Локальные сети компьютеров

Локальные сети (ЛС) представляют собой разновидность сетей, объединяющих группу ПК или связывающих их с более мощным компьютером, выполняющим роль сетевого сервера.

Сетевой сервер обладает достаточно высоким быстродействием и большим объемом памяти. При подобной сетевой организации функции рабочих станций сводятся к вводу-выводу информации и обмену ею с сетевым сервером. Все ПК в локальной сети могут использовать специализированные приложения, хранящиеся на сетевом сервере, и работать с общими устройствами: принтерами, факсами и другой периферией. Каждый ПК в локальной сети называется рабочей станцией или сетевым узлом.

В зависимости от способа организации обработки данных и взаимодействия пользователей, который поддерживается конкретной сетевой операционной системой, выделяют два типа информационных сетей:

  иерархические сети;

  сети клиент/сервер.

По организации взаимодействия, в свою очередь, принято выделять два типа систем, использующих модель «клиент — сервер»:

  равноправная (одноранговая) сеть;

  сеть с выделенным сервером (с централизованным управлением).

Поскольку основное назначение локально вычислительных сетей (ЛВС) — в распределении ресурсов ЭВМ, ЛВС должна иметь надежную и быструю систему передачи данных, стоимость которой должна быть меньше по сравнению со стоимостью подключаемых рабочих станций. Иными словами, стоимость передаваемой единицы информации должна быть значительно ниже стоимости обработки информации в рабочих станциях.

Исходя из этого ЛВС, как система распределенных ресурсов, должна основываться на следующих принципах:

Любая компьютерная сеть характеризуется топологией и протоколами, интерфейсами, сетевыми техническими и программными средствами.

Не вдаваясь подробно в терминологические тонкости, будем называть сетью группу компьютеров, соединенных между собой при помощи специальной аппаратуры, обеспечивающей обмен данными между любыми компьютерами данной группы.

Компьютеры могут соединяться друг с другом непосредственно (двухточечное соединение) либо через промежуточные узлы связи ( коммутации).

Компьютер, подключенный к сети, мы будем называть рабочей станцией. Обычно на рабочей станции работает человек. Однако в сети могут быть компьютеры, на которых никто не работает. Более того, к ним даже не подключены видеомонитор и клавиатура! Такие компьютеры используются как управляющие центры в сети и как концентраторы данных, обычно их называют серверами.

Если компьютеры расположены недалеко друг от друга и соединяются в сеть при помощи высокоскоростных сетевых адаптеров (со скоростью передачи данных порядка 1-10 Мбит в секунду), то такие сети мы будем называть локальными. При этом компьютеры обычно располагаются в пределах одной комнаты, одного здания или в нескольких близко расположенных зданиях. В локальных сетях применяются высокоскоростные цифровые каналы связи.

Если вам требуется объединить компьютеры или локальные сети, расположенные на значительном удалении друг от друга (в разных районах города, в разных городах или на разных континентах), для связи компьютеров используются модемы и дальние линии связи. Соответственно, применяются относительно низкоскоростные модемы и аналоговые линии связи. В этом случае говорят о глобальных сетях компьютеров.

В настоящее время создано много глобальных сетей на базе телефонных линий и линий спутниковой связи. Если у вас есть модем, вы можете легко подключиться к такой сети.

Для классификации сетей можно считать, что если организация владеет линией связи (использует для сети выделенный высокоскоростной канал связи), то это локальная сеть.

Если организация арендует низкоскоростные каналы связи (например, арендует телефонные линии), то это глобальная сеть, использующая арендуемые каналы связи.

Топологии локальных сетей компьютеров

Наиболее широко используются топологии "звезда", "общая шина" и "кольцо". На рис. 1 показаны компьютеры, соединенные звездой. В этом случае каждый компьютер через специальный сетевой адаптер подключается отдельным кабелем к объединяющему устройству.

Рис. 2 Топология "звезда"

При необходимости можно объединять вместе несколько сетей с топологией "звезда" , при этом получаются разветвленные конфигурации сети. С точки зрения надежности эта топология не является наилучшим решением, так как выход из строя центрального узла приведет к остановке всей сети. Однако при использовании топологии "звезда" легче найти неисправность в кабельной сети.

