Локальная вычислительная сеть обозначается. Что такое ЛВС и СКС? В чём разница? Конечное сетевое оборудование

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

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,

Локальная вычислительная сеть (ЛС, ЛВС; LAN, Local Area Network) - группа персональных компьютеров , а также периферийное оборудование, объединенные одним или несколькими автономными (не арендуемыми) высокоскоростными каналами передачи цифровых данных (в том числе проводными, волоконно-оптическими, радио-СВЧ или ИК-диапазона) в пределах одного или нескольких зданий. ЛВС служит для решения комплекса взаимосвязанных функциональных и/или информационных задач (в рамках организации или ее автоматизированной системы), а также совместного использования объединенных информационных и вычислительных ресурсов. В зависимости от принципов построения ЛВС подразделяются на виды: «клиент-серверная», «файл-серверная», «одноранговая». ЛВС могут иметь в своем составе средства для выхода в распределенные и глобальные вычислительные сети. Варианты построения локальных вычислительных сетей:

AppleTalk - технология и средство программного обеспечения для создания кабельных одноранговых ЛВС небольших организаций (например, издательств, имеющих несколько ПК и принтеров в одном здании) на базе ПК Macintosh фирмы Apple. Расстояние между наиболее удаленными узлами в этой сети не должно превышать 500 м.
ARCnet (Attached Resource Computing Network) - нестандартная сетевая архитектура, разработанная корпорацией Datapoint в середине 1970-х годов. Метод доступа основан на передаче маркера в сети с шинной топологией; поддерживаются коаксиальный и волоконно-оптический кабели, а также витая пара. Сетевые устройства ARCnet применяются в локальных сетях небольших организаций.
Broadband LAN - широкополосная локальная сеть, рассчитанная на скорость передачи данных свыше 600 Мбит/с.
Bus network - ЛВС с шинной топологией, все станции которой подсоединены к одному кабелю. Каждая станция, принимая сигналы, переданные одной из станций, имеет возможность распознать предназначенные ей пакеты и проигнорировать остальные.
CD-ROM based LAN - локальная сеть, основанная на использовании CD-ROM.
ESA (Enterprise Systems Architecture) - архитектура вычислительных систем масштаба предприятия, а также операционная система корпорации IBM.
FireWire (огненный провод) - архитектура построения «домашних ЛВС», основана на использовании стандарта IEEE 1394; известна также как OP i.Link. Архитектура предназначена для объединения бытовых электронных устройств в локальную сеть с целью обмена аудио-, видео- и другими мультимедийными данными. Ее интерфейс позволяет использовать одножильный пластиковый оптоволоконный кабель и светодиодный лазер.
LocalTalk - разработанная фирмой Apple архитектура кабельной системы на основе экранированной витой пары, предназначена для объединения в сеть ПЭВМ Macintosh, IBM PC и периферийного оборудования; использует метод доступа CSMA с предотвращением конфликтов (CSMA/CA).
NetWare - сетевая операционная система для локальных сетей, разработанная фирмой Novell. Ее версия Personal NetWare предназначена для одноранговых ЛВС, другие версии NetWare - для сетей с архитектурой клиент-сервер. Поздние версии системы получили наименование IntranetWare.
Token Ring - архитектура и технология построения сети, разработанная фирмой IBM, в соответствии с которой включенные в ЛВС станции могут производить передачу данных, только когда они владеют маркером, непрерывно циркулирующим по кольцу. Существующие два варианта этой технологии обеспечивают скорость передачи данных от 4 до 16 Mбит/с. Адаптеры Token Ring, как правило, поддерживают оба режима работы. При этом предусмотрена возможность объединения соединительными мостами до 8 колец. В одном кольце может находиться не более 260 сетевых узлов (в том числе ЭВМ, принтеров, сканеров, плоттеров). Технология Token Ring выполняет те же функции, что и Ethernet, но реализует их иным способом. Большинство небольших предприятий устанавливают сети Ethernet, отдавая им предпочтение перед Token Ring из-за их относительной простоты. Стандарт IEEE 802.5 определяет тип кабеля, с которым работают сети Token Ring (STP, UTP или оптоволоконный кабель).
Архитектура ЛВС на USB (USB LAN architecture) - архитектура построения домашней локальной вычислительной сети на основе использования универсальной последовательной шины (USB). Простейший ее вариант - подсоединение двух ПК обычным кабелем через USB-порт. При необходимости на этой основе можно создать одноранговую сеть, объединяющую через USB-концентратор до 17 ПК с топологией звезда. ПК, к которому подключен USB-концентратор в этой сети, выполняет роль управляющего. Другой вариант построения ЛВС основан на использовании USB-трансиверов. Он позволяет через драйверы, выполняющие функции мостов, подключаться к обычной сети. Скорость передачи данных в сети типа Ethernet для USB 1.1 составляет 10 Мбит/с, а для USB 2.0 - до 100 Мбит/с.
XNS (Xerox Network System) - архитектура построения сети, разработанная фирмой Xerox; содержит набор протоколов, положенных в основу протоколов маршрутизации (IPX/SPX) сети NetWare. Одной из особенностей архитектуры XNS является предоставляемая пользователям сети возможность использовать файлы, расположенные на других компьютерах.
Принт-сервер (print server) - программно-аппаратное средство подключения принтера к сети и обеспечения сетевой печати. По исполнению разделяются на встроенные и размещенные на плате сервера («сетевые принтеры»), а также - внешние (обеспечивающие подключение нескольких принтеров).

