Локальные вычислительные сети

Локальная ВС ( ЛВС) – это совокупность объединенных на небольшой территории технических средств (компьютеров, кабелей, сетевых адаптеров и др.), работающих под управлением сетевой операционной системы и прикладного программного обеспечения. ЛВС разворачивается в пределах одного помещения, здания или соседних зданий. Назначение ЛВС – коллективное использование ресурсов сети (приложений, данных, принтеров, модема, дисковых накопителей информации и т.д.).

Цели создания ЛВС:

- повышение эффективности управления производственными объектами и использования ЭВМ, качества обрабатываемой информации (за счет снижения затрат, эффективного взаимодействия и планирования);

- реализация безбумажной технологии и СЭД;

- своевременное получение данных;

- стандартизация приложений;

- создание новых ИТ.

ЛВС обеспечивает решение следующих задач коллективной работы с информацией:

1. Разделение файлов. ЛВС позволяет нескольким пользователям одновременно работать с одним файлом, хранящимся на центральном файл-сервере. Например, на предприятии или фирме несколько сотрудников могут одновременно использовать одни и те же руководящие документы.

2. Создание условий для унификации приложений (например, текстового процессора) и поддержки всей сети. То есть на всех ПК в сети выполняются приложения одного и того же типа или версии, что упрощает поддержку всей сети (проще изучить одно приложение, чем освоить сразу несколько) и настраивать ПК одинаковым образом.

2. Передача файлов. ЛВС позволяет быстро и надежно копировать файлы любого размера с одной машины на другую.

3. Доступ к информации и файлам. ЛВС позволяет запускать прикладные программы с любой из рабочих станций, где бы она ни была расположена.

4. Разделение прикладных программ и баз данных. ЛВС позволяет двум пользователям использовать одну и ту же копию программы. Однако при этом они не могут одновременно редактировать один и тот же документ или запись в базе данных.

5. Одновременный ввод данных в прикладные программы. Сетевые прикладные программы позволяют нескольким пользователям одновременно вводить данные, необходимые для работы этих программ. Например, вести записи в базе данных так, что они не будут мешать друг другу. Однако только специальные сетевые версии программ позволяют одновременный ввод информации. Обычные программы позволяют работать с набором файлов только одному пользователю.

6. Разделение принтера или другого устройства. ЛВС позволяет нескольким пользователям на различных РС совместно использовать один или несколько принтеров или других устройств.

7. Реализация программ эл. почты, планировщиков, эл. конференций и т.п. Использование ЛВС в качестве почтовой службы для рассылки сообщений, записок, докладов и т.п. другим пользователям.

По назначению (характеру реализуемых функций) ЛВС разделяют на следующие категории:

- вычислительные, выполняющие расчеты;

- информационные, выполняющие информационное обслуживание пользователей (создание и оформление документов, доставку пользователю директивной, текущей, справочной и другой нужной информации);

- информационно-вычислительные, выполняющие расчетные работы и информационное обслуживание пользователей;

- информационно-поисковые – разновидность информационных ЛВС, специализирующихся на поиске информации в сетевых хранилищах по той или иной тематике;

- информационно-советующие, обрабатывающие текущую организационную, техническую и технологическую информацию и вырабатывающие результирующую информацию для поддержки принятия пользователем правильных решений;

- информационно-управляющие, обрабатывающие текущую техническую и технологическую информацию и вырабатывающие результирующую информацию, на базе которой автоматически формируется управляющее воздействие на управляемую систему.

По количеству подключенных компьютеров ЛВС:

малые или персональные (типа «рабочая группа») – объединяют до 10-15 компьютеров. Предназначены для коллективного использования периферийных устройств и баз данных в одном офисе при решении задач одной функциональной направленности. В этом смысле на предприятиях выделяются, например, ЛВС директора, главного бухгалтера и другие. Такие ЛВС могут иметь выход в международную сеть Internet (прямой или через Службу IT (Центр ИТ)).

средние или групповые (типа «офисные») – насчитывают до 10-50 компьютеров, не связанных с другими сетями. Предоставляют такие возможности, как централизованную печать на сетевом принтере, доступ к многопользовательской БД и общей библиотеке файлов разных типов, усложненные варианты электронной почты, например, обслуживание двух видов почты: внутренней – в режиме «сетевое окружение» и внешней – по сети электронной почты глобальной сети Интернет.

