьютеры, с которых осуществляется доступ к информации на сервере, называются рабочими станциями или клиентами.

В сетях с децентрализованным управлением нет единого центра управления взаимодействием рабочих станций и единого компьютера для хранения данных. Одноранговая локальная сеть – это ЛВС равноправных компьютеров, каждый из которых имеет уникальное имя и, как правило, пароль для входа в него в момент загрузки ОС.

Равноправность ПК означает, что администратор каждого компьютера в локальной сети может преобразовать свой локальный ресурс в разделяемый и устанавливать права доступа к нему и пароли. Он же отвечает за сохранность или работоспособность этого ресурса. Локальный ресурс - ресурс, доступный только с ПК,

Локальные вычислительные сети являются важным звеном единой информационно-телекоммуникационной системы предприятий и организаций. Понятие локальности в этом случае означает, что основная часть взаимодействия в сети происходит между ПK, территориально незначительно удаленными друг от друга и принадлежащими одной организационной структуре, а нередко и решающими специализированные функциональные задачи в этом подразделении.

Локальная вычислительная сеть - аппаратно-программные и информационные ресурсы, организованные в пределах ограниченной территории и объединенные каналами связи для информационного обмена между специалистами .

Применяемые ЛВС на предприятиях и организациях обеспечивают:

Универсальное сетевое пространство на основе открытых стандартов и технологий;

Функционирование общесистемных служб и сервисов, в том числе доступа к информации, сетевой печати и офисных приложений коллективной работы;

Функционирования специализированных прикладных программных средств;

Возможность прозрачной связи между любыми двумя ее узлами а также с существующими сетями;

Возможность удаленного диагностирования отдельных сегментов и ЛВС в целом.

Таким образом, организация ЛВС позволяет решать следующие задачи:

Обмен информацией между абонентами сети, что позволяет сократить бумажный документооборот и перейти к электронному документообороту;

Обеспечение распределенной обработки данных, связанное с объединением АРМ всех специалистов данной организации в сеть. Несмотря на существенные различия в характере и объеме расчетов, проводимых на АРМ специалистами различного профиля, используемая при этом информация в рамках одной организации находится в единой базе данных, поэтому объединение таких АРМ в сеть является целесообразным и эффективным ре­шением;

Поддержка принятия управленческих решений, предоставляющая руководителям и управленческому персоналу организации достоверную и оперативную информацию, необходимую для оценки ситуации и принятия правильных решений;

Организация собственных информационных систем, содержащих АБД;

Коллективное использование ресурсов, таких как сетевые принтеры, запоминающие устройства большой емкости, мощные средства обработки информации, прикладные программные системы, БД, базы знаний.

Локальные вычислительные сети можно классифицировать по разным признакам, представленным в табл. 4.1.

Таблица 4.1 Классификация локальных вычислительных сетей

Вид вычислительной сети	Характеристика
1. По типу ПК, входящих в сеть
Гомогенные	Сети, состоящие из программно совместимых ПК
Гетерогенные	Сети, в состав которых входят программно несовместимые ПК
С коммутацией каналов	Характеризуются установлением прямой связи с абонентом на некоторое время в пределах общей очереди. Основным недостатком такой связи является ожидание соединения в общей очереди. Положительным качеством такой передачи является тот факт, что передача не может быть осуществлена произвольно, что повышает достоверность передачи информации в целом
С коммутацией сообщений	Характеризуются наличием узлов коммутации, которые получают сообщение, запоминают его и в случае освобождения канала связи с абонентом по определенному адресу передают это сообщение. Положительной стороной такой передачи является минимальное время ожидания, отрицательной то, что сеть получается более дорогой (необходимо иметь специальное ПО узла коммутации), а при передаче большого объема информации (1 млн байт) канал может быть занят несколько часов
С коммутацией пакетов	Позволяют длинное сообщение на передающем пункте разбивать на пакеты сообщений, которые затем передаются. Положительная сторона такого способа передачи - сокращается время ожидания передачи, отрицательная - необходимость иметь ПО, позволяющее разбивать на передающем пункте сообщение на пакеты с заголовком, адресом и контрольным числом, а на принимающем пункте - сборку сообщения
3. По режиму передачи данных
Широковеща-тельные	Характеризуются тем, что в каждый момент времени на передачу данных может работать только одна рабочая станция, а все остальные станции в это время работают на прием
Последовательные	Характеризуются тем, что передача данных производится последовательно от одной станции к соседней, причем на разных участках сети могут использоваться различные виды физической передающей среды
4. По характеру реализуемых функций
Вычислительные	Предназначены для решения задач управления на основе вычислительной обработки исходной информации
Информационные	Предназначены для получения справочных данных по запросу пользователей
Смешанные	Реализуют вычислительные и информационные функции
5. По способу управления
С централизован-ным управлением	Вычислительная сеть, в которой все функции управления и координации выполняемых сетевых операций сосредоточены в одном или нескольких управляющих ПК
С децентрализован-ным управлением	Вычислительная сеть, в которой каждый угол сети имеет полный набор программных средств для координации выполняемых сетевых операций.
Смешанные	Вычислительные сети, в которых в определенном сочетании реализованы принципы централизованного и децентрализованного управления, например задачи с высшим приоритетом решаются под централизованным управлением, а остальные задачи - под децентрализованным.

