Локальные компьютерные сети

Локальная вычислительная сеть (ЛВС) – это сеть, в котором компьютеры с подключенными к ним периферийными устройствами расположены в географически ограниченном пространстве, чаще всего в пределах промышленного или коммерческого предприятия, банка, библиотеки, научной организации или учебного заведения. Локальная сеть позволяет организовать совместное использование дорогостоящей аппаратуры, а также распределённую обработку данных на нескольких компьютерах. Это даёт значительную экономия материальных средств и ускорение процесса обмена информацией. Например, при наличии на предприятии десяти компьютеров необязательно покупать десять лазерных принтеров. Можно купить один, а средства локальной сети предоставят доступ к нему для любого компьютера.

Каждый компьютер в составе ЛВС должен иметь сетевой адаптер (ещё их называют сетевой картой) и сетевую операционную систему (ОС). Сетевая карта предназначена для передачи и приёма информации, циркулирующей по каналам связи. Сетевая ОС является важнейшим компонентом для работы в сети, устанавливается она на сервере и на рабочих станциях (на компьютерах-клиентах). Основное направление развития современных сетевых операционных систем (Network Operation System) – поддержка систем с распределённой обработкой данных и перенос операций обработки на рабочие станции. Это связано с ростом вычислительных возможностей компьютеров и внедрением многозадачных операционных систем: ОС OS/2, Windows NT, Windows 95. Очень популярна ОС Windows NT из-за следующих отличительных черт: простота интерфейса пользователя, доступность средств разработки прикладных программ и поддержка прогрессивных технологий, обеспечение защиты от несанкционированного доступа. Интерфейс Windows NT напоминает оконный интерфейс Windows 3.1 Основные требования к аппаратному обеспечению: центральный процессор 386 и выше, объём жёсткого диска HDD≥90 Mбайт, оперативная память (RAM) сервера ≥16 Мбайт, RAM клиента ≥12 Мбайт, количество пользователей не ограничено.

Локальная сеть имеет небольшую протяженность (до 10 км). Компьютеры ЛВС соединены между собой проводом или коаксиальным кабелем. Существуют локальные сети и беспроводные: с радиоволновым и инфракрасным линиями связи, но такое удовольствие достаточно дорогое. Широкое применение получил кабель на витой паре. Она наиболее дешёвая, легко наращивается, но помехозащищённость низкая. Для повышения помехозащищённости к электромагнитному излучению используют экранированную витую пару, помещённую в металлическую сетку. Экранированный кабель защищает передаваемые сигналы, поглощая внешние электромагнитные сигналы (помехи или шумы). Экранированные кабели дороже, чем неэкранированные, они позволяют передавать информацию со скоростью 16 Мбит/сек на расстояние до 90 м. Неэкранированная витая пара позволяет передавать информацию со скоростью от 10 до 155 Мбит/сек на расстояние до 300м. Коаксиальный кабель хорошо защищён от электромагнитного излучения, создающего помехи. Различают тонкий и толстый коаксиальные кабели. Тонкий коаксиальный кабель – гибкий кабель, применяется практически для любой сети. Толстый коаксиальный кабель способен передавать сигнал на расстояние до 185 м без искажений. Коаксиальный кабель позволяет передавать информацию на расстояние до 2000м со скоростью 2÷44 Мбит/сек. Обычно применяется коаксиальный кабель для связи на расстояния до нескольких км. По цене близок к экранированной витой паре. Оптоволоконный кабель (или волоконно-оптический) кабель самый дорогой и самый надёжный. Его еще называют стекловолоконным кабелем. Сети с оптоволоконным кабелем устойчивы к прослушиваниям из-за сложных ответвлений в конструкции кабеля. Кабель представляет собой тонкую нить из стекла или пластика в оболочке. В оптоволоконном кабеле электрический сигнал преобразовывается для передачи в световой сигнал, затем обратно для приёма. Скорость передачи информации достигает до 10 Гбит/сек, и передают данные до 10 км без повторителей. Единственный недостаток оптоволоконного кабеля – это проблематичное наращивание сети.