большие или мощные (типа «корпоративные») – объединяют сотни РС, другие локальные сети, крупные электронно-вычислительные системы, удаленных пользователей на малых и больших расстояниях. Например, мощной ЛВС может быть объединенная сеть ЭВМ крупной компании (или университета). Объединение может быть осуществлено Центром ИТ предприятия, который имеет выход во внешние международные сети. Центр ИТ имеет множество ЭВМ (может быть более 100). С Центром с помощью выделенных линий, радиосвязи, модемной связи связаны ЛВС подразделений, отдельные ЭВМ лабораторий, отделов, а также домашние ПК руководителей.

Общее число IP- адресов, выдаваемых ЦНИТ, может достигать нескольких тысяч.

По территориальной расположенности ЛВС: компактно размещенные (все компьютеры расположены в одном помещении) и распределенные (компьютеры размещены в разных помещениях).

По пропускной способности ЛВС:

- ЛВС с малой пропускной способностью (скорости передачи данных до десятка мегабит в секунду); используют тонкий коаксиальный кабель или витую пару;

- ЛВС со средней пропускной способностью (скорости передачи данных – несколько десятков мегабит в секунду); используют толстый коаксиальный кабель, экранированную витую пару, беспроводные технологии, например, стандарта Wi-Fi («wireless fidelity» - «беспроводная безукоризненность»);

- ЛВС с большой пропускной способностью (скорости передачи данных – сотни и тысячи мегабит в секунду); используют волоконно-оптические (оптоволоконные) кабели.

Первые типы ЛВС не соответствовали потребностям крупных рассредоточенных предприятий. Поэтому на основе ЛВС возникли более крупные системы. Если ЛВС развертывается в рамках организации (корпорации, учреждения), то ее называют корпоративной системой (сетью).

ЛВС расширяются и объединяются, образуя глобальные сети (ГВС). Если ЛВС имеет выход в глобальные сети, то она называется о ткрытой.

Топология сети

Топология (структура) ВС – способ соединения абонентов и ЭВМ.

Основные топологии: (шинная) с общей шиной, кольцевая, иерархическая (древовидная), радиальная (звезда) и многосвязная (рис.).

Много топологий возникло из-за того, что разные фирмы приступили к разработке сетей примерно в одно и то же время. Лучшие технические решения были реализованы на практике. Конкретную топологию выбирают с учетом преимуществ и недостатков каждой сети.

Типы структур ВС

1. В топологии ВС с общей шиной (рис.) все компьютеры подключены к единому каналу – сетевому кабелю (общей шине, магистрали) с помощью трансиверов (приемопередатчиков). Точки подключения ПК к шине еще называют узлами сети. На концах шины ставятся терминаторы – устройства, не позволяющие сигналам искажаться и отражаться на концах кабеля. Для расширения сети (соединения двух отрезков кабеля) используют репитер или реже баррел-коннектор (что может искажать сигнал).

Рис. Шинная топология сети

В каждый момент времени только один ПК может вести передачу. Данные в виде эл-х сигналов передаются всем ПК сети; однако информацию принимает только тот, адрес которого зашифрован в сигналах. «Шина» - пассивная топология. Это значит, что ПК только «слушают» передаваемые по сети данные, но не перемещают их от отправителя к получателю. Поэтому, если один ПК выйдет из строя, это не скажется на работе остальных ПК. В активных топологиях компьютеры регенерируют сигналы и передают их по сети (как повторители компьютеров в кольцевой топологии).

Одна из машин может быть использована в качестве системного обслуживающего устройства, которое обеспечивает централизованный доступ к общим ресурсам.

Достоинства топологии: высокая скорость передачи данных; гибкость, простота управления; доступность расширения сети (подключение новых абонентов к сети не сказывается на ее основных характеристиках); невысокая стоимость подключения новых устройств; сохранение работы сети при выходе из строя какого-либо ПК.

Недостатки топологии:

- неустойчивость сети к неисправностям кабеля (при обрыве любого кабеля вся сеть выходит из строя);

- снижение пропускной способности сети при значительных объемах трафика;

- производительность сети зависит от количества подключенных к шине ПК, так как данные в сеть передаются лишь одним ПК. Чем больше ПК, ожидающих передачи данных, тем медленнее сеть.

- при большом количестве компьютеров может возникнуть состояние «коллизии», которое может достигать большого времени вплоть до вывода сети из строя. «Коллизия» - ситуация, при которой несколько компьютеров одновременно начинают передачу данных. Для выхода из коллизии генератор случайных чисел вырабатывает для каждого из передающих компьютеров свою временную задержку в работе. Тот компьютер, который получил меньшую задержку, первым начинает передачу данных в шину.

