Топология локальных сетей

Наверное, наиболее точно  было бы определить как локальную  такую сеть, которая позволяет  пользователям не замечать связи. Еще  можно сказать, что локальная  сеть должна обеспечивать прозрачную связь. По сути, компьютеры, связанные  локальной сетью, объединяются в  один виртуальный компьютер, ресурсы  которого могут быть доступны всем пользователям, причем этот доступ не менее удобен, чем к ресурсам, входящим непосредственно в каждый отдельный компьютер. Под удобством  в данном случае понимается высокая  реальная скорость доступа, скорость обмена информацией между приложениями, практически незаметная для пользователя. При таком определении становится понятно, что ни медленные глобальные сети, ни медленная связь через  последовательный или параллельный порты не попадают под понятие  локальной сети.

Из данного определения  следует, что скорость передачи по локальной  сети обязательно должна расти по мере роста быстродействия наиболее распространенных компьютеров. Именно это и наблюдается: если еще десять лет назад вполне приемлемой считалась  скорость обмена в 10 Мбит/с, то сейчас уже  среднескоростной считается сеть, имеющая  пропускную способность 100 Мбит/с, активно  разрабатываются, а кое-где используются средства для скорости 1000 Мбит/с  и даже больше. Без этого уже  нельзя, иначе связь станет слишком  узким местом, будет чрезмерно  замедлять работу объединенного  сетью виртуального компьютера, снижать  удобство доступа к сетевым ресурсам.

Таким образом, главное отличие  локальной сети от любой другой —  высокая скорость передачи информации по сети. Но это еще 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, ее придется передавать еще раз. Поэтому локальные сети обязательно используют специально прокладываемые высококачественные и  хорошо защищенные 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 еще 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 еще 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 четко 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 ее существования.

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

Правда, сейчас уже нельзя провести четкую 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 остается 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 приема на работу специалиста (администратора сети), который будет заниматься контролем  работы сети, ее 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, подключенных 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 придется 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 ее кражи или  уничтожения. Информационная защита требует  проведения целого комплекса технических  и организационных мероприятий.

Ничто не дается 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 таких важнейших понятиях теории сетей, как абонент, сервер, клиент. Абонент (узел, хост, станция) — это устройство, подключенное 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. Далее в курсе вместо термина "абонент" для простоты будет использоваться термин "компьютер". Сервером называется абонент (узел) сети, который предоставляет свои ресурсы другим абонентам, но сам не использует их ресурсы. Таким образом, он обслуживает сеть. Выделенный (dedicated) 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 отдает, 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 отдает ресурс в сеть, является сервером, а то приложение, которое только пользуется сетевыми ресурсами — клиентом.

2. ТОПОЛОГИИ ЛОКАЛЬНОЙ СЕТИ

 

Конфигурация локальной  сети называется топологией.

1. Наиболее простой вид  топологии — шина. В такой сети  все компьютеры подключены к  одному кабелю.

2. На шину похожа и  структура, которую называют кольцо.

3. Для локальных сетей,  основанных на файловом сервере,  может применяться схема звезда.

4. От схемы зависит состав оборудования  и программного обеспечения. Топологию  выбирают, исходя из потребностей  предприятия. Если предприятие  занимает многоэтажное здание, то  в нем может быть применена  схема снежинка, в которой имеются  файловые серверы для разных  рабочих групп и один центральный  сервер для всего предприятия.

 

  

 

 

 

 

 

 

Топологии локальных сетей  можно описывать как с физической, так и с логической точки зрения. Физическая топология описывает  геометрическое упорядочение компонентов  локальной сети. Топологию нельзя рассматривать как обычную схему сети. Это теоретическая конструкция, которая графически передает форму и структуру локальной сети.

Логическая топология  описывает возможные способы  соединения между парами взаимодействующих  конечных точек. С помощью логической топологии удобно определять наборы конечных точек, которые в состоянии  взаимодействовать друг с другом, а также пары конечных точек, взаимодействующие  с помощью непосредственного  физического соединения. В этой главе  внимание сосредоточено исключительно  на физических топологиях.

1.  Основные топологии

Существует три основные физические топологии: шинная (bus), кольцевая (ring) и звездообразная (star). Каждая топология  продиктована определенной технологией  кадров локальной сети. Например, сети Ethernet (по определению) исторически используют звездообразные топологии. Использование  коммутации на уровне кадров изменило положение вещей. Все локальные  сети, применяющие упомянутый тип  коммутации, вне зависимости от типа кадров или метода доступа к среде  передачи построены на основе одной  и той же топологии. С недавнего  времени коммутируемую топологию  можно считать полноправным членом привычного трио основных топологий  локальных сетей.

Шинная топология

Шинная топология (см. рисунок 5.1) соответствует соединению всех сетевых  узлов в одноранговую сеть с помощью  единственного открытого (open-ended) кабеля. Кабель должен оканчиваться резистивной  нагрузкой - так называемыми оконечными резисторами (terminating resistors). Единственный кабель в состоянии поддерживать только один канал. В данной топологии  кабель называют шиной (bus).

Типичная шинная топология  предполагает использование единственного  кабеля без дополнительных внешних  электронных устройств с целью объединения узлов в одноранговую сеть. Все подключенные устройства прослушивают трафик шины и принимают только те пакеты, которые адресованы им. Отсутствие необходимости использования сложных внешних устройств (например, повторителей) в значительной степени упрощает процедуру развертывания шинной локальной сети. Затраты на развертывание также будут незначительными. К недостаткам данной топологии можно отнести ограниченные функциональные возможности, а также недостаточные расстояния передачи данных и расширяемость.

Данную топологию целесообразно  применять только в небольших  локальных сетях. Поэтому использующие шинную топологию современные коммерческие продукты ориентированы на развертывание  недорогой одноранговой сети с ограниченными  функциональными возможностями. Такие  продукты предназначены для домашних сетей и сетей небольших офисов.

Единственным исключением  являлась локальная сеть Token Bus, соответствующая  спецификации IEEE 802.4. Эта технология была достаточно здравой и детерминистической, во многом напоминая стандарт Token Ring. Тем не менее сети стандарта Token Bus использовали не кольцевую, а шинную топологию.

Стандарт Token Bus не пользовался  популярностью на рынке. Для его  реализации приходилось использовать специальную проводку. Технологические  усовершенствования других стандартов и топологий локальных сетей  сделали эту сложную шинную топологию  устаревшей.

Кольцевая топология

Кольцевая топология впервые  была реализована в простых одноранговых локальных сетях. Каждая рабочая  станция соединялась с двумя  ближайшими соседями (см. рисунок 5.2). Общая  схема соединения напоминала замкнутое  кольцо. Данные передавались только в  одном направлении. Каждая рабочая  станция работала как ретранслятор, принимая и отвечая на адресованные ей пакеты и передавая остальные пакеты следующей рабочей станции, расположенной «ниже по течению».

РИСУНОК 5.1. Пример шинной топологии.

РИСУНОК 5.2. Одноранговая кольцевая  топология.

В первоначальном варианте кольцевой топологии локальных  сетей использовалось одноранговое соединение между рабочими станциями. Поскольку соединения такого типа имели  форму кольца, они назывались замкнутыми (closed). Преимуществом локальных сетей  этого типа является предсказуемое  время передачи пакета адресату. Чем  больше устройств подключено к кольцу, тем дольше интервал задержки. Недостаток кольцевой топологии в том, что  при выходе из строя одной рабочей  станции прекращает функционировать  вся сеть.