Локальные вычислительные сети (ЛВС)

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

Одноранговая сеть представляет собой сеть равноправных компьютеров, каждый из которых имеет уникальное имя (имя компьютера) и обычно пароль для входа в него во время загрузки ОС. Имя и пароль входа назначаются владельцем ПК средствами ОС. Одноранговые сети могут быть организованы с помощью таких операционных систем, как Windows’3.11, Novell NetWare Lite, Windows’95 OSR2, Windows NT Workstation версии, OS/2) и некоторых других.

Одноранговые сети не предусматривают выделение специальных компьютеров, организующих работу сети. Каждый пользователь, подключаясь к сети, выделяет в сеть какие-либо ресурсы (дисковое пространство, принтеры) и подключается к ресурсам, предоставленным в сеть другими пользователями. Такие сети просты в установке, налаживании; они существенно дешевле сетей с выделенным сервером.

В иерархических локальных сетях имеется один или несколько специальных компьютеров – серверов, на которых хранится информация, или имеются другие ресурсы, совместно используемые различными пользователями.

Сервер в иерархических сетях – это постоянное хранилище разделяемых ресурсов. Сам сервер может быть клиентом только сервера более высокого уровня иерархии. Поэтому иерархические сети иногда называются сетями с выделенным сервером. Серверы обычно представляют собой высокопроизводительные компьютеры, возможно, с несколькими параллельно работающими процессорами, с винчестерами большой емкости, с высокоскоростной сетевой картой (100 Мбит/с и более). Самым общим видом сервера является файловый сервер, называемый так потому, что его главным ресурсом являются файлы, т.е. дисковое пространство.Компьютер, к которому подключены высококачественные принтеры, может выступать в роли сервера печати, компьютер с разделяемым модемом – в роли модемного или коммуникационного сервера и т.д. Компьютеры, с которых осуществляется доступ к информации на сервере, называются станциями или клиентами.

Основные преимущества работы в локальной сети с файловым сервером:

· возможность хранения данных персонального и общего пользования на дисках файлового сервера. Благодаря этому обеспечивается одновременная работа нескольких пользователей с данными общего назначения, высокий уровень защищенности данных (резервирование), разграничение доступа (пароли). (Экономия на дорогостоящих дисках большой емкости; задача, требующая коллективной базы – система резервирования авиабилетов.);

· возможность постоянного хранения программных средств, необходимых многим пользователям, в единственном экземпляре на дисках файлового сервера. Это, прежде всего, прикладное ПО общего назначения: текстовые и графические редакторы, электронные таблицы, СУБД. Это освобождает дисковое пространство на рабочих станциях, обеспечивает их более надежное хранение, удобное обновление на новые версии и т.д.;

· обмен информацией во всей сети. При этом обеспечивается диалог между пользователями сети, а также возможность организации электронной почты;

· одновременное использование всеми пользователями сети периферийных устройств, таких как принтеры, сканеры, модемы и др. При этом может обеспечиваться возможность использования любым пользователем мощного и качественного принтера при его защищенности от неквалифицированного обращения, или использование одного модема для выхода в глобальную сеть и т.д.

Сетевое программное обеспечение

Все ОС семейства Windows, начиная с Windows 3.11, имеют встроенные средства поддержки простейших одноранговых сетей. Для организации работы сети с выделенным сервером необходимо специальное ПО.

Работа программного обеспечения, предназначенного для работы в иерархических сетях, может быть построена в соответствии с одной из двух концепций.

В первой концепции сетевое ПО ориентировано на предоставление многим пользователям ресурсов некоторого общедоступного главного компьютера сети – файлового сервера. Сетевое программное обеспечение, управляющее ресурсами файлового сервера и предоставляющее к ним доступ многим пользователям сети, называется сетевой операционной системой. Ее основная часть размещается на файловом сервере; на рабочих станциях устанавливается только небольшая оболочка, выполняющая роль интерфейса между программами, обращающимися за ресурсом, и файловым сервером. Прикладные программы общего использования тоже, как правило, хранятся на сервере и могут использоваться всеми абонентами сети одновременно. Для этого модули этих программ по мере необходимости переносятся на компьютер пользователя – рабочую станцию, и там выполняются. При этом вся обработка выполняется на рабочей станции, даже если обрабатываемые данные хранятся на сервере.

Во второй концепции, называемой архитектурой «клиент-сервер», ПО ориентировано на работу с ресурсом в месте его размещения по запросам пользователя. Программа в соответствии с архитектурой «клиент-сервер» состоит из двух частей: клиентской и серверной. Программы-клиенты выполняются на рабочей станции и посылают запросы к программе-серверу, которая работает на выделенном сервере. Основная обработка производится на мощном сервере, а на рабочую станцию посылаются только результаты обработки. Благодаря этому на простых и дешевых рабочих станциях, имеющих небольшую производительность (не имеющих принтера и даже жесткого диска), можно решать сложные задачи, требующие больших вычислительных ресурсов.

В качестве сетевых операционных систем на файловом сервере могут быть установлены Windows NT, Windows 2000, NetWare. Во все версии ОС Window начиная с Windows 95, входит клиентское ПО, поэтому они могут работать в архитектуре «клиент-сервер» и устанавливаться на рабочих станциях в качестве клиентской части.

