Тема 11. Локальные вычислительные сети
Контрольные вопросы
1. Что такое сервер и рабочая станция (клиент)?
2. Перечислите и дайте краткую характеристику специализированных серверов.
3. Что такое хост-компьютеры?
4. Что такое модем и какие виды модемов вы знаете?
5. Охарактеризуйте внутренний и внешний модемы.
6. Отличие цифровых модемов от аналоговых.
7. Что представляет собой сетевая карта, перечислите основные характеристики.
8. Какие устройства межсетевого интерфейса вы знаете?
9. Назначение повторителя как устройства межсетевого интерфейса.
10. Назначение моста как устройства межсетевого интерфейса.
11. Назначение маршрутизатора как устройства межсетевого интерфейса.
12. Назначение шлюза как устройства межсетевого интерфейса.
13. Что входит в сетевое программное обеспечение?
Локальной вычислительной сетью (ЛВС)называют сеть, элементами которой являются вычислительные машины (в том числе мини- и микрокомпьютеры), терминалы, связная аппаратура — располагаются на сравнительно небольшом удалении друг от друга (до 10 км).
Локальная сеть обычно предназначается для сбора, передачи, рассредоточенной и распределенной обработки информации в пределах одной лаборатории, отдела, офиса или фирмы, часто специализируется на выполнении определенных функций в соответствии с профилем деятельности фирмы и отдельных ее подразделений. Во многих случаях ЛВС, обслуживающая свою локальную информационную систему, связана с другими вычислительными сетями, внутренними или внешними, вплоть до региональных или глобальных сетей.
Основное назначение любой вычислительной сети – предоставление информационных и вычислительных ресурсов подключенным к ней
пользователям.
Связь ЛВС с сетью Интернет может выполняться через хост-компьютер, в качестве которого может использоваться web-сервер или сервер-шлюз (часто именуемый прокси-сервером) – рабочая станция, имеющая специализированное программное обеспечение для непосредственной работы в Интернете.
Локальная сеть может объединять до нескольких сотен компьютеров, стационарно соединенных кабелями. Соединение компьютеров кабелями организуется различным способом, образуя различную топологию сети (звездную, шинную, кольцевую и т. д.). Кабели подсоединяются к ПК через специальное устройство, называемое сетевой картой, или сетевым адаптером. Это устройство вставляется в слот расширения на материнской плате компьютера. Имеются материнские платы со встроенным сетевым адаптером. Сетевые адаптеры (АrсNet, Ethernet, TokenRing) различаются производительностью (скоростью передачи данных) и соответственно стоимостью, например, для сети с числом ПК до 50 обычно применяются недорогие адаптеры класса Ethernet.
Для построения сети используются и другие сетевые устройства (хабы, концентраторы, повторители и др.) различной сложности и стоимости. Применяемые технические средства и топология сети в совокупности определяют надежность функционирования и скорость передачи информации в такой сети: от 100 Мбит/с до 1 Гбит/с.
По количеству подключенных к сети компьютеров сети можно разделить на малые, объединяющие до 10–15 машин, средние –до 50 машин и большие –свыше 50 машин.
По территориальной расположенности ЛВС делятся на компактно размещенные (все компьютеры расположены в одном помещении) и распределенные (компьютеры сети размещены в разных помещениях).
По топологии ЛВС делятся на шинные, кольцевые, радиальные, полносвязные, иерархические и смешанные.
По типам используемых компьютеров среди них можно выделить однородные и неоднородные. В однородных ЛВС используются одинаковые типы компьютеров, имеющие одинаковые операционные системы и однотипный состав абонентских средств. В однородных сетях значительно проще выполнять многие распределенные информационные процедуры (в качестве классического примера можно назвать организацию и использование распределенных баз данных).
По организации управления ЛВС делятся на:
· ЛВС с централизованным управлением;
· ЛВС с децентрализованным управлением.
На этих классах ЛВС остановимся немного подробнее.
