4.2. Назначение локальных компьютерных сетей, их компоненты и топология.

Наиболее распространенными из сетей является локальные сети. В виде локальных сетей различной архитектуры организованы вычислительные сети большинства фирм, банков, предприятий. Сеть может быть простейшей, включающей 2-5 компьютеров, предназначенной для использования общего лазерного принтера и обмена данными между абонентами. Локальная сеть может быть и весьма сложной, включающей несколько серверов и десятки рабочих станций. Способ организации сети, ее архитектура определяются функциональным назначением, части они повторяют организационную структуру предприятия.

Локальная вычислительная сеть (ЛВС) - это комплекс взаимосвязанных и размещенных на небольшой территории (в пределах 1.5-2 тыс. м) вычислительных средств, взаимодействующих с помощью специальных систем передачи данных.

Создание и использование ЛВС преследует те же цели, что и в случае крупных вычислительных сетей. ЛВС позволяет очень сильно повысить эффективность применения вычислительной техники за счет более рационального использования аппаратных, программных и информационных ресурсов ВС. ЛВС характеризуются невысокими стоимостью и сложностью комплексирования сети, высокой живучестью и простотой эксплуатации, оснащенностью современными операционными системами различного назначения, высокоскоростными средствами передачи данных, оперативной и внешней памятью большой емкости. Особенности ЛВС:

1) большая надежность удовлетворения запросов абонентов;

2) отсутствие необходимости использования телефонных каналов, благодаря близким расстояниям между терминальными комплексами;

3) простота ПО (программного обеспечения) сети;

4) высокая скорость передачи массивов информации.

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

Одноранговая сеть представляет собой сеть равноправных компьютеров, каждый из которых имеет уникальное имя (имя компьютера) и обычно пароль для входа в него в момент загрузки ОС. Равноправность ПК означает, что владелец каждого компьютера в сети сам имеет программную возможность преобразовать свой локальный ресурс в разделяемый, устанавливать права доступа к нему и пароли. Они применяются для объединения в сеть небольшого числа компьютеров – не более 10-15 в зависимости от типа ПК в сети и требований к быстродействию и мощности межкомпьютерного информационного потока (трафика).

Двухуровневые техноло­гии имеют кроме ПК, с которыми непосредственно общаются пользователи и которые называются рабочими станциями, специ­альные компьютеры, называемые серверами.

В иерархических локальных сетях имеется один (в случае двухуровневой технологии) или несколько серверов, на которых хранится информация, совместно используемая различными пользователями. Они являются постоянным хранилищем разделяемых ресурсов. При этом, сервер нижнего уровня может быть клиентом только сервера более высокого уровня иерархии.

Важнейшей характеристикой сети является топология, опреде­ляемая структурой соединения ПК в сети. Различают два вида то­пологии - физическая и логическая. Под физической топологией понимается реальная схема соединения узлов сети каналами связи, а под логической — структура маршрутов потоков данных между уз­лами. Известны такие топологии (структуры) сетей:

Шинная топология

Кольцевая топология

Радиальная (звездообразная)

топология

Радиально-кольцевая

(многосвязная) топология

Иерархическая топология

Рис.6.4. Основные типы структур вычислительных сетей

Топология предусматривает общие принципы построения вычислительных сетей, т.е. усредняет схему соединения абонентских систем.

Так например, кольцевая топология предусматривает соединение абонентских систем замкнутой кривой – кабелем передающей среды (см. рис. 6.4). Выход одной абонентской систмеы соединяется со входом другой. Информация по кольцу передается от одной абонентской системы к другой. Каждая промежуточная абонентская система ретранслирует посланное сообщение. Кольцевая топология является идеальной для сетей, занимающих сравнительно неболшое пространство, например таких как TokenRing. Ретрансляция информации позволяет использовать в качестве передающей среды любые типы кабелей.

Шинная топология – одна из наболее простых (см. рис. 6.4) Она связана с использованием в качестве передающей среды коаксиального кабеля. Данные от передающей абонентской системы распространяются по шине в обе стороны. Промежуточные абонентские системы не транслируют потсупающих сособщений. Информация поступает на все абонентские системы, но принимает сообщение только тот, которому оно адресовано. Чаще всего используется при построении локальных сетей типа Ethernet, Arcnet.