Одной из первых была одноранговая или «безсерверная» организация построения локальной вычислительной сети (использующаяся и в настоящее время), которая допускает включение в нее как ПК различной мощности, так и терминалов ввода-вывода. Термин «одноранговая сеть» означает, что все рабочие станции локальной вычислительной сети имеют в ней одинаковые права, т.е в ней нет выделенного сервера. Каждый пользователь одноранговой сети может определить состав файлов, которые он предоставляет для общего использования (так называемые public files). Таким образом, пользователи одноранговой сети могут работать как со всеми своими файлами, так и с файлами, предоставляемыми другими ее пользователями на своих рабочих станциях. Подключение отдельных ПК в одноранговую сеть производится преимущественно высокочастотными коаксиальными кабельными линиями связи.

Создание одноранговой сети обеспечивает наряду с взаимообменом данными между включенными в нее ПК совместное использование части дискового пространства (через public files), а также совместную эксплуатацию периферийных устройств (например, принтеров). Существуют и другие возможности, например, когда одна из рабочих станций временно берет на себя функции «сервера», а остальные работают в режиме «клиентов». Последнее широко используется в различного рода обучающих системах. Достоинствами одноранговых ЛВС являются также: относительная простота их установки и эксплуатации, умеренная стоимость, возможность развития (например, по числу включенных в них рабочих станций), независимость выполняемых вычислительных и других процессов для каждой включенной в сеть рабочей станции.

Получившие наибольшее распространение иерархические или серверные ЛВС включают следующие основные компоненты -рабочие станции, серверы, сетевые адаптеры, повторители и концентраторы, мосты и коммутаторы, маршрутизаторы, шлюзы, каналы связи, сетевую операционную систему.

1. Рабочая станция - это персональный компьютер, подключенный к вычислительной сети, через который пользователь получает доступ к сетевым ресурсам. Рабочая станция функционирует как в сетевом, так и в локальном режиме и обеспечивает пользователя всем необходимым инструментарием для решения прикладных задач.

2. Сервер - это компьютер, выполняющий функции управления сетевыми ресурсами общего доступа: осуществляет хранение данных, управляет базами данных, выполняет удаленную обработку заданий, обеспечивает печать заданий и др. Выделяют следующие виды серверов:

- универсальный сервер для выполнения определенного набора различных задач в ЛВС, например, для предоставления рабочим станциям доступ к общесетевым ресурсам, распределяющий эти ресурсы и т.д.;

- сервер приложений для выполнения прикладных процессов. С одной стороны, взаимодействует с клиентами, получая задания а с другой - работает с базами данных, выбирая информацию, необходимую для обработки, и т.д.;

- сервер баз данных для создания и управления базами данных. Как правило, является автоматизированным банком данных в ИТ;

- файловый сервер обеспечивает функционирование распределенных ресурсов, включая файлы и программное обеспечение;

- сервер удаленного доступа обеспечивает сотрудникам, работающим вне предприятия (дома, в удаленных филиалах, командировочным), возможность работать с информационными ресурсами сети;

- телефонный сервер для организации локальной сети службы телефонии. Этот сервер выполняет функции речевой почты, автоматического распределения вызовов, учет стоимости телефонных разговоров, интерфейса с внешней телефонной сетью. Наряду с телефонией сервер также может передавать изображения и сообщения факсимильной связи;

- архивационный сервер для резервного копирования и архивирования информации в крупных многосерверных вычислительных сетях. Такой сервер обычно выполняет ежедневное автоматическое архивирование со сжатием информации, поступающей от серверов и рабочих станций;

- коммуникационный сервер для организации связи персональных компьютеров, удаленно расположенных пользовательских устройств - принтеров, плоттеров, кассовых аппаратов и т.д. по каналам вычислительных сетей местного или удаленного доступа;

- терминальный сервер объединяет группу терминалов и упрощает переключения при их перемещении;

- прокси-сервер (proxy-сервер) обеспечивает подключение рабочих станций локальной сети к глобальной сети Internet;

- Web-сервер предназначен для работы с web -ресурсами глобальной сети Internet;

- сервер печати для эффективного использования сетевых принтеров;

- сервер телеконференций имеет систему автоматической обработки видеоизображений и организации видеовзаимодействия в глобальной сети;

- видеосервер снабжает пользователей видеоматериалами, обучающими программами, видеоиграми, обеспечивает электронный маркетинг. Имеет высокую производительность и объемную па мять;

- почтовый сервер для организации функционирования электронной почты;

- сервер защиты данных содержит широкий набор средств обеспечения безопасности данных и, в первую очередь, идентификации паролей и т.д.