Локальная вычислительная сеть (ЛВС, LAN - Local Area Network) — это совокупность аппаратного и программного обеспечения, позволяющего объединить компьютеры в единую распределенную систему обработки и хранения информации. Все сервисы и дополнительные устройства также важны, но они не заработают в отсутствии грамотно спроектированной и смонтировано локальной сети. К аппаратному обеспечению можно отнести компьютеры, с установленными на них сетевыми адаптерами, повторители, концентраторы, коммутаторы, мосты, маршрутизаторы и др., соединенные между собой сетевыми кабелями. К программному обеспечению можно отнести сетевые операционные системы и протоколы передачи информации. Расстояние между компьютерами объединяемыми в ЛВС обычно не превышает нескольких километров, что связано с затуханием электрического сигнала в кабелях. Технология виртуальных частных сетей (VPN - Virtual Private Network) позволяет через Internet или линии телефонной связи объединять в единую ЛВС несколько ЛВС, разнесенных на тысячи километров.

Основные возможности локальных (компьютерных) сетей:

Передача файлов. Во-первых, экономится бумага и чернила принтера. Во-вторых, электрический сигнал по кабелю из отдела в отдел движется гораздо быстрее, чем любой сотрудник с документом.
Совместное использование файлов данных и программ. Теперь нет необходимости дублировать данные на каждом компьютере. В случае если данные бухгалтерии одновременно нужны руководству и планово-экономическому отделу, нет необходимости отнимать время и нервы у бухгалтера, отвлекая его от калькуляции себестоимости каждые три секунды. Сеть позволяет пользователям работать с программой одновременно и видеть данные, вносимые друг другом.
Совместное использование принтеров и другого оборудования. Значительно экономятся средства на приобретение и ремонт техники, т.к. нет никакой необходимости устанавливать принтер у каждого компьютера, достаточно установить сетевой принтер.
Электронная почта и системы обмена мгновенными сообщениями. Помимо экономии бумаги и оперативности доставки, исключается проблемы типа "Был, но только что вышел. Зайдите (подождите) через полчаса", "Мне не передали". Когда бы занятый товарищ ни вернулся, письмо будет ждать его.
Координация совместной работы. При совместном решении задач, каждый может оставаться на рабочем месте, но работать "в команде". Для менеджера проекта значительно упрощается задача контроля и координирования действий, т.к. сеть создает единое, легко наблюдаемое виртуальное пространство с большой скоростью взаимодействия территориально разнесенных участников.
Упорядочивание делопроизводства, контроль доступа к информации, защита информации: Чем меньше потенциальных возможностей потерять (забыть, положить не в ту папку) документ, тем меньше таких случаев будет. В любом случае, гораздо легче найти документ на сервере (автоматический поиск, всегда известно авторство документа), чем в груде бумаг на столе. Сеть также позволяет проводить единую политику безопасности на предприятии, меньше полагаясь на сознательность сотрудников: всегда можно четко определить права доступа к документам и протоколировать все действия сотрудников.

