Локальные сети

13







ВВЕДЕНИЕ



В условиях рыночной экономики информация выступает как один из важнейших товаров. Успех коммерческой и предпринимательской деятельности связан с муниципальными, банковскими, биржевыми информационными системами, информатизацией оптовой и розничной торговли, торговых домов, служб управления трудом и занятостью, созданием банка данных рынка товаров и услуг, развитием центров справочной и аналитико-прогнозной котировочной информации, электронной почты, электронным обменом данными и др. Как правило работа этих систем базируется на локальных сетях различной архитектуры или их объединениях, получивших название корпоративных сетей.

Наличие в офисе, конторе, учреждении локальной сети (ЛС)  создает для ее пользователей новые возможности интегрального характера, благодаря системам ПК и другому оборудованию сети.

Организуется автоматизированный документооборот (электронная почта), создаются различные массивы управленческой, коммерческой и другой информации общего назначения, и персонально используются вычислительные ресурсы всей сети, а не только отдельного компьютера. Появляются возможности использования различных средств или инструментов решения различных задач (инженерных, финансовых, издательских и т.д.).

Кроме организации внутренних служб, ЛС позволяют организовывать внешнюю, по отношению к обслуживаемому учреждению, службы: телексная связь, почтовая корреспонденция, электронные доски объявлений и газеты, а также выход в региональные (глобальные) сети и использование их услуг.





1. Локальные сети, как массовые 

  компьютерные системы



Локальные сети (ЛС) представляют собой системы распределенной обработки данных, которые охватывают небольшие территории (до 10 км) внутри отдельных офисов, фирм, банков, бирж, других учреждений. При помощи общего канала связи ЛС может объединять от десятков до сотен абонентских узлов, включающих компьютеры, внешние запоминающие устройства, дисплеи, печатающие устройства, копирующие устройства, кассовые и банковские аппараты, интерфейсные схемы и многое другое. ЛС могут подключаться к другим локальным и глобальным сетям с помощью специальных шлюзов, мостов, маршрутизаторов, реализуемых на специализированных устройствах или на персональных компьютерах (ПК) с соответствующим программным обеспечением.

Современная стадия развития ЛС характеризуется почти повсеместным переходом от отдельных сетей к сетям, которые охватывают все предприятие (фирму, компанию) и объединяют разнородные вычислительные ресурсы в единой среде. Такие сети получили название корпоративные.

Важнейшей характеристикой ЛС является скорость передачи информации. В идеале при посылке и получении данных через сеть время отклика должно быть таким же, как если они были бы получены от ПК пользователя, а не из некоторого места вне сети. Это требует скорости передачи данных от 1 до 10 Мбит/с и более. ЛС ПК должны не только быстро передавать информацию, но и легко адаптироваться к новым условиям, иметь гибкую архитектуру, которая бы позволяла располагать рабочие места там, где потребуется. У пользователей должна быть возможность добавлять и перемещать рабочие места или другие устройства сети, а также отключать их в случае надобности без прерывания в работе сети. ЛС должна сохранять надежность, отказ какого-либо ПК не только не должен прекращать работу системы, но и обеспечивать возможность передачи функций отказавшего ПК  на другой компьютер сети. Удовлетворение перечисленных требований достигается модульной организацией ЛС, которая позволяет строить компьютерные сети различной конфигурации и различных возможностей. Основными компонентами ЛС являются: рабочие станции (РС), платы интерфейса сети (сетевые платы), кабели, серверы сети. Каждое из устройств ЛС подключено к кабелю передачи данных, что позволяет им взаимодействовать. Кабели могут быть как простыми двужильными телефонными, так и дорогими оптоволоконными. Устройства сети соединяются кабелями с помощью сетевых плат.

Специфическими компонентами ЛС являются серверы. Они выполняют функции управления распределением сетевых ресурсов общего доступа. Серверы- это аппаратно-программные системы. Аппаратным средством обычно является достаточно мощный ПК, который может быть специально как сервер. ЛС может иметь несколько серверов для управления сетевыми ресурсами, однако всегда должен быть один или более файл-сервер или сервер базы данных. Он управляет внешними запоминающими устройствами общего доступа и позволяет организовать распределение базы данных .

Рабочими станциями в ЛС служат, как правило, персональные компьютеры. Отдельные пользователи (различные должностные лица фирмы) реализуют на РС свои прикладные системы. В основном это определенные функциональные задачи или комплекс задач. Выполнение любой задачи связано с понятием вычислительного процесса или просто процесса.

Такие территориально-рассредоточенные и взаимодействующие процессы в ЛС могут быть реализованы на основе двух глобальных концепций:

        1. Устанавливаются произвольные связи между процессами без функциональной среды между ними.

          2. Определяется связь только через функциональную среду.