Для повышения производительности, надежности, отказоустойчивости технических решений в информационных технологиях практикуется объединение серверов в группы (домены), которые работают под управлением сетевой операционной системы. При этом ресурсы и нагрузки распределяются между серверами, что увеличивает эффективность функционирования локальной вычислительной сети.

Группирование серверов в домены дает два важных преимущества сетевым администраторам и специалистам предприятия. Наиболее важное - серверы домена формируют единый административный блок, совместно использующий службу безопасности и информацию учетных записей пользователей (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Организация домена в ЛВС

Каждый домен имеет одну базу данных, содержащую учетные записи специалиста и групп пользователей, а также установочные параметры политики безопасности. Все серверы домена функционируют либо как первичный контроллер домена, либо как резервный контроллер домена, содержащий копию этой базы данных.

Контроллер - специализированный процессор, предназначенный для управления внешними устройствами, и, таким образом, освобождения центрального процессора от выполнения этих функций.

Это означает, что администраторам нужно управлять только одной учетной записью для каждого специалиста, который должен использовать пароль только одной учетной записи.

Второе преимущество доменов сделано для удобства пользователей. Когда пользователи просматривают сеть в поисках доступных ресурсов, они видят сеть, сгруппированную в домены, а не разбросанные по всей сети серверы.

3. Сетевой адаптер (сетевая карта) представляет собой устройство сопряжения для подключения персональных компьютеров к сети. Он относится к периферийным устройствам ПК, непосредственно взаимодействующим со средой передачи данных, которая прямо или через другое коммуникационное оборудование связывает его с другими компьютерами.

Сетевые адаптеры вместе с сетевым программным обеспечением способны распознавать и обрабатывать ошибки, которые могут возникнуть из-за электрических помех, коллизий или плохой работы оборудования.

4. Повторители и концентраторы. Основная функция повторителя (repeater), как это следует из его названия, - повторение сигналов, поступающих на его порт. Повторитель улучшает электрические ха­рактеристики сигналов и их синхронность, и за счет этого появляется возможность увеличивать общую длину кабеля между самыми удаленными в сети узлами.

Многопортовый повторитель часто называют концентратором (concentrator) или хабом (hub), что отражает тот факт, что данное устройство реализует не только функцию повторения сигналов, но и концентрирует в одном центральном устройстве функции объединения компьютеров в сеть. Практически во всех современных сетевых стандартах концентратор является необходимым элементом сети, соединяющим отдельные компьютеры в сеть.

Концентратор может выполнять следующие дополнительные функции:

Объединение сегментов сети с различными физическими средами в единый логический сегмент;

Автосегментация портов - автоматическое отключение порта при его некорректном поведении (повреждение кабеля, интенсивная генерация пакетов ошибочной длины и т.п.);

Поддержка между концентраторами резервных связей, которые используются при отказе основных;

Защита передаваемых по сети данных от несанкционированно доступа (например, путем искажения поля данных в кадрах повторяемых на портах, не содержащих компьютера с адрес назначения) и др.

5. Мосты и коммутаторы делят общую среду передачи данных на логические сегменты.

Логический сегмент образуется путем объединения нескольких физических сегментов (отрезков кабеля) с помощью одного или нескольких концентраторов. Каждый логический сегмент подключается к отдельному порту моста или коммутатора, который является многопортовым и многопроцессорным мостом, обрабатывающие кадры со скоростью, значительно превышающей скорость работы моста.

При поступлении кадра на какой-либо из портов мост или коммутатор повторяет этот кадр, но не на всех портах, как это делает концентратор, а только на том порту, к которому подключен сегмент, содержащий компьютер-адресат.

Основное отличие мостов и коммутаторов состоит в том, что мост обрабатывает кадры последовательно (один за другим), а коммутатор - параллельно (одновременно между всеми парами своих портов).

6. Маршрутизатор представляет собой ретрансляционную систему, соединяющую две коммуникационные сети либо их части. Маршрутизатор обменивается информацией об изменениях структуры сетей, трафике и их состоянии. Благодаря этому, выбирается оптимальный маршрут следования блока данных в разных вычислительных сетях от абонентской системы-отправителя к системе-получателю. Маршрутизаторы обеспечивают также соединение административно независимых коммуникационных сетей.

7. Шлюз является наиболее сложной ретрансляционной системой, обеспечивающей взаимодействие сетей с различными наборами протоколов всех семи уровней модели открытых систем.

Шлюзы оперируют на верхних уровнях модели OSI (сеансовом, представительском и прикладном) и представляют наиболее развитый метод подсоединения сетевых сегментов и компьютерных сетей. Необходимость в сетевых шлюзах возникает при объединении двух систем, имеющих различную архитектуру, так как в этом случае требуется полностью переводить весь поток данных, проходящих между двумя системами.

В качестве шлюза обычно используется выделенный персональный компьютер, на котором функционирует программное обеспечение шлюза и производятся преобразования, позволяющие взаимодействовать нескольким системам в сети.

