Лекции по "Информатике"

Таким образом, главное отличие  локальной сети от любой другой - высокая скорость передачи информации по сети. Но это ещё не все, не менее важны и другие факторы.

В частности, принципиально необходим  низкий уровень ошибок передачи, вызванных  как внутренними, так и внешними факторами. Ведь даже очень быстро переданная информация, которая искажена ошибками, просто не имеет смысла, её придётся передавать ещё раз. Поэтому локальные сети обязательно используют специально прокладываемые высококачественные и хорошо защищённые от помех линии связи.

Особое значение имеет и такая  характеристика сети, как возможность  работы с большими нагрузками, то есть с высокой интенсивностью обмена (или, как ещё говорят, с большим трафиком). Ведь если механизм управления обменом, используемый в сети, не слишком эффективен, то компьютеры могут подолгу ждать своей очереди на передачу. И даже если эта передача будет производиться затем на высочайшей скорости и безошибочно, для пользователя сети такая задержка доступа ко всем сетевым ресурсам неприемлема. Ему ведь не важно, почему приходится ждать.

Механизм управления обменом может  гарантированно успешно работать только в том случае, когда заранее известно, сколько компьютеров (или, как ещё говорят, абонентов, узлов) допустимо подключить к сети. Иначе всегда можно включить столько абонентов, что вследствие перегрузки забуксует любой механизм управления. Наконец, сетью можно назвать только такую систему передачи данных, которая позволяет объединять до нескольких десятков компьютеров, но никак не два, как в случае связи через стандартные порты.

Таким образом, сформулировать отличительные  признаки локальной сети можно следующим образом:

• высокая скорость передачи информации, большая пропускная способность сети; приемлемая скорость сейчас - не менее 10 Мбит/с;
• низкий уровень ошибок передачи (или, что тоже самое, высококачественные каналы связи); допустимая вероятность ошибок передачи данных должна быть порядка 10^-8 - 10^-12;
• эффективный, быстродействующий механизм управления обменом по сети;
• заранее чётко ограниченное количество компьютеров, подключаемых к сети.

При таком определении понятно, что глобальные сети отличаются от локальных прежде всего тем, что они рассчитаны на неограниченное число абонентов. Кроме того, они используют (или могут использовать) не слишком качественные каналы связи и сравнительно низкую скорость передачи. А механизм управления обменом в них не может быть гарантированно быстрым. В глобальных сетях гораздо важнее не качество связи, а сам факт её существования.

Нередко выделяют ещё один класс компьютерных сетей - городские, региональные сети (MAN, Metropolitan Area Network), которые обычно по своим характеристикам ближе к глобальным сетям, хотя иногда всё-таки имеют некоторые черты локальных сетей, например, высококачественные каналы связи и сравнительно высокие скорости передачи. В принципе городская сеть может быть локальной со всеми её преимуществами.

Правда, сейчас уже нельзя провести чёткую границу между локальными и глобальными сетями. Большинство локальных сетей имеет выход в глобальную. Но характер передаваемой информации, принципы организации обмена, режимы доступа к ресурсам внутри локальной сети, как правило, сильно отличаются от тех, что приняты в глобальной сети. И хотя все компьютеры локальной сети в данном случае включены также и в глобальную сеть, специфики локальной сети это не отменяет. Возможность выхода в глобальную сеть остаётся всего лишь одним из ресурсов, разделяемых пользователями локальной сети.

По локальной сети может передаваться самая разная цифровая информация: данные, изображения, телефонные разговоры, электронные письма и т.д. Кстати, именно задача передачи изображений, особенно полноцветных динамических, предъявляет самые высокие требования к быстродействию сети. Чаще всего локальные сети используются для разделения (совместного использования) таких ресурсов, как дисковое пространство, принтеры и выход в глобальную сеть, но это всего лишь незначительная часть тех возможностей, которые предоставляют средства локальных сетей. Например, они позволяют осуществлять обмен информацией между компьютерами разных типов. Полноценными абонентами (узлами) сети могут быть не только компьютеры, но и другие устройства, например, принтеры, плоттеры, сканеры. Локальные сети дают также возможность организовать систему параллельных вычислений на всех компьютерах сети, что многократно ускоряет решение сложных математических задач. С их помощью, как уже упоминалось, можно управлять работой технологической системы или исследовательской установки с нескольких компьютеров одновременно.

