2.3.5 Основні особливості локальних обчислювальних мереж

ЛКМ (Local Area Network(LAN)) являє собою об'єднання певного числа комп'ютерів (іноді досить великого) на відносно невеликій території. В порівнянні з глобальною КМ (WAN), ЛКМ зазвичай має більшу швидкість обміну даними, менше географічне покриття та відсутність необхідності використовувати запозиченої телекомунікаційної лінії зв'язку.

До складу ЛКМ входять: комп'ютери; мережеві адаптери; периферійні пристрої; передавальне середовище; мережеві пристрої.

За допомогою ЛКМ один комп'ютер отримує доступ до ресурсів іншого таких, як дані та периферійні пристрої (принтери, модеми, факси тощо). Використання КМ дає можливість розподілу ресурсів, покращання доступу до інформації, виконувати швидке та якісне прийняття рішень. Прикладом застосування цієї технології може бути E-mail.

Сучасні ЛКМ будуються на основі топології зірка з використанням концентраторів / хабів, комутаторів / світчів та кабелю UTP чи STP 5ї категорії (вита пара). Дана технологія, що носить назву Fast Ethernet дозволяє проводити обмін інформацією на швидкостях 100Мбіт/с, 1Гбіт/с, 10Гбіт/с та навіть 100Гбіт/с.

У ЛКМ використовуються наступні мережеві пристрої: маршрутизатори; мости; комутатори; концентратори; повторювачі.

Локальні мережі вирішують наступні задачі: радіус дії обмежується невеликими географічними відстанями; надає множинний доступ до спільного передавального середовища; права користувача надаються локальним адміністратором; надає постійний доступ до сервісів локальної КМ; фізично з'єднує пристрої на невеликій відстані.

Існують наступні поширені реалізації локальних мереж: Ethernet - локальна мережа з шинною топологією і випадковим методом доступу; Token Ring - кільцева мережа з маркерним методом доступу; FDDI - технологія побудови КМ, що використовує для передачі сигналу оптоволоконний кабель.

Перевагами об'єднання комп'ютерів у ЛКМ є наступне [2]:

Розподіл даних (Data Sharing). Дані в КМ зберігаються на центральному РС та можуть бути доступні для будь-якого РС, підключеного до КМ, тому не потрібно на кожному робочому місці мати накопичувач для зберігання однієї ітієї ж інформації.

Розподіл ресурсів (Resource Sharing). Периферійні пристрої можуть бути доступні для всіх користувачів мережі (наприклад, факс або лазерний принтер).

Розподіл програм (Software Sharing). Усі користувачі КМ можуть мати доступ до програм, які були один раз централізовано встановлені. При цьому повинна працювати мережна версія відповідних програм.

Електронна пошта (Electronic Mail). Усі користувачі КМ можуть передавати або приймати повідомлення.

2.3.6. Топологія обчислювальних мереж

Топологія «зірка». Концепція топології КМ у вигляді зірки прийшла від великих комп'ютерів, у якій головна машина одержує і обробляє всі дані з периферійних пристроїв як активний вузол обробки даних. Цей принцип застосовується в системах передачі даних, наприклад, в електронній пошті мережі RelCom. Вся інформація між двома периферійними РС проходить через центральний вузол КМ.

Рис. 2.13. Структура топології ЛКМ у вигляді «зірка»

Пропускна здатність КМ визначається обчислювальною потужністю вузла і гарантується для кожної РС. Колізій / зіткнень даних не виникає.

Кабельне з'єднання досить просте, тому що кожна РС пов'язана з вузлом. Витрати на прокладку кабелів високі, особливо коли центральний вузол географічно розташований не в центрі топології.

При розширенні обчислювальних КМ не можуть бути використані раніше виконані кабельні зв'язки: до нової РС необхідно прокладати окремий кабель з центра КМ.

Топологія у вигляді зірки є найбільш швидкодіючої з усіх топологій КМ, оскільки передача даних між РС проходить через центральний вузол (при його гарній продуктивності) по окремих лініях, використовуваним тільки цими РС. Частота запитів передачі інформації від однієї РС до іншої невисока в порівнянні з досягаємою в інших топологіях.

Продуктивність КМ в першу чергу залежить від потужності центрального файлового сервера. Він може бути вузьким місцем КМ. У разі виходу з ладу центрального вузла порушується робота всієї КМ.

Кільцева топологія. При кільцевій топології мережі РС пов'язані одна з іншою по колу, тобто РС1 з РС2, РС3 з РС4 і т.д. Остання РС пов'язана з першою. Комунікаційний зв'язок замикається в кільце.

Рис. 2.14 –Структура кільцевої топології ЛКМ

Прокладка кабелів від однієї РС до іншої може бути досить складною і дорогою, особливо якщо географічне розташування РС далеко від форми кільця (наприклад, у лінію).

Повідомлення циркулюють регулярно по колу. РС посилає по певному кінцевій адресі інформацію, попередньо отримавши з кільця запит. Пересилання повідомлень є дуже ефективною, тому що більшість повідомлень можна відправляти «на дорогу» по кабельній системі одне за іншим. Дуже просто можна зробити кільцевий запит на всі РС. Тривалість передачі інформації збільшується пропорційно кількості РС, що входять в КМ.