8. Каналы связи позволяют быстро и надежно передавать информацию между различными устройствами локальной вычислительной сети.

Выделяют следующие виды каналов связи, представленные на рис. 4.2.

Рис. 4.2. Каналы связи, используемые в ЛВС

Кабельные технологии организации каналов связи .

Витая пара состоит из 8 изолированных проводов, свитых по два между собой. Скручивание проводов уменьшает влияние внешних электромагнитных полей на передаваемые сигналы. Витые пары имеют различные характеристики, определяемые размерами, изоляцией и шагом скручивания. Невысокая стоимость и небольшая масса этого вида передающей среды делает ее достаточно популярной для ЛВС. Основные недостатки витой пары - плохая помехозащищенность, низкая скорость передачи информации, простота несанкционированного подключения, ограничения на количество станций в сети. Технологические усовершенствования позволяют повысить скорость передачи и помехозащищенность (экранированная витая пара), но при этом возрастает стоимость этого типа передающей среды.

Коаксиальный кабель представляет собой многожильный кабель с хорошей изоляцией. По сравнению с витой парой он обладает высокой механической прочностью, помехозащищенностью и более высокой скоростью передачи информации. Для промышленного использования выпускаются два типа коаксиальных кабелей: толстый и тонкий. Толстый кабель более прочен и передает сигналы нужной амплитуды на большее расстояние, чем тонкий. В то же время тонкий кабель значительно дешевле.

Оптоволоконный кабель состоит из световодов, выполненных из высококачественного стеклянного (пластикового) волокна диаметром несколько микрон, окруженного твердым заполнителем и сверу защищенного специальной оболочкой. Имеет высокую скорость передачи информации, не подвержен действию электромагнитных полей, полностью пожаро- и взрывобезопасен, не имеет излучения Последнее свойство позволяет использовать его в сетях, требующих повышенной секретности информации. По сравнению с предыдущими типами передающей среды он имеет следующие недостатки - высокая стоимость, сложность технологии сращивания кабеля, необходимость иметь дополнительное оборудование (модемы) для преобразования световых сигналов в электрические и т.д.

Беспроводные технологии организации каналов связи

Радиосреда в ЛВС в настоящее время получает широкое распространение за счет внедрения так называемой технологии беспроводных сетей Wi-Fi, Bluetooth, WiMAX. Главное достоинство радиоканала - отсутствие кабеля, за счет чего возможно обслуживать мобильные рабочие станции.

Передача данных в микроволновом диапазоне использует высокие частоты и применяется как на коротких, так и на больших расстояниях. Главное ограничение заключается в том, чтобы передатчик и приемник были в зоне прямой видимости. Применяются в местах, где использование проводных технологий затруднено.

Лазерная передача осуществляется при помощи узкого пучка света, генерируемого лазером. Система работает на более высоких частотах, чем микроволновая передача, и является более узконаправленной. В качестве излучателей используют лазеры, а в качестве приемников - фотодиоды. Лазерная передача сильно зависит от атмосферных явлений и работает на коротких расстояниях в условиях прямой видимости.

Инфракрасные технологии функционируют на очень высоких частотах, приближающихся к частотам видимого света. Они могут быть использованы для установления двусторонней или широковещательной передачи на близких расстояниях. При инфракрасной связи обычно используют светодиоды для передачи инфракрасных волн приемнику. Инфракрасная передача ограничена малым расстоянием в прямой зоне видимости.

9. Сетевая операционная система (СОС) наряду с аппаратной частью играет важную роль в организации локальной вычислительной сети.

Сетевая операционная система необходима для управления потоками сообщений между рабочими станциями и сервером. Она предоставляет разнообразные виды сетевых служб и поддерживает работу прикладных процессов, реализуемых в сетях.

Одной из характеристик ЛВС является топология (или архитектура вычеслительной сети, под которой понимается схема (архитектура) сети, отображающая физическое расположение узлов и соединений между ними.

Чаше всего в ЛВС используется одна из трех топологий: шинная, кольцевая, звездообразная.

Большинство других топологий являются производными от перечисленных. К ним относятся: древовидная, иерархическая, полносвязная, гибридная. Топология усредняет схему соединений рабочих станций. Так, например, и эллипс, и замкнутая линия относятся к кольцевой топологии, а незамкнутая ломаная линия - к шинной.

Шинная топология основана на использовании кабеля, к которому подключены рабочие станции. Кабель шины зачастую прокладывается в фальшпотолках здания. Для повышения надежности вместе с основным кабелем прокладывают и запасной, на который переключаются станции в случае неисправности основного (рис. 4.3, а).

Кольцевая топология характеризуется тем, что рабочие станции последовательно соединяются друг с другом, образуя замкнутую линию. Выход одного узла сети соединяется со входом другого (рис. 4.3, б).

Звездообразная топология основывается на концепции центрального узла (сервера или пассивного соединителя), к которому подключаются рабочие станции сети (рис. 4.3, в).