Топология "общая шина" предполагает использование одного кабеля, к которому подключаются все компьютеры сети (рис. 2). В случае топологии "общая шина" кабель используется совместно всеми станциями по очереди. Принимаются специальные меры для того, чтобы при работе с общим кабелем компьютеры не мешали друг другу передавать и принимать данные. В топологии "общая шина" все сообщения, посылаемые отдельными компьютерами, принимаются всеми остальными компьютерами, подключенными к сети. Надежность здесь выше, так как выход из строя отдельных компьютеров не нарушит работоспособность сети в целом. Поиск неисправностей в кабеле затруднен. Кроме того, так как используется только один кабель, в случае обрыва нарушается работа всей сети.

Рис. 2 Топология "общая шина"

Используется также топология "кольцо" (рис. 3). В этом случае данные передаются от одного компьютера к другому как бы по эстафете. Если компьютер получает данные, предназначенные для другого компьютера, он передает их дальше по кольцу. Если данные предназначены для получившего их компьютера, они дальше не передаются.

Рис. 3 Топология "кольцо""

Ваша локальная сеть может использовать одну из перечисленных выше топологий. Это зависит от количества объединяемых компьютеров, их взаимного расположения и других условий. Можно также объединить несколько локальных сетей, выполненных с использованием разных топологий, в единую локальную сеть. Может, например, получится древовидная топология. На выбор топологии сети влияет множество факторов.

Семиуровневая сетевая архитектура

Для стандартизации сетей Международная организация стандартов OSI предложила семиуровневую сетевую архитектуру. К сожалению, конкретные реализации сетей не используют все уровни международного стандарта. Однако этот стандарт представляет для нас некоторый интерес, так как дает общее представление о взаимодействии отдельных подсистем сети. Поэтому мы очень кратко расскажем о нем. Более подробные сведения о стандартах сетей приведены в разделе "Понятие сетевой модели. Сетевая модель OSI. Другие сетевые модели", которая находится во второй главе электронного учебника "Компьютерные сети".

Семиуровневая сетевая архитектура содержит следующие уровни:

  Уровень приложений (Application Layer);

  Уровень представления (Presentation Layer);

  Сеансовый уровень (Session Layer);

  Транспортный уровень (Transport Layer);

  Сетевой уровень (Network Layer);

  Уровень управления линией передачи данных (Data Link) );

  Физический уровень (Physical Layer).

Основные элементы локальной сети

К основным элементам локальной сети отнесем аппаратное беспечение. В зависимости от топологии сети состав сетевого оборудования может меняться. Для функционирования локальной сети необходимо иметь:

  сетевой адаптер для подключения компьютера к кабелю;

  разъемы;

  сам кабель;

  устройства для объединения компьютеров.

Рассмотрим аппаратное обеспечение, необходимое для реализации наиболее распространенных методов доступа - Ethernet, Arcnet и Token-Ring.

Аппаратура Ethernet

Аппаратура Ethernet обычно состоит из кабеля, разъемов, T-коннекторов, терминаторов и сетевых адаптеров.

Для Ethernet могут быть использованы кабели разных типов:тонкий коаксиальный кабель, толстый коаксиальный кабель и неэкранированная витая пара. Для каждого типа кабеля используются свои разъемы и свой способ подключения кабеля к сетевому адаптеру.

В зависимости от кабеля меняются такие характеристики сети, как максимальная длина кабеля и максимальное количество рабочих станций, подключаемых к кабелю. Как правило, скорость передачи данных в сети Ethernet достигает 10 Мбит в секунду, что достаточно для многих приложений. Рассмотрим подробно состав аппаратных средств Ethernet для различных типов кабеля.

Толстый коаксиальный кабель

Толстый коаксиальный кабель, используемый Ethernet, имеет диаметр 0,4 дюйма и волновое сопротивление 50 Ом. Иногда этот кабель называют "желтым кабелем". Это самый дорогостоящий из рассматриваемых нами кабелей. Институт IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers - Институт инженеров по электротехнике и электронике) определил спецификацию на этот кабель - 10BASE5. На рис. 4 схематически изображена локальная сеть на основе толстого коаксиального кабеля.

Рис. 4 Ethernet на толстом коаксиальном кабеле

Здесь приведена конфигурация сети, состоящей из двух сегментов, разделенных репитером. В каждом сегменте находятся три рабочие станции. Каждая рабочая станция через сетевой адаптер специальным многожильным трансиверным кабелем подключается к устройству, называемому трансивером.

К сожалению, длина одного сегмента ограничена и для толстого кабеля не может превышать 500 метров. Если общая длина сети больше 500 метров, ее необходимо разбить на сегменты, соединенные друг с другом через специальное устройство - репитер.