В ЛВС наиболее важными (видимыми) для пользователя являются два структурно-функциональных звена: рабочие станции и серверы. Не все ЛВС имеют в своем составе выделенные серверы, в некоторых случаях функции сервера оказываются как бы распределенными между рабочими станциями сети.
С этой точки зрения и можно говорить о двух типах ЛВС в зависимости от присутствия централизованного управления.
Существуют два принципиально разных способа соподчинения компьютеров в локальной сети и соответственно технологии работы в ней:
• одноранговая сеть(рис. 11.1) – это сеть равноправных компьютеров –рабочих станций, каждый из которых имеет уникальное имя – имя компьютера и пароль для входа в компьютер в момент загрузки операционной системы. Имя и пароль входа назначаются владельцем ПК средствами ОС и BIOS. В такой сети могут быть организованы «подсети» – так называемые группы, каждая из которых имеет имя, например «Бухгалтерия».
Рис. 11.1. Схема соподчинения ПК в одноранговой сети.
Принадлежность рабочей станции к какой-либо группе может быть задана или изменена пользователем. Равноправность ПК означает, что владельцу каждого компьютера в сети предоставлена программная возможность самому преобразовывать свой локальный ресурс (диски, папки, принтер) в разделяемый, предоставив доступ к нему другим пользователям группы, а также устанавливать права и пароль доступа к ресурсу. Он же отвечает за сохранность или работоспособность этого ресурса. Программные средства позволяют владельцу ПК отменить доступ к ресурсу, т. е. вернуть ему статус локального.
Доступ к «чужим ресурсам» в такой сети организован на уровне ресурсов. Это означает, что доступ к сетевым ресурсам рабочей станции получает любой компьютер, входящий в ту же группу, что и «владелец ресурса». Доступ к сетевым ресурсам компьютеров другой группы невозможен. Понятие пользователь в такой сети отсутствует, а точнее совпадает с понятием компьютер группы.
Водноранговой сети каждая рабочая станция может одновременно как предоставлять свои ресурсы другим компьютерам группы (быть сервером), так и использовать ресурсы других ПК (быть клиентом). Сети этого вида часто организуются в небольших офисах для объединения в сеть небольшого числа компьютеров (10–15 ПК). Создание и эксплуатация такой сети не требуют высокого профессионализма и наличия специального лица – системного администратора, ответственного за функционирование сети;
• иерархические сети(рис. 11.2) – это сети, в которых имеется мощный компьютер – выделенный сервер, ресурсы которого предоставляются другим соединенным с ним компьютерам – рабочим станциям. Ресурсы рабочих станций серверу, как правило, недоступны. Иерархические сети организуются при большом количестве рабочих станций. В сравнении с одноранговыми сетями они обеспечивают более высокое быстродействие и надежность работы сети, повышают конфиденциальность и надежность хранения информации и др.
Рис. 11.2. Иерархическая сеть
Однако создание иерархической сети требует высокого профессионализма, а работу всей сети организует системный администратор. В отличие от одноранговой сети предоставление ресурсов сервера в иерархической сети производится на уровне пользователей. Это означает, что для полноценной работы в сети каждый пользователь должен быть персонально зарегистрирован администратором сети, после чего ему назначаются уникальное в сети имя и пароль, под которыми он «будет известен серверу». При регистрации пользователю на сервере выделяются также определенные ресурсы и права доступа к ним. В дальнейшем при подключении к серверу пользователь указывает в специальном диалоговом окне это имя и пароль, и только после этого пользователю открывается доступ к назначенным ему сетевым ресурсам.
Наряду с классическими сетями указанных выше двух видов возможна организация сетей и более сложных видов:
• сочетание одноранговой и иерархической сети, в которой рабочие станции могут быть как подключены к выделенному серверу по принципу иерархической сети, так и объединены между собой в одноранговую сеть;
• иерархическая сеть с несколькими выделенными серверами;
• иерархическая сеть, в которой есть несколько уровней иерархии серверов, при этом серверы нижнего уровня подключаются к серверам более высокого уровня.