Реализация протоколов связи процессов ЛС, как правило, предполагает использование принципа пакетной коммутации для обмена информацией между взаимодействующими процессами. При пакетной коммутации информация перед подачей разбивается на сегменты (блоки), которые представляются в виде пакетов определенной длины, содержащих кроме информации пользователя некоторую служебную информацию, позволяющую различать пакеты и выявлять возникающие при передаче ошибки.





2. КЛАССИФИКАЦИЯ ЛОКАЛЬНЫХ СЕТЕЙ



На сегодняшний день в мире насчитывается огромное количество различных ЛС (как отечественных, так и зарубежных) и для их рассмотрения и сравнения необходимо иметь систему классификации. Окончательно установившейся классификации ЛС пока не существует, однако можно выявить определенные классификационные признаки ЛС. К ним следует отнести классификацию по назначению, типам используемых ЭВМ, организации управления, организации передачи информации, по топологическим признакам, методам теледоступа, физическим носителям сигналов, управлению доступом к физической передающей среде и др. 

1. По назначению ЛС можно разделить на следующие:

            1) управляющие (организационными, административными, 

                                           технологическими и др. процессами);

            2) информационные  (информационно-поисковые);

            3) расчетные;

            4) информационно-расчетные;

            5) обработки документальной информации;

            и др.

2. По типам используемых в сети ЭВМ:

            1) однородные;

            2) неоднородные;

3. По организации сети:

            1) с выделенным сервером;

            2) с невыделенным сервером (одноранговые);

Сети с выделенным сервером отличаются простотой обеспечения функций взаимодействия между РС ЛС. Однако требует, как правило, выделения под сервер более мощного компьютера, чем на РС. Наиболее популярная сеть- это сеть NetWare фирмы Novell. Работа с этой сетью довольно сложна и требует специальной подготовки- квалификации инженера сети NetWare.

Одноранговые сети не требуют для своего функционирования опытных специалистов. В одноранговых сетях каждый компьютер может быть сервером и разделять свои ресурсы с другими РС. Наиболее популярная одоранговая сеть - это сеть LANtastic фирмы Artisoft  и Windows for Workgroups фирмы Microsoft. Они довольно просты в установке даже для новичков.

По сравнению с сетями с выделенным сервером одноранговые сети легче устанавливать и эксплуатировать, при одинаковых возможностях сетей.

К этой классификации также можно отнести и искусственные сети. Суть их заключается в том, что только два компьютера соединяются кабелем и обмениваются информацией. Недостаток  таких сетей - при передаче информации на обоих компьютера нельзя выполнять другую работу.

Примером искусственной сети может быть программа INTERLINK, входящая в операционные системы MS DOS 6.0 и 6.2.

4. По топологическим признакам (конфигурации) ЛС делятся на сети:

       1) с произвольной конфигурацией;

       2) с кольцевой конфигурацией;

       3) с древовидной конфигурацией;

       4) сети типа “общая шина”.

5. По физической передающей среде:

       1) витая пара;

       2) многожильный кабель;

       3) коаксиальный кабель;

       4) оптоволоконный кабель (световоды).

Витая пара, хотя дешева и широко распространена, благодаря наличию на многих объектах резервных пар в телефонных кабелях, плохо защищена от электрических помех, от несанкционированного доступа, ограничена по дальности и скорости подачи данных. 

Многожильные кабели дороже, чем витая пара, но обладают почти такими же свойствами, хотя несколько повышают скорость передачи информации.

Наиболее распространенной средой передачи данных в современных ЛС является коаксальный кабель. Он прост по конструкции, имеет небольшую массу и умеренную стоимость. В тоже время обладает хорошей электрической изоляцией, допускает работу на довольно больших расстояниях (несколько километров) и высоких скоростях.

В последнее время все более находят применение оптоволоконные кабели (световоды), которые имеют ряд преимуществ. Они имеют небольшую массу, способны передавать информацию с очень высокой скоростью, невосприимчивы к электрическим помехам, сложны для несанкционированного доступа и полностью пожаро-  и взрывобезопасны (обгорает только оболочка). Однако световоды пока дороги и имеют ряд временных недостатков.

Радиосреда в ЛС используется мало из-за экранированности зданий и низких скоростей передачи, характерных для этой среды. Достоинство этой среды - отсутствие кабелей.

Также становится реальным применение в пределах одного помещения инфракрасных лучей. Когда установленная на потолке “интеллектуальная лампочка” могла бы служить интерфейсом с сетью здания, а также управлять сигналами на локальной “инфракрасной шине”.

Сравнительная оценка основных характеристик  физической среды передачи выглядит примерно следующим образом :

   Витая пара-

109 Мбит/с (106 бит/с на 10 м)

   Коаксиальный кабель-

15 . 109 Мбит/с

   Оптоволоконный кабель-

400 . 109 Мбит/с


3. КОНФИГУРАЦИЯ ЛОКАЛЬНЫХ СЕТЕЙ



Конфигурация соединения элементов в ЛС наиболее интересна, чем другие характеристики сети. Это связано с тем, что именно конфигурация во многом определяет многие важнейшие свойства сети - надежность (живучесть), производительность и др.

