Локальная вычислительная сеть (ЛВС) – это комплекс оборудования и программного обеспечения, обеспечивающий передачу, хранение и обработку информации.

Назначение локальных сетей

Назначение локальной сети - осуществление совместного доступа к данным, программам и оборудованию. У коллектива людей, работающего над одним проектом появляется возможность работать с одними и теми же данными и программами не по-очереди, а одновременно. Локальная сеть предоставляет возможность совместного использования оборудования. Оптимальный вариант - создание локальной сети с одним принтером на каждый отдел или несколько отделов. Файловый сервер сети позволяет обеспечить и совместный доступ к программам и данным.

У локальной сети есть также и административная функция. Контролировать ход работ над проектами в сети проще, чем иметь дело с множеством автономных компьютеров.

В состав локальной сети (ЛВС) входит следующее оборудование:

• Активное оборудование – коммутаторы, маршрутизаторы, медиаконвекторы
• Пассивное оборудование – кабели, монтажные шкафы, кабельные каналы, коммутационные панели, информационные розетки
• Компьютерное и периферийное оборудование – серверы, рабочие станции, принтеры, сканеры.

В зависимости от требований, предъявляемых к проектируемой сети, состав оборудования, используемый при монтаже может варьироваться.

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.

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. Важно отметить, что 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

Звезда (star) - бывыает 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
• Пассивная звезда, которая только внешне похожа на звезду (рис. 2). 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) (Что такое Коммутатор?), который восстанавливает приходящие сигналы и пересылает их непосредственно получателю.

Кольцо (ring) - компьютеры последовательно объединены в кольцо.

Передача информации в кольце всегда производится только в одном направлении. Каждый из компьютеров передает информацию только одному компьютеру, следующему в цепочке за ним, а получает информацию только от предыдущего в цепочке компьютера.

На практике нередко используют и другие топологии локальных сетей, однако большинство сетей ориентировано именно на три базовые топологии.

Компьютерные сети созданы для общего пользования и общего доступа к различным службам сети. Определяя размеры компьютерных сетей, принято различать локальные сети Local Area Networks (LAN) и глобальные сети Wide Area Networks (WAN). Локальные сети используются в масштабах одной организации или ее подразделений, так как они охватывают небольшую территорию, не более 2 км. Преимуществом таких сетей является то, что они используют высококачественные линии связи, при этом обмен информацией происходит с высокой скоростью.

Глобальными сетями называются размещенные на обширной территории компьютерные сети, например в городах или даже странах. Для таких сетей характерно применение стандартных каналов связи (например, телеграфных, телефонных, спутниковых каналов). Скорость передачи информации таких линий связи низкая, всего несколько килобит в секунду. Услуги глобальных сетей ограничены — это передача файлов, как правило, в фоновом режиме и с применением электронной почты. При передаче данных используются отличные от локальных сетей методы и оборудование, а также процесс контроля и восстановления информации, так как передача происходит со значительными искажениями.

В локальных сетях различные каналы связи проходят совместно по нескольким узлам сети, в глобальных сетях они используются по отдельности. Локальные сети отличаются неравномерным распределением нагрузки. Существует так называемый пульсирующий трафик, когда нагрузка увеличивается в 100 раз. Поэтому для связи узлов в локальных сетях используется метод коммутации пакетов, являющийся более эффективным, чем традиционный. Глобальные сети характеризуются применением не только методов коммутации каналов, но и методом коммутации каналов и использованием некоммутируемых каналов.

Для локальных сетей характерна плохая масштабируемость из-за определенных установок базовых топологий, утверждающих способ подключения к станции и длину линии. Глобальные сети имеют хорошую масштабируемость, поскольку они создавались с учетом работы произвольных топологий.

В результате развития новых технологий и установки новейшего оборудования скорость передачи информации в глобальных сетях становится такой же, как и в локальных, например в глобальных сетях АТМ — 622 Мбит/с. Также режим on-line уже характерен и для глобальных сетей (например, для информационной службы WWW, использующей гипертекст и предоставляющей информацию в Интернете).

Локальные сети заимствовали у глобальных транспортные технологии. Появляются новые скоростные технологии, например Gigabit Ethernet, Fast Ethernet, работающие по индивидуальным линиям наряду с обычными разделяемыми линиями.

Локальная вычислительная сеть (ЛВС, локальная сеть / Local Аrеа Network, LAN) - компьютерная сеть, обеспечивающая передачу данных на небольшие расстояния со скоростью, как правило, не менее 1 Мбит/с. Характерными особенностями ЛВС являются:

1. Территориальный охват - от нескольких десятков метров до нескольких километров.

2. Соединяет обычно персональные компьютеры и другое электронное офисное оборудование, позволяя пользователям обмениваться информацией и совместно эффективно использовать общие ресурсы, например, принтеры, модемы и устройства для хранения данных.

3. Интерфейс - последовательный.

4. Отсутствует АПД, так как сигналы передаются в "естественной" цифровой форме.

