Компьютерные сети

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Основные понятия локальных вычислительных сетей

К локальным компьютерным сетям (ЛВС или LAN - Local Area NetWork) относятся сети, узлы которых располагаются на небольшом расстоянии друг от друга, обычно не дальше нескольких сотен метров. Примерами таких сетей могут служить сети отдельных предприятий и организаций, а также их структурных подразделений. Основным назначением ЛВС является предоставление информационных, вычислительных и технических ресурсов подключенным к сети пользователям [1, С. 129-130].

ЛВС имеют характерные отличительные черты, позволяющие их выделить в отдельный класс компьютерных сетей:

1. Компактное территориальное расположение узлов сети. Расстояние между узлами сети обычно не превышает нескольких сот метров.

2. В качестве среды передачи данных используется кабельная система.

3. В качестве узлов сети чаще всего используются персональные компьютеры.

4. Методы доступа, топологии, компоненты ЛВС разнообразны, имеют высокую степень совместимости и гибкости применения, что позволяет разрабатывать сети любой сложности и архитектуры [1, С. 130].

Под архитектурой сети понимается вариант сети с конкретными компонентами сети (компьютеры, данные, программы, сетевое оборудование, различные устройства внешней памяти, принтеры, сканеры и другие устройства), топологией построения и технологией функционирования сети. Под топологией вычислительной сети понимается изображение сети в виде графа, вершинами которого соответствуют компьютеры сети, отдельные виды сетевого оборудования, а ребрам - физические связи между ними. Также под топологией понимают, различные способы соединения кабелей для объединения компьютеров в ЛВС.

2. Общая характеристика топологий компьютерных сетей

Существуют три основные базовые топологии:

· звезда (Star);

· кольцо (Ring);

· шина (Bus), или общая.

Наряду с перечисленными топологиями компьютерных сетей на практике применяются и различные виды комбинированных топологий, которые получаются в результате комбинаций базовых топологий, это:

· полносвязная;

· ячеистая;

· иерархическая;

· смешанная.

Различные виды ЛВС выделяются по следующим признакам:

1. Технология функционирования сети. В зависимости от используемой технологии работы существуют сети Ethernet, Arcnet, Token Ring.

2. Топология построения ЛВС. По этому признаку различают сети с шиной, звездообразной, кольцевой и комбинированными топологиями построения.

3. Наличие или отсутствие сервера в сети. В зависимости от того, имеет ли ЛВС в своем составе выделенный сервер или все узлы сети равноправны, различают иерархические и одноранговые сети.

4. В зависимости от типа среды передачи данных выделяют сети, построенные на основе коаксиального кабеля, витой пары, волоконно-оптического кабеля. Существуют также ЛВС, отдельные части которых используют разные типы кабелей.

3. Подробная характеристика топологий компьютерных сетей

Выбор топологии существенно влияет на многие характеристики сети. На рисунке 3.1 представлены базовые топологии сетей.

В топологии «звезда» (рис. 3.1, а) один узел является центральным. Он соединен линиями связи со всеми остальными узлами сети. Благодаря этому связь любой рабочей станции с центральным узлом независима от связей остальных станций. Основным преимуществом топологии «звезда» является обеспечение работоспособности сети при выходе из строя отдельных рабочих станций и их соединений. В сетях с такой топологией проще обнаружить и устранить неисправности, связанные с работой отдельных узлов сети и линий передачи, наращивать масштаб сети за счет добавления новых компьютеров и менять их местонахождение. Топология «звезда» является наиболее быстродействующей, поскольку передача данных между рабочими станциями проходит через центральный узел по отдельным линиям. К недостаткам топологии следует отнести большой расход кабеля [1, С. 114]. Большинство сетей, использующих кабель типа «витая пара», монтируются по топологии «звезда», например 10BaseT Ethernet, Fast Ethernet [2, С. 72].

Кольцевая топология (рис. 3.1, б) представляет собой непрерывную магистраль для передачи данных, не имеющую логической начальной или конечной точек. Каждый компьютер является частью кольца и, получая данные, адресованные другому компьютеру, пересылает их по назначению. При такой топологии просто можно сделать кольцевой запрос на все станции. Однако продолжительность передачи информации увеличивается пропорционально количеству рабочих станций, входящих в сеть. Ограничения на протяженность сети не существует при условии соблюдения разрешенного расстояния между двумя соседними узлами. Основная проблема использования кольцевой топологии состоит в том, что каждая рабочая станция должна активно участвовать в пересылке информации и в случае выхода из стоя хотя бы одной из них вся сеть становится неработоспособной. При этом неисправности линий связи легко локализуются и устраняются [1, С. 115]. Сети, сконструированные на основе топологии «кольцо», могут использовать различные типы кабеля. Например, сети Token Ring используют витую пару, в то время как FDDI-сети реализуют топологию «кольцо» с помощью оптоволоконных кабелей [2, С. 73].