Согласно одному из подходов к классификации конфигурации,  ЛС делят на два основных класса:

     1. Широковещательные.

     2. Последовательные.

В широковещательных конфигурациях каждый ПК передает сигналы, которые могут быть восприняты остальными ПК. К таким конфигурациям относят:

     1) общая шина;

     2) дерево;

     3) звезда.

В широковещательных конфигурациях должны применяться сравнительно более мощные приемник и передатчик, которые могут работать с сигналами в большом диапазоне уровней. Эта проблема частично решается введением ограничений на длину кабельного сегмента и на число подключений или использованием цифровых повторителей.

Тип общая шина (см.рис.1) позволяет значительно упростить логическую и программную структуру ЛС, снизить расход кабеля.

Конфигурация типа дерево (см.рис.2) представляет собой более развитый вариант конфигурации типа общая шина. Дерево образуется путем соединения нескольких шин активными повторителями или сетевыми концентраторами (“хабами”). Оно обладает необходимой гибкостью для того, чтобы охватить средствами ЛС несколько зданий на определенной территории. При наличии активных повторителей отказ одного сегмента не приводит к выходу из строя остальных. В случае отказа повторителя дерево разделяется на два поддерева или на две шины.

Развитием конфигурации типа дерево является сеть типа звезда (см.рис.3), которую можно рассматривать как дерево, имеющее корень с ответвлениями к каждому подключенному устройству. В ЛС в центре звезды может находиться пассивный соединитель или хаб - достаточно простые и надежные устройства. Звездообразные ЛС менее надежны, чем шина или дерево, но они могут быть защищены от нарушений в кабеле с помощью центрального реле, которое отключает вышедшие из строя кабельные лучи. Такая звезда требует большого количества кабеля.

 В последовательных конфигурациях каждый физический подуровень передает информацию только одному из ПК. К передатчикам или приемникам ПК здесь предъявляются более низкие требования, чем в широковещательных, и на различных участках сети могут использоваться разные виды физической Среды.

Наиболее распространенные последовательные конфигурации:

     1) произвольная;

     2) иерархическая;

     3) кольцо;

     4) цепочка;

     5) звезда с “интеллектуальным” центром;

     6) снежинка.

При произвольном соединении (см.рис.4) все устройства соединены непосредственно. Каждая линия может использовать в себе различные методы передачи. Такой способ соединения устройств вполне удовлетворителен для ЛС с ограниченным числом соединений. Преимущество данного типа- простота. Однако он имеет высокую стоимость, большое число каналов связи и необходимость маршрутизации информации.

В иерархическом соединении (см.рис.5) промежуточные узлы работают по принципу: ”накопи и передай”. Преимущества данного метода - оптимальное соединение элементов сети. Недостатки - сложность логической и программной структуры, различная скорость передачи информации на различных уровнях.

В конфигурациях кольцо, цепочка, звезда с “интеллектуальным“ центром, снежинка (см.рис.5-9) для правильного функционирования ЛС необходима постоянная работа всех блоков. Чтобы уменьшить эту зависимость в каждый блок включают реле, блокирующее блок при неисправностях. Для упрощения сигналы передаются по кольцу только в одном направлении. Недостатки- замедленная передача данных (в зависимости от числа рабочих станций), менее надежна. Достоинства- простота методов управления, высокая пропускная способность при меньших энергозатратах, простота расширения ЛС.





4. ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТЬ СЕТИ



Сеть- это, в основном, совместное пользование или разделение. Разделение файлов, ресурсов и программ.

Сеть позволяет пользоваться общей информацией совместно с другими пользователями сети. В зависимости от того, каким образом устанавливается сеть, существует два способа доступа к информации. Самый простой способ- передать со своего компьютера прямо на другой. Другой - отправить файл на некоторый промежуточный пункт, где информация будет находиться пока ее не заберет тот, кому она предназначена. 

Разделение ресурсов- это значит установить определенные компьютерные (сетевые) ресурсы- диск, принтер, графопостроитель, CD-ROM, модем и т.п.- таким образом, чтобы все компьютеры могли им пользоваться. Диски также могут быть разделенными ресурсами. Это экономит деньги и средства .Иногда удобнее поместить используемую программу на общий диск, чем хранить копию программы на каждом ПК (разделение программ). Поскольку даже в самой простой сети могут возникнуть сложности, необходим человек, который будет нести ответственность за то, чтобы сеть работала нормально и не выходила из-под контроля. Этот человек называется администратором сети. В его обязанности входит обеспечивать как можно больше свободного места на серверном диске, поддерживать нормальную работу сервера, гарантировать возможность доступа в сеть новым пользователям, разграничивать доступ к различным сетевым ресурсам, определение приоритетов. Этот человек должен быть хорошим организатором.