Локальные вычислительные сети. 
Топология. 
Особенности построения и управления

Локальная вычислительная сеть объединяет абонентов, находящихся на небольшом расстоянии друг от друга (в пределах 10—15 км); обычно строится в пределах одного предприятия или организации.

Информационные системы, построенные на базе локальных вычислительных сетей, обеспечивают решение следующих задач:

• • хранение данных;
• • обработка данных;
• • организация доступа пользователей к данным;
• • передача данных и результатов их обработки пользователям.

Компьютерные сети реализуют распределенную обработку данных.

Она распределяется между двумя объектами: клиентом и сервером. Сервер обеспечивает хранение данных общего пользования и организует доступ к ним. Клиент формирует запрос к серверу на выполнение сложных процедур. Сервер выполняет этот запрос и результаты выполнения передает клиенту. Подобная модель вычислительной сети получила название архитектуры «клиент-сервер».

По признаку распределения функций локальные компьютерные сети делятся на одноранговые и двухранговые (или сети с выделенным сервером).

В одноранговой сети (рис. 2.1) компьютеры равноправны по отношению друг к другу. Каждый пользователь в сети решает сам, какие ресурсы своего компьютера он предоставит в общее пользование. Таким образом, компьютер выступает и в роли клиента, и в роли сервера. Одноранговое разделение ресурсов является вполне приемлемым для малых офисов с 5—10 пользователями, объединяет их в рабочую группу.

Рис. 2.1. Одноранговая сеть.

Двухранговая сеть (рис. 2.2) организуется на основе сервера, на котором регистрируются пользователи сети.

Рис. 2.2. Двухранговая сеть (с выделенным сервером):

Л — локальные коммуникационные части; К — клиентские; С — серверные Для современных компьютерных сетей типичной является смешанная, объединяющая рабочие станции и серверы, причем часть рабочих станций образует одноранговые сети, а часть принадлежит двухранговым сетям.

Геометрическая схема соединения (конфигурация физического подключения) узлов сети называется топологией сети. Существует большое количество вариантов сетевых топологий, базовыми из которых являются шина, кольцо, звезда (рис. 2.3).

1. Шина. Канал связи, объединяющий узлы в сеть, образует ломаную линию — шину. Любой узел может принимать информацию в любое время, а передавать — только тогда, когда шина свободна. Данные (сигналы) передаются компьютером на шину. Каждый компьютер проверяет их, определяя, кому адресована информация, и либо принимает данные, если они посланы ему, либо игнорирует. Если компьютеры расположены близко друг от друга, то организация КС с шинной топологией недорога и проста — необходимо просто проложить кабель от одного компьютера к другому. Затухание сигнала с увеличением расстояния ограничивает длину шины и, следовательно, число компьютеров, подключенных к ней.

Проблемы шинной топологии возникают, когда происходит разрыв (нарушение контактов) в любой точке шины; сетевой адаптер одного из компьютеров выходит из строя и начинает передавать на шину сигналы с помехами; необходимо подключить к сети новый компьютер.

• 2. Звезда. Узлы сети объединены с центром лучами. Вся информация передается через центр, что позволяет относительно просто выполнять поиск неисправностей и добавлять новые узлы без прерывания работы сети. Однако расходы на организацию каналов связи здесь обычно выше, чем у шины и кольца.
• 3. Кольцо. Узлы объединены в сеть замкнутой кривой. Передача данных осуществляется только в одном направлении. Каждый узел помимо всего прочего реализует функции ретранслятора. Он принимает и передает все сообщения, а воспринимает только обращенные к нему. Используя кольцевую топологию, можно присоединить к сети большое количество узлов, решив проблему помех и затухания сигнала с помощью сетевой платы каждого узла.

Недостатки кольцевой организации: разрыв в любом месте кольца прекращает работу всей сети; время передачи сообщения определяется временем последовательного срабатывания каждого узла, находящегося между отправителем и получателем сообщения; из-за прохождения данных через каждый узел есть вероятность непреднамеренного искажения информации.

Рис. 2.3. Варианты сетевых топологий Комбинация базовых топологий — гибридная топология — обеспечивает получение широкого спектра решений, аккумулирующих достоинства и недостатки базовых.

Кроме проблем создания локальных вычислительных сетей имеется также проблема расширения (объединения) компьютерных сетей. Дело в том, что созданная на определенном этапе развития информационной системы вычислительная сеть со временем может перестать удовлетворять потребности всех пользователей. В то же время физические свойства сигнала, каналов передачи данных и конструктивные особенности сетевых компонент накладывают жесткие ограничения на количество узлов и геометрические размеры сети.

Для объединения локальных вычислительных сетей применяются следующие устройства:

1. Повторитель — устройство, обеспечивающее усиление и фильтрацию сигнала без изменения его информативности.

По мере передвижения по линиям связи сигналы затухают. Для уменьшения влияния затухания используются повторители. Причем повторитель не только копирует или повторяет принимаемые сигналы, но и восстанавливает характеристики сигнала: усиливает его и уменьшает помехи.

2. Мост — устройство, выполняющее функции повторителя для тех сигналов (сообщений), адреса которых удовлетворяют заранее наложенным ограничениям.

Одной из проблем больших сетей является напряженный сетевой трафик (поток сообщений в сети). Эта проблема может решаться следующим образом. Компьютерная сеть делится на сегменты. Передача сообщений из сегмента в сегмент осуществляется только целенаправленно, только если абонент одного сегмента передает сообщение абоненту другого сегмента. Мост является устройством, ограничивающим движение по сети и не позволяющим сообщениям попадать из одной сети в другую без подтверждения права на переход.

Развитием технологии мостов стало создание коммутаторов. Преимущество коммутатора перед мостом в том, что он может передавать поступающие на него кадры данных в каждый момент времени одновременно между всеми своими портами, т. е. параллельно.

• 3. Маршрутизатор — это устройство, соединяющее сети, которые принадлежат к разным типам, но используют одну операционную систему. Это, по сути, тот же мост, но имеющий свой сетевой адрес. Используя возможности адресации маршрутизаторов, узлы в сети могут посылать маршрутизатору сообщения, предназначенные для другой сети. Для поиска лучшего маршрута к любому адресату в сети используются таблицы маршрутизации. Они могут быть статическими и динамическими. При использовании статической таблицы администратор сети должен вносить изменения в таблицу вручную, динамическая адаптируется к реальным условиям автоматически.
• 4. Шлюз — специальный аппаратно-программный комплекс, предназначенный для обеспечения совместимости между сетями, использующими различные протоколы взаимодействия. Он преобразует форму нредставлени я и форматы данных при передаче их из одного сегмента сети в другой. Шлюз осуществляет свои функции на уровне выше сетевого. Он не зависит от используемой передающей среды, но зависит от используемых протоколов обмена данными. Обычно шлюз выполняет преобразования между протоколами.

С помощью шлюзов можно подключить локальную вычислительную сеть к главному компьютеру, а также к глобальной вычислительной сети.