Шинная топология (рис. 3.1, в) представляет собой наиболее простой способ установки сети. Она требует меньше оборудования, кабелей, времени на настройку, чем другие топологии. Физическая среда передачи состоит из единственного кабеля, который называется общей шиной, к которой подключаются все компьютеры сети. Недостатками являются подключение небольшого числа рабочих станций (не более 30) и полное прекращение работы сети при повреждении общего кабеля [1, С. 115]. Шинную архитектуру использует большая часть сетей, построенных на коаксиальных кабелях, таких, как сети Ethernet [2, С. 72].

а б в

Рис. 3.1. Базовые топологии сетей: а - звезда; б - кольцо; в-общая шина

Наряду с описанными базовыми топологиями, на практике применяются различные их комбинации. Это связано с тем, что «созданная на определенном этапе развития системы ЛВС с течением времени перестает удовлетворять потребности всех пользователей, и тогда встает проблема расширения ее функциональных возможностей» [5, С. 45]. Проблема расширения конфигурации сети может быть решена как в пределах ограниченного пространства, так и с выходом во внешнюю среду.

Виды комбинированных топологий представлены на рисунке 3.2.

В полносвязной топологии (рис. 3.2, а) используется связь между узлами по принципу «каждый с каждым». Данная топология характерна для глобальных сетей.

Ячеистая топология (рис. 3.2, б) предполагает, что любой узел сети располагает не менее чем двумя физическими связями с другими узлами. Данная топология применяется в неблагоприятных условиях агрессивной окружающей среды при недостаточно большой вероятности разрыва сетевых соединений. Если одна из связей доступа к узлу будет нарушена, то всегда в качестве альтернативной связи будет существовать еще одна.

Иерархическая топология (рис. 3.2, в) используется в сетях, где существует жесткое распределение рабочих станций по уровням иерархии. При этом каждый узел более нижнего уровня имеет только одну линию связи с узлом более высокого уровня.

Смешанная топология (рис. 3.2, г) в большинстве случаев образуется при объединении между собой ранее существовавших отдельные сетей с разными топологиями или в результате наращивания сети [1, С. 116-117]. «Так как к одному концентратору можно подключить неограниченное число хостов, смешанная топология находит широкое применение в крупных локальных сетях, связывающих сотни компьютеров».

При построении архитектуры ЛВС следует учитывать существующие зависимости между используемыми технологиями работы, топологиями сети и кабельной системой. Возможные сочетания этих элементов архитектуры определены соответствующими стандартами и спецификациями.

Размещено на http://www.allbest.ru/

а в

б г

Рис. 3.2. Комбинированные топологии компьютерных сетей: а - полносвязная; б - ячеистая; в-иерархическая; г - смешанная

Отметим, что основными методами доступа при построении современных ЛВС являются высокоскоростные технологии Ethernet, которые называются соответственно Fast Ethernet (скорость передачи - 100 Мбит/с) и Gigabit Ethernet (скорость передачи - 1 Гбит/с).

Технологии Arcnet (скорость передачи - 2,5 Мбит/с) и Token Ring (скорость передачи - 4 Мбит/с или 16 Мбит/с) в настоящее время практически не используются из-за низкой производительности. Таким образом, технологии Fast Ethernet и Gigabit Ethernet являются основными технологиями построения ЛВС. Несмотря на то, что эти технологии являются прямыми преемниками Ethernet, у них отсутствуют многие недостатки, присущие прежней технологии.

Преодоление недостатков технологии Fast Ethernet и Gigabit Ethernet стало возможным благодаря реализации шиной топологии построения сети Ethernet в виде физической «звезды», а также использования витой пары и волоконно-оптического кабеля в качестве среды передачи. При такой архитектуре каждый луч «звезды» функционирует как отдельная логическая шина, но без концевых терминаторов. Один конец шины заканчивается на сетевом устройстве, к примеру, коммутаторе, другой - на узле сети. При этом общая шина выполняет роль высокоскоростной магистрали, соединяющей коммутаторы различных сегментов сети [6].