Древовидная топология представляет собой более развитый вариант шинной топологии. Дерево образуют путем соединения нескольких шин. Ее используют, чтобы соединить сетью несколько этажей в здании или несколько зданий, расположенных на одной территории (рис. 4.3, г).

Полносвязная топология является наиболее сложной и дорогой. Она характеризуется тем, что каждый узел сети связан со всеми другими рабочими станциями. Эта топология применяется достаточно редко, в основном там, где требуется высокая надежность и скорость передачи информации (рис. 4.3, д).

На практике чаще встречаются гибридные топологии ЛВС, которые приспособлены к требованиям конкретного заказчика и сочетают фрагменты шинной, звездообразной или других топологий Рис.4.3,е).

Рис. 4.3. Схемы построения топологических структур ЛВС

Одним из важнейших вопросов, решаемых при организации ЛВС, является не только выбор топологии сети и способа соединения персональных компьютеров в единый вычислительный комплекс, но и организация метода доступа к информации в ЛВС, под которым понимается набор правил, определяющий использование канала передачи данных, соединяющего узлы сети.

По способу получения доступа к среде передачи методы доступа можно разделить на два класса - детерминированные и недетерминированные.

Детерминированный метод доступа. Среда передачи распределяется между узлами сети с помощью механизма управления, который обеспечивает некоторый интервал времени для передачи данных каждому узлу.

Наиболее распространенным детерминированным методом доступа является метод передачи права, который характеризуется передачей по сети с кольцевой логической топологией служебного сообщения - маркера. Получение узлом сети маркера предоставляет ему право на доступ к среде передачи данных. При наличии нуждающихся в передаче данных выполняется их доставка адресату, после чего маркер передается следующему по очереди устройству. На время прохождения данных маркер в сети отсутствует, остальные станции не имеют возможности передачи, таким образом появляется возможность избежать коллизии. При отсутствии информации, нуждающейся в отправке, маркер сразу переходит к следующему узлу сети. Для обработки возможных ошибок, в результате которых маркер может быть утерян, существует механизм его регенерации. К детерминированным методам доступа относятся методы доступа Arcnet и Token Ring.

Коллизия (collision) - искажение передаваемых данных в ЛВС, которое появляется при попытке одновременной передачи несколькими сетевыми устройствами.

Метод доступа Arcnet (Attached resource computer Network) был разработан Datapoint Corporation в 1977 г. Используется в основном в ЛВС, имеющей центральный узел (компьютер или пассивный соединитель), к которому через концентратор подключены все ПК сети, при этом организуется логическое кольцо, по которому передается маркер. Устройство, получившее маркер, имеет право на передачу порции данных в канал. Принимает данные то устройство, чей адрес указан в блоке данных. Каждому подключенному устройству присваивается номер. Последовательность обхода маркера определяется номерами устройств.

Метод доступа Token Ring был запатентован фирмой IBM в 1981 г. и основан на передаче маркера по физическому кольцу. Рабочая станция, владеющая маркером, имеет право передать по определенному конечному адресу информацию, при этом передаваемый блок данных добавляется (цепляется) к маркеру. Маркер последовательно передается от одной станции к другой. Передаваемый блок данных принимает то устройство, которому он адресован. После принятия данных, устройство делает пометку о приеме и отправляет с маркером дальше по кольцу. Узел сети, который передавал данные, получив пометку о приеме, удаляет блок данных из кольца. Достоинством технологии Token Ring является большая устойчивость к высоким нагрузкам на канал, относительно стабильное время доступа к каналу, недостатком - повышенная сложность и стоимость.

Развитием технологии Token Ring применительно к оптоволоконному кольцу является технология FDDI (Fiber Distributed Interface - распределенный волоконный интерфейс данных), которая строится на основе двух оптоволоконных кабелей, образующих основной и резервный (первичное и вторичное кольцо) пути передачи данных между узлами сети, как правило, кольцевой топологии.

Именно наличие двух колец стало основным способом повышения отказоустойчивости в сети FDDL. Узлы, которые хотят воспользоваться этим повышенным потенциалом надежности, должны быть подключены к обоим кольцам. В нормальном режиме работы сети данные проходят через все узлы и все участки кабеля только первичного кольца, а вторичное кольцо в этом режиме не используется. В случае какого-либо вида отказа, когда часть первичного кольца не может передавать данные (например, обрыв кабеля или отказ узла), первичное кольцо объединяется со вторичным, вновь образуя единое кольцо.

Для упрощения этой процедуры данные по первичному кольцу всегда передаются в одном направлении, а по вторичному - в обратном. Поэтому при образовании общего кольца из двух колец передатчики станций по-прежнему остаются подключенными к приемникам соседних станций, что позволяет правильно передавать и принимать информацию соседними рабочими станциями ЛВС.

Недетерминированный (случайный) метод доступа . Узел сети пытается получить доступ к среде передачи только в тот момент времени, когда это необходимо. Если среда занята, то узел повторяет попытку доступа до тех пор, пока очередная попытка не окажется успешной.

