Характеристика компьютерных сетей

32. Характеристика локальных вычислительных сетей, их структура.

Локальная вычислительная сеть (ЛВС) представляет совокупность компьютеров, расположенных на ограниченной территории и объединенных каналами связи для обмена информацией и распределенной обработки данных.

Организация ЛВС позволяет решать следующие задачи:

 обмен информацией между абонентами сети, что позволяет сократить бумажный документооборот и перейти к электронному документообороту.

 обеспечение распределенной обработки данных, связанное с объединением АРМ всех специалистов данной организации в сеть. Несмотря на существенные различия в характере и объеме расчетов, проводимых на АРМ специалистами различного профиля, используемая при этом информация в рамках одной организации находится в единой базе данных, поэтому объединение таких АРМ в сеть является целесообразным и эффективным решением.

 поддержка принятия управленческих решений, предоставляющая руководителям и управленческому персоналу организации достоверную и оперативную информацию, необходимую для оценки ситуации и принятия правильных решений.

 организация собственных информационных систем, содержащих автоматизированные банки данных.

 коллективное использование ресурсов, таких, как высокоскоростные печатающие устройства, запоминающие устройства большой емкости, мощные средства обработки информации, прикладные программные системы, базы данных, базы знаний.

При этом эффективность функционирования локальной вычислительной сети характеризуется:

ЛВС включает следующие основные компоненты, представленные на рис. 6.2.

Рис. 6.2. Основные компоненты локальной вычислительной сети

1. Рабочая станция  это персональный компьютер, подключенный к сети, через который пользователь получает доступ к сетевым ресурсам. Рабочая станция функционирует как в сетевом, так и в локальном режиме и обеспечивает пользователя всем необходимым инструментарием для решения прикладных задач.

2. Сервер  это компьютер, выполняющий функции управления сетевыми ресурсами общего доступа: осуществляет хранение данных, управляет базами данных, выполняет удаленную обработку заданий, обеспечивает печать заданий и др.

Выделяют следующие виды серверов, представленных в таблице 6.2.

Таблица 6.2

Виды серверов и их назначение

3. Сетевой адаптер (сетевая карта) относится к периферийным устройствам персонального компьютера, непосредственно взаимодействующим со средой передачи данных, которая прямо или через другое коммуникационное оборудование связывает его с другими компьютерами. Сетевые адаптеры вместе с сетевым программным обеспечением способны распознавать и обрабатывать ошибки, которые могут возникнуть из-за электрических помех, коллизий или плохой работы оборудования.

Сетевые адаптеры выполняют семь основных операций при приеме или передаче сообщений, представленных в табл. 6.3.

Таблица 6.3

Основные операции, выполняемые сетевыми адаптерами

4. Повторители и концентраторы. Основная функция повторителя (repeater), как это следует из его названия,  повторение сигналов, поступающих на его порт. Повторитель улучшает электрические характеристики сигналов и их синхронность, и за счет этого появляется возможность увеличивать общую длину кабеля между самыми удаленными в сети узлами.

Многопортовый повторитель часто называют концентратором (concentrator) или хабом (hub), что отражает тот факт, что данное устройство реализует не только функцию повторения сигналов, но и концентрирует в одном центральном устройстве функции объединения компьютеров в сеть. Практически во всех современных сетевых стандартах концентратор является необходимым элементом сети, соединяющим отдельные компьютеры в сеть.

Концентратор может выполнять следующие дополнительные функции:

 объединение сегментов сети с различными физическими средами в единый логический сегмент;

 автосегментация портов  автоматическое отключение порта при его некорректном поведении (повреждение кабеля, интенсивная генерация пакетов ошибочной длины и т. п.);

 поддержка между концентраторами резервных связей, которые используются при отказе основных;

 защита передаваемых по сети данных от несанкционированного доступа (например, путем искажения поля данных в кадрах, повторяемых на портах, не содержащих компьютера с адресом назначения) и др.

5. Мосты и коммутаторы делят общую среду передачи данных на логические сегменты. Логический сегмент образуется путем объединения нескольких физических сегментов (отрезков кабеля) с помощью одного или нескольких концентраторов. Каждый логический сегмент подключается к отдельному порту моста или коммутатора. При поступлении кадра на какой-либо из портов мост или коммутатор повторяет этот кадр, но не на всех портах, как это делает концентратор, а только на том порту, к которому подключен сегмент, содержащий компьютер-адресат.

Основное отличие мостов и коммутаторов состоит в том, что мост обрабатывает кадры последовательно (один за другим), а коммутатор  параллельно (одновременно между всеми парами своих портов).

6. Маршрутизаторы обмениваются информацией об изменениях структуры сетей, трафике и их состоянии. Благодаря этому выбирается оптимальный маршрут следования блока данных в разных сетях от абонентской системы-отправителя к системе-получателю. Маршрутизаторы обеспечивают также соединение административно независимых коммуникационных сетей.