Одноранговые ЛВС. В одноранговых ЛВС все компьютеры сети имеют равные права. Ресурсы сети распределены равномерно между разными компьютерами сети. Любой из компьютеров может разделять ресурсы с любыми другими компьютерами ЛВС. При этом компьютер сам управляет использованием ресурса, которым владеет. Это означает наличие возможности предоставления доступа к ресурсу в свободном режиме, по паролю авторизованным компьютерам, или запрещение доступа к ресурсу. Распределение резервов требует наличия информации у каждого компьютера о местонахождении ресурсов сети и способов доступа к ним. Таким образом, в одноранговой сети отсутствуют централизованное администрирование сетью и общее управление безопасностью ресурсов. Компьютеры ЛВС во время предоставления ресурса сталкиваются с падением собственной производительности, в результате образования дополнительных затрат процессорного времени, памяти, загрузки внешних устройств, связанных с обслуживанием запросов сети. В одноранговых ЛВС затруднена процедура резервного копирования данных, при которой необходимо копировать данные с разных компьютеров, повреждение кабеля приводит к остановке работы сети. Перечисленные недостатки одноранговых ЛВС усиливаются при увеличении числа узлов сети. Положительными сторонами являются простота и оперативность их установки, низкая стоимость оборудования и программного обеспечения. Для установки сети требуются только сетевые адаптеры, кабель и операционная система [1, С. 132].

Сети с выделенным сервером. Сети с выделенным сервером, называемые еще иерархическими ЛВС, имеют в своем составе функционально ориентированные компьютеры. С технической точки зрения серверы оснащаются мощными многопроцессорными системами, обладающими увеличенным объемом оперативной памяти, высокоскоростными каналами обмена с внешними устройствами, RAID-системами хранения информации на жестких дисках с минимальным временем обращения к данным и т.д. Помимо специальных программных средств, обеспечивающих различные способы защиты данных и серверов от несанкционированного доступа, серверы размещают в специальных помещениях с контролируемым доступом.

К недостаткам сетей с выделенным сервером относятся более высокая их стоимость, сложность построения сети, необходимость постоянного мониторинга за состоянием сети и происходящих процессах, наличие персонала высокой квалификации [1, С. 132].

Кабельное оборудование ЛВС. При выборе лучшей передающей среды для ЛВС следует учитывать следующие факторы: скорость передачи данных, возможность применения в конкретных сетевых архитектурах, расстояние между соседними сетевыми устройствами, устойчивость к помехам от внешних источников, стоимость кабеля, сложность установки и модернизации.

В ЛВС применяют три типа кабеля: кабели на основе скрученных пар медных проводов (витая пара), коаксиальные кабели, волоконно-оптические кабели.

Витая пара существует в экранированном варианте, когда пара медных проводов заключается в изоляционный экран, и неэкранированном без изоляционной обертки. Скручивание проводов, а также наличие изоляционного экрана снижают влияние внешних помех на полезные сигналы, передаваемые по кабелю. Все кабели типа витой пары имеют 4 пары скрученных проводов и делятся на 5 категорий, каждая из которых характеризуется определенной совокупностью электромагнитных характеристик (5-я категория позволяет передавать данные со скоростью до 1 Гбит/с).

Коаксиальный кабель состоит из внутренней медной жилы и оплетки, отделенной от жилы слоем изоляции. Существуют два типа коаксиального кабеля, толстый коаксиальный кабель и тонкий.

Толстый коаксиальный кабель достигает в диаметре 10 мм (скорость передачи данных не превышает 10 Мбит/с), тонкий - 5 мм (достигает 100 Мбит/с). Поэтому тонкий коаксиальный кабель используется при прокладке ЛВС в агрессивной внешней среде с высоким уровнем воздействия радио- и электромагнитных волн.

Волоконно-оптический кабель состоит из одной или нескольких стеклянных или пластиковых жил (световодов), по которым распространяются световые сигналы. Жилы покрыты защитной поливинилхлоридной оболочкой. Этот тип кабеля обеспечивает наивысшую скорость передачи данных до 100 Гбит/с. По волоконно-оптическому кабелю можно одновременно передавать по нескольку световых волн. Волоконно-оптический кабель применяется в ЛВС в качестве магистральных каналов передачи данных благодаря высокой скорости передачи и малого затухания сигнала. К достоинствам волоконно-оптического кабеля следует также отнести сложность получения несанкционированного доступа к данным во время передачи и невосприимчивость кабеля к радио- и электромагнитным помехам. Недостатками являются его высокие стоимость и хрупкость, сложность монтажа, а также высокие требования к квалификации обслуживающего персонала [1, С. 133].

Список литературы

1. Информатика в экономике: Учеб. пособие /Под ред. проф. Б.Е. Одинцова, проф. А.Н. Романова. - М.: Вузовский учебник, 2008. - 478 с.

2. Информатика для экономистов: Учебник / Под общ. ред. В.М. Матюшка. - М.: ИНФРА-М, 2007. - 880 с.

3. Черников Б.В. Информационные технологии управления: учебник. - М.: ИД «ФОРУМ»: ИНФРА-М, 2008. - 352 с.: ил.

4. Пятибратов А.П. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: Учебник. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Финансы и статистика, 2008.

5. Борисова Л.Ф. Повышение эффективности функционирования локальных вычислительных сетей // Вестник МГТУ. - 2006. - №1. - С. 45.

локальный сеть компьютерный топология

Размещено на Allbest.ru