В последнее время большое распространение получили т.н. беспроводные сети, основанные на передаче информации по защищенным радиоканалам. Такого рода оборудование используется там, где нет возможности проложить кабель, для соединения отдельно стоящих зданий, для подключения с мобильных и карманных компьютеров и т.п. Смешанные системы (одновременное использование в ЛВС кабельных и беспроводных технологий) - наиболее перспективный вариант построения локальных сетей предприятия.

С появлением микроЭВМ и персональных ЭВМ возникли локальные вычислительные сети. Они позволили поднять на качественно новую ступень управление производственным объектом, повысить эффективность использования ЭВМ, улучшить качество обрабатываемой информации, реализовать безбумажную технологию, создать новые технологии.

Локальная вычислительная сеть – компьютерная сеть для ограниченного круга

пользователей, объединяющая компьютеры в одном помещении или в рамках одного

предприятия.

Дадим развернутое определение локальной вычислительной сети.

Локальная вычислительная сеть (ЛВС) - это совокупность технических средств

(компьютеров, кабелей, сетевых адаптеров и др.), работающих под управлением сетевой операционной системы и прикладного программного обеспечения.

Локальные сети получили широкое распространение, начиная с 80-х годов. Локальная компьютерная сеть позволяет легко обмениваться информацией внутри отдельной организации.

По назначению (характеру реализуемых функций) ЛВС их можно разделить на сле-

􀂃 вычислительные, выполняющие преимущественно расчетные работы;

􀂃 информационно-вычислительные, кроме расчетных выполняющие работу по информационному обслуживанию пользователей;

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

􀂃 информационно-поисковые - разновидность информационных, специализирующуюся на поиске информации в сетевых хранилищах по нужной пользователю тематике;

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

􀂃 информационно-управляющие, обрабатывающие текущую техническую и технологическую информацию и вырабатывающие результирующую информацию, на базе которой автоматически вырабатываются воздействия на управляемую систему и т. д.

По количеству подключенных к сети компьютеров сети можно разделить на малые,

объединяющие до 10-15 машин, средние - до 50 машин и большие - свыше 50 машин,

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

По пропускной способности ЛВС делятся на три группы:

􀂃 ЛВС с малой пропускной способностью (скорости передачи данных в пределах до десятка мегабит в секунду), использующие чаще всего в качестве каналов связи тонкий коаксиальный кабель или витую пару;

􀂃 ЛВС со средней пропускной способностью (скорости передачи данных несколько десятков мегабит в секунду), использующие чаще всего в качестве каналов связи толстый коаксиальный кабель или экранированную витую пару;

􀂃 ЛВС с большой пропускной способностью (скорости передачи данных сотни и даже тысячи мегабит в секунду), использующие чаще всего в качестве каналов связи волоконнооптические кабели.

Объединение компьютеров в ЛВС обеспечивает решение задач коллективной работы с информацией.

1. Разделение файлов. ЛВС позволяет многим пользователям одновременно работать с одним файлом, хранящимся на центральном файл-сервере. Например, на пред-

приятии или фирме несколько сотрудников могут одновременно использовать одни

и те же руководящие документы.

2. Передача файлов. ЛВС позволяет быстро и надежно копировать файлы любого

размера с одной машины на другую.

