12
Общий принтер
Общий принтер
Сетевой
концентратор
Internet
Рисунок 3 - Локальная вычислительная сеть
Таблица 1- Модель ISO/OSI компьютерной сети общего назначения и модель
IEEE 802 локальной компьютерной сети
Модель ISO/OSI
Модель IEEE 802
7. Прикладной уровень
7. Прикладной уровень
6. Представительный уровень
6. Представительный уровень
5. Сеансовый уровень
5. Сеансовый уровень
4. Транспортный уровень
4. Транспортный уровень
3. Сетевой уровень
3. Сетевой уровень
2. Канальный уровень
2.2. Управление логическим каналом (LLC)
1. Физический уровень
2.1. Управление доступом к среде (MAC)
1.3. Передача физических сигналов (PS)
1.2. Интерфейс с устройством доступа (AUI)
1.1. Средства подключения к физической среде (PMA)
0. Физическая среда
Модели IEEE 802 делят канальный уровень на 2 подуровня: LLC (Logical
Link Control), т.е. контроль логического канала и MAC (Medium Access
Control), т.е. контроль доступа к среде передачи.
LLC включает в себя проверку кадров между абонентами, а также
корректировка ошибок. LLC не зависит от алгоритма доступности среды.
MAC применяет для реализации алгоритмы доступности сред и показывает
13
адресацию станций. Также модели IEEE 802, в отличие от модели ISO/OSI,
имеют средства для широковещательных сообщений.
Физический уровень в среде IEEE 802 имеет 3 подуровня: Physical
Signalling (отправка физических сигналов), Physical Medium Attachment
(соединение с физической средой) и Access-Unit Interface (интерфейс с
механизмом доступа).
PS применяется обычно для упрощения схематичного объединения с
канальным уровнем. PMA согласовывает сигналы из PS, учитывая среду
передачи, для поддержания доступности применения такого PS с разными
типами сред передачи данных.
AUI включает в себя кабель и размещает PS (активный ПК) на
конкретном расстоянии от среды передачи.
Модель IEEE 802 включает 0 уровень, характеризующий передачу
данных в физической среде.
Деление ЛВС: по архитектуре создания:
• Одноранговые;
• С выделенный сервером.
ЛВС исходя из используемой среды передачи данных разделяются на 2
группы:
• Кабельные сети;
• Беспроводные сети.
Одноранговая сеть являются сетями равноправных компьютеров,
имеющих свое имя, пароль для доступа в процессе запуска. Имя и пароль
указывает сам владелец ПК в рамках стандартных средств ОС. Подобная сеть
может включать в себя подсети. Принадлежность ПК к определенной группе
задается самим пользователем.
В подобных сетях сложно обеспечить безопасность ресурсов на
должном уровне, что становится значительным недостатком.
Клиент-серверная технология является некой вычислительной средой,
14
где все операции разделяются между поставщиками услуг – серверами, и
заказчиками – клиентами.
Плюсы технологии клиент-сервер:
• Легкая синхронизация данных;
• Минимальная цена аппаратного обеспечения (мощным становится
лишь сервер);
• Быстрая корректировка структуры данных;
Минусы технологии клиент-сервер:
• Пониженная защита от НСД;
• Зависимость от КС;
• Немалая цена.
Плюсы самих ЛВС:
• Деление ресурсов, что дает возможность реализовать доступ к
оборудованию со всех ПК;
• Деление данных, что дает доступ к данным и управлению всеми
БД и элементами файловой системы прямо с рабочего места нуждающихся в
информации;
• Деление ПО, что дает доступность одновременного использования
централизованных компонентов системы;
• Деление процессорной мощности, что дает применять
вычислительную мощность для анализа данных в других системах,
включенных в сеть.
Сегодня наиболее популярной становится технология Ethernet.
Клиент-серверная технология является некой вычислительной средой,
где все операции разделяются между поставщиками услуг – серверами, и
заказчиками – клиентами.
Плюсы технологии клиент-сервер:
• Легкая синхронизация данных;
• Минимальная цена аппаратного обеспечения (мощным становится
15
лишь сервер);
• Быстрая корректировка структуры данных;
Минусы технологии клиент-сервер:
• Пониженная защита от НСД;
• Зависимость от КС;
• Немалая цена.
Плюсы самих ЛВС:
• Деление ресурсов, что дает возможность реализовать доступ к
оборудованию со всех ПК;
• Деление данных, что дает доступ к данным и управлению всеми
БД и элементами файловой системы прямо с рабочего места нуждающихся в
информации;
• Деление ПО, что дает доступность одновременного использования
централизованных компонентов системы;
• Деление процессорной мощности, что дает применять
вычислительную мощность для анализа данных в других системах,
включенных в сеть.