Общая шина используется для организации персональных сетей и реже групповых. Пример шины – сеть Ethernet на коаксиальном кабеле. Ethernet – наиболее распространенная технология построения ЛВС, стандарт IEEE 802.3.

2. В соединении "звезда" каждая машина подключается отдельным кабелем к центральному устройству – сетевому концентратору (или хабу), которое обеспечивает передачу данных от передающего ПК ко всем остальным (рис.). ("hub" – англ. "центр внимания").

Рис. Звездообразная топология сети

Достоинства: устойчивость к неисправностям кабеля (выход из строя одного ПК не влияет на работоспособность сети – при обрыве кабеля от сети отключается лишь одна машина, остальные сохраняют возможность обмена данными); доступность модификации сети при добавлении новых ПК; обеспечение централизованного контроля и управления.

Недостатки: выход из строя концентратора выводит из строя всю сеть (надежность обеспечивается дублированием аппаратуры центрального узла); усложнение схемы и удорожание сети при добавлении новых ПК, значительное потребление кабеля (к каждому компьютеру следует протягивать отдельный кабель, наличие дополнительного устройства – концентратора).

Типичный пример сети с топологией «звезда» – Ethernet на витой паре. Часто применяются в АСУ учреждений, использующих центральную БД.

3. В топологии «кольцо» компьютеры подключаются к ретрансляционным устройствам – повторителям (репитерам) сигналов, связанным в однонаправленное кольцо. Информация передается только в одном направлении, и все ПК могут участвовать в ее приеме и передаче.

Рис. Кольцевая топология сети

Для реализации схемы необходимы высокоинтеллектуальные сетевые карты, формирующие специальные маркеры, чтобы данные не заблудились в кольцевых маршрутах и прошли от источника к приемнику по кратчайшему пути.

Основные типы кольцевых сетей: маркерное и тактированное кольца.

В маркерном кольце по сети передается специальный управляющий маркер (метка), разрешающий передачу данных из ПК, который "владеет" этим маркером. Если у ПК нет сообщения для передачи, то он пропускает маркер. Если ПК получил маркер и у него есть сообщение для передачи, то он "захватывает" маркер и передает сообще­ние в кольцо. Данные проходят через все повторители, пока не окажутся на том повторителе, к которому подключен ПК с адресом, указанным в данных. Получив подтвержде­ние, передающий ПК создает новый маркер и возвращает его в сеть.

В тактированном кольце по сети непрерывно вращается замкнутая последовательность тактов – кодированных интервалов фиксированной длины. В каждом такте имеется бит-указатель занятости узла. Свободные такты могут заполняться передаваемыми сообщениями по мере необходимости либо за каждым узлом закреплены определенные такты.

Недостатки кольцевых сетей: высокая стоимость оборудования; уязвимость в отказах одинарного кольца: выход из строя всей сети при отказе одного повторителя или при обрыве какого-либо сегмента кабеля (поэтому используют двойные кольца и обходные маршруты); остановка работы сети при изменении ее конфигурации.

Достоинства: равенство компьютеров по доступу к сети и высокая расширяемость; абсолютная устойчивость двойных колец к неисправностям кабельной системы (замыкание кольца на обратный (дублирующий) путь либо переключение на запасное кольцо). Используется не только для локальных, но и для глобальных сетей, где важна устойчивость к обрывам кабелей.

Типичные примеры сети с кольцевой топологией: 1) FDDI (англ. Fiber Distributed Data Interface – волоконно-оптический интерфейс передачи данных) — стандарт передачи данных в ЛВС, протянутой на расстоянии до 200 километров. Сеть FDDI способна поддерживать несколько тысяч пользователей. Стандарт основан на протоколе Token Ring. 2) CDDI (Copper Distributed Data Interface) – медный кабель.

4. Иерархическая ЛВС (конфигурация типа «дерево») – соединение нескольких шин с корневой системой, в которой размещаются самые важные компоненты сети. Обладает необходимой гибкостью; реализуется в сложных системах, насчитывающих десятки и сотни абонентов.

5. Многосвязная топология является наиболее сложной и дорогой, в которой каждый узел связан со всеми другими узлами сети. В ЛВС применяется редко, там, где требуются высокие надежность сети и скорость передачи данных.

6. На практике чаще встречаются гибридные ЛВС, сочетающие (комбинирующие) базовые: "звезда-шина", "звезда-кольцо".

Топология звезда-шина выглядит как объединение с помощью магистральной шины нескольких звездообразных сетей (рис.).

Рис. Топология звезда – шина

В топологии звезда - кольцо несколько звездообразных сетей соединяются своими центральными узлами коммутации в кольцо.