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

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

5. Одновременный ввод данных в прикладные программы. Сетевые прикладные программы позволяют нескольким пользователям одновременно вводить данные, необходимые для работы этих программ. Например, вести записи в базе данных так,

что они не будут мешать друг другу. Однако только специальные сетевые версий программ позволяют одновременный ввод информации. Обычные компьютерные

программы позволяют работать с набором файлов только одному пользователю.

6. Разделение принтера или другого технического устройства. ЛВС позволяет нескольким пользователям на различных рабочих станциях совместно использовать

один или несколько дорогостоящих лазерных принтеров или других устройств.

7. Электронная почта. Пользовать может использовать ЛВС как почтовую службу и

рассылать служебные записки, доклады, сообщения и т.п. другим пользователям. В

отличие от телефона электронная почта передаст ваше сообщение даже в том случае, если в данный момент абонент (группа абонентов) отсутствует на своем рабочем месте, причем для этого ей не потребуется бумаги.

Топология вычислительной сети во многом определяется структурой сети связи, т.е. способом соединения абонентов друг с другом и ЭВМ . По топологическим признакам ЛВС делятся на сети следующих типов: с общей шиной, кольцевые, иерархические, радиальные и многосвязные.

Топология вычислительной сети в ЛВС с общей шиной характеризуется тем, что одна из машин служит в качестве системного обслуживающего устройства, обеспечивающего централизованный доступ к общим файлам и базам данных, печатающим устройствам и другим вычислительным ресурсам.

Сети данного типа приобрели большую популярность благодаря низкой стоимости, высокой гибкости и скорости передачи данных, легкости расширения сети (подключение новых абонентов к сети не сказывается на ее основных характеристиках). К недостаткам шинной топологии следует отнести необходимость использования довольно сложных протоколов и уязвимость в отношении физических повреждений кабеля.

Кольцевая топология в сети отличается тем, что информация по кольцу

может передаваться только в одном направлении и все подключенные ПЭВМ могут участвовать в ее приеме и передаче. При этом абонент-получатель должен пометить полученную информацию специальным маркером, иначе могут появиться «заблудившиеся» данные, мешающие нормальной работе сети.

Как последовательная конфигурация кольцо особенно уязвимо в отношении отказов: выход из строя какого-либо сегмента кабеля приводит к прекращению обслуживания всех пользователей. Разработчики ЛВС приложили немало усилий, чтобы справиться с этой проблемой. Защита от повреждений или отказов обеспечивается либо замыканием кольца на обратный (дублирующий) путь, либо переключением на запасное кольцо. И в том, и в другом случае сохраняется общая кольцевая топология.

Иерархическая ЛВС (конфигурация типа «дерево») представляет собой более развитой вариант структуры ЛВС, построенной на основе общей шины. Дерево образуется

путем соединения нескольких шин с корневой системой, где размещаются самые важные

компоненты ЛВС. Оно обладает необходимой гибкостью для того, чтобы охватить средствами ЛВС несколько этажей в здании или несколько зданий на одной территории, и реализуется, как правило, в сложных системах, насчитывающих десятки и даже сотни абонентов.

Радиальную (звездообразную) конфигурацию (Рис. 3.2, г) можно рассматривать как

дальнейшее развитие структуры «дерево с корнем» с ответвлением к каждому подключенному устройству. В центре сети обычно размещается коммутирующее устройство, обеспечивающее жизнеспособность системы. ЛВС подобной конфигурации находят наиболее частое применение в автоматизированных учрежденческих системах управления, использующих центральную базу данных. Звездообразные ЛВС, как правило, менее надежны, чем сети с общей шиной или иерархические, но эта проблема решается дублированием аппаратуры центрального узла. К недостаткам можно также отнести значительное потребление кабеля (иногда в несколько раз превышающее расход в аналогичных по возможностям ЛВС с общей шиной или иерархических).

Наиболее сложной и дорогой является многосвязная топология (Рис. 3.2, д), в которой каждый узел связан со всеми другими узлами сети. Эта топология в ЛВС применяется очень редко, в основном там, где требуются исключительно высокие надежность сети и скорость передачи данных.