Однако сети имеют и довольно существенные недостатки, о которых  всегда следует помнить:

• сеть требует дополнительных, иногда значительных материальных затрат на покупку сетевого оборудования, программного обеспечения, на прокладку соединительных кабелей и обучение персонала;
• сеть требует приёма на работу специалиста (администратора сети), который будет заниматься контролем работы сети, её модернизацией, управлением доступом к ресурсам, устранением возможных неисправностей, защитой информации и резервным копированием; для больших сетей может понадобиться целая бригада администраторов;
• сеть ограничивает возможности перемещения компьютеров, подключённых к ней, так как при этом может понадобиться перекладка соединительных кабелей;
• сети представляют собой прекрасную среду для распространения компьютерных вирусов, поэтому вопросам защиты от них придётся уделять гораздо больше внимания, чем в случае автономного использования компьютеров; ведь достаточно инфицировать один, и все компьютеры сети будут поражены;
• сеть резко повышает опасность несанкционированного доступа к информации с целью её кражи или уничтожения; информационная защита требует проведения целого комплекса технических и организационных мероприятий.

Ничто не даётся даром. И надо хорошо подумать, стоит ли подключать к сети все компьютеры компании, или часть из них лучше оставить автономными. Возможно, что сеть вообще не нужна, так как породит гораздо больше проблем, чем позволит решить. Здесь же следует упомянуть о следующих важнейших понятиях теории сетей:

• абонент (узел, хост, станция) - это устройство, подключённое к сети и активно участвующее в информационном обмене; чаще всего абонентом (узлом) сети является компьютер, но абонентом также может быть, например, сетевой принтер или другое периферийное устройство, имеющее возможность напрямую подключаться к сети;
• сервером называется абонент (узел) сети, который предоставляет свои ресурсы другим абонентам, но сам не использует их ресурсы; таким образом, он обслуживает сеть; серверов в сети может быть несколько, и совсем не обязательно, что сервер - самый мощный компьютер; выделенный сервер - это сервер, занимающийся только сетевыми задачами; невыделенный сервер может помимо обслуживания сети выполнять и другие задачи; специфический тип сервера - это сетевой принтер;
• клиентом называется абонент сети, который только использует сетевые ресурсы, но сам свои ресурсы в сеть не отдаёт, то есть сеть его обслуживает, а он ей только пользуется; компьютер-клиент также часто называют рабочей станцией; в принципе каждый компьютер может быть одновременно как клиентом, так и сервером.

Под сервером и клиентом часто понимают также не сами компьютеры, а работающие на них программные приложения. В этом случае то приложение, которое только отдаёт ресурс в сеть, является сервером, а то приложение, которое только пользуется сетевыми ресурсами - клиентом.

Лекция 16: 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 передаётся всем остальным компьютерам;
• звезда (star) - к одному центральному компьютеру присоединяются остальные периферийные компьютеры, причём каждый из них использует отдельную линию связи; информация от периферийного компьютера передаётся только центральному компьютеру, от центрального - одному или нескольким периферийным;
• Кольцо (ring) - компьютеры последовательно объединены в кольцо; передача информации в кольце всегда производится только в одном направлении; каждый из компьютеров передаёт 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.