Базовые топологии ЛВС

Топология сети – это логическая схема соединения каналами связи компьютеров (узлов сети). Чаще всего в сетях используется одна из трех топологий: шинная (моноканальная), кольцевая и звездообразная.

Терминатор

Шинная топология – одна из самых простых. В качестве передающей среды используется коаксиальный кабель. Данные от передающего узла распространяются всем остальным узлам сети, но принимает сообщение только тот из них, кому адресованы.

 

Самым распространенным методом доступа в сетях этой топологии является метод доступа с прослушиванием несущей частоты и обнаружения конфликтов (CSMA/CD). При этом методе узел, прежде, чем послать данные по коммуникационному каналу, прослушивает его, и только убедившись, что канал свободен, посылает пакет данных. Если канал занят, узел повторяет попытку передать пакет через случайный промежуток времени. Данные, передаваемые одним узлом сети, поступают во все узлы, но только узел, для которого предназначены эти данные, распознает и принимает их.

Сеть с шинной топологией обеспечивает высокое быстродействие, ее легко наращивать и конфигурировать, она устойчива к неисправностям отдельных узлов. К недостаткам следует отнести то, что сети шинной топологии имеют малую протяженность и не позволяют использовать различные типы кабеля в пределах одной сети.

В сети кольцевой топологии узлы соединяются друг с другом замкнутой кривой – кабелем передающей среды. Выход одного узла сети соединяется со входом другого. Информация по кольцу передается от узла к узлу. Каждый промежуточный узел между передатчиком и приемником ретранслирует посланное сообщение. Принимающий узел распознает и получает только адресованное ему сообщение. В качестве передающей среды могут использоваться кабели любого типа.

Самый распространенный метод доступа в сетях кольцевой топологии является Token-Ring – метод доступа с передачей маркера.

 

 

 

Маркер – это пакет данных, снабженный специальной последовательностью бит. Он последовательно передается по кольцу от узла к узлу в одном направлении. Каждый узел ретранслирует передаваемый маркер. Маркер с пакетом передается, пока не обнаружится узел, которому предназначен пакет. В этом узле данные принимаются, но маркер не освобождается, а передается по кольцу дальше. Только вернувшись к отправителю, который может убедиться, что переданные им данные благополучно получены, маркер освобождается. Пустой маркер передается следующему узлу, который при наличии у него данных, готовых к передаче, заполняет его и передает по кольцу.

К недостаткам кольцевой топологии относятся относительно малая скорость передачи данных (из-за последовательной дисциплины обслуживания узлов) и относительно низкая надежность (при выходе из строя одного из узлов нарушается целостность всего кольца).

Звездообразная топология базируется на концепции центрального узла, к которому подключаются периферийные узлы.

Каждый периферийный узел имеет свою отдельную линию связи с центральным узлом. В качестве центрального узла может выступать как специальный компьютер, так и специальное устройство – концентратор. Вся информация передается через центральный узел, который ретранслирует, переключает и маршрутизирует информационные потоки в сети.

Звездообразная топология значительно упрощает взаимодействие узлов сети друг с другом, позволяет использовать более простые сетевые адаптеры. В то же время работоспособность сети со звездообразной топологией целиком зависит от центрального узла.

В реальных вычислительных сетях могут использоваться более сложные топологии, представляющие в некоторых случаях сочетания рассмотренных. В настоящее время широко используются топологии, комбинирующие базовые: «звезда-шина» и «звезда-кольцо».

Топология «звезда-шина» выглядит как объединение с помощью магистральной шины нескольких звездообразных сетей.

При топологии «звезда-кольцо» несколько звездообразных сетей соединяются своими центральными узлами коммутации в кольцо.

Выбор той или иной топологии определяется областью применения локальной сети, географическим расположением ее узлов и размерностью сети в целом.

Среда передачи ЛВС

Физическая среда обеспечивает перенос информации между абонентами вычислительной сети. Физическая передающая среда ЛВС представлена тремя типами кабелей: коаксиальный кабель, витая пара, оптоволоконный кабель.

Коаксиальный кабель (coaxial) обладает высокой механической прочностью, помехозащищенностью и обеспечивает скорость передачи информации до 10-50 Мбит/с. Выпускается два вида коаксиальных кабелей: толстый и тонкий. Толстый кабель более прочен и передает сигналы нужной амплитуды на большее расстояние. В то же время тонкий кабель более дешев.

 

 

Витая пара (twisted pair) состоит из двух изолированных проводов, свитых между собой. Скручивание проводов уменьшает влияние внешних электромагнитных полей на передаваемые сигналы. Витая пара существует в экранированном варианте, когда пара медных проводов обертывается в изоляционный экран, и в неэкранированном. Преимуществом витой пары перед другими видами сред передачи является ее дешевизна, недостатками – плохая помехозащищенность и низкая скорость передачи информации – 0.25-1 Мбит/с.

Оптоволоконный кабель (optical fiber) – идеальная передающая среда. Он не подвержен влиянию электромагнитных полей и сам их практически не излучает. Состоит из тонких (5-60 микрон) волокон и обеспечивает скорость передачи до 10 Гбит/с.