Локальные сети характеризуются способом соединения компьютеров линиями связи (структурой, или топологией). Термин ″топология″ характеризует физическое расположение компьютеров, кабелей и других компонентов сети. Различают следующие виды топологий:

a) шинная;

b) кольцевая;

c) звёздная;

d) древовидная.

Шинная топология

Данная топология относится к наиболее простым и широко распространенным топологиям. В ней используется один кабель, именуемый магистралью, вдоль которого подключены все компьютеры сети. ″Шина″ - пассивная топология. Это значит, что компьютеры только ″слушают″ передаваемые по сети данные, но не перемещают их от отправителя к получателю. Данные в виде электрического сигнала передаются всем компьютерам сети; но информацию принимает только тот компьютер, адрес которого зашифрован в этих сигналах. Электрический сигнал, достигший конца кабеля, будет отражаться и не позволит другим компьютерам осуществлять передачу. Чтобы предотвратить отражение электрических сигналов, на каждом конце кабеля устанавливают терминаторы, поглощающие эти сигналы. Так как данные в сеть передаются лишь одним компьютером, его производительность зависит от количества подключенных к шине компьютеров. Чем больше компьютеров, ожидающих передачи данных, тем медленнее работает сеть. В качестве линии связи используется кабель на витой паре, коаксиальный или оптоволоконный кабель. Наращивание сети производится легко, стоимость подключения новых компьютеров невысокая, простота в управлении, разводка кабеля хорошая, высокая защита от отказов, но низкая защита от прослушивания. Ещё такая топология характеризуется медленной работой при высокой нагрузке.

Кольцевая топология

В кольцевой топологии сети рабочие станции связаны между собой по кругу однонаправленной линией связи. Данные передаются от одного компьютера к другому как по эстафете. Поэтому в кольцевой топологии просто нет свободного конца, к которому надо подключать терминатор. Продолжительность передачи информации увеличивается пропорционально количеству компьютеров, входящих в ЛВС. В отличие от пассивной топологии ″шина″ здесь каждый компьютер выступает в роли репитера (передатчика), усиливая сигналы и передавая их следующему компьютеру. Один из принципов передачи данных в кольцевой сети носит название передачи маркера. Суть его такова. Маркер последовательно, от одного компьютера к другому, передаётся до тех пор, пока его не получит тот, который ″хочет″ передать данные. Передающий компьютер изменяет маркер, помещает электронный адрес в данные и посылает их по кольцу. Данные пойдут по кольцу через каждый компьютер, пока не окажутся у того, чей адрес совпадёт с адресом получателя, указанным в данных. После этого принимаемый компьютер посылает передающему сообщение, где подтверждает факт приёма данных. Получив подтверждение, передающий компьютер создаёт новый маркер и возвращает его в сеть. Создание и передача маркера занимает доли секунды, в кольце диаметром 200м маркер может циркулировать с частотой 10000 оборотов в сек.

Самый большой недостаток данной топологии – это остановка всей сети в случае отказа хотя бы одного компьютера. Расширение сети тоже требует остановки работы сети. Отдельные компьютеры подключаются к сети через хабы (их ещё называют концентраторами). Это специальные коммутаторы для подключения к сети. Существуют хабы активные и пассивные. Хабы, к которым можно подключить максимум три компьютера (клиента или рабочие станции), называются пассивными. Для подключения большего количества рабочих станций (4÷16) нужны активные хабы (концентраторы). Пассивный хаб является исключительно разветвительным устройством (т.е., выполняет функцию тройника в быту).

Звёздная топология

В сети со звёздной топологией каждая рабочая станция связана напрямую с сервером через концентратор, поэтому затраты на прокладку линий связи высокие, особенно, если сервер расположен географически не в центре структуры. Звёздная топология является самой быстродействующей топологией ЛВС при хорошей производительности сервера. Здесь же разработана самая высокая защита информации от несанкционированного доступа. Слабым местом в данной топологии остаётся сервер, в случае его отказа нарушается вся работа сети целиком. Централизованный контроль и управление. Выход из строя одного компьютера – клиента не влияет на работоспособность сети.