5. В качестве устройства сопряжения ЭВМ со средой передачи используется достаточно простое устройство - сетевой адаптер.

6. Простые типовые топологии: "общая шина", "кольцо", "звезда".

7. Отсутствует маршрутизация (3-й уровень модели OSI).

8. Высокая скорость передачи данных, как правило, более 1 Мбит/с.

9. Сравнительно небольшие затраты на построение сети.

Перечисленные особенности обусловливают основные достоинства

ЛВС, заключающиеся в простоте сетевого оборудования и организации кабельной системы и, как следствие, в простоте эксплуатации сети.

В общем случае ЛВС включает в себя:

Множество ЭВМ, обычно персональных компьютеров (ПК), называемых рабочими станциями;

Сетевые адаптеры, представляющие собой электронную плату для сопряжения ПК со средствами коммуникации;

Среду передачи (магистраль), представляющую собой совокупность средств коммуникаций (коммуникационная сеть, сеть связи), объединяющая все ПК в единую вычислительную сеть кабельной системой или радиосвязью.

Сетевые адаптеры (СА) (платы, карты) предназначены для сопряжения ПК со средствами коммуникации с учетом принятых в данной сети правилами обмена информацией.

Перечень функций, возлагаемых на СА, зависит от конкретной сети и, в общем случае, может быть разбит на две группы:

1) магистральные (канальные) функции, обеспечивающие сопряжение адаптера с ПК и сетевой магистралью;

2) сетевые функции, обеспечивающие передачу данных в сети и реализующие принятый в сети протокол обмена.

К магистральным функциям СА относятся:

1) электрическое буферирование сигналов магистрали;

2) распознавание (дешифрация) собственного адреса на магистрали;

3) обработка стробов обмена на магистрали и выработка внутренних управляющих сигналов.

К сетевым функциям СА относятся:

1) гальваническая развязка ПК и средств коммуникации (отсутствует в случае оптоволоконной и беспроводной связи);

2) преобразование уровней сигналов при передаче и приёме данных;

3) кодирование сигналов при передаче и декодирование при приёме (отсутствует при использовании кода NRZ);

4) распознавание своего кадра при приёме;

5) преобразование кода: параллельного в последовательный при передаче и последовательного в параллельный при приёме;

6) буферирование передаваемых и принимаемых данных в буферной памяти СА;

7) проведение арбитража обмена по сети (контроль состояния сети, разрешение конфликтов и т.д.);

8) подсчет контрольной суммы кадра при передаче и приёме.

Первые четыре функции всегда реализуются аппаратно, остальные могут быть реализованы программно, что естественно снижает скорость обмена.

В ЛВС наиболее широкое распространение получили следующие топологии.

1. "Шина" (bus) - представляет собой кабель, именуемый магистралью или сегментом, к которому подключены все компьютеры сети (рис. 72).

Кадр, передаваемый от любого компьютера, распространяется по шине в обе стороны и поступает в буферы сетевых адаптеров всех компьютеров сети. Но только тот компьютер, которому адресуется данный кадр, сохраняет его в буфере для дальнейшей обработки. Следует иметь в виду, что в каждый момент времени передачу может вести только один компьютер.

На производительность сети (скорость передачи данных) влияют следующие факторы:

Количество компьютеров в сети и их технические параметры;

Интенсивность (частота) передачи данных;

Типы работающих сетевых приложений;

Тип сетевого кабеля;

Расстояние между компьютерами в сети.

Для предотвращения отражения электрических сигналов на каждом конце кабеля устанавливают терминаторы, поглощающие отраженные сигналы.

При нарушении целостности сети (обрыв или отсоединения кабеля), а также при отсутствии терминаторов, сеть "падает" и прекращает функционировать.

2. "Звезда" (star), в которой все компьютеры подключаются к центральному компоненту - концентратору (рис.73).

Передаваемый кадр может быть доступен всем компьютерам сети, как в топологии «шина», или же, в случае интеллектуального концентратора, работающего на 2-м уровне ОSI-модели, направляться конкретному компьютеру в соответствии с адресом назначения.

Основными недостатками такой топологии являются:

Значительный расход кабеля для территориально больших сетей;

Низкая надежность (узкое место - концентратор).

3. "Кольцо" (ring). Сигналы передаются по кольцу в одном направлении и проходят через каждый компьютер (рис.74). В отличие от пассивной топологии "шина", каждый компьютер выступает в роли повторителя, записывая кадр в буфер сетевого адаптера и затем передавая их следующему компьютеру.

Рис. 73

В зависимости от способа передачи сигналов различают:

Рис. 74

1) пассивные топологии, в которых компьютеры только "слушают" передаваемые по сети данные, но не перемещают их от отправителя к получателю, поэтому выход из строя одного из компьютеров не сказывается на работе остальных;

2) активные топологии, в которых компьютеры регенерируют сигналы и передают их по сети.

3.2 Архитектуры ЛВС

Различают следующие архитектуры ЛВС:

Одноранговые сети;

Сети типа "клиент-сервер";

Комбинированные сети, в которых могут функционировать оба типа операционных систем (одноранговая и серверная).