7. Шлюз является наиболее сложной ретрансляционной системой, обеспечивающей взаимодействие сетей с различными наборами протоколов всех семи уровней модели открытых систем. Шлюзы оперируют на верхних уровнях модели OSI (сеансовом, представительском и прикладном) и представляют наиболее развитый метод подсоединения сетевых сегментов и компьютерных сетей. Необходимость в сетевых шлюзах возникает при объединении двух систем, имеющих различную архитектуру, т. к. в этом случае требуется полностью переводить весь поток данных, проходящих между двумя системами.

В качестве шлюза обычно используется выделенный компьютер, на котором запущено программное обеспечение шлюза и производятся преобразования, позволяющие взаимодействовать нескольким системам в сети.

8. Каналы связи позволяют быстро и надежно передавать информацию между различными устройствами локальной вычислительной сети.

Выделяют следующие виды каналов связи, представленные на рис. 6.3.

Рис. 6.3. Каналы связи, используемые в ЛВС

Кабельные технологии организации каналов связи.

 Витая пара состоит из 8 изолированных проводов, свитых по два между собой. Скручивание проводов уменьшает влияние внешних электромагнитных полей на передаваемые сигналы. Витые пары имеют различные характеристики, определяемые размерами, изоляцией и шагом скручивания. Невысокая стоимость и небольшая масса этого вида передающей среды делает ее достаточно популярной для ЛВС. Основные недостатки витой пары  плохая помехозащищенность, низкая скорость передачи информации, простота несанкционированного подключения, ограничения на количество станций в сети. Технологические усовершенствования позволяют повысить скорость передачи и помехозащищенность (экранированная витая пара), но при этом возрастает стоимость этого типа передающей среды.

 Коаксиальный кабель представляет собой многожильный кабель с хорошей изоляцией. По сравнению с витой парой он обладает высокой механической прочностью, помехозащищенностью и более высокой скоростью передачи информации. Для промышленного использования выпускаются два типа коаксиальных кабелей: толстый и тонкий. Толстый кабель более прочен и передает сигналы нужной амплитуды на большее расстояние, чем тонкий. В то же время тонкий кабель значительно дешевле. В современных ЛВС коаксиальный кабель получил значительное распространение.

 Оптоволоконный кабель состоит из световодов, выполненных из кварцевого стекла толщиной в несколько микрон, помещенных в изоляционное покрытие. Имеет высокую скорость передачи информации. Он не подвержен действию электромагнитных полей, полностью пожаро- и взрывобезопасен, практически не имеет излучения. Последнее свойство позволяет использовать его в сетях, требующих повышенной секретности информации. По сравнению с предыдущими типами передающей среды он имеет следующие недостатки: высокая стоимость, сложность технологии сращивания кабеля, необходимость иметь дополнительное оборудование (модемы) для преобразования световых сигналов в электрические и т. д.

Беспроводные технологии организации каналов связи.

 Радиосвязь в ЛВС используется достаточно редко из-за экранированности зданий, ограничений юридического характера и низкой скорости передачи информации. Основное достоинство радиоканала  отсутствие кабеля, за счет чего возможно обслуживать мобильные рабочие станции.

 Передача данных в микроволновом диапазоне использует высокие частоты и применяется как на коротких, так и на больших расстояниях. Главное ограничение заключается в том, чтобы передатчик и приемник были в зоне прямой видимости. Используется в местах, где использование проводных технологий затруднено.

 Инфракрасные технологии функционируют на очень высоких частотах, приближающихся к частотам видимого света. Они могут быть использованы для установления двусторонней или широковещательной передачи на близких расстояниях. При инфракрасной связи обычно используют светодиоды для передачи инфракрасных волн приемнику. Инфракрасная передача ограничена малым расстоянием в прямой зоне видимости.

9. Сетевая операционная система наряду с аппаратной частью играет важную роль в организации локальной вычислительной сети.

Сетевая операционная система необходима для управления потоками сообщений между рабочими станциями и сервером. Она является прикладной платформой, предоставляет разнообразные виды сетевых служб и поддерживает работу прикладных процессов, реализуемых в сетях. Сетевая операционная система обеспечивает выполнение основных функций сети. К ним относятся:

 адресация объектов сети;

 функционирование сетевых служб;

 обеспечение безопасности данных;

 управление сетью.

В сетевой операционной системе можно выделить несколько частей, представленных на рис. 6.4.

Рис. 6.4. Структура сетевой операционной системы

1. Средства управления локальными ресурсами компьютера: функции распределения оперативной памяти между процессами, планирования и диспетчеризации процессов, управления процессорами, управления периферийными устройствами и другие функции управления ресурсами локальных операционных систем.

2. Средства предоставления собственных ресурсов и услуг в общее пользование  серверная часть операционной системы. Эти средства обеспечивают, например, блокировку файлов и записей, 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.

3. Средства запроса доступа к удаленным ресурсам и услугам  клиентская часть операционной системы. Эта часть выполняет распознавание и перенаправление в сеть запросов к удаленным ресурсам от приложений и пользователей. Клиентская часть также осуществляет прием ответов от серверов и преобразование их в локальный формат, так что для приложения выполнение локальных и удаленных запросов неразличимо.

4. Коммуникационные средства операционной системы, 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., т. е. является средством транспортировки сообщений.