На практике чаще встречаются гибридные ЛВС, приспособленные к требованиям конкретного заказчика и сочетающие фрагменты шинной, звездообразной и других топологий.

Основными аппаратными компонентами ЛВС являются:

􀂃 рабочие станции;

􀂃 серверы;

􀂃 интерфейсные платы;

􀂃 кабели.

Рабочие станции (PC) - это, как правило, персональные ЭВМ, которые являются

рабочими местами пользователей сети.

Требования, предъявляемые к составу рабочих станций, определяются характеристиками решаемых в сети задач, принципами организации вычислительного процесса, используемой операционной системой и некоторыми другими факторами.

Иногда в рабочей станции, непосредственно подключенной к сетевому кабелю, могут отсутствовать накопители на магнитных дисках. Такие рабочие станции называют бездисковыми рабочими станциями.

Основным преимуществом бездисковых PC является низкая стоимость, а также высокая защищенность от несанкционированного проникновения в систему пользователей и компьютерных вирусов. Недостаток бездисковой PC заключается в невозможности работать в автономном режиме (без подключения к серверу), а также иметь свои собственные архивы данных и программ.

Серверы в ЛВС выполняют функции распределения сетевых ресурсов. Обычно его

функции возлагают на достаточно мощный ПК, мини-ЭВМ, большую ЭВМ или специальную ЭВМ-сервер. В одной сети может быть один или несколько серверов. Каждый из серверов может быть отдельным или совмещенным с PC. В последнем случае не все, а только часть ресурсов сервера оказывается общедоступной.

При наличии в ЛВС нескольких серверов каждый из них управляет работой подключенных к нему рабочих станций. Совокупность компьютеров сервера и относящихся к нему рабочих станций часто называют доменом. Иногда в одном домене находится несколько серверов. Обычно один из них является главным, а другие - выполняют роль резерва (на случай отказа главного сервера) или логического расширения основного сервера.

Существует два основных принципа управления в локальных сетях: централизация и децентрализация.

Согласно этим принципам локальные сети бывают:

􀂃 одноранговые сети;

􀂃 сети с выделенным сервером (файл-сервером).

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, наладке, они существенно дешевле сетей с выделенным сервером.

В свою очередь, сети с выделенным сервером, несмотря на сложность настройки и относительную дороговизну, позволяют осуществлять централизованное управление. В данном случае все компьютеры, кроме сервера, называются рабочими станциями.

Сервер – компьютер, выделенный для совместного использования участниками сети, поставляющий ресурсы и услуги.

Клиент – компьютер, использующий ресурсы и услуги сервера.

Каждый компьютер сети имеет уникальное сетевое имя. Каждому пользователю серверной сети необходимо согласовать с администратором сети свое сетевое имя и сетевой пароль.

Следует заметить, что в серверной сети на компьютеры с разными ролями устанавливают различные операционные системы. Так, на сервер устанавливают одну из серверных операционных систем. В качестве примера можно указать Windows NT Server. На компьютеры-клиенты можно устанавливать любую операционную систему, содержащую средства для выполнения роли клиента серверной сети, например, Windows 95/98.

Каждый компьютер сети имеет уникальное сетевое имя, позволяющее однозначно его идентифицировать. Для каждого пользователя серверной сети необходимо иметь свое сетевое имя и сетевой пароль. Имена компьютеров, сетевые имена и пароли пользователей прописываются на сервере.

Для удобства управления локальной компьютерной сетью, несколько компьютеров,

имеющих равные права доступа, объединяют в рабочие группы.

Совокупность приемов разделения и ограничения прав доступа участников компьютерной сети к ресурсам называется политикой сети.

Обеспечением работоспособности сети и ее администрированием занимается системный администратор – человек, управляющий организацией работы локальной сети.

Рабочая группа – группа компьютеров в локальной сети.

Политика сети – совокупность приемов разделения и ограничения прав доступа

участников компьютерной сети к ресурсам.

Системный администратор – человек, управляющий организацией работы локальной сети.

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.