На рисунке 4 изображены два сегмента, соединенные репитером. При этом общая длина сети может достигать одного километра. Между собой трансиверы соединяются отрезками толстого коаксиального кабеля с припаянными к их концам коаксиальными разъемами. На концах сегмента подключены специальные заглушки - терминаторы. Корпус одного из терминаторов должен быть заземлен. В каждом сегменте сети можно заземлять только один терминатор.

Кроме ограничения максимальной длины сегмента, существует ряд других ограничений (см. Таблицу 2).

Таблица 2 Ограничения для Ethernet на толстом кабеле

Максимальная длина сегмента 500 м
Максимальное количество сегментов в сети 5
Максимальная длина сети 2,5 км
Максимальное количество станций, подключенных к одному сегменту (если в сети есть репитеры, они тоже считаются как станции) 100
Минимальное расстояние между точками подключения рабочих станций 2,5 м
Максимальная длина трансиверного кабеля 50 м

Кроме ограничения на длину сегмента существуют ограничения на максимальное количество сегментов в сети (и, как следствие, на максимальную длину сети), на максимальное количество рабочих станций, подключенных к сети и на длину трансиверного кабеля. Однако в большинстве случаев эти ограничения несущественны. Более того, часто возможности толстого кабеля избыточны. Можно сэкономить немало денег, если сделать сеть на основе тонкого кабеля, так как в этом случае не потребуются ни трансиверы, ни трансиверные кабели. Да и тонкий сетевой кабель дешевле толстого.

На рис. 5 показано оборудование, необходимое для сети Ethernet на толстом кабеле.

Рис. 5 Оборудование Ethernet для толстого кабеля

Тонкий коаксиальный кабель

Тонкий коаксиальный кабель, используемый для Ethernet, имеет диаметр 0,2 дюйма и волновое сопротивление 50 Ом. Сеть Ethernet на тонком кабеле существенно проще, чем на толстом (рис. 6).

Рис. 6. Ethernet на тонком коаксиальном кабеле

Сети на тонком кабеле имеют худшие параметры по сравнению с сетями на базе толстого кабеля (табл. 3). Но стоимость сетевого оборудования, необходимого для создания сети на тонком кабеле, существенно меньше.

Таблица 3 Ограничения для Ethernet на тонком кабеле

Максимальная длина сегмента 185 м
Максимальное количество сегментов в сети 5
Максимальная длина сети 925 м
Максимальное количество станций, подключенных к одному сегменту (если в сети есть репитеры, они тоже считаются как станции) 30
Минимальное расстояние между точками подключения рабочих станций 0,5 м

Следует отметить, что некоторые фирмы выпускают адаптеры Ethernet, способные работать при длине сегмента до 300 метров (например, адаптеры фирмы 3COM). Однако такие адаптеры стоят дороже и вся сеть в этом случае должна быть сделана с использованием адаптеров только одного типа. Для того чтобы принять решение о покупке более дорогих адаптеров, сравните дополнительные затраты со стоимостью репитера, который потребуется для получения необходимой общей длины сети.

Как правило, большинство сетей Ethernet создано именно на базе тонкого кабеля. На рис. 7 показано оборудование, необходимое для сети Ethernet на тонком кабеле.

Рис. 7 Оборудование Ethernet для тонкого кабеля

Аппаратура Arcnet

Для организации сети Arcnet вам потребуется специальный сетевой адаптер. Этот адаптер имеет один внешний разъем для подключения коаксиального кабеля. Каждый адаптер Arcnet должен иметь для данной сети свой номер. Этот номер устанавливается переключателями, расположенными на адаптере, и находится в пределах от 0 до 255. Сетевые адаптеры рабочих станций через коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 93 Ом подключаются к специальному устройству - концентратору. Возможно также использование неэкранированной витой пары.

Ограничения для сети Arcnet приведены в табл. 4.

Таблица 4 Ограничения для сети Arcnet

Максимальная длина кабеля, который идет к активному концентратору 300 м
Минимальное расстояние между рабочими станциями, подключенными к одному кабелю 0,9 м
Максимальная длина сети по самому длинному маршруту 6 км
Максимальное расстояние между рабочей станцией и пассивным концентратором 30 м
Максимальное расстояние между активным и пассивным концентраторами 30 м
Максимальное расстояние между двумя активными концентраторами 600 м

Достоинствами сети Arcnet являются низкая стоимость сетевого оборудования (по сравнению с Ethernet) и большая длина сети (до 6 километров). Однако низкая скорость передачи данных, составляющая 2,44 мегабита в секунду, ограничивает применение сети Arcnet.