Основна проблема при кільцевій топології полягає в тому, що кожна РС повинна активно брати участь у пересиланні інформації, і у разі виходу з ладу хоча б однієї з них вся мережа паралізується. Несправності в кабельних з'єднаннях локалізуються просто. Підключення нової РС вимагає коротко термінового вимикання КМ, тому що під час установки кільце повинне бути розімкнуте. Обмеження на протяжність КМ не існує, так як воно, визначається винятково відстанню між двома РС.

Спеціальною формою кільцевої топології є логічна кільцева мережа. Фізично вона монтується як з'єднання і топологія типу «зірка». Окремі зірки включаються за допомогою спеціальних комутаторів (Hub - концентратор) / «хаб». Залежно від числа РС і довжини кабелю між РС застосовують активні або пасивні концентратори. Активні концентратори додатково містять підсилювач для підключення від 4 до 16 РС. Пасивний концентратор є винятково розгалужувальний пристроєм (максимум на три РС). Керування окремою РС в логічній кільцевій КМ відбувається так само, як і в звичайній кільцевій КМ. Кожній робочої станції привласнюється відповідний їй адреса, по якому передається керування (від старшого до молодшого й від самого молодшого до самого старшого). Розрив з'єднання відбувається тільки для нижче розташованого (найближчого) вузла КМ, так що лише в рідкісних випадках може порушуватися робота всієї КМ.

Рис. 2.15 –Структура логічного кільцевого ланцюга ЛКМ

Шинна топологія. Середовищем передачі інформації представляється як комунікаційний шлях, доступний дня всіх РС, до якого вони усі повинні бути підключені. Всі РС можуть безпосередньо вступати в контакт з будь-якою РС, наявною в КМ.

Рис. 2.16. Структура шинної топології ЛКМ

РС в будь-який час, без переривання роботи всієї КМ, можуть бути підключені / відключені. Функціонування КМ не залежить від стану окремої РС.

У стандартній ситуації для шинної мережі Ethernet часто використовують тонкий кабель або Cheapernet-кабель з трійникового з'єднувачем. Відключення і особливо підключення до такої мережі вимагають розриву шини, що викликає порушення циркулюючого потоку інформації і зависання системи.

Нові технології пропонують пасивні штепсельні коробки, через які можна відключати і/або підключати РС під час роботи КМ. Завдяки тому, що РС можна підключати без переривання мережних процесів і комунікаційного середовища, дуже легко прослухувати інформацію, тобто відгалужувати її з комунікаційного середовища.

У ЛКМ з прямою (не модульованою) передачею інформації завжди може існувати тільки одна РС, що передає інформацію. Для запобігання колізій у більшості випадків застосовується часовий метод поділу, згідно з яким для кожної підключеної РС у визначені моменти часу надається виключне право на використання каналу передачі даних. Тому вимоги до пропускної здатності КМ при підвищеному навантаженні підвищуються, наприклад, при введенні нових РС. Вони приєднуються до шини за допомогою пристроїв ТАР (Terminal Access Point - точка підключення терміналу). ТАР являє собою спеціальний тип приєднання до коаксіального кабелю. [2].

У ЛКМ з модульованим широкосмугового передачею інформації різні РС отримують, у міру потреби, частоту, на якій ці РС можуть відправляти і отримувати інформацію. Надсилаються дані модулюють на відповідних несучих частотах, тобто між середовищем передачі інформації і РС знаходяться відповідно модеми для модуляції і демодуляції. Техніка широкосмугових повідомлень дозволяє одночасно транспортувати в комунікаційному середовищі досить великий обсяг інформації. Для подальшого розвитку дискретної транспортування даних не грає ролі, яка первісна інформація подана в модем (аналогова чи цифрова), тому що вона все одно в подальшому буде перетворена.

Основні характеристики трьох найбільш типових топологій КМ наведені в табл. 2.5.

Табл. 2.5. Основні характеристики топологій комп'ютерних мереж.

Характеристики	Топології обчислювальних мереж
	Зірка	Кільце	Шина
Підключення абонентів	пасивне	активне	пасивне
Захист від відмов	незначний	незначний	високий
Розміри системи	будь-які	будь-які	обмежені
Захист від прослуховування	високий	високий	незначний
Поведінка системи при високих навантаженнях	гарна	задовільна	погана
Можливість роботи в реальному режимі часу	дуже гарна	гарна	погана
Розведення кабеля	гарне	задовільна	гарне
Обслуговування	дуже гарне	середнє	середнє

Деревоподібна структура ЛКМ. Поряд з відомими топологіями КМ «кільце», «зірка» і «шина», на практиці застосовується і комбінована, на приклад деревоподібна структура. Вона утворюється в основному у вигляді комбінацій вищезгаданих топологій КМ. Підстава дерева КМ (корінь) розташовується в точці, в якій збираються комунікаційні лінії інформації (гілки дерева).

КМ з деревоподібної структурою застосовуються там, де неможливо безпосереднє застосування базових мережних структур в чистому вигляді. Для підключення великої кількості РС відповідно адаптерним платам застосовують мережні підсилювачі і/або комутатори. Комутатор, що володіє одночасно і функціями підсилювача, називають активним концентратором. На практиці застосовують їх різновиди, що забезпечують підключення відповідно 8 / 16 / 32 ліній.

Пристрій до якого можна приєднати максимум три РС, називають пасивним концентратором. Пасивний концентратор звичайно використовують як розширювач, який не потребує в підсилювачі. Передумовою для підключення пасивного концентратора є те, що можливе максимальна відстань до РС не повинно перевищувати декількох десятків метрів.

Рис. 2.17. Деревоподібна структура ЛКМ