Характеристика и особенности локальных компьютерных сетей

Оглавление

Введение

Появление компьютерных сетей является логическим результатом развития компьютерной технологии. Связь одного компьютера с другими компьютерами, обмен информацией между ними, подключение к удаленным ресурсам и оборудованию, все это расширяет возможности отдельного компьютера, повышает эффективность его использования. Однако такая задача не решается просто физическим соединением компьютеров каналами связи. Она оказывается сложной, многоуровневой и должна быть решена на каждом из этих уровней.

Для того, чтобы компьютеры могли обмениваться информацией, они должны уметь обрабатывать запросы друг от друга. Обработка запроса другого компьютера - это особый режим работы, без которого связь невозможна. Любой компьютер работает под управлением операционной системы (ОС), в состав которой входят программы-драйверы, обеспечивающие взаимодействие с периферийными устройствами: клавиатурой, монитором, магнитными дисками и прочими. Программа-драйвер интегрируется в состав ОС однократно и впоследствии не изменяется, как не изменяется и само периферийное устройство, которое она обслуживает. Поскольку управление всеми устройствами компьютера осуществляет ОС, никаких проблем с их работой не возникает. Но процесс обмена информацией между несколькими компьютерами не может быть обеспечен каким-то «внешним» управлением, нет такой ОС, в состав которой входят все компьютеры сети, да и негде ее разместить. Более того, сами компьютеры в сети могут работать под управлением разных ОС. Это не должно мешать им «договариваться». Задача решается включением в состав ОС каждого компьютера специальных клиент-серверных модулей, такие модули – необходимая составная часть сетевой ОС.

Основная часть

Локальные компьютерные сети. Основные сведения.

Характеристика ЛКС

Локальная компьютерная сеть представляет собой систему обмена информацией и распределенной обработки данных, охватывающую небольшую территорию (этаж, здание, несколько соседних зданий) внутри предприятий и организаций, т.е. это система взаимосвязанных и распределенных на фиксированной территории средств передачи, хранения и обработки информации, ориентированных на коллективное использование общесетевых ресурсов – аппаратных, программных, информационных. Такую сеть можно рассматривать как коммуникационную систему, которая поддерживает в пределах некоторой ограниченной территории один или несколько высокоскоростных каналов передачи информации, предоставляемых подключенным абонентским системам для кратковременного использования.

В обобщенной структуре ЛКС выделяются совокупность абонентских систем, серверов и коммуникационная подсеть. Основными компонентами ЛКС являются кабели с оконечным приемо-передающим оборудованием, рабочие станции, серверы, сетевые адаптеры, модемы, концентраторы, коммутаторы, маршрутизаторы, мосты.

Рабочие станции формируются на базе персональных компьютеров и используются для решения прикладных задач, выдачи запросов в сеть на обслуживание, приема результатов удовлетворения запросов, обмена информацией с другими рабочими станциями.

Серверы сети – это аппаратно-программные системы, выполняющие функции управления распределением сетевых ресурсов общего доступа, но могут работать и как обычные абонентские системы. Сервер создается на базе более мощного ПК, чем для рабочей станции. В ЛКС может быть несколько различных серверов для управления сетевыми ресурсами, однако всегда имеется один (или несколько) файл - сервер (сервер баз данных) для управления внешними ЗУ общего доступа и организации распределенных баз данных.

Рабочие станции и серверы соединяются с кабелем коммуникационной подсети с помощью интерфейсных плат - сетевых адаптеров, основные функции которых: организация приема - передачи данных из рабочей станции, согласование скорости приема - передачи информации (буферизация), формирование пакета данных, параллельно - последовательное преобразование кодов (конвертирование), кодирование/декодирование данных, проверка правильности передачи, установление соединения с требуемым абонентом сети, организация собственно обмена данными. В ряде случаев перечень функций сетевых адаптеров существенно увеличивается, и тогда они строятся на основе микропроцессоров.

К основным характеристикам ЛКС относятся следующие:

• длина общего канала связи;

• вид физической среды передачи данных (волоконно-оптический кабель, витая пара, коаксиальный кабель);

• топология сети;
• максимальное число абонентских систем в сети;
• максимально возможное расстояние между рабочими станциями в сети;
• максимальное число каналов передачи данных;
• максимальная скорость передачи данных;
• тип передачи сигналов (синхронный или асинхронный);
• способ синхронизации сигналов;
• метод доступа абонентов в сеть;
• структура программного обеспечения сети;
• возможность передачи голоса, изображений, видеосигналов;
• возможность связи ЛКС между собой и сетью более высокого уровня;

• возможность использования процедуры установления приоритетов при одновременном подключении абонентов к общему каналу;

• условия надежной работы сети.

