Структура и функционирование локальной вычислительной сети

  Одноранговые  сети.

  Одноранговая  сеть представляет собой сеть равноправных компьютеров, каждый из которых имеет уникальное имя (имя компьютера) и обычно пароль для входа в него во время загрузки ОС. Имя и пароль входа назначаются владельцем ПК средствами ОС. Одноранговые сети могут быть организованы с помощью таких операционных систем, как LANtastic, Windows’3.11, Novell NetWare Lite. Указанные программы работают как с DOS, так и с Windows. Одноранговые сети могут быть организованы также на базе всех современных 32-разрядных операционных систем – Windows’95 OSR2, Windows NT Workstation версии, OS/2) и некоторых других.

  Иерархические сети.

  В иерархических локальных сетях  имеется один или несколько специальных  компьютеров – серверов, на которых  хранится информация, совместно используемая различными пользователями.

  Сервер  в иерархических сетях – это  постоянное хранилище разделяемых ресурсов. Сам сервер может быть клиентом только сервера более высокого уровня иерархии. Поэтому иерархические сети иногда называются сетями с выделенным сервером. Серверы обычно представляют собой высокопроизводительные компьютеры, возможно, с несколькими параллельно работающими процессорами, с винчестерами большой емкости, с высокоскоростной сетевой картой (100 Мбит/с и более). Компьютеры, с которых осуществляется доступ к информации на сервере, называются станциями или клиентами. ³

  ЛКС классифицируются по назначению:

  Сети  терминального обслуживания. В них  включается ЭВМ и периферийное оборудование, используемое в монопольном режиме компьютером, к которому оно подключается, или быть общесетевым ресурсом.

  Сети, на базе которых построены системы управления производством и учрежденческой деятельности. Они объединяются группой стандартов МАР/ТОР. В МАР описываются стандарты, используемые в промышленности. ТОР описывают стандарты для сетей, применяемых в офисных сетях.

  Сети, которые объединяют системы автоматизации, проектирования. Рабочие станции таких сетей обычно базируются на достаточно мощных персональных ЭВМ, например фирмы Sun Microsystems.

  Сети, на базе которых построены распределенные вычислительные системы.

  По  классификационному признаку локальные компьютерные сети делятся на кольцевые, шинные, звездообразные, древовидные;

• по признаку скорости –
• на низкоскоростные (до 10 Мбит/с),
• среднескоростные (до 100 Мбит/с),
• высокоскоростные (свыше 100 Мбит/с);
• по типу метода доступа –
• на случайные,
• пропорциональные,
• гибридные;
• по типу физической среды передачи –
• на витую пару,
• коаксиальный или оптоволоконный кабель,
• инфракрасный канал,
• радиоканал.

 

  2.3. Структура ЛКС

  Способ  соединения компьютеров называется структурой или топологией сети. Сети Ethernet могут иметь топологию “шина” и “звезда”. В первом случае все компьютеры подключены к одному общему кабелю (шине), во втором - имеется специальное центральное устройство (хаб), от которого идут “лучи” к каждому компьютеру, т.е. каждый компьютер подключен к своему кабелю.

  Структура типа “шина”, рисунок 2(а), проще и  экономичнее, так как для нее  не требуется дополнительное устройство и расходуется меньше кабеля. Но она очень чувствительна к  неисправностям кабельной системы. Если кабель поврежден хотя бы в одном месте, то возникают проблемы для всей сети. Место неисправности трудно обнаружить.

  В этом смысле “звезда”, рисунок 2(б), более  устойчива. Поврежденный кабель – проблема для одного конкретного компьютера, на работе сети в целом это не сказывается. Не требуется усилий по локализации неисправности.

  В сети, имеющей структуру типа “кольцо”, рисунок 2(в), информация передается между  станциями по кольцу с переприемом  в каждом сетевом контроллере. Переприем  производится через буферные накопители, выполненные на базе оперативных запоминающих устройств, поэтому при выходе их строя одного сетевого контроллера может нарушиться работа всего кольца.

  Достоинство кольцевой структуры – простота реализации устройств, а недостаток – низкая надежность.