Сегодня наиболее популярной становится технология Ethernet.
Различают физическую и логическую топологию сетей.
Физическая топология представляется как описание принципа
построения сетей в пространстве, а логическая – как описание направления
потоков информации в сети от одного получателя к другому. Обе топологии
дополняют друг друга и обязательны для проектирования при создании
локальной вычислительной сети.
Различаются несколько типов топологии сетей.
Сеть будет иметь топологию шина, если она состоит из нескольких
получателей информации и одного кабеля, соединяющего все эти устройства.
Подобные сети изготавливается на кабелях «тонкий Ethernet», или
«толстый Ethernet», т. е. магистральная шина требует установку и наличие на
16
своих рецепторах 50-омные заглушки.
Данный способ построения сетей целесообразно использовать в
одноранговых сетях при наличии в доступности необходимого оборудования.
Рисунок 4 - Шинная (магистральная) структура
Топология «шина» включает идентичность применяемого сетевого
оборудования, а также равные права всех пользователей в рамках доступа к
сети. ПК могут передавать данные по шине только по порядку, т.к. линия
единственная. Если сразу несколько ПК начнут передавать данные, они част
искажаются в процессе наложения. Сама шина поддерживает полудуплексный
обмен (направления два, но по очереди).
Плюсы шинной структуры:
• Оперативная настройка и установка;
• Минимальная цена (нужно меньше кабелей и устройств);
• Поломка одного элемента не повлияет на работу всей сети.
Минусы шинной структуры:
• Поломка сети блокирует функциональность всего;
• Трудность в устранении неисправностей;
• Рост числа ПК уменьшает производительность сети в целом.
В сетях Ethernet применяют методику доступности к среде передачи
данных, называемую методом общего доступа с выявлением несущей и
отслеживает коллизий (carrier-sense-multiply-access with collision detection,
CSMA/CD). Он применяется лишь в сетях с общей шиной (в основном, это
радиосети, которые и привели этот метод). Все ПК такой сети имеют полный
доступ к общей шине, и она может применяться для обмена данными между
17
любыми двумя узлами сети. Тривиальность подключения – еще один фактор,
которые определяет успех стандарта Ethernet. А сам кабель, соединяющий все
станции, работает в рамках прямого доступа (multiply-access).
Компьютерная сеть (КС) топологии «звезда» является сетью, где
абоненты являются единой вычислительной сетью, которая использует
центральный концентратор.
Реализация сети в подобной топологии очень хорошо известна и
реализуется при помощи витой пары или оптоволокна.
Топология "логическая звезда" включает сочетание, поддерживающее
минимизацию силы передачи сигнала в некоторой части сети. Механизм
такого ограничения становится основным в рамках подобной топологии
«логическая звезда".
В первую очередь коммутация предоставляет отдельную линию
передачи данных любой станции. Любая станция отправляет сигнал другой
такой станции, также подключенной к единому коммутатору, то коммутатор
передает сигнал лишь в среде передачи данных, которая объединяет две
отдельные станции. Рисунок показывает вариант передачи информации между
парой станций, соединенных единым коммутатором. Подобный вариант
позволяет сразу передавать данные между несколькими парами машин, а сами
данные, отправляемые парой станций, станут "невидимыми" для остальных
станций.
КС топологии «звезда» считается вычислительной сетью, где все
абоненты соединены воедино и используют в центре концентратор (рис. 5).
Топология «звезда» использует коммутационный метод, который имеет
ограничение деления сигнала в среде передачи в отдельных частях. Механизм
такой блокировки считается основой топологии «звезда» [35].
Зачастую коммутация становится отдельной линией передачи данных
любой станции. И если одна станция передает сообщение другой станции,
которая соединена с подобным коммутатором, то он передает сообщение
18
только по среде передачи данных, объединяющей эти станции. Рисунок
показывает суть передачи данных между парой станций, совмещенных с
единым коммутатором. Такой подход помогает сразу отправить данные между
парой машин, т.к. данные, передающиеся между станциями, невидимые для
других пар.
Положительные стороны топологии «звезда»:
• Поломка одной станции не сказывается на работе других;
• Возможность явного отражения неисправностей;
• Адекватность проектирования гарантирует хорошую
производительность сети;
• Корректная среда для администрирования.
Отрицательные стороны топологии «звезда»:
• Если повреждается главный узел, то вся сеть (или часть сети)
становится отключенной;
• Требуется много кабелей в отличии от других топологий;
• Совокупное число устройств в подобных сетях ограничено числом
портов коммутатора.