Наиболее распространенным недетерминированным методом доступа является множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection 4 CSMA/CD). Этот метод основан на контроле несущей в линии передачи данных и устранении конфликтов, возникающих из-за попыток одновременного начала передачи двумя или более станциями, путем повторения попыток захвата линии через случайный отрезок времени. К недетерминированному методу доступа относится метод доступа Ethernet.

Метод доступа Ethernet является самым распространенным в ЛВС. Свое название он получил от первой ЛВС, разработанной фирмой Xerox в 1972 г. Впоследствии вокруг проекта Ethernet объединились фирмы DEC, Intel и Xerox. В 1982 г. эта сеть была принята в качестве стандарта.

Метод доступа Ethernet использует магистральный высокоскоростной моноканал, организованный в виде общей шины. Каждая станция, имеющая данные для передачи, отслеживает состояние канала (прослушивает канал). Если канал свободен, станция передает блок данных в канал. Если одновременно две станции начали передачу данных, происходит столкновение передач (конфликт, коллизия). В этом случае через случайный интервал времени происходит попытка новой передачи данных каждым из узлов сети. Ethernet может использоваться в сетях с шинной или звездообразной топологией. Во втором случае общая шина реализуется внутри концентратора. Обычная скорость передачи 10 и 100 Мбит/с.

В настоящее время в больших локальных вычислительных сетях для оптимизации доступа к информации используется технология виртуализации (виртуальный - мнимый), на основе которой организуются виртуальные локальные вычислительные сети.

Виртуальная ЛВС (Virtual LAN ) - логическое объединение узлов большой локальной вычислительной сети, которые могут принадлежать к ее различным физическим сегментам, подключенным к разным концентраторам.

Виртуальные ЛВС полностью ликвидируют физические барьеры на пути формирования рабочих групп специалистов в масштабе сети более высокого уровня, но особенно это актуально в масштабе корпоративной вычислительной сети (КВС), поскольку реализуется возможность объединения физически рассредоточенных сотрудников компании в группы пользователей с сохранением целостности связи внутри их групп. При этом обеспечивается высокая организационная гибкость в управлении предприятиями и организациями. Технология виртуальных ЛВС позволяет сетевым администраторам группировать разных пользователей КВС, совместно использующих одни и те же сетевые ресурсы. Разбиение КВС на логические сегменты, каждый из которых представляет собой виртуальную ЛВС, предоставляет существенные преимущества в администрировании сети, обеспечении безопасности информации, в управлении широковещательными передачами из виртуальной сети по магистрали корпоративной сети.

Виртуальная ЛВС создается при помощи коммутирующих концентраторов или маршрутизаторов. Специальное программное обеспечение системы управления позволяет разделить сеть на несколько логических частей (виртуальных сегментов). Администратор сети может по своему усмотрению создавать виртуальные сегменты, добавлять в них или удалять отдельные узлы. Данные, предназначенные для конкретных узлов виртуальной сети, благодаря коммутации пакетов передаются только в рамках заданного логического сегмента. Этим предотвращаются перегрузки в локальных вычислительных сетях и обеспечивается повышение их безопасности.

Технология виртуальных ЛВС позволяет упростить процесс создания независимых сетей, которые затем должны связываться с помощью протоколов сетевого уровня.

При использовании технологии виртуальных сетей в комутатоpax одновременно решаются две задачи:

1. Повышение производительности в каждой из виртуальных сетей, так как коммутатор передает кадры в такой сети только узлу назначения.

2. Изоляция сетей друг от друга для управления правами доступа пользователей и создания защитных барьеров.

Метод создания виртуальных ЛВС используется в сетях типа Ethernet. Принцип логического объединения узлов разнородных сетей (в том числе Token Ring и др.) в виртуальные сегменты используется также в распределенных и глобальных сетях.

Кроме традиционных проводных ЛВС в настоящее время широкое распространение получила технология беспроводных сетей - WI-FI (от Wireless Fidelity - высокая точность беспроводной передачи данных) - это современная беспроводная технология соединения компьютеров в локальную сеть и подключения их к Internet. Под аббревиатурой Wi-Fi в настоящее время развивается целое семейство стандартов передачи цифровых потоков данных по радиоканалам.

Основными элементами сетей Wi-Fi являются:

- Wi-Fi-adanmep - служит для подключения компьютера пользователя к беспроводной сети и выполняет ту же функцию, что и сетевая карта в проводной сети;

- точка доступа представляет собой автономный модуль со встроенным микрокомпьютером и приемно-передающим устройством. Через точку доступа осуществляется взаимодействие и обмен информацией между беспроводными адаптерами, а также связь с проводным сегментом сети;

- зона обслуживания (Service Set - SS ) - это логически сгруппированные устройства, обеспечивающие подключение к беспроводной сети;

- базовая зона обслуживания (Basic Service Set - BSS) - это группа станций, которые связываются друг с другом по беспроводной связи.