Звездообразная (радиальная) топология (см. рис. 6.4) базируется на концепции центральной абонентской системы, к которой подключаются периферийные. Каждая периферийная абонентская система имеет свою отдельную линию связи с центральной. Вся информация передается через центральную абонентскую систему, которая ретранслирует, переключает и маршрутизирует информационные потоки в сети. Центральной абонентской системой моежт быть как компьютер сети, так и специальное устройство – HAB (Хаб)- концентратор. Такя топология также, как и предыдущая топология чаще всего реализуется при построении лоакальных сетей типа Ethernet, Arcnet.

Радиально-кольцевая и иерархическая топологии (см.рис.6.4) являются сочетанием первых трех перечисленных структур сетей.

В реальных сетях предприятия обычно сочетаются различные виды топологий таким образом, что топология сети повторяет структуру организации.

Таким образом, ЛВС позволяет объединить распределенные процессы обработки информации и территориально разобщенных специалистов, сформировать информационные ресурсы в единую структуру, предоставить сотрудникам служб мощный набор аппаратных и программных средств хранения, обработки и отображения информации.

Передача информации в ЛВС обеспечивается совокупностью коммуникационного оборудования, использующего различные каналы связи, действующие в различных передающих средах. Основными показателями передачи информации является скорость, надежность, стоимость, максимальная длина сети.

Каналы связи подразделяются на проводные и беспроводные, которые затем делятся на различные виды, в зависимости от специфики передающей среды (медь, стекло, воздух).

Витая пара – это два скрученных особым образом изолированных медных проводов. В реальном кабеле используется несколько витых пар.

Коаксиальный кабель состоит из центрального медного проводника и внешней экранирующей оплетки (телевизионная антенна). Между ними находится изолирующий материал. Дополнительная внешняя изоляция защищает кабель от воздействия внешней среды. Коаксиальный кабель бывает тонкий и толстый.

Оптоволоконный кабель состоит из двух проводов – световодов. Каждый из них может проводить данные только в одном направлении.

В качестве коммуникационного оборудования в персональном компьютере используются сетевые платы (сетевые адаптеры) для всех видов кабелей.

В России наибольшее распространение получили вычислительные сети Ethernet на основе витой пары. Они требуют для работы использование концентратора (хаба), обеспечивающего сетевую связь компьютеров друг с другом в сети с радиальной (звездообразной) топологией. Концентратор –коммуникационный центр такой звезды.

Для функционирования такой сети на коаксиальном кабеле в концам кабеля подсоединяются терминаторы и коннекторы.

Терминатор – заглушка на конце кабеля для предотвращения отражения сигнала.

Коннектор или соединитель служит для контакта кабеля с сетевой платой компьютера. Для удлинения сети на тонком коаксиальном кабеле используются повторители (репетиры), которые усиливают сигнал, проходящий по проводам.

Сеть Ethetnet на толстом коаксиальном кабеле требует использования трансивера, терминатора и трансиверного кабеля.

Трансивер является передатчиком – приемником, освобождающим от необходимости подводить толстые коаксиальные кабели к каждому компьютеру сети.

Для применения оптоволоконных линий связи необходимы оптические коннекторы для связи с источником излучения, приемником или другим световодом.

Для соединения различных сетей в единую сеть применяются специальные устройства.

Мост служит для объединения локальных сетей с различными протоколами.

Маршрутизатор реализует такие же функции, как и мост, но обладает большими возможностями выбора наиболее рационального маршрута передачи запроса или ответа.

Шлюз объединяет локальные сети, имеющие не только различные протоколы, но и форматы данных, а также типы топологии сетей.

Помимо проводных каналов связи развиваются и беспроводные, основанные на инфракрасном излучении, лазере и, особенно, возможностях радиопередач.

Сети, организованные с использованием радиопередачи функционируют на основе радиомодемов. Расстояние между радиомодемами может достигать до 3 км на открытом пространстве и до 120 м внутри здания.