Особенности локальных компьютерных сетей

Отметим основные особенности ЛКС и их отличия от глобальных сетей.

Прежде всего это различное назначение. Хотя четкой границы по длине линии связи между ними нет (бывают локальные сети длиной даже в десятки километров, а по глобальной сети в принципе могут общаться компьютеры, находящиеся в соседних комнатах), но цель создания локальных и глобальных сетей совершенно различна.

 Глобальные сети принципиально  создаются для практически неограниченного числа потенциальных абонентов и практически неограниченного расстояния между ними. Для глобальной сети важнее всего именно факт наличия связи, а не ее качество. То есть, конечно, данные должны передаваться безошибочно, но вот скорость передачи и ее удобство здесь отступают на второй план. По глобальной сети обычно передаются небольшие объемы данных и, что тоже немаловажно, передаются сравнительно редко. Это и понятно: абонентов очень много, расстояния большие. То есть в данном случае хорошо уже то, что есть связь, которая гораздо быстрее почты и во многих случаях значительно удобнее телефона. Конечно же, использовать глобальную сеть для разделения дисков никто не будет. Она больше подходит для совместного доступа к базам данных или для пересылки отдельных файлов. Для глобальных сетей не нужен специальный кабель (его просто невозможно проложить ко всем потенциальным абонентам). Чаще всего для них используется обычная телефонная сеть, реже — радиоканалы, в том числе спутниковые. Скорость передачи по телефонной сети не превышает нескольких десятков килобит в секунду, время ожидания установления связи может быть очень значительным. В глобальных сетях допускается возможность большого количества ошибок, но, конечно же, предусматриваются совершенные механизмы их исправления.

 Что касается локальных сетей, их назначение совершенно иное. Здесь уже недостаточно того, что имеется просто какая-то связь, нужна связь быстрая, надежная и удобная. Обычно локальные сети не выходят за пределы одной комнаты, нескольких комнат, одного здания, реже комплекса зданий (длина линий связи редко превышает несколько километров). Связывают они небольшое и, главное, заранее ограниченное число компьютеров (от 3...5 до нескольких сотен). Поэтому можно обеспечить гораздо более качественную связь, чем в глобальных сетях. А она и должна быть такой, так как от локальной сети требуется разделение ресурсов и общение с этими разделенными ресурсами как со своими собственными. Поэтому скорости передачи данных здесь не бывают меньше 1 Мбит/с, а обычно составляют 10 Мбит/с и даже выше. Отметим, что реальная скорость обмена оказывается, как правило, существенно ниже, но об этом позже.

То есть здесь нужна не просто связь, а связь быстрая. К тому же она должна быть очень надежная, так как исправление возникших ошибок может свести на нет весь выигрыш в скорости передачи. Типичное количество ошибок в локальных сетях составляет один ошибочный бит на сто миллионов (то есть вероятность ошибки 10-8). Это достигается, в частности, использованием высококачественных кабелей (чаще всего это коаксиальные электрические кабели и в последнее время — оптоволоконные). Также в локальных сетях уделяется большое внимание снижению времени ожидания установления связи, так как, с точки зрения пользователя, оно входит во время передачи информации.

 Таким образом, локальные сети, исходя из специфики их применения, требуют использования специальных  технических и программных средств, которые должны обеспечивать  быструю и удобную связь между  всеми компьютерами.

Классификация ЛКС

Локальные сети можно классифицировать по:

• назначению - делятся на управляющие (организационными, технологическими, административными и другими процессами), информационные (информационно - поисковые), расчетные, информационно - расчетные, обработки документально информации и др.;
• типам используемых ЭВМ – делятся на однородные и неоднородные. Однородные содержат одинаковые модели и одинаковый состав абонентских средств, а неоднородные ЛВС содержат различные классы (микро -, мини-, большие) и модели (внутри классов) ЭВМ, а также различное абонентское оборудование;
• организации управления – однородные ЛВС в зависимости от наличия центральной абонентской системы делятся на две группы. К первой группе относятся сети с централизованным управлением, когда выделяются одна или несколько машин (центральных систем или органов) для управления работой сети. Для таких сетей характерны обилие служебной информации и приоритетность подключаемых станций (по расположению или принятому приоритету). В общем случае ЛКС с централизованным управлением (необязательно на основе много канала) имеет централизованный сервер (ЭВМ), управляющий работой сети.