Прежде чем перейти к анализу  особенностей базовых сетевых топологий, необходимо выделить некоторые важнейшие факторы, влияющие на физическую работоспособность сети и непосредственно связанные с понятием топология:

• исправность компьютеров (абонентов), подключённых к сети; в некоторых случаях поломка абонента может заблокировать работу всей сети; иногда неисправность абонента не влияет на работу сети в целом, не мешает остальным абонентам обмениваться информацией;
• исправность сетевого оборудования, то есть технических средств, непосредственно подключённых к сети (адаптеры, трансиверы, разъёмы и т.д.); выход из строя сетевого оборудования одного из абонентов может сказаться на всей сети, но может нарушить обмен только с одним абонентом;
• целостность кабеля сети - при обрыве кабеля сети (например, из-за механических воздействий) может нарушиться обмен информацией во всей сети или в одной из её частей; для электрических кабелей столь же критично короткое замыкание в кабеле;
• ограничение длины кабеля, связанное с затуханием распространяющегося по нему сигнала; как известно, в любой среде при распространении сигнал ослабляется (затухает); и чем большее расстояние проходит сигнал, тем больше он затухает; необходимо следить, чтобы длина кабеля сети не была больше предельной длины, при превышении которой затухание становится уже неприемлемым (принимающий абонент не распознает ослабевший сигнал).

Топология шина

Топология шина (или, как её ещё называют, общая шина) самой своей структурой предполагает идентичность сетевого оборудования компьютеров, а также равноправие всех абонентов по доступу к сети. Компьютеры в шине могут передавать информацию только по очереди, так как линия связи в данном случае единственная. Если несколько компьютеров будут передавать информацию одновременно, она исказится в результате наложения (конфликта, коллизии). В шине всегда реализуется режим так называемого полудуплексного (half duplex) обмена (в обоих направлениях, но по очереди, а не одновременно).

В топологии шина отсутствует явно выраженный центральный абонент, через  который передаётся вся информация, это увеличивает её надёжность (ведь при отказе центра перестает функционировать вся управляемая им система). Добавление новых абонентов в шину довольно просто и обычно возможно даже во время работы сети. В большинстве случаев при использовании шины требуется минимальное количество соединительного кабеля по сравнению с другими топологиями.

Поскольку центральный абонент  отсутствует, разрешение возможных  конфликтов в данном случае ложится  на сетевое оборудование каждого  отдельного абонента. В связи с  этим сетевая аппаратура при топологии шина сложнее, чем при других топологиях. Тем не менее из-за широкого распространения сетей с топологией шина (прежде всего наиболее популярной сети Ethernet) стоимость сетевого оборудования не слишком высока.

Рис. 16.1.  Обрыв кабеля в сети с топологией шина

Важное преимущество шины состоит  в том, что при отказе любого из компьютеров сети, исправные машины смогут нормально продолжать обмен.

Казалось бы, при обрыве кабеля получаются две вполне работоспособные  шины (рис. 16.1). Однако надо учитывать, что из-за особенностей распространения электрических сигналов по длинным линиям связи необходимо предусматривать включение на концах шины специальных согласующих устройств, терминаторов, показанных на рис. 16.1 в виде прямоугольников. Без включения терминаторов сигнал отражается от конца линии и искажается так, что связь по сети становится невозможной. В случае разрыва или повреждения кабеля нарушается согласование линии связи, и прекращается обмен даже между теми компьютерами, которые остались соединёнными между собой. Короткое замыкание в любой точке кабеля шины выводит из строя всю сеть.

Отказ сетевого оборудования любого абонента в шине может вывести из строя всю сеть. К тому же такой отказ довольно трудно локализовать, поскольку все абоненты включены параллельно, и понять, какой из них вышел из строя, невозможно.

При прохождении по линии связи  сети с топологией шина информационные сигналы ослабляются и никак не восстанавливаются, что накладывает жёсткие ограничения на суммарную длину линий связи. Причём каждый абонент может получать из сети сигналы разного уровня в зависимости от расстояния до передающего абонента. Это предъявляет дополнительные требования к приёмным узлам сетевого оборудования.

Если принять, что сигнал в кабеле сети ослабляется до предельно допустимого  уровня на длине  , то полная длина шины не может превышать величины . В этом смысле шина обеспечивает наименьшую длину по сравнению с другими базовыми топологиями.