Локально-вычислительная сеть (ЛВС). Привет студент

2.1. Назначение ЛВС

Локальная вычислительная сеть (или LAN, Local Area Network) представляет собой соединение не­скольких ПК с помощью соответствующего аппаратного и программного обес­печения. Слово “локальная” в этом названии означает, что все соединенные ПК выполняют задачи, как правило, в пределах одного здания или соседних зданий.

ЛВС нашли широкое применение в системах автоматизированного проектирования и технологической подготовки производства, системах управления производством и технологическими комплексами, в конторских системах, бортовых системах управления и т.д.

Основное назначение ЛВС:

· распределение данных (Data Sharing). Данные в сети хранятся на цент­ральном ПК и могут быть доступны на рабочих станциях. Благода­ря этому не надо на каждом рабочем месте иметь накопители для хране­ния одной и той же информации;

· распределение ресурсов (Resource Sharing). Периферийные (чаще всего дорогие) устройства могут быть доступны для всех пользователей сети. Такими устройствами могут быть, например, факс или лазерный принтер;

· распределение программ (Software Sharing). Все пользователи сети могут совместно иметь доступ к программам, которые были один раз централи­зованно установлены. Конечно, при этом должна работать сетевая версия соответствующих программ;

· электронная почта (Electronic Mail). Все пользователи сети могут интер­активно соединяться друг с другом, чтобы передавать или принимать со­общения.

2.2. Организация взаимодействия устройств в сети

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

2.2.1. Одноранговые сети

Подобные сети не имеют центрального ПК. Некоторые аппаратные средства (винчестеры, приводы CD-ROM) и прежде всего дорогие периферийные устройства (сканеры, принтеры и др.), подключен­ные к отдельным ПК, используются совместно на всех рабочих местах.

Каждый пользователь одноранговой сети являетсяадминистратором на своем ПК.

Достоинства одноранговой сети:

· низкая стоимость (используются все компьютеры, подключенные к сети, и умеренные цены на программное обеспечение для работы сети);

· высокая надежность (при выходе из строя одной рабочей станции доступ прекращается лишь к некоторой части информации).

Недостатки:

· работа сети эффективна только при количестве одновременно работающих станций не более 10;

· трудности организации эффективного управления взаимодействием рабочих станций и обеспечение секретности информации; трудности обновления и изменения ПО рабочих станций.

2.2.2. Иерархические сети

В иерархических сетях все задачи, связанные с хранением, обработкой данных, их представлением пользователям, выполняет центральный компьютер, называемый сервером.

Сервер (host-компьютер) – главный компьютер, управляющий работой сети.

Достоинства иерархических систем:

· отработанная технология обеспечения отказоустойчивости, сохранности данных;

· надежная система защиты информации и обеспечения секретности.

Недостатки:

· высокая стоимость аппаратного и программного обеспечения;

· высокие эксплуатационные расходы.

По организации взаимодействия принято выделять два типа иерархических систем:

·сеть с невыделенным сервером – сеть, где функции рабочей станции и сервера совмещены;

· сеть с выделенным сервером.

Сеть с выделенным сервером – здесь один из компьютеров выполняет функции хранения данных общего пользования, организации взаимодействия между рабочими станциями, выполнения сервисных услуг – сервер сети. На таком компьютере выполняется операционная система, и все разделяемые устройства (жесткие диски, принтеры, модемы и т.п.) подключаются к нему, производится хранение данных, печать заданий, удаленная обработка заданий. Рабочие станции взаимодействуют через сервер, поэтому логическую организацию такой сети можно представить топологией “звезда”, где центральное устройство – сервер.

Достоинства:

· выше скорость обработки данных (определяется быстродействием центрального компьютера, и на сервер устанавливается специальная сетевая операционная система, рассчитанная на обработку и выполнение запросов, поступивших одновременно от нескольких пользователей);

· обладает надежной системой защиты информации и обеспечения секретности;

· проще в управлении по сравнению с равноправными.

Недостатки:

· такая сеть дороже из-за отдельного компьютера под сервер;

· она является менее гибкой по сравнению с равноправной.

Сети с выделенным сервером являются более распространенными. Примеры сетевых операционных систем такого типа: LAN Server, IBM Corp., VINES, Banyan System Inc., NetWare, Novell Inc.

2.2.3. Технология совместного использования

сетевых ресурсов

Под ресурсами ПК будет пониматься любой из следу­ющих элементов:

· логические диски, включая накопители на CD-ROM, DVD и другие аналогичные устройства;

· каталоги (папки) с подкаталогами (вложенными папками) или без них, а также содержащиеся в них файлы;

· подключенные к ПК устройства: принтеры, модемы и др.

Ресурс, доступный только с ПК, на котором он нахо­дится, называется локальным. Ресурс ПК, доступный для дру­гих компьютеров сети, называется разделяемым или сетевым (общим, совместно используемым). Локальный ресурс мож­но сделать разделяемым и, наоборот, разделяемому ресурсу можно вернуть статус локального, т. е. запретить доступ к нему других пользователей сети.

Создание разделяемых сетевых ресурсов и доступ к ним обеспечиваются специальными сетевыми операционными системами . Базовые сетевые возможности сетевых ОС позволяют с одного компьютера сети обрабатывать данные (вводить, редактировать, копировать, удалять, про­изводить поиск), размещенные на другом.

Обычно используются один или несколько мощных ПК (выделенные серверы), которые предоставляют свои ресурсы для совместного использования в сети. Система коллективного доступа работает по принципу разделения времени работы главного компьютера.

В зависимости от используемых сетевых ресурсов в иерар­хических сетях различают серверы следующих типов.

Файловый сервер. В этом случае на сервере находятся со­вместно обрабатываемые файлы или (и) совместно исполь­зуемые программы. При этом на рабочих станциях находится только небольшая (клиентская) часть программ, требующая незна­чительных ресурсов. Программы, допускающие такой режим работы, называются программами с возможностью инсталля­ции в сети. Требования к мощности сервера и пропускной спо­собности сети при таком способе использования опреде­ляются количеством одновременно работающих рабочих станций и характером используемых программ.

Сервер баз данных. На сервере размещается база данных, которая может пополняться с различ­ных рабочих станций или (и) выдавать информацию по зап­росам с рабочей станции. Возможны два принципиально различающихся режима обработки запросов с рабочей станции или редактирования записей в базе данных:

· с сервера последовательно пересылаются записи базы дан­ных на рабочую станцию, где производится собственно фильтрация записей и отбор необходимых;

· сервер сам отбирает необходимые записи из БД (реализует запрос) и пересылает их на рабочую станцию.

Во втором случае снижаются нагрузка на сеть и требования к рабочим станци­ям, но резко возрастают требования к вычислительной мощ­ности сервера. Тем не менее именно такой способ обработки запросов является наиболее эффективным. Указанный способ удовлетворения запросов с рабочих станций называется ре­жимом клиент-сервер, его реализуют специальные средства работы с современными сетевыми базами данных. В системах клиент-сервер обработка данных разделена между двумя объектами: клиентом и сервером. Клиент – это задача, рабочая станция, пользователь. Он может сформировать запрос для сервера: считать файл, осуществить поиск записи и т.п. Сервер – это устройство или компьютер, выполняющий обработку запроса. Он отвечает за хранение данных, организацию доступа к этим данным и передачу данных клиенту.

Принт-сервер. К компьютеру небольшой мощности под­ключается достаточно производительный принтер, на кото­ром может быть распечатана информация сразу с нескольких рабочих станций. Программное обеспечение организует оче­редь заданий на печать, а также идентифицирует отпечатан­ную информацию специальными страницами (закладками), которые разделяют печатные материалы различных пользо­вателей.

Почтовый сервер. На сервере хранится информация, от­правляемая и получаемая как по локальной сети, так и извне (например, по модему). В любое удобное для него время пользователь мо­жет просмотреть поступившую на его имя информацию или отправить через почтовый сервер свою информацию.

2.3. Топологии

По топологии ЛВС делятся на: общую шину, кольцо, звезду и др.

Топология “звезда”

Звездообразная топология сети – разновидность сети, где каждый терминал соединен с центральной станцией (рис. 2.1).

Эта топология взята из области больших электронных вычислительных ма­шин. Здесь файловый сервер находится в “центре”.

Достоинства:

· повреждение кабеля является проблемой для одного конкретного ком­пьютера и в целом не сказывается на работе сети;

· просто выполняется подключение, так как рабочая станция должна со­единяться только с сервером;

· механизмы защиты против несанкционированного доступа оптимальны;

· высокая скорость передачи данных от рабочей станции к серверу, так как оба ПК непосредственно соединены друг с другом.