Принципы работы в таких сетях близки к тем, что используются в простейших одноранговых и иерархических сетях.
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:
Доброго времени суток.
В этой статье мы разберем, что такое локальная сеть, зачем она нужна, как организовывается и каких типов бывает. Такая сеть может пригодиться и вам, поэтому не проходите мимо.
Определение
Локальной сетью считается та, что объединяет несколько компьютеров на небольшой территории. Данное понятие в переводе на английский выглядит как Local Area Network, поэтому его часто сокращенно называют LAN.
Сеть может располагаться в пределах одной квартиры, офиса, компьютерного класса, небольшой организации или ее отдела. Этим я хочу сказать, что обычно она не включает в себя много компов и они не находятся на большом удалении друг от друга.
Допустим, вы можете организовать домашнюю сеть, если имеете стационарный компьютер, ноутбук, принтер, пару мобильных гаджетов, умный телевизор и т. п. Такой вариант удобен и, к примеру, для предприятия, где есть 10-20 компьютеров, находящихся на разных этажах. Или к примеру нескольких компов в одной квартире/частном доме.
Зачем нужна локальная сеть?
LAN может понадобиться для:
- Передачи данных между устройствами без участия внешних накопителей (флешек, дисков и пр.);
- Открытия доступа к интернету для всех участников сети, если он подключен только к одному компьютеру;
- Управления портативными устройствами с разных компов. Например, в пределах офиса с любого железа можно печатать на одном принтере;
- Организации голосовых и видеоконференций;
- Игр по сети.
Типы локальных сетей
- Одноранговая сеть. Все участники имеют равные права, то есть самостоятельно решают, к каким файлам открывать доступ, а к каким — нет. Применяется в случаях объединения небольшого количества ПК.
- На основе сервера. Актуальный вариант, когда компов больше 10. Увеличивает производительность сети. Суть в том, что для хранения общей информации, подключения периферийных девайсов (сканеров, принтеров и пр.), определения маршрутов отправки информации и централизованного управления всей сетью выделяется одна машина — сервер — а все остальные подпитываются к ней.
Также есть два способа построения сети: при помощи проводов или без них. Рассмотрим каждый отдельно.
Проводное соединение
Используется витая пара либо оптический кабель, который подключаются к сетевым картам на ПК. Такие устройства есть в любом железе, которому не больше 10-15 лет, — они интегрируются в материнскую плату.
Проводное объединение обеспечивает наиболее стабильную и быструю передачу данных. В современных вариантах пропускная способность составляет 100 Мбит/с и выше через витую пару . От 10 Гбит/с по оптоволокну. Для такого подключения чаще всего применяется технология Ethernet.
Когда совокупность компьютеров большая или необходимо с одного сервера раздавать интернет, могут быть использованы хабы (коммутаторы). Они имеют несколько разъемов для подключения проводов. В их функции входит ретрансляция входящего в один порт сигнала по другим интерфейсам.
Структура сети
Есть несколько топологий подключения компьютеров по проводам:
- Линейная шина — последовательное соединение ПК от одного к другому.
- Тип «звезда» — все участники сети питаются от одного сервера.
- Кольцо — структура соединения понятна из названия. В данном случае тоже распределяются ресурсы сервера среди всех машин, но если одна выйдет из строя, то другие работать не будут.
- Снежинка — самая гибкая топология, потому что позволяет соединять оборудование по наиболее удобному принципу, как правило, с учетом его функциональности.
Беспроводной способ
Имеется в виду объединение по радиоволнам. Самый распространенный сейчас вариант — это Wi-Fi. Однако возможно подключение также через Bluetooth и GPRS. В любом случае скорость будет ниже, чем при соединении по проводам. В среднем, по вай-фаю она составляет 10 Мбит/с и выше.
Для создания сетки без участия проводов нужно, чтобы в компьютерах был специальный модуль. В современных ноутбуках он обычно встроен, а для ПК можно купить внешнее устройство. Также необходим единый сетевой шлюз (роутер), к которому будет подведен проводной интернет. А участники сети будут получать его по радиоволнам.