Одноранговые сети (peer-to-peer) сети с равноправными компьютерами, которые могут использовать ресурсы друг друга.

Некоторые одноранговые сети позволяют использовать компьютеры как в качестве рабочей станции в составе сети, так и в качестве выделенного и невыделенного сервера.

Архитектура одноранговой сети оправдана, если:

Количество пользователей не превышает 10;

Пользователи расположены компактно;

Вопросы защиты данных не критичны;

Имеется необходимость повысить производительность и эффективность офисной деятельности путем совместного использования файлов и периферийного оборудования.

Достоинства:

Умеренная стоимость;

Простота построения и эксплуатации (нет необходимости в сетевом администрировании).

Недостатки:

Небольшой размер сети, объединяющей обычно не более 10 пользователей (компьютеров), образующих рабочую группу;

Трудно обеспечить должную защиту информации при большом размере сети.

Примерами одноранговых сетевых операционных систем являются LANtastic (фирмы Artisoft), NetWare Lite (Novell). Поддержка одноранговых сетей встроена также в операционные системы Windows (Windows NT Workstation, Windows 95 и др.) фирмы Мiсrоsоft.

Сети типа "клиент-сервер" содержат:

Серверы - мощные компьютеры, владеющие разделяемыми между пользователями сети ресурсами и управляющие доступом к ним клиентов;

Клиенты менее мощные компьютеры сети, владеющие неразделяемыми ресурсами и имеющие доступ к ресурсам серверов.

Архитектура сети типа "клиент-сервер" оправдана, если:

В сети планируется работа с единым сетевым ресурсом, например, одновременная работа нескольких пользователей с общей базой данных, расположенной на сервере;

Целесообразно сосредоточить все разделяемые сетевые ресурсы (например, сетевой принтер) в одном месте и не требуется общение рабочих станций между собой.

Достоинства:

Высокая производительность за счет разделения ресурсов сети;

Возможность организации эффективной защиты данных;

Эффективная организация резервного копирования данных;

Способность поддерживать работу в сети сотен и тысяч пользователей;

Хорошие возможности для расширения.

Недостатки:

Требуют постоянного квалифицированного - обслуживания администрирования.

Сервер ЛВС - выделенный компьютер, который предоставляет другим компьютерам сети доступ к общим сетевым ресурсам. Программа, реагирующая на соответствующие запросы и выполняющая их, называется службой или сервисом.

Серверы делятся на:

Файл-серверы;

Прикладные серверы.

Файл-сервер предоставляет доступ к общему дисковому пространству, в котором хранятся общедоступные файлы, и, в основном, определяет возможности ЛВС.

Прикладные серверы представляют собой средства расширения возможностей ЛВС и включают в себя: сервер баз данных, сервер печати, сервер резервирования, факс-сервер и т.д.

3.3 Многосегментная организация ЛВС

Основной недостаток ЛВС - наличие ограничения на общую протяженность кабельной сети, составляющую несколько сотен метров.

Так для стандарта Ethemet длина сегмента (расстояние от одной крайней станции до другой) составляет не более 500 метров - для электрического кабеля.

Максимальное расстояние между двумя наиболее удаленными друг от друга (крайними) станциями называется диаметром сети.

Простейший путь увеличения диаметра сети и количества компьютеров - многосегментная организация ЛВС с использованием:

Нескольких сетевых адаптеров в файл-сервере;

Повторителей;

Концентраторов.

Одно из первых и наиболее простых решений, направленных на увеличение размера локальной сети, - использование нескольких сетевых адаптеров (рис.75), что позволяло увеличить диаметр сети почти вдвое по сравнению с односегментной ЛВС.

Рис. 75

Например, в сети Ethemet могло быть до 5 сегментов, каждый из которых имел отдельную кабельную систему.

Достоинство:

Простота реализации и невысокая стоимость.

Недостатки:

Необходимость использования по дополнительному сетевому адаптеру (СА) на каждый сегмент;

Большая нагрузка на сервер и, как следствие, невозможность построения больших (с большим числом рабочих станций) сетей.

Повторитель (repeater) простейшее сетевое устройство для построения многосегментных ЛВС, усиливающий сигнал, полученный с одного сегмента, и передающий его в другой сегмент (рис.76).

Рис. 76

Повторитель принимает сигналы из одного сегмента кабеля и побитно синхронно повторяет их в другом сегменте, улучшая форму и мощность импульсов, а также синхронизируя импульсы.

Повторитель объединяет абсолютно идентичные сети и работает на самом нижнем - физическом уровне ОSI-модели.

Достоинства:

Простота организации много сегментных ЛВС;

Дешевизна.

Недостатки:

Значительное повышение загрузки в обоих сегментах, т.к. даже "местные" сообщения одного сегмента передаются в другую сеть;

Снижение производительности (скорости передачи данных) СПД.

