7. Структура и организация функционирования сетей (глобальных, региональных, локальных)

Локальные вычислительные сети – ЛВС (LAN – LocalAreaNetworks) – компьютерные сети, расположенные в пределах небольшой ограниченной территории (здании или в соседних зданиях) не более 10 – 15 км.

ЛВС - это сети, предназначенные для обработки, хранения и передачи данных, и представляет из себя кабельную систему объекта (здания) или группы объектов (зданий).

На сегодняшний день трудно представить работу современного офиса без локальной вычислительной сети (ЛВС, LAN – LocalAreaNetwork), без информационно-вычислительной сети сейчас не обходиться не одно предприятие. Назначение локальной информационно-вычислительной сети – обеспечить доступ к разделяемым или сетевым (общим) ресурсам (компьютеров, серверов, факсов, сканеров, принтеров и т. п.), данным и программам. ЛВС находят широкое применение, как часть информационной системы той или иной фирмы. Локально-вычислительная сеть есть в каждом офисе, на промышленных предприятиях, в зданияхразличного назначения, банках.

В обобщенной структуре ЛВС выделяют совокупностьабонентов сети(АС),серверовикоммуникационную подсеть. Основными компонентами являются кабели с оконечным приемо-передающим оборудованием, рабочие станции, серверы, сетевые адаптеры, модемы, концентраторы, коммутаторы, маршрутизаторы, мосты.

Рабочие станции и серверы соединяютсяс кабелем коммуникационной подсети с помощью сетевых адаптеров.

Основные функции сетевых адаптеров: организация соединения между компьютерами с требуемой скоростью передачи данных; конвертирование и кодирование/декодирование; контроль правильности передачи данных; формирование пакета данных.

Основные характеристики ЛВС:

• вид физической среды передачи данных (коаксиальный кабель, витая пара, оптико-волоконный кабель);

• максимальное число абонентов сети;

• топология сети;

• максимальная скорость передачи данных;

• программное обеспечение сети;

• надежность.

Рассмотрим только основные протоколы и технологии ЛВС.

Одноранговые локальные сети (peer-to-peer) – сети без выделенного центра управления (управление передается от одной ЭВМ к другой), в которых сетевая операционная система «размазана» по всем рабочим станциям. Средства администрирования сети имеются на каждойЭВМ. Пользователю такой сети доступны все устройства, подключенные к рабочим станциям других пользователей. Зачастую в такие сети объединены ЭВМ с различным программным обеспечением, в том числе, сетевым, что резко снижает эффективность взаимодействия ЭВМ и передачи данных в сети. Администрировать такие сети также крайне неудобно из-за отсутствия централизованного средства управления – сервера.

Достоинстваодноранговых сетей – дешевизна и высокая надежность.

Недостатки– сложность управления сетью, трудности в обновлении и изменении ПО, сложности в обеспечении защиты информации.

Одноранговые сети строятся на базе Novell NetWare Lite или ОС семейства Windows.

Серверные локальные сети – сети, в которых имеется выделенный центр управления (централизованные сети). Этот компьютер (сервер) управляет информационно-коммуникационнымвзаимодействием рабочих станций, а также выполняет некоторые сервисныефункции. В этих сетях используется клиент-серверная технология, когда рабочие станции отправляют запросы на сервер (запрос к базе данных), который их обрабатывает и отсылает обратно результат выполнения. Обработка данных, полученных от сервера, может осуществляться и непосредственно на рабочей станции – это файл-серверная технология.

Достоинства серверных локальных сетей – простота увеличения числа рабочих станций и управления сетью, высокое быстродействие и надежность защиты информации.

Недостатки – более высокая стоимость и менее гибкаяструктура по сравнению с одноранговыми сетями, существенная зависимость скорости работы сети от быстродействия сервера.

Наиболее популярный протокол, используемый для организации ЛВС – Ethernet (принадлежащий канальному уровню).

Ethernet рассчитан на топологию «общая шина».

Для удешевления и упрощения аппаратных решений ЛВС рабочие станции используют общие кабели. Передача данныхпо одному кабелю производится врежиме разделения времени (режим TDH). Здесь нужно всегда помнить о том, что в надежность и производительность сети зависят от используемого канала.

Со временем базовые конфигурации ЛВС (шина, звезда, кольцо) превратились в элементарные звенья, из которых формируются более сложные структуры (с помощью концентраторов), имеющие параллельные и резервные каналы передачи данных. Хотя внутри элементарных звеньев функционирует протокол Ethernet.

Канальный уровень разделен на два подуровня –логической передачи данных(LLC) иуправления доступом к среде(MAC).