  Все рассмотренные структуры – иерархические. Однако, благодаря использованию мостов, специальных устройств, объединяющих локальные сети с разной структурой, из вышеперечисленных типов структур могут быть построены сети со сложной иерархической структурой. 

  

  Рисунок 2 – структура построения (а) шина, (б) кольцо, (в) звезда

  2.4. Физическая среда передачи в  локальных сетях 

  Весьма  важный момент – учет факторов, влияющих на выбор физической среды передачи (кабельной системы). Среди них  можно перечислить следующие:

  Требуемая пропускная способность, скорость передачи в сети;

  Размер  сети;

  Требуемый набор служб (передача данных, речи, мультимедиа и т.д.), который необходимо организовать.

  Требования  к уровню шумов и помехозащищенности;

  Общая стоимость проекта, включающая покупку оборудования, монтаж и последующую эксплуатацию.

  Основная  среда передачи данных ЛКС – неэкранированная витая пара, коаксиальный кабель, многомодовое оптоволокно. При примерно одинаковой стоимости одномодового и многомодового  оптоволокна, оконечное оборудование для одномодового значительно дороже, хотя и обеспечивает большие расстояния. Поэтому в ЛКС используют, в основном, многомодовую оптику.

  Основные  технологии ЛКС: Ethernet, ATM. Технологии FDDI (2 кольца), применявшаяся ранее для опорных сетей и имеющая хорошие характеристики по расстоянию, скорости и отказоустойчивости, сейчас мало используется, в основном, из-за высокой стоимости, как, впрочем, и кольцевая технология Token Ring, хотя обе они до сих пор поддерживаются на высоком уровне всеми ведущими вендорами, а в отдельных случаях (например, применение FDDI для опорной сети масштаба города, где необходима высокая отказоустойчивость и гарантированная доставка пакетов) использование этих технологий все еще может быть оправданным. 

  3. ТИПЫ ЛКС 

  Ethernet – изначально коллизионная технология, основанная на общей шине, к которой компьютеры подключаются и “борются” между собой за право передачи пакета. Основной протокол – CSMA/CD (множественный доступ с чувствительностью несущей и обнаружению коллизий). Дело в том, что если две станции одновременно начнут передачу, то возникает ситуация коллизии, и сеть некоторое время “ждет”, пока “улягутся” переходные процессы и опять наступит “тишина”. Существует еще один метод доступа – CSMA/CA (Collision Avoidance) – то же, но с исключением коллизий. Этот метод применяется в беспроводной технологии Radio Ethernet или Apple Local Talk – перед отправкой любого пакета в сети пробегает анонс о том, что сейчас будет происходить передача, и станции уже не пытаются ее инициировать.

  Ethernet бывает полудуплексный (Half Duplex), по всем средам передачи: источник и приемник “говорит по очереди” (классическая коллизионная технология) и полнодуплексный (Full Duplex), когда две пары приемника и передатчика на устройствах говорят одновременно. Этот механизм работает только на витой паре (одна пара на передачу, одна пара на прием) и на оптоволокне (одна пара на передачу, одна пара на прием).

  Ethernet различается по скоростям и методам кодирования для различной физической среды, а также по типу пакетов (Ethernet II, 802.3, RAW, 802.2 (LLC), SNAP).

  Ethernet различается по скоростям: 10 Мбит/с, 100 Мбит/с, 1000 Мбит/с (Гигабит). Поскольку недавно ратифицирован стандарт Gigabit Ethernet для витой пары категории 5, можно сказать, что для любой сети Ethernet могут быть использованы витая пара, одномодовое (SMF) или многомодовое (MMF) оптоволокно. В зависимости от этого существуют различные спецификации:

  10 Мбит/с Ethernet: 10BaseT, 10BaseFL, (10Base2 и 10Base5 существуют для коаксиального кабеля и уже не применяются);

  100 Мбит/с Ethernet: 100BaseTX, 100BaseFX, 100BaseT4, 100BaseT2;

  Gigabit Ethernet: 1000BaseLX, 1000BaseSX (по оптике) и 1000BaseTX (для витой пары)

  Существуют  два варианта реализации Ethernet на коаксиальном кабеле, называемые “тонкий” и “толстый” Ethernet (Ethernet на тонком кабеле 0,2 дюйма и Ethernet на толстом кабеле 0,4 дюйма).