Концентратор (hub / хаб) - сетевое устройство, используемое в сетях на витой паре, в котором концентрируются идущие от рабочих станций отрезки кабеля (рис.77,а).

Рис. 77

Через концентратор компьютер подсоединяется к единой среде обмена данными между станциями ЛВС - серверу или магистральному каналу. Простейший концентратор представляет собой многопортовый повторитель и используется в качестве центрального узла ЛВС с топологией «Звезда». Концентратор может иметь от 8 до 32 портов для подключения компьютеров. Дальнейшее увеличение количества портов достигается путем объединения концентраторов в единый стек концентраторов, как это показано на рис.77,б.

Кроме портов для подсоединения рабочих станций с помощью витой пары концентраторы могут иметь разъем для подсоединения к высокоскоростному магистральному каналу на коаксиальном кабеле или волоконно-оптическом кабеле.

3.4 Методы управления доступом в ЛВС

На эффективность функционирования ЛВС существенное влияние оказывает метод управления доступом (Access Control Method), определяющий порядок предоставления сетевым узлам доступа к среде передачи данных с целью обеспечения каждому пользователю приемлемого уровня обслуживания. Методы доступа к среде передачи реализуются на канальном уровне ОSI-модели.

Классификация методов доступа представлена на рис. 78.

Рис. 78

Множественный доступ - метод доступа множества сетевых узлов к общей среде передачи (например, общей шине), основанный на соперничестве станций за доступ к среде передачи. Каждая станция может пытаться передавать данные в любой момент времени.

К методам множественного доступа относятся:

Случайный доступ;

Тактированный доступ;

Доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов;

Доступ с контролем несущей и предотвращением конфликтов.

Наиболее простым и естественным методом доступа к общей среде передачи является случайный доступ, означающий, что каждая станция сети начинает передачу кадра в момент его появления (формирования), не зависимо от того, занята общая среда передачи или свободна. Если две и более станций осуществляют передачу в одно и то же время, то их кадры взаимно искажаются, и возникает коллизия. На рис.79,а) показан случай, когда две рабочие станции РС1 и РС2 начинают передачу кадров «Кадр 1 » и «Кадр2» в случайные моменты времени t1 и t2 соответственно. В момент t2 возникает коллизия (рис.79,б), искажающая оба кадра. Коэффициент использования канала связи при случайном методе доступа составляет примерно 16%.

Уменьшение коллизий и увеличение коэффициента использования канала связи может быть достигнуто за счёт использования тактированного доступа, который заключается в следующем. Весь временной интервал разбивается на такты длиной Т, где значение Т должно быть больше времени передачи кадра максимальной длины. Каждая рабочая станция может начать передачу кадра только в начале очередного такта. В этом случае «Кадр2» будет передан в другом такте по отношению к «Кадру1» (рис.79,в), и коллизия не возникнет. Однако следует отметить, что остаётся достаточно высокой вероятность возникновения коллизий в тех случаях, когда моменты формирования кадров в разных станциях оказываются в пределах одного такта. В связи с этим, коэффициент использования канала связи, хотя и увеличивается, но незначительно, и составляет примерно 32%.

Рис. 79

Множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection - CSМA/CD) - метод доступа к среде передачи, при котором станция, имеющая данные для передачи, прослушивает канал, чтобы определить, не передаёт ли данные в это время другая станция. Отсутствие сигнала несущей означает, что канал свободен и станция может начать передачу. Однако не исключено, что в течение времени распространения сигнала по среде передачи другие станции почти одновременно также начнут передачу своих данных.

Во время передачи станция продолжает прослушивать канал, чтобы удостовериться в отсутствии коллизии. Если коллизия не зафиксирована, данные считаются успешно переданными.

При обнаружении коллизии станция повторяет передачу через некоторое случайное время. Повторные передачи повторяются до тех пор, пока данные не будут успешно переданы.

Множественный доступ с контролем несущей и предотвращением конфликтов (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance - CSМA/CA) - метод доступа к среде передачи, при котором передача данных предваряется посылкой сигнала блокировки (jam) с целью захвата передающей среды в монопольное пользование. Этот метод доступа рекомендован для беспроводных ЛВС.

Маркерный доступ предполагает наличие в сети кадра специального формата, называемого маркером, который непрерывно циркулирует в сети и управляет процессом доступа рабочих станций к среде передачи данных. В каждый момент времени данные может передавать только та станция, которая владеет маркером. Рабочая станция, владеющая маркером, присоединяет свой кадр данных к маркеру и отправляет адресату. При этом возможны различные варианты освобождения и передачи маркера другой станции:

1) освобождение маркера адресатом: адресат отсоединяет маркер от данных и может использовать его для отправки своего кадра, если таковой есть, или передать маркер другой станции;

2) освобождение маркера отправителем: маркер с присоединенным кадром данных делает полный оборот и отсоединяется отправителем (в версии Token Ring для скорости 4 Мбит/с), если оно вернулось без ошибок; в противном случае, этот же кадр с маркером направляется повторно в среду передачи данных;

3) метод раннего освобождения маркера ETR (Еагlу Token Release ), когда рабочая станция освобождает маркер сразу после передачи своих данных и передаёт его другой станции, не ожидая возвращения отправленного кадра данных (в версии Token Ring для скорости 16 Мбит/с и в сети FDDI).