Недостатки:

· в то время как передача данных от рабочей станции к серверу (и обрат­но) происходит быстро, скорость передачи данных между отдельными рабочими станциями мала;

· мощность всей сети зависит от возможностей сервера – если он недоста­точно оснащен или плохо сконфигурирован, то будет являться тормозом для всей системы;

· невозможна коммуникация между отдельными рабочими станциями без помощи сервера.

Топология с сервером в центре практически реализуется через подключение рабочих станций и сервера к концентратору (хабу). Наличие хаба исключает необходимость использования на сервере множества сетевых адаптеров.

Рис. 2.1. Топология типа “звезда”

Кольцевая топология

Сеть типа “кольцо” – разновидность сети, в которой каждый терминал подключен к двум другим соседним терминалам кольца (рис. 2.2).

В этом случае все рабочие станции и сервер соединены друг с другом в коль­цо, по которому посылается информация, снабженная адресом получателя. Рабочие станции анализируют адрес по­сланного сообщения и, если адрес получателя совпадает с адресом станции, получают соответствующие данные.

Достоинство:

·рабочие станции могут коммутироваться друг с другом без помощи сер­вера.

Недостатки:

·время передачи данных увеличивается пропорционально числу соеди­ненных в кольцо компьютеров;

·каждая рабочая станция причастна к передаче данных, выход из строя одной станции может парализовать всю сеть, если не используются спе­циальные переходные соединения;

·при подключении новых рабочих станций сеть должна быть кратковре­менно выключена.

Шинная топология

Такая сеть похожа на центральную линию, к которой подключены сервер и отдельные рабочие станции (рис. 2.3). Шинная топологии имела широкое распро­странение в прежние годы, что можно объяснить небольшими потребностями в кабеле.

Достоинства:

· небольшие затраты на кабели;

· рабочие станции в любой момент времени могут быть установлены или отключены без прерывания работы всей сети;

· рабочие станции могут коммутироваться друг с другом без помощи сер­вера.

Недостатки:

· при обрыве кабеля выходит из строя весь участок сети от места разрыва;

· возможность несанкционированного подключения к сети, поскольку для увеличения числа рабочих станций нет необходимости в прерывании ра­боты сети.

Комбинированная структура ЛВС

Наряду с известными топологиями вычислительных сетей кольцо, звезда и шина, на практике применяется и комбинированная. Она образуется в основном в виде комбинаций вы­шеназванных топологий вычислительных сетей (рис. 2.4).

Вычислительные сети с комбинированной структурой применяются там, где невозможно непосредственное применение базовых сетевых структур в чистом виде, или в случае объединения локальных сетей с их архитектурой в более крупную сеть. Для подключения большого числа рабочих станций применяют сетевые усилители и/или коммута­торы. Коммутатор, обладающий одновременно и функциями усилителя, на­зывают активным концентратором.

Пассивный концентратор обычно ис­пользуют как разветвитель. Он не нуждается в усилителе. Предпосылкой для подключения пассивного концентратора является то, что максимально возможное расстояние до рабочей станции не должно превышать несколь­ких десятков метров.

2.4. Компоненты ЛВС

Основой для организации локальной сети являются обычные ПК, подключаемые в сеть с помощью карты расширения сетевого адаптера (сетевой карты). Сетевые карты должны конфигурироваться. В больших сетях для решения специальных задач могут выделяться отдельные ПК, например сервер печати для подготовки и управления принте­ром или коммуникационный сервер для связи с модемами и так далее. Для организации доступа к этим компонентам ЛВС необходимо разграничить пользователей или группы пользователей и на­значить им соответствующие права доступа к ресурсам сети.

2.4.1. Сервер

Серверу в иерархических (централизованных) сетях принадлежит центральная роль. Следовательно, он должен быть и хорошо оснащен. Его оснащение зависит от числа подключен­ных рабочих станций.

Более старые версии сетей предлагали возможности использования сервера в невыделенном режиме (non dedicated). В этом случае сервер функ­ционирует не только как центральный ПК, но может использоваться и как обыч­ная рабочая станция. Это выгодно в смысле цены, так как эко­номится одна рабочая станция, но из-за сервера, “отвлеченного” на решение задач пользователя, испытывает затруднения вся сеть, поэтому рекомендуется использовать сервер только в выделенном режиме (dedicated).

2.4.2. Рабочая станция

Рабочая станция – персональный компьютер, работающий под управлением собственной дисковой операционной системы. Однако в отличие от автономного персонального компьютера рабочая станция содержит плату сетевого интерфейса и физически соединена кабелем с сервером. Кроме того, рабочая станция должна иметь сетевую операционную систему или специальную программу, называемую оболочкой сети, при использовании несетевой ОС, которая позволяет ей обмениваться информацией с сервером, другими рабочими станциями и прочими устройствами сети. Оболочка позволяет рабочей станции использовать файлы и программы, хранящиеся на сервере.

Оснащение отдельных рабочих станций внутри сети очень сильно зависит от оснащения сервера. Если сервер обладает мощными ресурсами, то рабочие станции могут оснащаться оборудованием в меньшей степени.

В одноранговой сети, в которой отсутствует сер­вер, ресурсы сети существенным образом зависят от ресурсов рабочих станций. Здесь чем лучше отдельные станции, тем лучше распределение ресурсов внутри всей сети. Дорогие периферийные устройства, такие как сканер, мо­дем, сменные жесткие диски и так далее, необходимо устанавливать лишь на одной рабочей станции, таккак в сети ресурсы доступны всем пользователям.

2.4.3. Сетевые карты

Сетевая карта устанавливается в один из свободных слотов материнской пла­ты. Сетевые карты являются посредниками между ПК и сетью и передают сетевые данные по системе шин к ЦП и ОЗУ сервера или рабочей станции.

Сетевая карта оборудована собственным процессором и памятью. На внешней стороне карты имеются разъемы для подключения кабелей.

В качестве стандартной сетевой карты обычно используется продукция фир­мы Novell, поэтому наиболее распространенными сейчас являются сетевые карты, совместимые с NE2000 (Novell Ethernet). Драйверы для них включаются в дистрибутивы практически всех сетевых операционных систем. Отдельные стандарты отличаются в первую очередь скоростью передачи данных. Скорость передачи данных – количество битов, передаваемых в единицу времени, 1 бод = 1 бит в секунду.

В зависимости от используемой технологии и сетевой карты максималь­ная скорость передачи данных в сети может составлять 10, 100, 1000 Мбит/с.

2.4.4. Сетевые операционные системы

Сетевая операционная система необходима для управления потоками сообщений между рабочими станциями и серверами. Она может позволить любой рабочей станции работать с разделяемым сетевым диском или принтером, которые физически не подключены к этой станции. Структура сетевой ОС отличается от структуры ОС ПК, не работающего в сети.

В сетевой операционной системе отдельной машины можно выделить несколько частей (рис. 2.5) и определить назначение каждой из них следующим образом.

·Средства управления локальными ресурсами компьютера: функции распределения оперативной памяти между процессами, планирования и диспетчеризации процессов, управления процессорами в мультипроцессорных машинах, управления периферийными устройствами и другие функции управления ресурсами локальных ОС.

·Средства предоставления собственных ресурсов и услуг в общее пользование – серверная часть ОС (сервер). Эти средства обеспечивают, например, блокировку файлов и записей, что необходимо для их совместного использования; ведение справочников имен сетевых ресурсов; обработку запросов удаленного доступа к собственной файловой системе и базе данных; управление очередями запросов удаленных пользователей к своим периферийным устройствам.

· Средства запроса доступа к удаленным ресурсам и услугам и их использования – клиентская часть ОС (редиректор). Эта часть выполняет распознавание и перенаправление в сеть запросов к удаленным ресурсам от приложений и пользователей, при этом запрос поступает от приложения в локальной форме, а передается в сеть в другой форме, соответствующей требованиям сервера. Клиентская часть также осуществляет прием ответов от серверов и преобразование их в локальный формат.

·Коммуникационные средства ОС, с помощью которых происходит обмен сообщениями в сети. Эта часть обеспечивает адресацию и буферизацию сообщений, выбор маршрута передачи сообщения по сети, надежность передачи и т.п., то есть является средством транспортировки сообщений.

Основное направление развития современных сетевых операционных систем (Network Operation System – NOS) – перенос вычислительных операций на рабочие станции, создание систем с распределенной обра­боткой данных. Это в первую очередь связано с ростом вычислительных возможностей персональных компьютеров и все более активным внедрением мощных многозадачных операционныхсистем: UNIX, Windows NТ, Windows 2000, NetWare и т.д. Кроме того, внедрение объектно-ориентированных технологий (ОLЕ, DСЕ, IDAPI) позволяет упростить организацию распределенной обработки данных. В такой ситуации основной задачей NOS становится объединение неравноценных операционных систем рабочих станций и обеспечение транспортного уровня для широкого круга задач: обработка баз данных, передача сообщений, управление распределенными ресурсами сети.

