Локальные сети и их топология

Локальные сети широко используются в научных, управленческих, организационных и коммерческих технологиях.

Компьютеры локальной сети преимущественно используют единый комплект протоколов для всех участников. Скорость передачи данных колеблется от нескольких тысяч бит в секунду до нескольких сотен млн бит (мегабит) в секунду.

Локальные компьютерные сети классифицируют по различным признакам.

1. По роли ПЭВМ в сети:

· одноранговые (равноправные сети);

· сети с сервером.

2. По структуре (топологии) сети:

· одноузловые («звезда»);

· кольцевые («кольцо»);

· магистральные («шина»);

· комбинированные.

3. По способу доступа пользователей к ресурсам и абонентам сети:

· сети с подключением пользователя по указанным адресам абонентов по принципу коммутации каналов («звезда»);

· сети с централизованным (программным) управлением подключения пользователей к сети («кольцо» и «шина»);

· сети со случайной дисциплиной обслуживания пользователей («шина»).

4. По дисциплине обслуживания пользователей (способу доступа пользователей к сети):

· приоритетные, когда пользователи получают доступ к сети в соответствии с присвоенными им приоритетами (постоянными или изменяющимися);

· неприоритетные, когда все пользователи имеют равные права доступа к сети.

В одноранговой сети все компьютеры равноправны. Каждый компьютер функционирует и как клиент, и как сервер. Нет отдельного компьютера, ответственного за администрирование всей сети. Пользователи сами решают, какие ресурсы на своем компьютере сделать доступными в сети: жесткий диск, принтер или графопостроитель и др.

Одноранговые сети, как правило, объединяют не более 10 компьютеров. Отсюда их другое название – рабочие группы. Одноранговые сети относительно просты, дешевле сетей на основе сервера, но требуют более мощных компьютеров. Требования к производительности и уровню защиты сетевого программного обеспечения ниже, чем в сетях с выделенным сервером. Поддержка одноранговых сетей встроена во многие операционные системы, поэтому для организации одноранговой сети дополнительного ПО не требуется. Структурная схема одноранговой сети изображена на рисунке 7.1.

Рисунок 7.1 - Одноранговая ЛВС

Если в сети более десяти компьютеров, то одноранговая сеть становится недостаточно производительной. Поэтому большинство сетей имеют другую конфигурацию – они работают на основе выделенного сервера. Выделенным сервером называется такой компьютер, который функционирует только как сервер и не используется в качестве клиента или рабочей станции.

Сети с выделенным сервером обеспечивают передачу информации от одной машины к другой и определяют уровни доступа к данным, тем самым обеспечивается бесперебойная работа сети. На машине-сервере работает и программа-сервер, позволяющая предоставить услуги другому компьютеру (рисунок 7.2). Клиенты сети общаются с этой обслуживающей сервер-программой посредством соответствующей клиент-программы, работающей непосредственно на обслуживаемом компьютере (на стороне клиента).

Рисунок 7.2 - ЛВС с выделенным сервером

К серверу предъявляются более высокие требования по производительности, объёму памяти и надёжности. Операционная система, поддерживающая работу сети, может устанавливаться только на этом сервере. Он специально оптимизирован для быстрой обработки запросов от сетевых клиентов и обеспечивает защиту файлов и каталогов. Сети на основе сервера стали промышленным стандартом. К недостаткам сети с выделенным сервером следует отнести сложность настройки системы и более высокую стоимость установки.

Вычислительные сети характеризуются топологией. Топология определяет геометрическое размещение (конфигурацию) узлов сети и способ соединений между ними.

Принято различать три основных вида топологии сети.

1. При топологии «звезда» (рисунок 7.3) все компьютеры с помощью сегментов кабеля подключаются к центральному устройству, называемому концентратором (hub). Сигналы от передающего компьютера поступают через концентратор ко всем остальным. В настоящее время концентратор стал одним из стандартных компонентов сетей. В сетях с топологией звезда он, например, служит центральным узлом.

Рисунок 7.3 - Сетевая топология «звезда»:

С – сервер, К – компьютер

2. При топологии «кольцо» (ring) компьютеры последовательно объединены в кольцо. Передача информации в кольце всегда производится только в одном направлении. Каждый из компьютеров передает информацию только одному компьютеру, следующему в цепочке за ним, а получает информацию только от предыдущего в цепочке компьютера (рисунок 7.4).

Рисунок 7.4 – Сетевая топология «кольцо»

В кольцевой топологии нет выделенного узла, который управляет передачей сообщений. Передача сигнала происходит в большинстве случаев через повторители, к которым подключены узлы сети. Повторитель может быть пассивным или активным устройством. Если доступ в кольце производится через активный повторитель, то он выполняет следующие функции:

- принимает пакет от узла источника и усиливает сигналы;

- делает пакет доступным узлу приемнику;

- разрешает узлу передавать собственный пакет;

- отправляет пакет к следующему узлу или выполняет его буферизацию.

Пассивный повторитель дает узлу лишь возможность соединения со средой передачи.

3. В сети с топологией «шина» (bus) данные в виде электрических сигналов передаются всем компьютерам сети, но принимает их тот, адрес которого совпадает с адресом получателя, зашифрованном в этих сигналах. Причем в каждый момент времени передачу может вести только один компьютер. Поэтому производительность такой сети зависит от количества компьютеров, подключенных к шине. Чем больше компьютеров, ожидающих передачи данных, тем медленнее сеть (рисунок 7.5). На быстродействие сети также влияют:

· тип аппаратного обеспечения сетевых компьютеров;

· частота, с которой компьютеры передают данные;

· тип работающих сетевых приложений;

· тип сетевого кабеля;

· расстояние между компьютерами в сети.

Шина – пассивная топология: компьютеры только слушают передаваемые по сети данные, но не перемещают их от отправителя к получателю. Поэтому выход одного или нескольких компьютеров из строя никак не сказывается на работе сети. Электрические сигналы распространяются по всему кабелю – от одного конца к другому. Сигналы, достигшие концов кабеля, отражаются от них. Возникает наложение сигналов, находящихся в разных фазах, и, как следствие, их искажение и ослабление. Поэтому сигналы, достигшие конца кабеля, следует погасить. Для гашения сигналов на концах кабеля устанавливают терминаторы. При разрыве кабеля или отсутствии терминаторов функционирование сети прекращается. Сеть падает.

Рисунок 7.5 – Сетевая топология «шина»:
С – сервер, К – компьютер, Т – терминатор

Сигналы в шине от передающего узла распространяются во все стороны к другим узлам. Так как все принимающие узлы получают предающее сообщение практически одновременно, то необходимо решать проблему права доступа к среде путем применения методов разрешения сетевых коллизий либо путем организации логического кольца узлов.

Кроме трех рассмотренных базовых топологий нередко применяются комбинированные топологии, среди которых сетевая топология «дерево» (tree), которую можно рассматривать как комбинацию нескольких звезд; звездно-шинная и звездно-кольцевая; сеточная топология (mesh), в которой компьютеры связываются между собой не одной, а многими линиями связи, образующими сетку.

Следует отметить, что топология не является основным фактором при выборе типа сети. Гораздо важнее, например, уровень стандартизации сети, скорость обмена, количество абонентов, стоимость оборудования, выбранное программное обеспечение.