Сетевой
концентратор
Рисунок 5 - Звездообразная структура
19
КС с топологией «кольцо» - это сеть, которая реализована методом
соединения каждого участника сети линиями связи с остальными: один
передает данные, а другой принимает. Каждая линии связи, как и в случае со
«звездой», имеет принимающее и предающее устройство (точка-точка). Это
позволяет исключить внешние терминаторы (рисунок 6) [38].
Конкретной центральной точки в кольце нет, все абоненты равноправны
или одинаковы. Но достаточно часто в кольцевой структуре есть специальное
устройство, отслеживающее операции обмена. Конечно, выделение
управляющего устройства несколько уменьшает производительность ЛВС,
поскольку выход его из строя парализует весь процесс.
Плюсы топологии «кольцо»:
• Адекватная установка;
• Нет необходимости дополнительного оборудования;
• Стабильная работа без падения скорости обмена данными при
постоянной нагрузке сети, поскольку все факторы возникновения коллизий
минимизируются применением маркера.
Минусы топологии «кольцо»:
• Работа всей сети часто зависит от выхода из строя хоть одной
рабочей станции или от возникновения иных проблем;
• Трудность конфигурирования и настройки;
• Трудность нахождения неисправностей;
• Обязательная установка двух сетевые карт на каждом ПК;
• Для расширения или уменьшения сети нужно останавливать
работу всей сети [39].
В сетях с топологией «кольцо» право доступа передается циклически от
станции к станции по логическому кольцу. Кольцо реализовано частями
кабелей, соединяющими близлежащие станции (рисунок 6) [38].
20
Рисунок 6 - Кольцевая структура
Топология ЛВС становится очень критичной характеристикой, и
зачастую оказывает влияние на работу сети целом. Если необходимо,
базовые топологии (звездообразная, кольцевая и шинная) можно объединять
произвольным образом. Анализ и сравнение описанных топологий
представлен в таблице 2.
Таблица 2 – Анализ и сравнение описанных топологий
Топология
Преимущества
Недостатки
Шинная
Данные лежат в сети и к ним есть доступ с
любого ПК.
ПК подключаются независимо друг от
друга. Для подключения нового
пользователя нет необходимости
останавливать работу сети.
Сеть стабильна, поскольку
функциональность сети не зависит от
работы входящих в нее ПК.
Малая скорость передачи данных, т.к.
вся информация передается по единой
шине данных.
Оперативность работы сети связана с
совокупным количеством активных
ПК.
Кольцевая
Передача сообщений безусловно
эффективна, т.к. можно передавать
множество сообщений по кольцу друг за
другом.
Длина сети может иметь приличные
размеры, ПК могут находиться в сети и
подключаться к ней без использования
усилителей сигнала.
Невысокая стабильность сети, т.к.
выход из строя любого ПК ведет к
отказу в работе всей системы.
Для активации нового пользователя
нужно останавливать работу всей
сети.
Совокупная производительность сети
зависит от скорости работы самого
слабого ПК.
21
Продолжение таблицы 2
Топология
Преимущества
Недостатки
Звездная
Хорошее быстродействие сети, т.к.
совокупная скорость работы сети зависит
лишь от производительности основного
узла.
Невысокая надежность, поскольку
стабильность всей сети отражена в
стабильности центрального узла.
Если основной ПК (сервер) выйдет из
строя, останавливается работа всей
сети.
Таким образом, локальная вычислительная сеть может быть реализована
с помощью одной из приведенных технологий или их совокупности.
1.3 Технологии и стандарты офисных сетей
Основой любой сети является среда передачи данных – кабель или
радиоканал.
Для построения локальных связей в вычислительных сетях в настоящее
время используются в основном кабели на основе витой пары и
оптоволоконный кабель.
Кабель на основе витой пары представляет собой несколько пар
изолированных и скрученных между собой медных проводов и может быть
неэкранированным и экранированным. Неэкранированные витые пары
характеризуются слабой защитой от внешних электромагнитных помех, а
также низкой защищенностью от перехвата информации.
Плюсами неэкранированных витых пар (ВП) является простота обжима
кабелей, некоторая (в сравнении с остальными типами) простота ремонта,
минимальная цена. Все остальные параметры (скорость передачи и затухание,
защищенность от помех), у этих кабелей хуже, чем у остальных. Поэтому
максимальная длина такого кабеля составляет 100 метров.
Экранирование используется для защиты ВП от влияния сторонних
электромагнитных полей и влияния самих кабелей друг на друга. Но
применение медного экрана для оплётки делает кабель дороже в цене, да и при