ОС Unix

UNIX представляет собой не­вероятно мощную, гибкую и динамичную операционную систему, которая в состоянии обрабатывать практически любую предложенную пользователем задачу. Любовь к ней си­стемных администраторов и программистов объясняется широким набором предлагаемых средств, с помощью которых можно решить большинство проблем, возникающих при работе с информационными технологиями. К преимуществам UNIX относятся мощность работы, стабильность и надежность, полная автома­тизация, а также поддержка множества популярных (и не очень популярных) языков программирования.

Эта операционная система не только использует феноменально эффективный метод об­работки стандартных сетевых запросов, но также предлагает оптимальные решения для работы с Internet, включая доступ к ресурсам Web, Telnet, FTP, базам данным и т.п. По­скольку система UNIX создавалась специально для обработки больших массивов данных и полной интеграции с сетевой средой, она почти всегда превосходит по быстродействию любую другую комбинацию аппаратного и программного обеспечения.

Тремя областями, в которых проявляется уникальность этой операцион­ной системы, являются работа в закрытой сети TCP/IP, предоставление услуг Internet или корпоративной сети, а также управление базами данных.

Прародитель сетевых операционных систем, система UNIX, имеет несколько “потом­ков” и разновидностей. ОС Linux представляет собой версию UNIX, адаптированную для процессоров Intel.

ОС NetWare фирмы Novell

Novell была одной из первых компаний, которые начали создавать ЛВС. Она производила как аппаратные средства, так и программные, однако в последнее время фирма Novell сконцентрировала усилия на программных средствах ЛВС.

Файловый сервер в NetWare является обычным ПК, сетевая ОС которого осуществляет управление работой ЛВС. Функции управления включают координацию рабочих станций и регулирование процесса разделения файлов и принтера в ЛВС. Сетевые файлы всех рабочих станций хранятся на жестком диске файлового сервера, а не на дисках рабочих станций.

ОС NetWare позволяет манипулировать файлами и директориями различными способами. Можно копировать, уничтожать, переименовывать, записывать, распечатывать и разделять файлы в ЛВС. Есть также определённая система прав доступа к файлам и директориям.

Как файлы, так и директории на сервере в ЛВС под управлением ОС NetWare имеют атрибуты. Эти атрибуты могут отменять права, предоставленные пользователям в ЛВС. Файлы в ОС NetWare наряду с атрибутами “только для чтения”, “скрытый” и “архивный” могут дополнительно иметь атрибут “неразделяемый” и “разделяемый” (он указывает на возможность разделения файла в ЛВС многими пользователями одновременно).

ОС Windows NT и Windows 2000 фирмы Microsoft

ОС Windows NT является 32-разрядной операционной системой.

Первоначально Windows NT существовала в двух версиях: Windows NT Advanced Server устанавлива­лась на серверах сети NT, a Windows NT Workstation представляла собой мощную на­стольную операционную систему с функциональными возможностями.

Хотя ее архитектура и строение производили впечатление, для Windows NT был необходим боль­шой объем памяти, да и работала она достаточно медленно. Еще одной причиной этого недоверия являлась слабая аппаратная поддержка: производители оборудования не успе­ли написать драйверы для нового программного продукта. Лишь после выхода следую­щей версии NT стала силой, с которой приходилось считаться.

Следующая версия Windows NT, предназначенная для использова­ния на серверах, была переименована в Windows NT Server. Высокая производительность и улучшенная поддержка приложений, а также новая доменная структура NT сделали ее одной из самых популярных операционных систем.

Windows NT 4.0 объединяла в себе улучшенную интеграцию с Internet и корпоративными сетями, повышенную производительность, отличную совместимость с другими операционными системами компании Microsoft и новый интерфейс Windows Explorer.

Windows 2000 является новой версией операционной системы Windows NT. Windows 2000 призвана стать наиболее широко распространенной операционной системой для настольных компьютеров благодаря простоте работы с системой, сохраненным достоинствам пред­шественницы Windows NT и привнесенным в нее лучшим качествам Windows 98.

При создании Windows 2000 Microsoft ставила своей задачей получить сис­тему, максимально приближенную к пользователю. Стандартные элементы интерфейса стали интуитивно понятными, упрощена настройка системы, в систему встроены эффективные сред­ства для работы с Интернетом. Кроме того, благодаря более экономичному режиму использования батарей, автономной работе с документами, повы­шенной защищенности информации из-за шифрующей файловой системы Windows 2000 ориентирована на работу с мобильными компьютерами.

В Windows 2000 привнесены удачные решения, реализованные в Windows 98. Новая система поддерживает как 32-разрядные, так и 16-разрядные прило­жения Windows и DOS и имеет расширенный список совместимых аппарат­ных устройств. Система имеет развитые средства удаленного администрирова­ния, установки и удаления программ.

2.4.5. Кабели

В сети данные циркулируют по кабелям, соединяющим отдельные компьютеры различным образом. Большинство сбоев и ошибок внутри сети происходит из-за некачественного или дефектного кабеля или кабельного разъема. В зависимости от топологии поиск неисправности может быть весьма трудоемок.

Витая пара – относительно дешевая разновидность передающей линии, представляющая собой два провода, перекрученных друг с другом с определенным шагом. Скручивание проводов между собой увеличивает проводимость и уменьшает влияние электромагнитных полей.

Этот кабель может быть экранированным и неэкранированным. Экранированный более устойчив к электромагнитным помехам. Однако на практике чаще используется неэкранированный кабель, так как такой тип кабеля применяется для разводки телефонных линий и дешевле экранированного. Используется при скоростях передачи 10, 100, 1000 Мбит/с. Недостатками данного кабеля являются высокий коэффициент затухания сигнала и высокая чувствительность к электромагнитным помехам, поэтому максимальное расстояние между активными устройствами в ЛВС при использовании витой пары до 100 метров.

Коаксиальный кабель – кабель, состоящий из одного центрального проводника, заключенного в изолятор, поверх которого расположен другой проводник.

Этот кабель может использоваться в двух различных системах передачи данных: без модуляции сигнала и с модуляцией. В первом случае цифровой сигнал используется в таком виде, в каком он поступает из ПК и сразу же передается по кабелю на приемную станцию. Для скорости передачи 10 Мбит/с длина тонкого кабеля – до 180 м, а толстого – до 500 м. Во втором случае цифровой сигнал превращают в аналоговый и направляют его на приемную станцию, где он снова превращается в цифровой. Операция превращения сигнала выполняется модемом; каждая станция должна иметь свой модем. Этот способ передачи является многоканальным (обеспечивает передачу по десяткам каналов, используя для этого всего лишь один кабель). Длина кабеля может достигать до 50 км. Передача сигнала с модуляцией более дорогостоящая, чем без модуляции. Поэтому наиболее эффективно его использование при передаче данных между крупными предприятиями.

Оптоволоконный кабель является перспективной технологией, используемой в ЛВС. Носителем информации является световой луч, который модулируется сетью и принимает форму сигнала. Такая система устойчива к внешним электрическим помехам и таким образом возможна очень быстрая и безошибочная передача данных (до 2 Гбит/с), при этом обеспечивается секретность передаваемой информации. Количество каналов в таких кабелях огромно. Передача данных выполняется только в симплексном режиме, поэтому для организации обмена данными устройства необходимо соединять двумя оптическими волокнами (на практике оптоволоконный кабель всегда имеет четное, парное количество волокон). К недостаткам можно отнести большую стоимость, а также сложность подсоединения.

2.4.6. Сетевое оборудование ЛВС

Рассмотрим подробнее оборудование, используемое в локальных сетях.

Концентраторы . Эти устройства, позволяющие перенаправлять информацию одной или более ветвям, удобны для формирования сети произвольной топологии. Выпускается ряд типов концентраторов, они отличаются по количеству, типу и длине подключаемых кабелей и могут автоматически управлять подсоединенными сегментами (включать и вык­лючать их в случае обнаружения сбоев и обрывов).

Приемопередатчики (трансиверы) – это устройства, предназначенные для приема паке­тов от контроллера рабочих станций сети и передачи их в сеть.

Повторители (repeater) – устройства для восстановления и усиления сигналов в сети, служащие для увеличения ее длины. С помощью этих устройств можно объединить несколько сегментов сети с шинной топологией, увеличивая таким образом общую протяженность сети.

Мосты. Мосты используются для соединения в основном идентичных сетей, имеющих некоторые физические различия.