Протоколы подуровней MAC и LLC взаимно независимы, т.е. каждый протокол подуровняMACможет работать с любым протоколом подуровняLLC, и наоборот.

Подуровень MAC обеспечивает совместное использование общей передающей среды, а подуровень LLC – организует передачу кадров с различным уровнем качества транспортных услуг.

Технология Ethernet, как мы уже отметили, является самой распространенной на сегодняшний момент. Ethernet описан в стандарте IEEE 802.3. Наиболее используемые модификации – сети со скоростью передачи данных 10 Мбит/c (Ethernet), 100 Мбит/c (Fast Ethernet, 802.3u) и 1 Гбит/с (Gigabit Ethernet, 802.3z).

В Ethernet используют один и тот же метод доступа к передающей среде – метод случайного доступа CSMA/CD. Этот метод применяется в сетях с общей шиной.

Fast Ethernet, который повсеместно используется и имеет скорость 100 Мбит/с может быть организован на различных типах кабелей (табл. 5.2).

Таблица 5.2. Основные типы кабелей для сетей Fast Ethernet

Наименование	Тип	Длина сегмента, м	Преимущества
100Base-T4	Витая пара	100	Использование неэкранированной витой пары категории 3
100Base-TX	Витая пара	100	Полный дуплекс при 100 Мбит/с (витая пара категории 5)
100Base-FX	Оптоволокно	2000	Полный дуплекс при 100 Мбит/с, большая длина сегмента

Основная идея создания Gigabit Ethernet – увеличение скорости в 10 раз при сохранении обратной совместимости с использующимися сетями Ethernet. В гигабитном варианте протокол CSMA/CD не используется, поэтому максимальная длина кабеляопределяется исключительно мощностьюсигнала. Он поддерживает как медные, так и оптоволоконные кабели (табл. 5.3).

Таблица 5.3. Основные типы кабелей для сетей Gigabit Ethernet

Наименование	Тип	Длина сегмента, м	Преимущества
1000Base-SX	Оптоволокно	550	Многомодовое волокно (50, 62.5 мкм)
1000Base-LX	Оптоволокно	5000	Одномодовое (10мкм) или многомодовое (50, 62.5 мкм) волокно
1000Base-CX	2 экранированные витые пары	25	Экранированная витая пара
1000Base-T	4 неэкранированные витые пары	100	Стандартная витая пара 5 категории

Кабельная система (КС), по сути, представляет собой фундамент любой локальной вычислительной сети. КС состоит из коммуникационных элементов (кабелей, разъемов кросс-панелей, шкафов и коннекторов), которые позволяют создавать гибкую, регулярную, масштабируемую структуру.

Структурированная кабельная система(СКС) состоит из трех подсистем –горизонтальной(впределах этажа, соединяющей кроссовый шкаф этажа с розетками пользователей),вертикальной(соединяющей кроссовые шкафы каждого этажа с центральной аппаратной здания) и подсистемукампуса(соединяющей несколько зданий с главной аппаратной всего кампуса).

Естественно СКС обладает рядом неоспоримыхпреимуществ, по сравнению с хаотическим расположением кабелей, которое зачастую встречается в существующих локальных сетях.

Основные достоинства СКС – высокая надежность, увеличенный срок службы, меньшие затраты при расширении, простота в обслуживании.

Недостаток, пожалуй, всего один – значительные первоначальные вложения.

Беспроводные ЛВС (стандарт 802.11). Здесь отметим только, что стандарт 802.11 допускает организацию беспроводных ЛВС в двух вариантах – с базовой станцией и без нее.

Беспроводные ЛВС редко реализуются независимо от других сетей. Как правило, беспроводная передача данных используется для обеспечения доступа к проводным сетям. В остальных случаях существует нечто вроде шлюза между сетью WLAN и другими сетями, такими, например, как Internet. Поэтому сети WLAN должны быть совместимы с этими сетями и прозрачны для пользовательских приложений.

СТРУКТУРА И ОРГАНИЗАЦИЯ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ГЛОБАЛЬНЫХ СЕТЕЙ

Общемировые тенденции таковы, что все подвержено интеграционным процессам. В мире финансов происходят слияния и поглощения, крупные промышленные группы создают стратегические альянсы, объединяются даже страны и регионы. В этом смысле не удивительно, что вычислительные сети и компании владельцы этих сетей также стремятся увеличить свою долю на рынке и снизить стоимость предоставляемых услуг за счет укрупнения.