Технология Wi-Fi использует метод множественного доступа с контролем несущей и предотвращением коллизий {Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance - CSMA/CA). Вместо прямого распознавания коллизий по методу CSMA/CD здесь используется их косвенное выявление. Для этого каждый переданный кадр должен подтверждаться кадром приема, посылаемым станцией назначения. Если же по истечении оговоренного тайм-аута кадр приема не поступает, станция-отправитель считает, что произошла коллизия.

Беспроводные сети Wi-Fi поддерживают несколько различных режимов работы, реализуемых для конкретных целей.

Режим Ad Нос («точка-точка») характеризуется тем, что клиенты устанавливают связь непосредственно друг с другом через Wi-Fi~ адаптер. Таким образом организуется одноранговая сеть, в которой компьютеры взаимодействуют напрямую без применения точек доступа. При этом создается только одна зона обслуживания, не имеющая интерфейса для подключения к проводной локальной сети. Режим Ad Hoc позволяет устанавливать соединение на скорости не более 11 Мбит/с, независимо от используемого оборудования. Дальность связи составляет не более ста метров, а скорость передачи данных быстро падает с увеличением расстояния (рис. 4.4. а).

Рис. 4.4. Основные режимы работы беспроводной сети Wi-Fi

Инфраструктурный режим характеризуется тем, что связь ПК обеспечивается через точку доступа. Точку доступа в этом случае можно рассматривать как беспроводной коммутатор. Клиентские станции не связываются непосредственно одна с другой, а связываются с точкой доступа, и она уже направляет пакеты адресатам. Точка доступа, как правило, имеет порт Ethernet, через который базовая зона обслуживания подключается к проводной или смешанной сети, т.е. к сетевой инфраструктуре (рис. 4.4, б).

Режим распределенной беспроводной системы WDS (Wireless Distribution System) позволяет организовать мостовую связь между точками доступа и подключить клиентские ПК, при этом каждая точка может соединяться с несколькими другими точками. Подключение клиентов может осуществляться как по проводной сети через uplink -порты точек, так и по принципу инфраструктурного режима беспроводного доступа.

Uplink-порт - это порт, который предназначен для подключения к другим коммутаторам, но может и использоваться как обычный порт для подключения оконечного оборудования .

Данная технология поддерживается большинством современных точек доступа (рис. 4.4, в).

Дальнейшим развитием беспроводной связи стала технология WiMAX, основанная на стандарте IEEE 802.16 (Institute Electrical and Electronics Engineers - Институт инженеров по электротехнике и paдиоэлектронике ИИЭР США), который разработан на электронную технику, включая компьютерные сети и их элементы.

WiMAX (англ. Worldwide Interoperability for Microwave Access) - телекоммуникационная технология, разработанная с целью предоставления универсальной беспроводной связи на больших расстояниях для широкого спектра устройств (от рабочих станций и портативных компьютеров до мобильных телефонов).

Название «WiMAX» было создано WiMAXForum - организацией, которая была основана в июне 2001 г. с целью продвижения и развития технологии WiMAX, предоставляющей высокоскоростной беспроводной доступ к сети, альтернативный выделенным линиям и DSL (англ. Digital Subscriber Line - цифровая абонентская линия).

WiMAX подходит для решения следующих задач:

Соединение точек доступа Wi-Fi друг с другом и другими сегментами Internet;

Обеспечение беспроводного широкополосного доступа как альтернативы выделенным линиям и DSL;

Предоставление высокоскоростных сервисов передачи данных и телекоммуникационных услуг;

Создание точек доступа, не привязанных к географическому положению.

WiMAX позволяет осуществлять доступ в Internet на высоких скоростях, с гораздо большим покрытием, чем у Wi-Fi-сетей. Это позволяет использовать технологию в качестве «магистральных каналов», продолжением которых выступают традиционные DSL и выделенные линии, а также локальные сети. В результате подобный подход позволяет создавать маштабируемые высокоскоростные сети в рамках целых городов (рис. 4.5).

Рис. 4.5. Вариант организации технологии WiMAX

Основное различие двух технологий состоит в том, что Фиксированный WiMAX позволяет обслуживать только «статичных» абонентов, а мобильный ориентирован на работу с пользователями, передвигающимися со скоростью до 120 км/ч. Мобильность означает наличие функций роуминга и «бесшовного» переключения между базовыми станциями при передвижении абонента (как происходит в сетях сотовой связи). В частном случае мобильный WiMAX может применяться и для обслуживания фиксированных пользователей.

Построение сети

Существует множество способов классификации сетей. Основным критерием классификации принято считать способ администрирования. То есть в зависимости от того, как организована сеть и как она управляется, её можно отнести к локальной, распределённой, городской или глобальной сети. Управляет сетью или её сегментом сетевой администратор . В случае сложных сетей их права и обязанности строго распределены, ведётся документация и журналирование действий команды администраторов.

Иногда в локальной сети организуются рабочие группы - формальное объединение нескольких компьютеров в группу с единым названием.

