Локальные компьютерные сети.

Локальная сеть объединяет компьютеры, установленные в одном помещении (например, школьный компьютерный класс, состоящий из 8—12 компьютеров) или в одном здании (например, в здании школы могут быть объединены в локальную сеть несколько десятков компьютеров, установленных в различных предметных кабинетах).

В небольших локальных сетях все компьютеры обычно равноправны, т. е. пользователи самостоятельно решают, какие ресурсы своего компьютера (диски, каталоги, файлы) сделать общедоступными по сети. Такие сети называются одноранговыми.

Если к локальной сети подключено более десяти компьютеров, то одноранговая сеть может оказаться недостаточно производительной. Для увеличения производительности, а также в целях обеспечения большей надежности при хранении информации в сети некоторые компьютеры специально выделяются для хранения файлов или программ-приложений. Такие компьютеры называются серверами, а локальная сеть — сетью на основе серверов.
Каждый компьютер, подключенный к локальной сети, должен иметь специальную плату (сетевой адаптер). Между собой компьютеры (сетевые адаптеры) соединяются с помощью кабелей.

Топология ЛВС

Топология ЛВС — способ соединения компьютеров сети.

Популярные топологии: общая шина, звезда, дерево, кольцо, ячеистая.

Общая шина

Ниже показан пример соединения компьютеров по схеме общая шина. При таком соединении все рабочие станции и сервер подсоединяются к общему кабелю.

Рабочие станции обмениваются данными друг с другом, сервер оказывает дополнительные услуги: предлагает место на своём жёстком диске, принтеры, сканеры, факсы, другие подключённые к нему устройства, организует различные сетевые службы (почта, файловые архивы, тематические страницы, доски объявлений, новостные группы, форумы, чаты, конференции…).

По протоколу Ethernet сигнал от одного сетевого узла (рабочей станции или сервера) передаётся по общему кабелю, и его “слышат” все другие узлы. Передачу узел начинает лишь тогда, когда в сети “тихо” — мешать чужой передаче запрещено.

Сеть с такой организацией называется Ethernet-сетью с разделяемой средой (разделяемой средой здесь является общий кабель).

Чтобы один узел не занял сеть надолго, информация передаётся небольшими порциями (пакетами). После передачи пакета узел делает паузу, и ей может воспользоваться другой сетевой участник для начала своей передачи.

Сервер может и отсутствовать — он не управляет работой сети, но полезен, так как предлагает пользователям дополнительные услуги.

Сети, имеющие топологию общая шина, требуют небольшого количества кабеля, но труднее поддаются диагностике и ремонту по сравнению с сетями, построенными по схеме звезда.

Звезда

На рисунке показан пример построения Ethernet-сети по схеме звезда. Все рабочие станции сети и сервер подсоединяются к портам (разъёмам) специального устройства под названием хаб (от английского hub — концентратор).

Поступающий на порт хаба пакет транслируется на все остальные его порты, поэтому сеть с хабом тоже является сетью с разделяемой средой, как и сеть с общей шиной (разделяемая среда состоит из сегментов кабеля, соединённых хабом).

Сети с топологией звезда надёжны, ведь разрыв кабеля на отдельном узле никак не влияет на работу остальной части сети.

Дерево

Дерево — иерархическое соединение узлов, исходящее из общего узла-корня. Между двумя любыми узлами существует только один маршрут.

Пример Ethernet-сети с иерархической структурой показан на рисунке. Корневой хаб объединяет подсети подразделений одного предприятия:

Иерархическая сеть, построенная на хабах, по-прежнему остаётся сетью с одной разделяемой средой и принцип её работы такой же, как у сети с общей шиной: пакет от одного узла транслируется на все остальные узлы этой сети.

Когда среду разделяют много пользователей, дождаться “тишины” для начала передачи может оказаться сложно. Поэтому, для больших сетей вместо хаба используют другое устройство — коммутатор.

Коммутатор, как и хаб соединяет узлы сети своими портами. Но в отличие от хаба устройство наделено “интеллектом” (программным обеспечением): коммутатор передаёт данные только в тот порт, на котором расположен получатель.

Таким образом, коммутатор делит сеть на отдельные разделяемые среды, повышая скорость работы сети в целом.

На рисунке показан вариант сети предприятия. В ней корневой хаб заменён коммутатором. Теперь каждое подразделение имеет свою разделяемую среду, независимую от разделяемых сред других подразделений:

Сообщение передаётся за пределы подразделения лишь тогда, когда это действительно необходимо (серверу или пользователю другого подразделения).

Кольцо

Кольцо — топология, в которой каждый узел сети соединён с двумя другими узлами, образуя кольцо (петлю). Данные передаются от одного узла к другому в одном направлении (по кольцу). Каждый компьютер работает как повторитель, ретранслируя сообщение к следующему компьютеру.

В такой сети одна разделяемая среда, но принцип её работы отличается от принципа работы разделяемой среды Ethernet.

Изначально по кольцу передаётся специальное сообщение- маркер (другое название: токен) — признак свободной среды. Узел может начать передачу лишь тогда, когда получает маркер. Теперь вместо маркера по кольцу следует пакет с данными. Получатель пакета выполняет обратную операцию: заменяет пакет маркером — сеть снова свободна.

По описанному выше алгоритму работают сети, построенные по технологиям Token Ring и FDDI.

В кольцо можно включить и сервер, тогда он будет оказывать пользователям дополнительные услуги.

Ячеистая сеть

Топология, которая более характерна для глобальных сетей. Её отличительный признак: между парой узлов существует более одного маршрута. Для выбора оптимального пути применяются специальные устройства — маршрутизаторы (хабы и коммутаторы не работают, когда в сети есть петли).

Ячеистые сети — это сети с коммутацией пакетов, то есть такие, в которых пакеты не “разбрасываются” по всем направлениям (как в сетях Ethernet с разделяемой средой), а целенаправленно “проталкиваются” от узла к узлу по направлению к пункту назначения.

За продвижение пакетов в такой сети отвечают маршрутизаторы. Они определяют соседний узел, в который нужно передвинуть пакет для приближения его к пункту назначения.

Маршрутизатор — сетевое устройство (отдельное или на обычном компьютере), которое подобно коммутатору соединяет (коммутирует) узлы сети в том случае, когда это необходимо для передачи пакета. Но в отличие от коммутатора, маршрутизатор способен работать в ячеистых сетях и выбирать из разных вариантов наиболее рациональный маршрут для продвижения пакета к пункту назначения.