Как передаются данные?
Чтобы организовать локальную сеть, мало лишь физически соединить машины, нужно еще выполнить настройку. Их работа контролируется программами. Чтобы компы понимали друг друга, используется единый и понятный для них язык — сетевой протокол.
Он бывает разных видов, но наибольшее распространение получили пакетные протоколы. Что это значит? Передаваемые данные разбиваются на блоки, которые помещаются в пакет. Он также содержит сведения о получателе и адресате. Каждый компьютер с определенной периодичностью коннектится к сети и проверяет проходящие пакеты: те, что предназначены для него, забирает.
Как железо понимает, что тот или иной пакет адресован именно ему? Каждая машина имеет IP-адрес, уникальный в рамках одной сети. Он задается в процессе настройки Windows или другой системы, которую вы используете.
Локальная сеть объединяет компьютеры, установленные в одном помещении (например, компьютерный класс, состоящий из 8-12 компьютеров) или в одном здании (несколько десятков компьютеров, установленных в различных кабинетах некоторого учреждения)
Локальная сеть — коммуникационная система, состоящая из нескольких компьютеров, соединенных между собой посредством кабелей (телефонных линий, радиоканалов), позволяющая пользователям совместно использовать ресурсы компьютера: программы, файлы, папки, а также периферийные устройства: принтеры, плоттеры, диски, модемы и т.д.
Виды локальных сетей:
Одноранговая локальная сеть
В небольших локальных сетях все компьютеры обычно равноправны, т.е. пользователи самостоятельно решают, какие ресурсы своего компьютера сделать общедоступными. Такие сети называют одноранговыми.
Одноранговая локальная сеть- сеть поддерживающая равноправие компьютеров и предоставляющая пользователям самостоятельно решать какие ресурсы своего компьютера: папки, файлы, программы сделать общедоступными.
Локальная сеть на основе сервера
Если к локальной сети подключено более 10 компьютеров, одноранговая сеть может оказаться недостаточно производительной. Для увеличения производительности, а также в целях обеспечения большей надежности при хранении информации в сети, некоторые компьютеры специально выделяются для хранения файлов или программ-приложений. Такие компьютеры называются серверами, а локальная сеть – сетью на основе серверов.
Сервер — специальный управляющий компьютер, предназначенный для:
1. хранения данных для всей сети.
2. подключения периферийных устройств;
3. централизованного управления всей сетью;
4. определения маршрутов передачи сообщений.
Техническая поддержка локальной сети
Каждый компьютер, подключенный к локальной сети, должен иметь:
1.Сетевой адаптер – специальная плата, предназначенная для передачи и приема информации из сети.
Соединение компьютеров (сетевых адаптеров) между собой производится с помощью кабелей различных типов (коаксиальный, витая пара, оптоволоконный).
2. Кабель – основной канал связи – физическая среда передачи информации. Основная характеристика канала связи – пропускная способность, т.е. максимальная скорость передачи информации (измеряется в бит/сек, килобит/сек, мегабит/сек).
В локальных сетях используются следующие виды каналов связи:
— Витая пара — проводной канал связи, содержащую пару скрученных проводников, обладает малой пропускной способностью – менее 1 Мбит/сек. Скручивание позволяет повысить помехоустойчивость кабеля и снизить влияние каждой пары на все остальные.
— Коаксиальный кабель — состоит из центрального проводника (сплошного или многожильного), покрытого слоем полимерного изолятора, поверх которого расположен другой проводник (экран). Экран представляет собой оплетку из медного провода вокруг изолятора или обернутую вокруг изолятора фольгу.
— Витая пара категорий 5, 5e, 6, 6e, 7 проводной канал связи, содержащую пару скрученных проводников, обладает хорошей пропускной способностью – от 100 Мбит/сек. и выше.
— Оптоволоконный кабель — состоит из тонкого стеклянного цилиндра, покрытого оболочкой с другим коэффициентом преломления. Типичная скорость от 10 Гбит/сек и выше.