Шлюзы (gateway) – устройства (компьютер), служащие для объединения сетей с совершенно различными протоколами обмена. Шлюзы выполняют протокольное преобразование для сети, в частно­сти преобразование сообщения из одного форма­та в другой илииз одной системы кодирования в другую.

Маршрутизаторы (роутеры) . Эти устройства устанавливают соеди­нение в сети. Они обеспечивают достаточно сложный уровень сервиса, так как могут выполнять “интеллектуальные” функции: выбор наи­лучшего маршрута для передачи сообщения, адресованного другой сети; управление балансированной нагрузкой в сети путем равномерного распре­деления потоков данных; защиту данных; буферизацию передаваемых дан­ных; различные протокольные преобразования. Такие возможности марш­рутизаторов особенно важны при построении базовых сетей крупных орга­низаций.

Модемы и факс-модемы. Факс-модемы, в отличие от модемов, обеспечивают скоростную передачу данных только в од­ном направлении и используют свои собственные стандарты. Они лучше справляются с передачей информации, чем с приемом. В настоящее время выпускаются и комбинированные модемы (модем данных/факс-модем).

2.4.7. Технология Ethernet

Технология Ethernet стала базой спецификации IEEE 802.3, которая была опубликована в 1980 году. Вскоре после этого компании DEC, Intel и Xerox совместно разработали и приняли вторую версию спецификации Ethernet, совместимую с IEEE 802.3. В настоящее время термин Ethernet чаще всего используют для описания всех локальных сетей, работающих в соответствии с конкурентными принципами доступа к каналу передачи данных CSMA/CD – множественного доступа с контролем несущей и обнаружением коллизий, что соответствует спецификации Ethernet IEEE 802.3.

Чаще всего при построении ло­кальных сетей на основе этой технологии оптический кабель используется для формирования магистрали сети, в то время как витая пара применяется для подключения станций и серверов.

Приведем основные спецификации Ethernet.

· 10Base2 – стандарт сегмента сети Ethernet на тонком коаксиальном кабеле. Обеспечивает скорость передачи 10 Мбит/с и использует тонкий, гибкий коаксиальный кабель RG-58A/U, обычно диаметром 0,2 дюйма со скрученным внутренним проводником. Этот стан­дарт известен как “тонкий Ethernet”.

· 10Base5 – стандарт сегмента сети Ethernet на толстом коаксиальном кабеле. Как и первая версия Ethernet, эта спецификация в качестве среды передачи предусматривает толстый коаксиальный кабель. Из-за этого спецификацию называют “толстым Ethernet”. Каждый коаксиальный кабель в сети образует отдельный сег­мент.

·10BaseT – стандарт сегмента сети Ethernet на витой паре. Эта разновидность Ethernet получила наибольшее распростране­ние. Спецификация 10BaseT предусматривает проводку из неэкра­нированного кабеля с витыми парами, обычно называемыми UTP (Unshielded Twisted Pair), но использует только две из четырех пар проводников типичного кабеля Категории 3 (одна пара передает данные, в то время как другая предназначена для приема данных). В противоположность проводкам 10Base2 и 10Base5, 10BaseT использует топологию звезды, в которой каждый узел соединен с центральным концентратором или многопортовым повторителем (эта топология хорошо совмещается с расположением проводки, имеющейся в большинстве зданий). Применение дешевых кабелей UTP является одним из основных преимуществ l0BaseT по сравнению со спе­цификациями 10Base2 и 10Base5.

· 10BaseFX – стандарт сегмента сети Ethernet на опто­волоконном кабеле. Применение оптоволоконной технологии приводит к высокой стоимости комплектующих. Однако нечувствительность к электро­магнитным помехам позволяет использовать спецификацию в особо от­ветственных случаях и для связи далеко расположенных друг от друга объектов.

Каждая из разновидностей Ethernet предусматривает те или иные ограниче­ния на протяженность сегмента кабеля. Для создания более протяженной сети несколько кабелей могут соединяться с помощью повторителей. С точки зрения программного обеспечения последова­тельность кабельных сегментов, связанных повторителями, ничем не отличается от единого кабеля. Сеть может содержать несколько сегментов кабеля и несколь­ко повторителей.

Fast Ethernet – высокоскоростная разновидность сети Ethernet, обеспечивающая скорость передачи 100 Мбит/с. Fast Ethernet целесообразно применять в тех организациях, которые широко использовали классический Ethernet, но сегодня испытывают потребность в увеличении пропускной способности. При этом сохраняется весь накопленный опыт работы с Ethernet и, частично, сетевая инфраструктура. Основная область использования Fast Ethernet сегодня – это сети рабочих групп и отделов.

Кафедра математического обеспечения информационных систем

РЕФЕРАТ

по дисциплине: «Информационные технологии в психологии»

на тему: « Локальная вычислительная сеть»

Локальная сеть (локальная вычислительная сеть, ЛВС) – это комплекс оборудования и программного обеспечения, обеспечивающий передачу, хранение и обработку информации.

Назначение локальных сетей
Назначение локальной сети - осуществление совместного доступа к данным, программам и оборудованию. У коллектива людей, работающего над одним проектом появляется возможность работать с одними и теми же данными и программами не по- очереди, а одновременно. Локальная сеть предоставляет возможность совместного использования оборудования. Оптимальный вариант - создание локальной сети с одним принтером на каждый отдел или несколько отделов. Файловый сервер сети позволяет обеспечить и совместный доступ к программам и данным.

Состав локальной сети
В состав локальной сети (ЛВС) входит следующее оборудование: Активное оборудование – коммутаторы, маршрутизаторы, медиаконвекторы; Пассивное оборудование – кабели, монтажные шкафы, кабельные каналы, коммутационные панели, информационные розетки; Компьютерное и периферийное оборудование – серверы, рабочие станции, принтеры, сканеры.

В зависимости от требований, предъявляемых к проектируемой сети, состав оборудования, используемый при монтаже может варьироваться.

Основные характеристики локальной сети
В настоящее время в различных странах мира созданы и эксплуатируются различные типы ЛВС с различными размерами, топологией, алгоритмами работы, архитектурной и структурной организацией. Независимо от типа сетей, к ним предъявляются общие требования: Скорость - важнейшая характеристика локальной сети; Адаптируемость - свойство локальной сети расширяться и устанавливать рабочие станции там, где это требуется; Надежность - свойство локальной сети сохранять полную или частичную работоспособность вне зависимости от выхода из строя некоторых узлов или конечного оборудования.

Топология локальных сетей

Под топологией (компоновкой, конфигурацией, структурой) компьютерной сети обычно понимается физическое расположение компьютеров сети друг относительно друга и способ соединения их линиями связи. Важно отметить, что понятие топологии относится, прежде всего, к локальным сетям, в которых структуру связей можно легко проследить. В глобальных сетях структура связей обычно скрыта от пользователей и не слишком важна, так как каждый сеанс связи может производиться по собственному пути.
Топология определяет требования к оборудованию, тип используемого кабеля, допустимые и наиболее удобные методы управления обменом, надежность работы, возможности расширения сети. И хотя выбирать топологию пользователю сети приходится нечасто, знать об особенностях основных топологий, их достоинствах и недостатках надо.

Существует три базовые топологии сети:
Шина (bus) - все компьютеры параллельно подключаются к одной линии связи. Информация от каждого компьютера одновременно передается всем остальным компьютерам.

Звезда (star) - бывыает двух основных видов:

Активная звезда (истинная звезда) - к одному центральному компьютеру присоединяются остальные периферийные компьютеры, причем каждый из них использует отдельную линию связи. Информация от периферийного компьютера передается только центральному компьютеру, от центрального - одному или нескольким периферийным.

Пассивная звезда, которая только внешне похожа на звезду.В настоящее время она распространена гораздо более широко, чем активная звезда. Достаточно сказать, что она используется в наиболее популярной сегодня сети Ethernet.

В центре сети с данной топологией помещается не компьютер, а специальное устройство - коммутатор или, как его еще называют, свитч (switch) (Что такое Коммутатор?), который восстанавливает приходящие сигналы и пересылает их непосредственно получателю.

Кольцо (ring) - компьютеры последовательно объединены в кольцо.

Передача информации в кольце всегда производится только в одном направлении. Каждый из компьютеров передает информацию только одному компьютеру, следующему в цепочке за ним, а получает информацию только от предыдущего в цепочке компьютера.

На практике нередко используют и другие топологии локальных сетей, однако большинство сетей ориентировано именно на три базовые топологии.