Маркерный доступ используется в сетях:

С шинной топологией в ЛВС ARCnet (Token B us - маркерная ши на);

С кольцевой топологией в ЛВС Token Ring и FDDI (Token Ring - маркерное кольцо).

3.5 ЛВС Ethernet

Ethernet - технология ЛВС, разработанная совместно фирмами DEC, Intel и Хеroх (DIX) в 1980 году в виде стандарта Ethernet II для сети с пропускной способностью 10 Мбит/с, построенной на основе коаксиального кабеля.

В зависимости от физической среды передачи данных предусматриваются различные варианты реализации ЛВС на физическом уровне:

L0Ваsе-5 - толстый коаксиальный кабель;

L0Ваsе-2 - тонкий коаксиальный кабель;

L0Ваsе-Т - витая пара;

L0Ваsе-F - оптоволокно.

Другие варианты ЛВС Ethernet и годы появления соответствующих стандартов представлены в табл.3.1.

В стандарте IEEE 802.3 определен метод доступа, используемый в сетях Ethernet (в том числе Fast Ethernet и Gigabit Ethernet ) — CSМA/CD - множественный доступ с контролем несущей и проверкой столкновений.

Для всех вариантов физического уровня технологии Ethernet , обеспечивающих пропускную способность 10 Мбит/с, используется манчестерское кодирование.

10Ваsе-5 - стандарт физического уровня, описывающий работу сети Ethernet на толстом коаксиальном кабеле (thick Ethernet ), используемом в качестве основной магистрали.

На рис.80 показан сегмент ЛВС Ethernet на толстом коаксиальном кабеле.

Рабочие станции подключаются к магистральному кабелю с помощью трансиверного кабеля, состоящего из 4-х витых пар длиной до 50 м, и приемопередатчика (трансивера), расположенного непосредственно на коаксиальном кабеле. Трансивер представляет собой электрическое устройство, осуществляющее физическую передачу и приём данных. Расстояние между соседними трансиверами должно быть кратно 2,5 м для исключения влияния стоячих волн в кабеле на качество передачи сигнала. На концах магистрального кабеля располагаются терминаторы, поглощающие распространяющийся в кабеле информационный сигнал и препятствующие возникновению отражённого сигнала, искажающего полезный сигнал.

Рис. 80

Несмотря на громоздкость и трудности при разводке, такая кабельная система позволяет строить достаточно протяженные сети.

Основные ограничения для одного сегмента ЛВС Ethernet в соответствии со спецификацией 10Base-5 следующие :

Максимальная длина сегмента (расстояние между крайними узлами) - 500 м;

Минимальное расстояние между трансиверами - 2,5 м;

Максимальное число узлов (трансиверов) на сегменте - 100;

Максимальная длина трансиверного кабеля - 50 м.

Стандарт 10Base-5 допускает построение многосегментных сетей с использованием повторителей. Максимальное количество сегментов в сети, допускаемое стандартом, равно 5. Это ограничение обусловлено тем, что повторители только усиливают сигналы, не восстанавливая их форму, что при большом количестве сегментов в сети может привести к появлению значительного процента ошибок.

10Base-2 - стандарт физического уровня, описывающий работу сети Ethernet на тонком коаксиальном кабеле (thin Ethernet - тонкий Ethernet).

Станции подключаются непосредственно к основной магистрали через Т-образные ВNС-разъемы (рис.81).

Рис. 81

Тонкий коаксиальный кабель проходит через сетевые адаптеры всех станций. В остальном, принципы и правила построения одно- и многосегментных ЛВС на тонком и толстом коаксиальном кабеле аналогичны. Отличие - только в ограничениях на размер сети и количество станций.

Основные ограничения для ЛВС Ethernet в соответствии со спецификацией 10Base-2 следующие:

Максимальная длина сегмента (расстояние между крайними узлами) - 185 м;

Максимальное число узлов на сегменте - 30;

Минимальное расстояние между узлами - 1 м;

Много сегментная сеть строится по правилу «5-4-3»: максимально 5 сегментов, 4 повторителя, причём нагруженными являются 3 сегмента;

В каждом из трёх (средний и два крайних) сегментов можно подключать к кабелю до 30 узлов;

Два других сегмента используются только для увеличения общей протяженности сети, к ним нельзя подсоединять станции;

Повторитель рассматривается как специальный узел, подключенный к сети, поэтому в сети с двумя повторителями допускается иметь только 28 станций.

Спецификация 10Base-Т описывает сеть Ethernet с топологией типа "звезда" и кабельной системой на основе неэкранированной витой пары. Согласно спецификации 10Base-Т сегментом сети является кабель, соединяющий рабочую станцию и концентратор. Это означает, что к каждому сегменту может быть подключено лишь два устройства: станция и концентратор (рис. 82), а количество сегментов равно количеству подключённых к концентратору станций.