Существуют и беспроводные локальные сети. В них информация между ПК передается с помощью инфракрасных лучей. Недостаток: наличие помех , создаваемых другими источниками той же частоты, а также сложность защиты данных от несанкционированного доступа, поскольку передаваемые сообщения в таком случае может воспринимать любой приемник, настроенный на ту же частоту.
3. Хаб (коммутатор, концентратор)- специальное устройство, предающее сигналы от одних подключенных к нему компьютеров к другим.
Каждый хаб имеет от 8 до 30 разъемов (портов) для подключения либо компьютера, либо другого хаба. К каждому порту подключается только одно устройство. Хабы являются сердцем системы и во многом определяют ее функциональность и возможности.
Топологии локальных сетей
Топология (структура) локальной сети – конфигурация сети, порядок соединения компьютеров в сети и внешний вид сети.
При помощи кабеля в локальной сети каждый компьютер соединяется с другими компьютерами. Структуру локальной сети можно описать с помощью сетевой информационной модели.
1. Шинная (линейная шина) – вариант соединения компьютеров между собой, когда кабель проходит от одного компьютера к другому, последовательно соединяя компьютеры между собой.
2. Звездная – к каждой рабочей станции подходи отдельный кабель из одного узла — сервера. Сервер обеспечивает централизованное управление всей сетью, определяет маршруты передачи сообщений, подключает периферийные устройства, является хранилищем данных для всей сети.
3.. Кольцевая – все компьютеры связаны в кольцо, и функции сервера распределены между всеми машинами сети. Недостаток: при выходе из строя любой ЭВМ работа сети прерывается.
4. Древовидная (снежинка) — позволяет структурировать систему в соответствии с функциональным назначением элементов. Наиболее гибкая структура. Практически все сложные системы имеют в своем составе иерархические структуры.
Сетевой протокол. Пакетный протокол
Работой компьютеров в локальной сети управляют программы. Для того чтобы все компьютеры могли понимать друг друга, отправлять друг другу запросы и получать ответы, они должны общаться на одном языке. Такой язык общения компьютеров называется сетевым протоколом.
В последнее время широкое применение нашли так называемые пакетные протоколы. При использовании протоколов этого типа данные, которыми обмениваются компьютеры, режутся на небольшие блоки. Каждый блок как бы вкладывается в «конверт» (инкапсулируется), в результате чего образуется пакет. Пакет содержит как сами данные, так и служебную информацию: от кого отправлен, кому предназначен, какой пакет должен следовать за ним и прочее. Пакетный протокол обеспечивает циркуляцию пакетов в сети, а также получение их адресатом и сборку. Каждая рабочая станция периодически подключается к сети (по прерываниям) и проверяет проходящие пакеты. Те, что адресованы ей, она забирает, а прочие пересылает дальше.
Рассмотрим простой пример пакетной связи. Допустим, мы написали письмо другу на трех листах, потом вложили их в три конверта, поставили на них цифры 1, 2, 3 и опустили в три разных почтовых ящика. Каждый листок пойдет к адресату своим путем. Возможно, что третий листок придет раньше первого, но это не помешает собрать их в правильном порядке и прочесть. В любой переписке особую роль играет конверт — необходимый элемент протокола, установленного почтовой службой. На конверте написано, куда надо доставить содержимое (адрес и почтовый индекс получателя), и указано, куда надо вернуть конверт в случае недоставки (обратный адрес). Если конверт подписан неправильно или на нем нет марки, свидетельствующей о том, что услуга оплачена, то протокол не соблюден и письмо до адресата может не дойти.
Таким образом, функционирование любой локальной сети основано на следующих принципах:
— каждая из машин, включенных в сеть, имеет свой собственный номер (идентификатор);
— информация от каждой машины поступает в сеть в виде отдельных порций (пакетов);
— пакет снабжается информацией о том, для какой машины он предназначен;
— пакет свободно перемещается по сети, причем эта его часть информации сравнивается с идентификатором каждой ЭВМ и в случае совпадения сообщение предается соответствующей машине.