• 10.0.0.0-10.255.255.255;
• 172.16.0.0-172.31.255.255;
• 192.168.0.0-192.168.255.255.

Конфликт IP адресов - распространённая ситуация в локальной сети, при которой в одной IP-подсети оказываются два или более компьютеров с одинаковыми IP-адресами. Для предотвращения таких ситуаций и облегчения работы сетевых администраторов применяется протокол DHCP , позволяющий компьютерам автоматически получать IP-адрес и другие параметры, необходимые для работы в сети TCP/IP.

LAN и VPN

Связь с удалённой локальной сетью, подключенной к глобальной сети, из дома/командировки/удалённого офиса часто реализуется через VPN . При этом устанавливается VPN-подключение к пограничному маршрутизатору.

Особенно популярен следующий способ организации удалённого доступа к локальной сети:

1. Обеспечивается подключение снаружи к маршрутизатору, например по протоколу PPPoE , PPTP или L2TP (PPTP+IPSec).
2. Так как в этих протоколах используется PPP , то существует возможность назначить абоненту IP-адрес. Назначается свободный (не занятый) IP-адрес из локальной сети.
3. Маршрутизатор (VPN, Dial-in сервер) добавляет proxyarp - запись на локальной сетевой карте для IP-адреса, который он выдал VPN-клиенту. После этого, если локальные компьютеры попытаются обратиться напрямую к выданному адресу, то они после ARP -запроса получат MAC-адрес локальной сетевой карты сервера и трафик пойдёт на сервер, а потом и в VPN-туннель.

См. также

Литература

• Новиков Ю. В., Кондратенко С. В. Основы локальных сетей. Курс лекций . - М .: Интернет-университет информационных технологий, 2005. - ISBN 5-9556-0032-9
• Самойленко В.В. Локальные сети. Полное руководство . - К. , 2002. - ISBN 966-7140-28-8
• Локальные вычислительные сети: Справочник. В 3-х кн / Под.ред. С.В.Назарова. - М .: Финансы и статистика, 1994. - Т. Кн.1. Принципы построения, архитектура, коммуникационные средства. - 208 с. - 10 000 экз. - ISBN 5-279-01171-1

Ссылки

• Передача данных в каталоге ссылок Open Directory Project (dmoz).

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Локальная вычислительная сеть" в других словарях:

локальная вычислительная сеть - ЛВС Вычислительная сеть, охватывающая небольшую территорию и использующая ориентированные на эту территорию средства и методы передачи данных. Примечание Под небольшой территорией понимают здание, предприятие, учреждение [ГОСТ 24402 88] [ГОСТ… …

Локальная вычислительная сеть - соединяет две или более ЭВМ (возможно, разного типа), а также принтеры, сканеры, системы сигнализации (охранной, пожарной) и другое производственное оборудование или периферийные устройства, расположенные в пределах одного или нескольких соседних … Официальная терминология

Локальная вычислительная сеть - 15 Локальная вычислительная сеть Вычислительная сеть, охватывающая небольшую территорию и использующая ориентированные на эту территорию средства и методы передачи данных (ГОСТ 24402 88). Примечание Под небольшой территорией понимают здание,… …

Локальная вычислительная сеть - система электронно вычислительных машин, охватывающая небольшую территорию и использующая ориентированные на эту территорию средства и методы обмена данными между ЭВМ … Краткий толковый словарь по полиграфии

Локальная вычислительная сеть (ЛВС) - совокупность основных технических средств и систем, осуществляющих обмен информацией между собой и с другими информационными системами, в том числе с ЛВС, через определенные точки входа/выхода информации, которые являются границей ЛВС. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

локальная вычислительная сеть основной полосы частот - Локальная вычислительная сеть, в которой данные кодируются и передаются без модуляции несущей. [ГОСТ 29099 91] Тематики сети вычислительные EN baseband LAN … Справочник технического переводчика

локальная вычислительная сеть с бесконфликтным множественным доступом - — [Л.Г.Суменко. Англо русский словарь по информационным технологиям. М.: ГП ЦНИИС, 2003.] Тематики информационные технологии в целом EN collision freelocal area network LAN … Справочник технического переводчика

Локальная вычислительная сеть основной полосы частот - 1. Локальная вычислительная сеть, в которой данные кодируются и передаются без модуляции несущей Употребляется в документе: ГОСТ 29099 91 Сети вычислительные локальные. Термины и определения … Телекоммуникационный словарь

корпоративная локальная вычислительная сеть, - 01.04.33 корпоративная локальная вычислительная сеть, корпоративная ЛВС : Вычислительная сеть, поддерживаемая пользователем, такая как Ethernet или беспроводная локальная вычислительная сеть. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

двухкабельная широкополосная локальная вычислительная сеть - Широкополосная локальная вычислительная сеть, которая использует отдельные кабели для прямого и обратного каналов. [ГОСТ 29099 91] Тематики сети вычислительные Обобщающие термины шинная сеть с маркерным доступом EN two cable broadband LAN … Справочник технического переводчика