Для простоты рассуждений под сегментом сети Ethernet 10 Base-Т будем понимать концентратор со всеми подключёнными к нему станциями. Много сегментная сеть будет представлять собой объединение нескольких концентраторов с подключёнными к ним станциями (рис.82 ).

Рис. 82

П ри построении многосегментной сети Ethernet 10 Base-Т используется правило «4-х хабов», которое гласит, что между любыми двумя станциями в сети должно быть не более 4-х концентраторов (хабов).

Основные ограничения для ЛВС Ethernet в соответствии со спецификацией 10Base-Т имеют вид:

Максимальная длина кабеля (между концентратором и рабочей станцией или между двумя концентраторами) - 100 м;

Число концентраторов между любыми станциями - не более 4;

Максимальный диаметр сети - 500 м;

Максимальное количество станций в сети — 1024 (может быть достигнуто только за счёт применения 32-х портовых концентраторов (рис. 8 3).

Благодаря меньшей стоимости кабельной системы и возможности построения сетей с максимально допустимым количеством станций, сети 10Base-Т получили доминирующее положение на рынке и практически полностью вытеснили сети, построенные на коаксиальном кабеле.

10Base-F совокупность стандартов физического уровня, описывающих работу сети Ethernet на волоконно-оптическом кабеле с пропускной способностью 10 Мбит/с. В качестве среды передачи данных в оптоволоконной сети Ethernet используется многомодовый волоконнооптический кабель (ВОК).

Рис. 83

Структурная организация сети аналогична стандарту 10 Base-Т: сетевые адаптеры рабочих станций соединяются с многопортовым повторителем (концентратором) с помощью ВОК и образуют физическую топологию «Звезда».

10 Base-F включают в себя следующие стандарты.

1. Стандарт FOIRL (Fiber Optic Inter-Repeater Link): длина оптоволоконного кабеля между узлами или повторителями - до 1 км; максимальное число повторителей — 4; максимальный диаметр сети - 2500 м.

2. Стандарт 10Base-FL (Fiber Link)- улучшенный вариант стандарта FOIRL, заключающийся в увеличении мощности передатчиков, за счёт чего максимальное расстояние между узлом и повторителем может достигать 2000 м, при этом: максимальное число повторителей — 4; максимальный диаметр сети - 2500 м.

3 . Стандарт 10Base-FB (Fiber Backbone) предназначен только для объединения повторителей в магистраль, при этом: между узлами сети можно установить до 5 повторителей стандарта 10Base-FB; максимальная длина одного сегмента - 2000 м; максимальный диаметр сети - 2740 м.

В отличие от ранее рассмотренных сетей, повторители, используемые в ЛВС Ethern et 10 Base-FB, при отсутствии кадров для передачи обмениваются специальными последовательностями сигналов, что позволяет постоянно поддерживать синхронизацию в сети. Поэтому ЛВС, построенную по стандарту 10Base-FB, называют «синхронный Ethernet ». Благодаря меньшим задержкам при передаче данных из одного сегмента в другой, количество повторителей увеличено до 5 .

В качестве достоинств ЛВС Ethernet следует отметить:

Простоту установки и эксплуатации;

Невысокую стоимость реализации, обусловленную простотой и невысокой стоимостью сетевых адаптеров и концентраторов;

Возможность использования различных типов кабеля и схем прокладки кабельной системы.

К недостаткам сети Ethernet можно отнести:

Снижение реальной скорости передачи данных в сильно загруженной сети, вплоть до ее полной остановки;

Трудности поиска неисправностей: при обрыве кабеля отказывает весь сегмент ЛВС и локализовать неисправный узел или участок сети достаточно сложно.

Топология «кольцо» - это топология, в которой каждый компьютер соединён линиями связи только с двумя другими: от одного он только получает информацию, а другому только передаёт. На каждой линии связи, как и в случае звезды, работает только один передатчик и один приёмник. Это позволяет отказаться от применения внешних терминаторов.
Каждый компьютер ретранслирует (возобновляет) сигнал, то есть выступает в роли повторителя, потому затухание сигнала во всём кольце не имеет никакого значения, важно только затухание между соседними компьютерами кольца. Чётко выделенного центра в этом случае нет, все компьютеры могут быть одинаковыми. Однако достаточно часто в кольце выделяется специальный абонент, который управляет обменом или контролирует обмен. Понятно, что наличие такого управляющего абонента снижает надёжность сети, потому что выход его из строя сразу же парализует весь обмен.
Подключение новых абонентов в «кольцо» обычно совсем безболезненно, хотя и требует обязательной остановки работы всей сети на время подключения. Как и в случае топологии «шина», максимальное количество абонентов в кольце может быть достаточно большое (1000 и больше). В качестве носителя в сети используется витая пара или оптоволокно. Сообщения циркулируют по кругу.
Рабочая станция может передавать информацию другой рабочей станции, только после того, как получит право на передачу (маркер), поэтому коллизии исключены. Информация передается по кольцу от одной рабочей станции к другой, поэтому при выходе из строя одного компьютера, если не принимать специальных мер выйдет из строя вся сеть.
Кольцевая топология обычно является самой стойкой к перегрузкам, она обеспечивает уверенную работу с самыми большими потоками переданной по сети информации, потому что в ней, как правило, нет конфликтов (в отличие от шины), а также отсутствует центральный абонент (в отличие от звезды).