Виды локальных сетей
Все современные локальные сети делятся на два вида:

Одноранговые локальные сети - сети, где все компьютеры равноправны: каждый из компьютеров может быть и сервером, и клиентом. Пользователь каждого из компьютеров сам решает, какие ресурсы будут предоставлены в общее пользование и кому

Локальные сети с цетрализованным управлением. В сетях с централизованным управлением политика безопасности общая для всех пользователей сети.

В зависимости от назначения и размера локальной сети применяются либо одноранговые сети, либо сети с централизованным управлением.

Преимущества работы в локальной сети:

Возможность хранения данных персонального и общего использования на дисках файлового сервера.

Возможность постоянного хранения ПО, необходимого многим пользователям, в единственном экземпляре на дисках файлового сервера.

Обмен информацией между всеми компьютерами сети.

Одновременная печать всеми пользователями сети на общесетевых принтерах.

Объединение компьютеров в единую сеть предоставляет пользователям сети новые возможности, несравнимые с возможностями отдельных компьютеров. Сеть - это не сложение, а умножение возможностей отдельных компьютеров. Локальная сеть позволяет организовать передачу файлов из одного компьютера в другой или другие, совместно использовать вычислительные и аппаратные ресурсы, совмещать распределенную обработку данных на нескольких компьютерах с централизованным хранением информации и многое другое. С помощью компьютерной локальной сети осуществляется коллективное использование технических ресурсов, что благотворно воздействует на психологию и поведение пользователя не только в сети, но и в реальной жизни.

Скачать: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера.

Лекция. Локальные вычислительные сети

Локальная сеть (локальная вычислительная сеть, ЛВС, Local Area Network, LAN ) – это комплекс

оборудования и программного обеспечения, обеспечивающий передачу, хранение и обработку информа-

ции. ЛВС покрывает обычно относительно небольшую территорию. Существуют локальные сети, узлы которых разнесены географически на расстояния более 12500 км (космические станции и орбитальные центры). Несмотря на такие расстояния, подобные сети всѐ равно относят к локальным.

ЛВС создаются с целью организации:

общего доступа к оборудованию (например, принтерам)

общего доступа к данным (БД)

общего доступа к программам

построения общей системы безопасности

Существует множество способов классификации сетей. Основным критерием классификации принято считать способ администрирования . То есть в зависимости от того, как организована сеть и как она управля-

ется, еѐ можно отнести к локальной, распределѐнной, городской или глобальной сети. Управляет сетью или еѐ сегментом сетевой администратор.

Компьютеры могут соединяться между собой, используя различные среды доступа: медные проводники (витая пара), оптические проводники (оптические кабели) и через радиоканал (беспроводные технологии). Проводные связи устанавливаются через Ethernet , беспроводные - через Wi -Fi, Bluetooth, GPRS и прочие протоколы. Чаще всего локальные сети построены на технологиях Ethernet или Wi-Fi. Ранее использовались технологииFrame Relay, Token ri ng, которые на сегодняшний день встречаются реже. Для построения простой локальной сети используется коммутационное оборудование: маршрутизаторы, коммутаторы, точки беспроводного доступа, беспроводные маршрутизаторы, модемы и сетевые адаптеры. Реже используются преобразователи (конвертеры) среды, усилители сигнала (повторители разного рода) и специальные антенны.

Маршрутизация в локальных сетях используется примитивная, если она вообще необходима. Иногда в локальной сети организуются рабочие группы - формальное объединение нескольких компьютеров в группу с единым названием.

Сетевой администратор - лицо, ответственное за работу локальной сети или еѐ части. В его обязанности входит обеспечение и контроль физической связи, настройка активного оборудования, настройка общего доступа и предопределѐнного круга программ, обеспечивающих стабильную работу сети.

3.1 . История развития вычислительных сетей

Необходимо отметить, что в настоящее время кроме компьютерных сетей применяются и терминальные сети. Следует различать компьютерные сети и терминальные сети. Терминальные сети строятся на других, чем компьютерные сети, принципах и на другой вычислительной технике. К терминальным сетям, например, относятся: сети банкоматов, кассы предварительной продажи билетов на различные виды транспорта и т.д.

Первые мощные компьютеры 50-годов, так называемые мэйнфреймы, были очень дорогими и предназначались только для пакетной обработки данных. Пакетная обработка данных самый эффективный режим использования процессора дорогостоящей вычислительной машины.

С появлением более дешевых процессоров начали развиваться интерактивные терминальные системы разделения времени на базе мэйнфреймов. Терминальные сети связывали мэйнфреймы с терминалами. Терминал - это устройство для взаимодействия с вычислительной машиной, которое состоит из средства ввода (например, клавиатуры) и средств вывода информации (например, дисплея).

Сами терминалы практически никакой обработки данных не осуществляли, а использовали возможности мощной и дорогой центральной ЭВМ. Эта организация работы называлась ―режимом разделения време-

ни‖, так как центральная ЭВМ последовательно во времени решала задачи множества пользователей. При этом совместно использовались дорогие вычислительные ресурсы.

Удаленные терминалы соединялись с компьютерами через телефонные сети с помощью модемов. Такие сети позволяли многочисленным пользователям получать удаленный доступ к разделяемым ресурсам мощных ЭВМ. Затем мощные ЭВМ объединялись между собой, так появились глобальные вычислительные сети.

Таким образом, сначала сети применялись для передачи цифровых данных между терминалом и большой вычислительной машиной.

Первые ЛВС появились в начале 70-х годов, когда были выпущены мини-компьютеры. Миникомпьютеры были намного дешевле мэйнфреймов, что позволило использовать их в структурных подразделениях предприятий.

Затем появилась необходимость обмена данными между машинами разных подразделений. Для этого многие предприятия стали соединять свои мини-компьютеры и разрабатывать программное обеспечение, необходимое для их взаимодействия. В результате появились первые ЛВС.

Появление персональных компьютеров послужило стимулом для дальнейшего развития ЛВС. Они были достаточно дешевыми и являлись идеальными элементами для построения сетей. Развитию ЛВС способствовало появление стандартных технологий объединения компьютеров в сети: Ethernet, Arcnet, Token Ring.

Появление качественных линии связи обеспечили достаточно высокую скорость передачи данных – 10 Мбит/с, тогда как глобальные сети, использовали только плохо приспособленные для передачи данных телефонные каналы связи, имели низкую скорость передачи – 1200 бит/c. Из-за такого различия в скоростях многие технологии, применяемые в ЛВС, были недоступны для использования в глобальных.

В настоящее время сетевые технологии интенсивно развиваются, и разрыв между локальными и глобальными сетями сокращается во многом благодаря появлению высокоскоростных территориальных каналов связи, не уступающих по качеству кабельным системам ЛВС.

Новые технологии сделали возможным передачу таких несвойственных ранее вычислительным сетям носителей информации, как голос, видеоизображения и рисунки.

Сложность передачи мультимедийной информации по сети связана с ее чувствительностью к задержкам при передаче пакетов данных (задержки обычно приводят к искажению такой информации в конечных узлах связи). Но эта проблема решается и конвергенция телекоммуникационных сетей (радио, телефонных, телевизионных и вычислительных сетей) открывает новые возможности для передачи данных, голоса и изображения по глобальным сетям Интернет.

3.2. Основные характеристики локальной сети

В настоящее время в различных странах мира созданы и эксплуатируются различные типы ЛВС с различными размерами, топологией, алгоритмами работы, архитектурной и структурной организацией. Независимо от типа сетей, к ним предъявляются общие требования:

скорость - важнейшая характеристика локальной сети;

адаптируемость - свойство локальной сети расширяться и устанавливать рабочие станции там, где это требуется;

надежность - свойство локальной сети сохранять полную или частичную работоспособность вне зависимости от выхода из строя некоторых узлов или конечного оборудования.

В локальных сетях, основанных на протоколе IPv4, могут использоваться специальные адреса. Это четыре группы цифр, разделенных точками, например 192.168.0.1. Такие адреса называют частными, внутренними, локальными или «серыми»; эти адреса не доступны из сети Интернет. В следующей версии протокола IPv6 под адрес компьютера выделяется 6 групп дес. чисел от 0 до 255.

Пересылка данных в вычислительных сетях от одного компьютера к другому осуществляется последовательно, бит за битом. Физически биты данных передаются по каналам передачи данных в виде аналоговых

или цифровых сигналов. Так как аппаратура передачи и приема данных работает с данными в дискретном виде, то при их передаче через аналоговый канал требуется преобразование дискретных данных в аналоговые (модуляция).

При модуляции информация представляется синусоидальным сигналом той частоты, которую хорошо передает канал передачи данных. При приеме таких аналоговых данных необходимо обратное преобразование – демодуляция.

