Локальные сети могут быть одноранговыми – в такой сети все узлы (компьютеры) равноправны или с выделенным сервером (в большинстве случаев). Такое распределение функций между компьютерами сети, не зависящее от их расположения и способа подключения, называют логической архитектурой сети
Функции сервера ( от англ. serve – служить), являющегося центральным компьютером сети, может выполнять как специально сконфигурированный для этой цели мощный компьютер, так и обычная "персоналка", на которой установлено серверное программное обеспечение. При этом остальные компьютеры называют рабочими станциями или клиентами сети. Основная задача сервера – управление использованием разделяемых между терминалами сети ресурсов системы.
Схема взаимодействия программ в сети называется архитектурой клиент-сервер. Суть работы программ по этой схеме состоит в том, что сервер по командам клиента выполняет определенные действия, предоставляя клиенту услуги. Например, предоставление услуг в Интернете построено по этой схеме, т.е. оно осуществляется совместной работой двух процессов: на компьютере пользователя и на компьютере-сервере.
Топология (конфигурация) локальной сети – это схема соединения в ней компьютеров. Все варианты топологии основаны на трех базовых:
· кольцо – компьютеры соединяются "по кругу";
· звезда (радиальная) – каждый компьютер соединен с центральным узлом;
· шинная – все компьютеры подключены к линейной шине (магистрали, линии передачи). Топология " дерева " - архитектура локальной сети, которая является идентичной шинной топологии, за исключением того, что в этом случае возможны ветви с множественными узлами.
Эти виды сетевой топологии изображены на рис. 15.
Рис. 15. Основные виды сетевой топологии
Для соединения компьютеров в локальной сети могут использоваться:
· витая пара (скрученная, в отличие от телефонного кабеля, пара медных проводов) – обеспечивает скорость передачи до 100 Мбит/сек, расстояние до 1 км, обычно в пределах 100 м;
· коаксиальный кабель (внутренняя медная жила, слой изоляции, внешний экран, оболочка, пример подобного кабеля – телевизионная антенна) – обеспечивает скорость передачи до 50 Мбит/сек, расстояние до 10 км. Широкополосный коаксиальный кабель невосприимчив к помехам, легко наращивается, но цена его высока. Скорость передачи информации достигает 500 Мбит/с.
· волоконно-оптический (стекло-волоконный, оптоволоконный) кабель (происходит передача световых сигналов по центральному стекловоду – волокну из кварцевого стекла толщиной в человеческий волос, окруженному стеклянной оболочкой) – дает скорость передачи до 100 Гбит/сек, расстояние (без ретрансляции) более 50 км.
Используется также беспроводная связь электромагнитными волнами различного диапазона, включая спутниковую связь и инфракрасное излучение. В частности, беспроводная локальная сеть стандарта Wi-Fi (Wireless Fidelity – беспроводная точность) обычно обеспечивает скорость передачи данных до 11 Мбит/сек (новые стандарты – до 50 Мбит/сек и выше).
Для физического подключения компьютера к сети могут использоваться следующие основные устройства:
· сетевая плата (сетевая карта, сетевой адаптер), подключающая его к специальной кабельной линии для передачи сигналов в цифровом двоичном коде. Каждая карта имеет уникальный 48-битовый адрес (MAC-адрес, англ. Media Access Control — управление доступом к среде), который позволяет уникально идентифицировать каждый узел сети и доставлять нужные пакеты данных именно этому узлу;
· модем (модулятор–демодулятор), подключающий компьютер к телефонной линии. Здесь цифровые данные компьютера преобразуются в аналоговые (непрерывные) электрические импульсы (модулируются), передаются по телефонным каналам, а после приема снова преобразуются в цифровой двоичный код (демодулируются). Скорость передачи данных по такому соединению невысока и обычно составляет от 4-10 до 52-56 Кбит/сек. Обычно модемная линия работает по протоколу канального уровня PPP (англ. Point to Point Protocol).
Для подключения к беспроводным сетям также существуют устройства, которые могут как поставляться отдельно, так и быть составной частью оборудования компьютера, например WiFi- и BlueTooth-адаптеры.
Для связи на дальнее расстояние (расширение сети) и соединения локальных сетей используется коммуникационное оборудование (отдельный компьютер с дополнительной аппаратурой или рабочая станция (сервер) с несколькими сетевыми платами:
· повторитель (репитер, от англ. repeat – повторять) усиливает сигнал для передачи его далее по сети;
· концентратор (хаб, от англ. hub – ступица колеса, концентратор) объединяет несколько рабочих станций, подключая их как единый сегмент к сети;
· мост (бридж, от англ. bridge - мост) соединяет сегменты одной сети или сетей с одинаковой технологией передачи данных;
· маршрутизатор (роутер, от англ. route – маршрут) соединяет сети разного типа, но с совместимым программным обеспечением, определяя, куда нужно направить данные и выбирая лучший маршрут их передачи;
· шлюз соединяет сети с разными технологиями передачи данных.
Такое оборудование подразделяют на мультиплексоры (один выход, несколько входов), демультиплексоры (несколько выходов, один вход) и коммутаторы (несколько входов и выходов).
Для защиты информации используются сетевые экраны (межсетевой экран, щит, брандмауэр, файрвол, последнее от англ. Fire Wal – "огненная стена") – это программы, специальные технические устройства или специально выделенный компьютер, которые "отгораживают" защищаемый компьютер или локальную сеть от внешней сети, пропуская в обе стороны только разрешенные данные и команды, а при затруднениях обращающиеся за разрешением к администратору сети.
Взаимодействие компьютеров в сети обеспечивается за счет соблюдения сетевых протоколов – правил представления и передачи данных, которые реализуются аппаратно или программно. Передача данных состоит из ряда этапов (уровней), на каждом из которых используется свой протокол.
Эталонной является модель обмена информацией в открытой системе OSI (Open System Interchange) или модель взаимодействия открытых систем, предложенная в 1984 г. и включающая 7 уровней протоколов:
1) физический – непосредственная передача сигналов по линиям связи;
2) канальный (уровень соединения) – формирование сигналов для передачи, обнаружение и исправление ошибок, возникающих при физической передаче (этот уровень может реализоваться модемом или сетевой картой);
3) сетевой – определение маршрутов (маршрутизация) передачи пакетов, на которые разбиваются передаваемые данные (разные пакеты из одного сообщения могут направляться по разным путям);
4) транспортный – формирование адреса отправителя и получателя, разборка данных на пакеты и сборка на компьютере–получателе с контролем доставки пакетов и устранением возникших при этом ошибок;
5) сеансовый – открытие и закрытие сеанса связи с определением ее характера (односторонняя или двухсторонняя, последовательная или параллельная передача в обе стороны);
6) представительный – определение кодов и форматов передачи данных с соответствующим их преобразованием;
7) прикладной – определение данных для передачи, формируемых прикладной программой (например, отправления по электронной почте).
На компьютере отправителя выполняются этапы с седьмого по первый уровень, а на компьютере получателя те же этапы в обратном порядке для восстановления сообщения. На промежуточных компьютерах могут выполняться с 1-го по 3-ий этап для дальнейшей отправки поступившего пакета (который является частью всего сообщения). Иерархия сетевых протоколов OSI схематически изображена на рис. 16.
Рис. 16. Сетевые протоколы модели OSI
Работа глобальной компьютерной сети Интернет будет подробно рассмотрена в п. 2.3.