Важной частью современного мира являются компьютеры. Чтобы облегчить и упростить нашу жизнь, а также ускорить работу, были созданы компьютерные сети. Так называют соединение компьютеров и вычислительного оборудования в единую сеть. Таким оборудованием являются маршрутизаторы, Wi-Fi роутеры, серверы и другая подобная техника.

Для передачи данных по компьютерной сети применяются физические явления: электромагнитное излучение, электрический ток, оптические каналы.

Классификация

Типы сетей по:

• Коммутации.
• Технологии передачи.
• Протяженности.
• Скорости работы.
• Функциональному назначению.

По типу коммутации компьютерные сети делятся на два вида:

1. Коммутация каналов.
2. Коммутация пакетов.

В первом виде перед началом передачи информации требуется соединение получателя и отправителя. После такой коммутации информация поступает по установленной сети. Такие компьютерные сети применяются в условиях телефонной связи.

Второй вид сети – используется для сетей, состоящих из компьютеров. При этом информация разделяется на некоторые части, которые называют пакетами. От них и получил название этот вид сетей. Пакеты передаются независимо между собой, отдельно. Каждый пакет имеет возможность проходить по сети своим путем.

Преимуществом этой сети является высокая надежность работы. При неисправности одного из узлов сети, можно найти путь обхода через другие узлы. Другими словами, решается вопрос маршрутизации для каждого пакета в отдельности, на каждом промежуточном узле. Это занимает некоторое время и нагружает промежуточный компьютер.

В сетях с соединением каналов при неисправности одного из узлов, коммутация разрывается. В результате передача информации прекращается. Для таких сетей коммутация происходит один раз, и расходы на решение вопроса маршрутизации отсутствуют.

По технологии передачи компьютерные сети разделяют на:

• Широковещательные сети (передаваемая информация доступна всем компьютерным узлам).
• Точка-точка (информация передается между двумя отдельными компьютерами, либо через несколько промежуточных машин).

Разделение сетей по протяженности:

• Самыми короткими в этой классификации являются персональные сети . Их длина около одного метра, расположены на столе в непосредственной близости от пользователя компьютера. В качестве примера персональной сети можно назвать беспроводную сеть «блютуз».
• Следующим видом являются локальные сети , которые обычно размещаются в одном или нескольких зданиях, находящихся поблизости. Их длина может составлять от нескольких метров до 1 км.
• Муниципальная сеть организуется, как правило, в масштабах населенного пункта. Сегодня наиболее популярными стали муниципальные сети, дающие возможность по одному подключению гарантировать доступ к городскому телефону, телевидению и интернет ресурсам. Их протяженность может составлять несколько километров, в зависимости от величины населенного пункта.
• Глобальные компьютерные сети создаются в масштабах страны или части света. В нашей стране их создают известные компании телефонной связи, по ним передается различная информация и обеспечивается доступ к интернету. Длина их не ограничена, иногда составляет несколько тысяч километров.
• Объединение сетей – мировая «паутина» интернета.

По скорости передачи сети классифицируются на:

• Низкоскоростные соединения. К ним относятся такие пути поступления данных, которые действуют на скорости менее 10 мегабит в секунду.
• Среднескоростные. Относятся те соединения, которые оперируют с пакетами информации на скорости от 10 до 100 мегабит в секунду.
• Высокоскоростные. Относятся те, которые способны передавать данные со скоростью более 100 мегабит в секунду.

По функциональному назначению:

• Хранение информации.
• Серверная станция.
• Управление работой.
• Домовые соединения.

Особенности работы локальных сетей

О назначении и особенностях глобальной сети, а также о ее пользе для всего мира всем известно. Чтобы подробно описать все возможности интернета, понадобится много времени и средств.

В то же время, локальные сети недостаточно освещаются в литературе и обделены вниманием. Поэтому многие пользователи компьютеров не понимают и не знают, для каких целей они служат.

Основные функции

• Оптимизация работы предприятия . Локальная сеть, созданная в офисе, гарантирует для всех работников возможность удаленного обмена данными, пользование различной оргтехникой.
• Возможность общения . Заменить выход в мировую «паутину» локальные сети не способны, но когда необходимо создать свой закрытый канал для посторонних пользователей, то без таких сетей не обойтись. Например, можно организовать форум работников фирмы.
• Удаленное администрирование . Сеть дает возможность одному администратору оказывать техническую помощь сразу нескольким пользователям.
• Экономия . Лучше один раз заплатить за подключение к мировой «паутине», и сделать для всех сотрудников общий доступ, чем отдельно подключать каждому сотруднику доступ в интернет и платить за это.
• Безопасность обмена информацией, комфорт использования, игры .