Прежде чем послать данные в сеть, посылающий узел разбивает данные на небольшие блоки, называемые пакетами данных. На узле– получателе пакеты накапливаются и выстраиваются в определенном порядке для восстановления исходной последовательности.

В составе любого пакета должна присутствовать следующая информация:

– непосредственно данные, предназначенные для передачи по сети;

– адрес, указывающий место назначения пакета (каждый узел сети имеет адрес);

– управляющие коды – это информация, которая описывает размер и тип пакета. Существует три принципиально различные схемы коммутации в вычислительных сетях:

– коммутация каналов;

– коммутация пакетов;

– коммутация сообщений.

При коммутации каналов устанавливается соединение между передающей и принимающей стороной в виде непрерывного составного физического канала из последовательно соединенных отдельных канальных участков для прямой передачи данных между узлами. Затем сообщение передается по образованному каналу.

Коммутация сообщений – процесс пересылки данных, включающий прием, хранение, выбор исходного направления и дальнейшую передачу блоков сообщений (без разбивки на пакеты). При коммутации сообщений блоки сообщений передаются последовательно от одного промежуточного узла к другому с временной буферизацией их на дисках каждого узла, пока не достигнут адресата. При этом новая передача может начаться только после того, как весь блок будет принят. Ошибка при передаче повлечет новую повторную передачу всего блока.

Передача пакетов осуществляется аналогично передаче сообщений, но так как размер пакета значительно меньше блока сообщения, то достигается быстрая его обработка промежуточным коммуникационным оборудованием. Поэтому канал передачи данных занят только во время передачи пакета и по ее завершению освобождается для передачи других пакетов. Специальные устройства - шлюзы и маршрутизаторы, принимают пакеты от конечных узлов и на основании адресной информации передают их друг другу, а в конечном итогестанции назначения. Данный вид передачи данных является стандартом для сети Интернет.

3.3. Открытые системы и модель OSІ

Компьютерные сети, как правило, состоят из различного оборудования разных производителей, поэтому для обеспечения нормального взаимодействия необходим единый унифицированный стандарт, который определял бы алгоритм передачи данных в любых сетях. В современных вычислительных сетях роль такого стандарта выполняют сетевые протоколы .

В связи с тем, что описать единым протоколом взаимодействия между узлами в сети не представляется возможным, то процесс сетевого взаимодействия разделили на ряд концептуальных уровней (модулей) и определили функции для каждого из них, а также порядок взаимодействия.

Т.к. в процессе обмена данными участвуют две стороны, то есть необходимо организовать согласованную работу двух иерархий, работающих на разных компьютерах.

Оба участника сетевого обмена должны принять множество соглашений. Соглашения должны быть приняты для всех уровней, начиная от самого низкого – уровня передачи битов – до самого высокого, реализующего сервис для пользователя.

Набор правил, определяющих порядок взаимодействия средств, относящихся к одному и тому же уровню и функционирующих в разных системах, называется протоколом (protocol). Правила взаимодействия между собой средств, относящихся к смежным уровням и функционирующих в одной системе, называются

интерфейсом (interface).

Таким образом, механизм передачи какого-либо пакета через сеть от клиентской программы, работающей на одном компьютере ПК1, к клиентской программе, работающей на другом компьютере ПК 2, можно условно представить в виде последовательной пересылки этого пакета сверху вниз от верхнего уровня, обеспечивающего взаимодействие с пользовательским приложением, к нижнему уровню, организующему интерфейс с сетью, его трансляции на компьютер ПК 2 и обратной передачи верхнему уровню уже на ПК 2.

Коммуникационные протоколы могут быть реализованы как программно, так и аппаратно. Протоколы нижних уровней часто реализуются комбинацией программных и аппаратных средств, а протоколы верхних уровней – как правило, чисто программными средствами. Протоколы реализуются не только компьютерами, но и другими сетевыми устройствами – концентраторами, мостами, коммутаторами, маршрутизаторами и т.д. В зависимости от типа устройств в нем должны быть встроенные средства, реализующие тот, или иной набор протоколов.

Иерархически организованный набор протоколов, достаточный для организации взаимодействия узлов в сети, называется стеком коммуникационных протоколов . В сети Интернет базовым набором протоколов является стек протоколовTCP/IP.

В 1984 году Международной Организацией по Стандартизации (International Standard Organization, ISO) была разработана модель взаимодействия открытых систем (Open Systems Interconnection, OSI). Мо-

дель представляет собой международный стандарт для проектирования сетевых коммуникаций и предполагает уровневый подход к построению сетей. Каждый уровень модели обслуживает различные этапы процесса взаимодействия. Посредством деления на уровни сетевая модель OSI упрощает совместную работу оборудования и программного обеспечения. Модель OSI разделяет сетевые функции на семь уровней: прикладной, уровень представления, сессионный, транспортный, сетевой, канальный и физический.

Семиуровневая эталонная модель представляет собой рекомендации (разработчикам сетей и протоколов) для построения стандартов совместимых сетевых программных продуктов, и служит базой для производителей при разработке совместимого сетевого оборудования. Рекомендации стандарта должны быть реализованы как в аппаратуре, так и в программных средствах вычислительных сетей.

Рис. 6. Семиуровневая модель Рис. 7. Модель OSI

Прикладной уровень (приложений). Верхний уровень модели, обеспечивает взаимодействие пользовательских приложений с сетью. Этот уровень позволяет приложениям использовать сетевые службы, такие как удалѐнный доступ к файлам и базам данных, пересылка электронной почты. Также отвечает за передачу служебной информации, предоставляет приложениям информацию об ошибках и формирует запросы куров-

ню представления . Пример: HTTP, POP3, SMTP, FTP, TELNET.

Представительский уровень. Уровень представления осуществляет промежуточное преобразова-

ние данных исходящего сообщения в общий формат, который предусмотрен средствами нижних уровней, а также обратное преобразование входящих данных из общего формата в формат, понятный получающей программе.

Сеансовый уровень. Сеансовый уровень модели позволяет двум программам поддерживать продолжительное взаимодействие по сети, называемое сессией (session) или сеансом. Этот уровень управляет установлением сеанса, обменом информацией и завершением сеанса. Он также отвечает за идентификацию, позволяя тем самым только определенным абонентам принимать участие в сеансе, и обеспечивает работу служб безопасности с целью упорядочивания доступа к информации сессии.

Транспортный уровень. Транспортный уровень реализует передачу данных между двумя программами, функционирующими на разных компьютерах, обеспечивая при этом отсутствие потерь и дублирования

информации, которые могут возникать в результате ошибок передачи нижних уровней. В случае, если данные, передаваемые через транспортный уровень, подвергаются фрагментации, то средства данного уровня гарантируют сборку фрагментов в правильном порядке.

Сетевой уровень. Сетевой уровень обеспечивает доставку данных между компьютерами сети, представляющей собой объединение различных физических сетей. Данный уровень предполагает наличие средств логической адресации, позволяющих однозначно идентифицировать компьютер в объединенной сети. Одной из главных функций, выполняемых средствами данного уровня, является целенаправленная передача данных конкретному получателю.

Канальный уровень. Канальный уровень отвечает за организацию передачи данных между абонентами через физический уровень, поэтому на данном уровне предусмотрены средства адресации, позволяющие однозначно идентифицировать отправителя и получателя во всем множестве абонентов, подключенных к обще линии связи. В функции данного уровня также входит упорядочивание передачи с целью параллельного использования одной линии связи несколькими парами абонентов. Кроме того, средства канального уровня обеспечивают проверку ошибок, которые могут возникать при передаче данных физическим уровнем.

Физический уровень. Физический уровень определяет способ физического соединения компьютеров в сети. Функциями средств, относящихся к данному уровню, являются побитовое преобразование цифровых данных в сигналы, передаваемые по физической среде (например, по кабелю), а также собственно передача сигналов.

На практике протоколы и интерфейсы регламентируют технические требования, предъявляемые к программным и аппаратным средствам. Программные (аппаратные) модули, предназначенные для обеспечения практического взаимодействия, определяемого тем или иным протоколом (или интерфейсом), обычно называют реализацией протокола (или интерфейса).

Хотя различные компоненты, относящиеся к различным уровням сетевой модели формально должны быть функционально независимыми друг от друга, при практической разработке протоколов такая независимость не всегда выдерживается. Это объясняется тем, что попытка добиться точного соответствия эталонной модели может привести к неэффективности работы программно-аппаратного обеспечения, реализующего протокол. В настоящее время наблюдается два типа отклонений, возникающих при реализации уровневого взаимодействия:

функции некоторых уровней могут объединяться одним протоколом и наоборот, – функции одного уровня могут делиться между различными протоколами;

функционирование протокола какого-либо уровня подразумевают использование только определенных протоколов нижележащего уровня.