  Тонкий  Ethernet использует кабель типа RG-58A/V (диаметром 0,2 дюйма). Для маленькой сети используется кабель с сопротивлением 50 Ом. Коаксиальный кабель прокладывается от компьютера к компьютеру. У каждого компьютера оставляют небольшой запас кабеля на случай возможности его перемещения. Длина сегмента 185 м, количество компьютеров, подключенных к шине – до 30.

  После присоединения всех отрезков кабеля с BNC-коннекторами (Bayonel-Neill-Concelnan) к Т-коннекторам (название обусловлено формой разъема, похожей на букву “Т”) получится единый кабельный сегмент. На его обоих концах устанавливаются терминаторы (“заглушки”). Терминатор конструктивно представляет собой BNC-коннектор (он также надевается на Т-коннектор) с впаянным сопротивлением. Значение этого сопротивления должно соответствовать значению волнового сопротивления кабеля, т.е. для Ethernet нужны терминаторы с сопротивлением 50 Ом.

  Толстый Ethernet – сеть на толстом коаксиальном кабеле, имеющем диаметр 0,4 дюйма и волновое сопротивление 50 Ом. Максимальная длина кабельного сегмента – 500 м.

  Прокладка самого кабеля почти одинакова для  всех типов коаксиального кабеля.

  Для подключения компьютера к толстому кабелю используется дополнительное устройство, называемое трансивером. Трансивер  подсоединен непосредственно к  сетевому кабелю. От него к компьютеру идет специальный трансиверный кабель, максимальная длина которого 50 м. На обоих его концах находятся 15-контактные DIX-разъемы (Digital, Intel и Xerox). С помощью одного разъема осуществляется подключение к трансиверу, с помощью другого – к сетевой плате компьютера.

  Трансиверы  освобождают от необходимости подводить кабель к каждому компьютеру. Расстояние от компьютера до сетевого кабеля определяется длиной трансиверного кабеля.

  Создание  сети при помощи трансивера очень  удобно. Он может в любом месте  в буквальном смысле “пропускать” кабель. Эта простая процедура занимает мало времени, а получаемое соединение оказывается очень надежным.

  Кабель  не режется на куски, его можно  прокладывать, не заботясь о точном месторасположении компьютеров, а  затем устанавливать трансиверы в нужных местах. Крепятся трансиверы, как правило, на стенах, что предусмотрено их конструкцией.

  При необходимости охватить локальной  сетью площадь большую, чем это  позволяют рассматриваемые кабельные  системы, применяется дополнительные устройства – репитеры (повторители). Репитер имеет 2-портовое исполнение, т.е. он может объединить 2 сегмента по 185 м. Сегмент подключается к репитеру через Т-коннектор. К одному концу Т-коннектора подключается сегмент, а на другом ставится терминатор.

  В сети может быть не больше четырех  репитеров. Это позволяет получить сеть максимальной протяженностью 925 м.

  Существуют 4-портовые репитеры. К одному такому репитеру можно подключить сразу 4 сегмента.

  Длина сегмента для Ethernet на толстом кабеле составляет 500 м, к одному сегменту можно подключить до 100 станций. При наличии трансиверных кабелей до 50 м длиной, толстый Ethernet может одним сегментом охватить значительно большую площадь, чем тонкий. Эти репитеры имеют DIX-разъемы и могут подключаться трансиверами, как к концу сегмента, так и в любом другом месте.

  Очень удобны совмещенные репитеры, т.е. подходящие и для тонкого и для толстого кабеля. Каждый порт имеет пару разъемов: DIX и BNC, но он не могут быть задействованы одновременно. Если необходимо объединять сегменты на разном кабеле, то тонкий сегмент подключается к BNC-разъему одного порта репитера, а толстый – к DIX-разъему другого порта.