Глобальные сети создаются крупными корпорациями (телекоммуникационными, реже иными для собственных нужд) для обеспеченияинформационного взаимодействия между компьютерами, находящимися в разных странах, на разных континентах.

Компания, которая обеспечивает нормальное функционирование глобальной сети, называется оператором.

Компания, оказывающая платные услуги абонентам сети называется провайдером.

Глобальные сети – это результат укрупнения телекоммуникационных компаний, объединения их сетей. Это обусловлено необходимостью расширения спектра предоставляемых услуг, стоимость которых зависит от того имеет ли компания собственные каналы связи или арендует их у конкурентов.

В основу функционирования глобальных сетей положен многоуровневый принцип передачи сообщений.Сообщение формируется на самом высоком уровне модели OSI и последовательно проходит все уровни до самого нижнего. На каждом уровне к сообщению (которое дробится по мере спуска на части) добавляется дополнительный заголовок, требуемый для приема сообщения аналогичным уровнем на стороне адресата. На принимающей стороне сообщение последовательно проходит от нижнего уровня к верхнему, снимая с себя соответствующие заголовки. Поэтому верхний уровень принимает исходное сообщение в «первозданном» виде.

Однородность информационно-коммуникационной среды глобальной сети обеспечивается совместимостью программных и аппаратных средств, которые выпускаются в соответствии с международными стандартами.

Наибольшее распространение получила глобальная сеть Internet, технологии которой уже проникли в корпоративные сети, называемые теперь Intranet сетями.

Глобальные сети являются узловыми. Это означает, что глобальная сеть включает подсеть связи, к которой подключаются локальные сети, отдельные компьютеры и терминалы (средства ввода и отображения информации). Подсеть состоит изканалов связи, коммуникационных узлов(предназначены для маршрутизации и коммутации пакетов) и программного обеспечения коммуникационных узлов(КУ).

Типовая структура глобальной сети представлена на рис. 5.5. Рис. 5.5. Структура глобальной сети

ЛС – локальная сеть; М – Маршрутизатор; МП – мультиплексор; КУ – коммуникационный узел; ТСС – территориальная сеть связи; РС – рабочая станция; АТС – автоматическая телефонная станция.

К глобальной сети с помощью маршрутизаторов и КУ подключаются локальные сети. Мультиплексор необходим для совмещения в рамках одной территориальной сети связи (ТСС) компьютерного и голосового трафика от автоматической телефонной станции (АТС).

К глобальной сети также могут подключаться и отдельные рабочие станции (РС) и домашние сети, а также беспроводные сети.

В зависимости от используемых аппаратных средств различают глобальные сети с выделеннымиканалами связи, с коммутацией каналов, с коммутацией пакетов. Наиболее подходящим режимом работы глобальной сети является режим коммутации пакетов.

Стоимость услуг в глобальной сети с коммутацией пакетов в 2-3 ниже стоимости услуг в сети с коммутацией каналов, хотя суммарный трафик в единицу времени будет одинаков.

Сети с выделенными каналами применяются для организации магистральных связей между крупными локальными сетями. Связь по аналоговым выделенным линиям производится с помощью модемов. Связь по цифровым выделенным каналам осуществляется с помощью аппаратуры, использующей принцип разделения каналовпо времени (TDM). Объединение локальных сетей с помощью выделенных каналов осуществляется маршрутизаторамии удаленными мостами. Основным недостатком является высокая стоимость услуг.

Сети с коммутацией каналов строятся на базе технологии ISDN и использованием аналоговымканалов. Сеть ISDN цифровая и избавлена от недостатков аналоговой связи (большое время установление соединения, низкое качество канала), но тарификация по-прежнему осуществляется не за объем переданного трафика, а за время соединения.

Сети с коммутацией пакетов являются основным средством любой информации начиная от телевизионной и заканчивая факсимильной. К этим сетям относятся X.25, FrameRelay, ATM, TCP/IP. В глобальных сетях с коммутацией пакетов (исключая TCP/IP) используется маршрутизацияпакетов, основанная на создании каналов двух типов – коммутируемых виртуальных каналов (SVC) и постоянных виртуальных каналов (PVC). Существует два режима продвижения пакетов –стандартный и режим коммутации на основании номера виртуального канала. Стандартный режим используется только для маршрутизации только первого передаваемого пакета, который необходим для установления соединения. Получается, что первый пакет прокладывает виртуальный канал, настраивая промежуточные коммутаторы, а остальные пакеты проходят по виртуальному каналу в режиме коммутации.

СТРУКТУРА И ОРГАНИЗАЦИЯ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ РЕГИОНАЛЬНЫХ СЕТЕЙ