Поэтому разработка практических методов сетевого взаимодействия, как правило, подразумевает разработку не отдельных протоколов, а целых наборов протоколов. Такие наборы обычно включают в себя протоколы, относящиеся к нескольким смежным уровням эталонной модели OSI, и называются стеками (или семействами, наборами)протоколов (protocol stack, protocol suite). Наиболее известным стеком протоколов, обеспечивающим взаимодействие в сети Интернет, является стек протоколов TCP/IP.

Поскольку при реализации протоколов допускаются отклонения от эталонной модели, стеки протоколов могут предполагать собственную схему деления на уровни. В частности, стек протоколов TCP/IP разделяет весь процесс сетевого взаимодействия на четыре уровня. В таблице показано соответствие уровней модели OSI и уровней стека TCP/IP.

Уровни модели OSI Уровни стека TCP/IP

прикладной представления уровень приложения сессионный

3.4. Топология локальных сетей

Под топологией (компоновкой, конфигурацией, структурой) компьютерной сети обычно понимается физическое расположение компьютеров сети друг относительно друга и способ соединения их линиями связи. Понятие топологии относится, прежде всего, к локальным сетям, в которых структуру связей можно легко проследить. В глобальных сетях структура связей обычно скрыта от пользователей и не слишком важна, так как каждый сеанс связи может производиться по собственному пути.

Топология определяет требования к оборудованию, тип используемого кабеля, допустимые и наиболее удобные методы управления обменом, надежность работы, возможности расширения сети. И хотя выбирать топологию пользователю сети приходится нечасто, знать об особенностях основных топологий, их достоинствах и недостатках надо.

Существует три базовые топологии сети: шина (bus) - все компьютеры параллельно подключаются к одной линии связи. Информация от каждого компьютера одновременно передается всем остальным компьютерам (рис.8).

Сети с шинной топологией используют линейный моноканал (коаксиальный кабель) передачи данных, на концах которого устанавливаются оконечные сопротивления (терминаторы). Каждый компьютер подключается к коаксиальному кабелю с помощью Т-разъема (Т - коннектор). Данные от передающего узла сети передаются по шине в обе стороны, отражаясь от оконечных терминаторов. Терминаторы предотвращают отражение сигналов, т.е. используются для гашения сигналов, которые достигают концов канала передачи данных. Таким образом, информация поступает на все узлы, но принимается только тем узлом, которому она предназначается. В топологии логическая шина среда передачи данных используются совместно и одновременно всеми ПК сети, а сигналы от ПК распространяются одновременно во все направления по среде передачи. Так как передача сигналов в топологии физическая шина является широковещательной, т.е. сигналы распространяются одновременно во все направления, то логическая топология данной локальной сети является логической шиной.

Терминатор

Терминатор

Рис. 8. Сетевая топология шина

Преимущества сетей шинной топологии:

отказ одного из узлов не влияет на работу сети в целом;

сеть легко настраивать и конфигурировать;

сеть устойчива к неисправностям отдельных узлов.

Недостатки сетей шинной топологии:

разрыв кабеля может повлиять на работу всей сети;

ограниченная длина кабеля и количество рабочих станций;

трудно определить дефекты соединений

Данная топология применяется в локальных сетях с архитектурой Ethernet.

Звезда (star) - бывает двух основных видов:

Активная звезда (истинная звезда) - к одному центральному компьютеру присоединяются остальные периферийные компьютеры, причем каждый из них использует отдельную линию связи. Информация от периферийного компьютера передается только центральному компьютеру, от центрального - одному или нескольким периферийным. (рис. 9)

Рис. 9. Активная звезда

Пассивная звезда, которая только внешне похожа на звезду (рис. 10). В настоящее время она распространена гораздо более широко, чем активная звезда. Достаточно сказать, что она используется в наиболее популярной сегодня сети Ethernet.

В центре сети с данной топологией помещается не компьютер, а специальное устройство - коммутатор или, как его еще называют, свитч (switch), который восстанавливает приходящие сигналы и пересылает их непосредственно получателю (рис. 10).

Рис. 10. Пассивная звезда

Данные от передающей станции сети передаются через свитч по всем линиям связи всем ПК. Информация поступает на все рабочие станции, но принимается только теми станциями, которым она предназначается.

Данная топология применяется в локальных сетях с архитектурой Ethernet. Преимущества сетей топологии звезда:

легко подключить новый ПК;

имеется возможность централизованного управления;

сеть устойчива к неисправностям отдельных ПК и к разрывам соединения отдельных ПК. Недостатки сетей топологии звезда:

отказ свитча влияет на работу всей сети;

большой расход кабеля;

Кольцо (ring) - компьютеры последовательно объединены в кольцо.

В сети с топологией кольцо все узлы соединены каналами связи в неразрывное кольцо (необязательно окружность), по которому передаются данные. Выход одного ПК соединяется со входом другого ПК. Начав движение из одной точки, данные, в конечном счете, попадают на его начало. Данные в кольце всегда движутся в одном и том же направлении.

Данную сеть очень легко создавать и настраивать. К основному недостатку сетей топологии кольцо является то, что повреждение линии связи в одном месте или отказ ПК приводит к неработоспособности всей сети.

Как правило, в чистом виде топология ―кольцо‖ не применяется из-за своей ненадѐжности, поэтому на практике применяются различные модификации кольцевой топологии.

Рис. 11. Сетевая топология кольцо

На практике нередко используют и другие топологии локальных сетей, однако большинство сетей ориентировано именно на три базовые топологии.

3.5. Классификации локальных сетей

Локальные сети можно классифицировать по:

уровню управления;

назначению;

однородности;

административным отношениям между компьютерами;

топологии;

архитектуре.

По уровню управления выделяют следующие ЛВС:

ЛВС рабочих групп, которые состоят из нескольких ПК, работающих под одной операционной системой. В такой ЛВС, как правило, имеется несколько выделенных серверов: файл-сервер, сервер печати;

ЛВС структурных подразделений (отделов). ДанныеЛВС содержат несколько десятков ПК и серверы типа: файл-сервер, сервер печати, сервер баз данных;

ЛВС предприятий (фирм). Эти ЛВС могут содержать свыше 100 компьютеров и серверы типа: файл-сервер, сервер печати, сервер баз данных, почтовый сервер и другие серверы.

По назначению сети подразделяются на:

вычислительные сети, предназначенные для расчетных работ;

информационно-вычислительные сети, которые предназначены, как для ведения расчетных работ, так и для предоставления информационных ресурсов;

информационно-советующие, которые на основе обработки данных вырабатывают информацию для поддержки принятия решений;

информационно-управляющие сети, которые предназначены для управления объектов на основе обработки информации.

По типам используемых компьютеров можно выделить:

однородные сети, которые содержат однотипные компьютеры и системное программное обес-

неоднородные сети, которые содержат разнотипные компьютеры и системное программное. По административным отношениям между компьютерами можно выделить:

ЛВС с централизованным управлением (с выделенными серверами);

ЛВС без централизованного управления (децентрализованные) или одноранговые (одноуров-

невые) сети.

По топологии (основным топологиям) ЛВС делятся на:

топологию "шина";

топологию "звезда";

топологию "кольцо".

По архитектуре (основным типам архитектур) ЛВС делятся на:

3.6. Конфигурация ЛВС (локальные сети одноранговые и с выделенным сервером)

По административным отношениям между узлами можно выделить локальные сети с централизованным управлением или с выделенными серверами (серверные сети) и сети без централизованного управ ления или без выделенного сервера (децентрализованные), так называемые, одноранговые (одноуровневые) сети.

Локальные сети с централизованным управлением называются иерархическими, а децентрализованные локальные сети равноправными. В локальных сетях с централизованным управлением один из компьютеров является сервером, а остальные ПК - рабочими станциями.

Серверы - это высокопроизводительные компьютеры с винчестерами большой емкости и с высокоскоростной сетевой картой, которые отвечают за хранение данных, организацию доступа к этим данным и передачу данных рабочим станциям или клиентам.

Рабочие станции. Компьютеры, с которых осуществляется доступ к информации на сервере, называются рабочими станциями или клиентами.

В сетях с децентрализованным управлением нет единого центра управления взаимодействием рабочих станций и единого компьютера для хранения данных. Одноранговая локальная сеть – это ЛВС равноправных компьютеров, каждый из которых имеет уникальное имя и, как правило, пароль для входа в него в момент загрузки ОС.

Равноправность ПК означает, что администратор каждого компьютера в локальной сети может преобразовать свой локальный ресурс в разделяемый и устанавливать права доступа к нему и пароли. Он же отвечает за сохранность или работоспособность этого ресурса. Локальный ресурс - ресурс, доступный только с ПК,

С помощью них пользователи могут работать с одними и теми же ресурсами, программами, данными, не отходя от собственного рабочего места.