Прикладной процесс центральной системы организует проведение сеансов, связанных с передачей данных, осуществляет диагностику сети, ведет статистику и учет работы. В ЛВС с моноканалом центральная система реализует также общую защиту от конфликтов, возникающих при перегрузке и сбоях в сети. При выходе из строя центральной системы вся ЛКС прекращает работу. Сети с централизованным управлением отличаются простотой обеспечения функций взаимодействия между отдельными ЭВМ и, как правило, характеризуются тем, что большая часть информационно - вычислительных ресурсов сосредоточивается в центральном сервисе.

Применение ЛКС с централизованным управлением целесообразно применять при небольшом числе абонентских систем. Если информационно - вычислительные ресурсы ЛКС равномерно распределены по большому числу абонентских систем, то централизованное управление малоэффективно, так как не обеспечивает требуемой надежности сети и приводит к резкому увеличению служебной (управляющей) информации.

Ко второй группе относятся сети с децентрализованным, или распределенным, управлением, или одноранговые. В таких сетях нет выделенных серверов, функции управления сетью распределены между отдельными серверами или рабочими станциями. Однако для проведения диагностики, сбора статистики и проведения других административных функций в сети используется специально выделенная абонентская система. К недостаткам одноранговых (децентрализованных) сетей следует отнести зависимость эффективности функционирования сети от количества АС, сложность управления сетью, сложность обеспечения защиты информации от несанкционированного доступа. Но при распределенном управлении каждый узел коммутации самостоятельно на основе хранящейся в нем управляющей информации определяет направление передачи пакетов (кадров), что приводит к увеличению сложности узлов коммутации, однако система обладает более высокой живучестью, так как выход из строя какого - либо узла коммутации не влечет за собой потери работоспособности всей сети;

• по скорости передачи данных в общем канале различают:

- ЛКС с малой пропускной способностью (единицы и десятки мегабит  в секунду), в которых в качестве  физической передающей среды используется витая пара или коаксиальный кабель;

- ЛКС со средней пропускной  способностью (десятки мегабит в  секунду), в которых используется  также коаксиальный кабель или  витая пара;

- ЛКС с большой пропускной  способностью (сотни мегабит в  секунду), где применяются оптоволоконные кабели (световоды) ;

• по топологическим признакам – ЛВС делятся на сети с произвольной, кольцевой, древовидной конфигурацией, сети типа «общая шина» (моноканал, звезда) и др.

Топология локальных компьютерных сетей

Топологии различаются требуемой длиной соединительного кабеля, удобством соединения, возможностью подключения дополнительных абонентов, отказоустойчивостью, возможностью управления обменом.

Существует множество способов соединения сетевых устройств, из них можно выделить четыре базовых топологии: шина, кольцо, звезда и ячеистая топология (Приложение 1). Остальные способы являются комбинациями базовых. В общем случае такие топологии называются смешанными или гибридными, но некоторые из них имеют собственные названия, например «Дерево».

В шинных сетях все компьютеры параллельно подключаются к одной линии связи и информация от каждого компьютера одновременно передается всем остальным компьютерам. По своей структуре предполагается идентичность сетевого оборудования компьютеров, а также равноправие всех абонентов. При таком соединении компьютеры могут передавать только по очереди, так как линия связи единственная. В противном случае передаваемая информация будет искажаться в результате наложения сигналов (конфликта, коллизии). Таким образом, в шине реализуется режим полудуплексного обмена (в обоих направлениях, но по очереди, а не одновременно). Также в ней отсутствует центральный абонент, через которого передается вся информация, что увеличивает ее надежность (ведь при отказе любого центра перестает функционировать вся управляемая этим центром система). Добавление новых абонентов довольно просто и обычно возможно даже во время работы сети.

Достоинства:

• Небольшое время установки сети;
• Дешевизна (требуется меньше кабеля и сетевых устройств);
• Простота настройки;
• Выход из строя рабочей станции не отражается на работе сети;

Недостатки:

• Любые неполадки в сети, как обрыв кабеля, выход из строя терминатора полностью уничтожают работу всей сети;