Локальные компьютерные сети приносят пользу в различных областях жизни. Именно они послужили заменой «голубиной почты» на производстве и в бытовых условиях.

Стандарты связи

Для нас воспринимается естественным образом, что к сети интернета мы имеем возможность подключиться каким угодно способом и с любого устройства – смартфона, компьютера, ноутбука и даже телевизора или современного холодильника. Не важно, какой марки эти устройства, и какая система на них установлена.

Когда компьютерные сети только зарождались, оборудование одной фирмы могли взаимодействовать в сети только с устройствами, изготовленными именно этой фирмы, и больше ни с какими. Причин для этого было много – несовместимость оборудования, программного обеспечения и сетевых протоколов.

Чтобы уйти от этой проблемы, необходимо наличие и внедрение стандартов на оборудование, сетевые протоколы и программное обеспечение.

Существует два вида стандартов:

• Юридические (формальные). Это стандарты, принятые организациями, наделенными соответствующими правами.
• Фактические (де факто). Это стандарты, никем не принятые, а установленные сами собой. Например, разработана новая технология, которая широко распространилась, и приобрела большую популярность. Так получилось с протоколом, являющимся базовым во всемирной сети интернета.

Компьютерные сети имеют много стандартов связи, но самыми важными из них стали четыре вида:

• Международная организация ISO разрабатывает стандарты на эталонную модель работы открытых систем, описывающий подход к построению сетей компьютеров.
• Институт инженеров IEEE принимает стандарты на технологии передачи информации.
• Совет по архитектуре сети интернет разрабатывает стандарты связи на протоколы интернета.
• Консорциум W3C разрабатывает стандарты на Web (создание и оформление сайтов).

Стандарты играют большую роль в функционировании компьютерных соединений. Мы все работаем с интернетом, заходим в него с любого устройства, работающего на любой операционной платформе, и любого производителя. Для этого применяются открытые стандарты.

Каналы передачи

Чтобы обеспечить возможность качественного соединения компьютеров, должна существовать особая передающая система – канал.

Основные виды передающих каналов, с помощью которых работают компьютерные сети:

• Аналоговые.
• Цифровые.
• Широко- и узкополосные.
• Радио и спутниковые.
• Оптоволоконный кабель.

Аналоговые каналы стали использоваться самыми первыми для отправки данных в компьютерных соединениях и дали возможность ввести в работу общественную телефонную связь.

Передача данных по ним производится двумя способами:

• Проводами соединяют два объекта, которые подключаются друг с другом путем непосредственной коммутации, это является выделенной линией.
• Соединение производится путем набора номера телефона, с применением коммутируемых сетей.

По выделенным линиям эффективность передачи информации больше, а их работа надежнее. Для отдельного канала требуется индивидуальное устройство, хотя существуют многоканальные устройства. С помощью коммутируемой линии можно связываться с другими узлами посредством одного устройства коммутации.

Вместе с аналоговыми каналами развивалась и цифровая форма связи. Совместно с дискретными пакетами, по цифровой линии передается голосовая связь и факсимильные данные, модифицированная в цифровой вид.

Высокие скорости на малых расстояниях обеспечиваются путем применения специальных проводников, имеющих название . Она позволяет избежать влияния соседней проводки на качество работы.

Кабельные линии, называемые парами, состоят из двух соосных проводников, разделенных между собой диэлектриком. Один вид кабеля применяется для узкополосных пакетов информации, другой для широкополосных данных. Эти виды кабеля дают возможность работы с большой скоростью.

На малых дистанциях кабельные каналы постепенно заменяют витой парой, а на значительном удалении – кабелем. В его работе используется явление, при котором внутри кабеля отражаются световые лучи. Это дает возможность передавать лучи света на большое удаление без всяких потерь. Источниками светового потока в оптоволоконных конструкциях служат , либо , а вместо приемников работают .

Оптоволоконные каналы имеют высокую стоимость, в отличие от других типов, но все больше распространяются не только для малых сетей, но и на участках, имеющих очень большую длину кабельной линии.

Применение в компьютерных соединениях радиоволн разной частоты стало экономически выгодно для обеспечение качественной связи с другим компьютерным оборудованием, находящимся на больших расстояниях, с применением спутников. Радиоволны широко применяются также для связи с непостоянно используемыми устройствами или подвижным оборудованием.

Передача данных по радиоканалам чаще всего осуществляется цифровым и аналоговым путем. Первый способ сегодня развивается более интенсивно, так как дают возможность объединить каналы спутников и компьютерные сети, расположенные на поверхности Земли, в единую систему. Мощным толчком в развитии радиоканалов стало возникновение сотовой связи, которая дает возможность передавать аудио сигналы, передавать информацию по радиотелефону и другим устройствам.