Что такое ЛВС?

Самый распространенный вид сетей - локальные

ЛВС - это компьютерная сеть, связывающая локальные машины пользователей, находящихся на некотором удалении друг от друга. Хотя радиус действия такой сети достигает нескольких километров, обычно она используется для связи компьютеров на небольшом расстоянии. Как правило, это рабочие машины одного предприятия или домашние персональные компьютеры.

Конфигурация ЛВС

По конфигурации можно отметить локальные сети с серверным управлением и без такового (равноправные).

Равноправные локальные сети

В таких сетях все компьютеры схожи по техническим характеристикам. Одноранговая ЛВС - это локальная сеть, в которой каждая рабочая станция может выполнять все доступные функции как клиента, так и сервера. Для эффективного распределения нагрузки в такой ЛВС количество участвующих компьютеров не может быть более 10. В противном случае страдает быстродействие всей сети.

Сети с серверным управлением (многоуровневые)

В таких ЛВС один из компьютеров отличается лучшей производительностью, объемом памяти и другими показателями. Такой ПК назначается в ЛВС - это компьютеры с высокой производительностью и большим объемом памяти по сравнению с пользовательскими локальными машинами. Именно он обеспечивает взаимодействие других компьютеров сети, хранит общедоступные файлы и организует к ним доступ, передает данные клиенту в виде информации для обработки или конечного результата. ЛВС, в которых сервер используется лишь для размещения общих данных, называются сетями с выделенным файловым сервером. Наряду с такими системами существуют ЛВС, в которых на сервере осуществляется также и а клиент получает лишь результат. Это так называемые клиент-серверные системы.

Топология ЛВС

Все компьютеры в сети на физическом уровне соединены между собой. Топология ЛВС - это способ соединения локальных машин. Сейчас в локальных сетях используются такие способы соединения, как шина, звезда и кольцо.

Шинная топология

В ЛВС, монтаж которой планируется согласно этой топологии, при сборке используют единый кабель, к которому присоединяются локальные компьютеры пользователей. Таким образом, информация от одной машины проходит через все остальные. Рабочая станция, которой адресованы данные, отбирает нужную информацию из общего потока.

Преимущества ЛВС шинной топологии:

• сбой в работе одного из локальных компьютеров не влияет на работу других машин и сети в целом;
• относительно простая настройка и проектирование ЛВС;
• сравнительно небольшая стоимость расходных материалов (при малом радиусе действия, например, в рамках одной организации).

Недостатки топологии:

• повреждение кабеля блокирует работу сети в целом;
• ограниченный радиус действия и небольшое количество пользователей;
• сравнительно небольшое быстродействие (в зависимости от количества компьютеров в сети).

Топология «звезда»

Топология такого вида предполагает взаимодействие локальных компьютеров через сетевое оборудование (концентратор или хаб), которое обеспечивает параллельное соединение рабочих машин. Каждая станция соединена с центральным устройством через сетевую карту отдельным кабелем. Как и в предыдущем виде топологии, исходящие данные доступны для всех компьютеров сети и принимаются только пользователем, для которого они предназначены.

Преимущества топологии:

• легкость организации нового рабочего места;
• высокая производительность;
• быстрый поиск неисправностей или обрыва кабеля;
• на работу сети не влияют неисправности отдельных локальных машин.

Недостатки топологии:

• выход из строя центрального устройства прекращает работу всей сети;
• число пользователей ограничено количеством портов центрального устройства;
• неэкономичность в расходе кабеля;
• затраты на приобретение концентратора (или другого сетевого оборудования).

Топология «кольцо»

ЛВС, монтаж которой производится согласно правилам этого вида топологии, состоят из последовательно соединенных между собой рабочих машин, образующих кольцо. Данные в таком случае проходят от одного компьютера к другому и останавливаются на том, которому они адресованы.

Достоинства топологии «кольцо»:

• отсутствуют затраты на сетевое оборудование (концентратор, маршрутизатор);
• возможность передачи информации несколькими компьютерами одновременно.

Недостатки топологии:

• быстродействие всей сети зависит от быстродействия каждого компьютера;
• при разрыве кабеля или выходе из строя одного компьютера блокируется работоспособность всей сети;
• сложность настройки и конфигурирования;
• организация нового рабочего места на время парализует работу ЛВС.

Топология «кольцо» практически не применяется на практике из-за общей ненадежности, но подвергается различным модификациям.

В настоящее время практически ни одна организация не обходится без ЛВС. Более распространены сети топологии «звезда» из-за их надежности и устойчивости к сбоям. ЛВС топологии «кольцо», напротив, не отвечают современным показателям работоспособности и безопасности. Однако ЛВС в целом прочно вошли в нашу жизнь и способствуют эффективности любого предприятия.

В любом офисе есть компьютеры, телефоны, факсы, охранная сигнализация, видеонаблюдение и другое оборудование, необходимое для полноценного функционирования предприятия.

Чтобы все приборы работали слаженно и обеспечивали сотрудникам компании комфортные условия труда, их объединяют в специальные кабельные системы – СКС и ЛВС. Что это за понятия? Для чего конкретно они применяются и чем отличаются друг от друга?

Что такое СКС?

СКС, или структурированная кабельная система, представляет собой законченную совокупность проводов и коммутационных приборов, позволяющих свести воедино информационные сервисы различного назначения. Для лучшего понимания можно привести простой пример. Часто различное оборудование в одном здании объединяется в отдельные кабельные системы.

Компьютеры и факсы связаны между собой одним кабелем, телефоны – другим, сигнализация – третьим. Для каждой из систем предусмотрены свои розетки и провода, которые обслуживаются отдельными специализированными бригадами.

Такое обустройство офисов вызывает некоторые неудобства, особенно при поломках, когда необходимая бригада мастеров отсутствует на месте. В случае оснащения здания СКС подобных проблем не возникает, поскольку все провода и розетки в здании являются однотипными, то есть совершенно неважно, в какую розетку включать телефон, а в какую компьютер или видеокамеру.


Другими словами, СКС – это универсальная кабельная сеть, обеспечивающая совместное использование всего оборудования.

Для чего используется СКС?

Основное назначение СКС – это создание гибкой информационной инфраструктуры, которая не зависит от конечных носителей и охватывает предприятие целиком, соединяя между собой все точки средств передачи данных. Как правило, СКС имеет единый коммутационный центр, к которому сходятся все магистральные подсистемы с разных этажей.

В состав структурированной системы входят кабели, розетки, коммутационные шнуры и панели, помогающие надежно управлять всей кабельной системой здания, обеспечивать гибкость и простоту работы всего оборудования.

Что означает ЛВС?

ЛВС, или локальная вычислительная сеть, является одним из элементов СКС и объединяет между собой все компьютерные системы офиса. Простым языком, она представляет собой группу персональных компьютеров и периферийного оборудования, позволяющую решать информационные задачи предприятия и обмениваться данными.


Ее установка позволяет сотрудникам офиса передавать друг другу электронные документы, графики, таблицы и другую необходимую информацию без использования съемных носителей.

Обычно локальная сеть покрывает небольшое пространство (офис, жилой дом, учебное заведение), хотя иногда ее устанавливают и в глобальных масштабах. К примеру, орбитальные центры и космические станции тоже являются ЛВС.

Компьютеры могут объединяться между собой различными способами, но чаще всего локальные сети строятся на технологиях либо Ethernet. Ранее на предприятиях широко использовались и другие протоколы, но сейчас они встречаются всё реже.

Зачем нужна ЛВС?

Установка ЛВС обусловлена, в первую очередь, необходимостью совместного использования ресурсов в пределах одного офиса. К ресурсам относятся не только компьютеры, но и модемы, принтеры, сканеры, жесткие диски и любые другие устройства, подключаемые к ПК.

При монтаже локальной сети сотрудники получают возможность интерактивно соединяться друг с другом для передачи и приема сообщений , получать доступ к централизованно установленным программам, а также отказаться от отдельных накопителей информации на каждом рабочем месте.

В чем разница между ЛВС и СКС?

Разница между кабельными сетями заключается в том, что СКС является более глобальным понятием, охватывающим буквально всё оборудование на предприятии – от компьютеров и телефонов до охранных и пожарных систем. СКС способна поддерживать большой диапазон приложений и обеспечивать использование одного и того же канала для передачи разных сигналов.


ЛВС, в отличие о нее, представляет собой отдельно взятую сеть, объединяющую между собой только компьютерное оборудование. В современных условиях она организовывается на основе СКС.