Аппаратура Token-Ring

Что касается сети Token-Ring, то ее название может ввести вас в заблуждение. Топология этой сети больше похожа на топологию звезды, чем на топологию кольца. Вместо того чтобы, соединяясь друг с другом, образовывать кольцо, рабочие станции Token-Ring подключаются радиально к концентратору, концентраторов может быть несколько, и в этом случае концентраторы действительно объединяются в кольцо через специальные разъемы. Однако если используется только один концентратор, то объединяющие разъемы можно не закольцовывать.

Скорость передачи данных в сети Token-Ring может достигать 4 или 16 Мбит в секунду, однако стоимость сетевого оборудования выше, чем для сети Ethernet. Кроме того, существуют и другие ограничения (см. табл.5).

Таблица 5 Ограничения для сети Token Ring

Максимальное количество рабочих станций в сети 96
Максимальная длина кабеля между двумя концентра- торами-
45 м
Максимальная длина кабеля, соединяющего все концентраторы в сети 120 м

Как видно из этой таблицы, сети Token-Ring не рассчитаны на большие расстояния. Все компьютеры должны быть расположены на одном или двух этажах здания. Более высокая стоимость оборудования по сравнению с Ethernet дополнительно уменьшает привлекательность этого изделия.



Вопросы для самоконтроля

     1. Что собой представляет локальная сеть?

Помощь

     2. Какой компонент сети является рабочей станцией?

Помощь

     3. Какие узлы можно назвать узлами связи?

Помощь

     4. Какие компоненты сети могут выполнять роль управляющих центров?

Помощь

     5. Что такое сервер. Роль сетевого сервера?

Помощь

     6. Что такое каналы связи?

Помощь

     7. Что такое модем?

Помощь

     8. Что такое топология. Какие базовые топологии сетей существуют?

Помощь

     9. Изобразите топологию "звезда".

Помощь

     10. Изобразите топологию "общая шина".

Помощь

     11. Изобразите топологию "кольцо".

Помощь

     12. Особенности топологии "звезда". Достоинства и недостатки?

Помощь

     13. Особенности топологии "общая шина". Достоинства и недостатки?

Помощь

     14. Особенности топологии "кольцо". Достоинства и недостатки?

Помощь

     15. Выделите два типа информационных сетей в зависимости от способа организации обработки данных и взаимодействия пользователей?

Помощь

     16. Выделите два типа систем в зависимости от организации взаимодействия?

Помощь

     17. Каково основное назначение локально - вычислительных сетей?

Помощь

     18. На каких принципах основана локально - вычислительная сеть, как система распределенных ресурсов ?

Помощь

     19. Что собой представляет иерархическая сеть. Достоинства и недостатки?

Помощь

     20. Что собой представляет равноправная сеть. Достоинства и недостатки?

Помощь

     21. Что собой представляет сеть клиент/сервер?

Помощь

     22. Что собой представляет сеть с выделенным сервером. Достоинства и недостатки?

Помощь

     23. Что такое протокол?

Помощь

     24. Какие средства можно выделить как интерфейс. Виды интерфейсов?

Помощь

     25. Что собой представляют сетевые технические средства?

Помощь

     26. Что собой представляют программные средства?

Помощь

     27. Какие устройства могут обеспечить обмен данными между любыми компьютерами сети?

Помощь

     28. Что такое узел коммутации?

Помощь

     29. Что такое концентратор. Типы концентраторов?

Помощь

     30. Что такое маршрутизатор?

Помощь

     31. Что такое сетевой адаптер ?

Помощь

     32. Назовите предпосылки построения модели OSI?

Помощь

     33. Какие уровни содержит семиуровневая эталонная модель OSI?

Помощь

     34. Что такое шлюз?

Помощь

     35. Что такое кадр данных?

Помощь

     36. Аппаратное обеспечение применяемое при методе доступа Ethernet?

Помощь

     37. Аппаратное обеспечение применяемое при методе доступа Arcnet?

Помощь

     38. Аппаратное обеспечение применяемое при методе доступа Token-Ring?

Помощь

     39. Что такое толстый Ethernet?

Помощь

     40. Что такое тонкий Ethernet?

Помощь

     41. Что такое сегмент?

Помощь

     42. Что такое терминатор?

Помощь

     43. Что такое репитор. Функции. Достоинства и недостатки?

Помощь