12
- соединение различных каналов передачи данных и создание единой
информационной среды совместной работы;
- предоставление доступа к информационной среде юридических и
физических лиц, территориально распределенных на одной территории.
Основные принципы работы основаны на выделении кластеров,
позволяющих объединить различные группы локальных сетей, а также
обеспечение защиты данных, отказоустойчивости.
В региональной сети применяются различные протоколы данных,
среди которых следует выделить [33]:
- IP (Internet Protocol) - это протокол, позволяющий обеспечить в
сети адресную передачу по разработанным маршрутам данных;
- IPIPX (Internetwork Packet Exchange) – протокол, позволяющий
организовать маршрутизацию различных пакетов;
- DDP (Datagram Delivery Protocol) - это протокол, выполняющий
функции доставки дейтаграмм;
- ARP (Address Resolution Protocol) протокол – это протокол,
позволяющий выполнять транзакцию данных;
- NBP (Name Binding Protocol) протокол - это протокол,
выполняющий функции по связыванию имен;
- NetBIOS - это протокол, позволяющий устанавливать соединение
между рабочими станциями;
- NetBEUI – это протокол для передачи данных и организации
соединений;
- SPX (Sequence Packet exchange) - это протокол для организации
последовательного обмена данными;
- TCP (Transmission Control Protocol) – это протокол, позволяющий
выполнять управление передачей данных;
- AFP (Apple Filing Protocol) протокол – это протокол, позволяющий
выполнять удаленное управление файлами;
13
- FTP (File Transfer Protocol) – это протокол, позволяющий
организовать передачу файлов;
- SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) – это протокол, позволяющий
передавать электронное сообщение через почту.
Требования, предъявляемые к региональной сети [37]:
- обеспечение доступа к информационным ресурсам с высокой
скоростью передачи данных;
- поддержка различных видов трафика, позволяющего осуществлять
прием и передачу данных различных форматов;
- обеспечение защиты данных пользователей сети, а также защита от
вирусов и вредоносного программного обеспечения размещенных в сети
информационных ресурсов;
- обеспечение необходимого уровня масштабируемости,
отказоустойчивости данных.
В качестве примера региональной сети выступают корпоративные
сети, позволяющие организовать единую среду для подразделений
крупного предприятия, в пределах одного региона, города или района [3].
Область применения зависит от специфики работы предприятий и
масштабов деятельности, а также определяется степенью использования и
технического уровня аппаратного и программного обеспечения [26].
Достоинства региональных сетей:
1) Позволяют организовать совместную работу больших групп
пользователей, находящихся на одной территории;
2) Организация территориально распределенной корпоративной
сети, имеющей высокую скорость передачи данных, отказоустойчивость
масштабируемость и защиту;
3) Позволяют создать среду, объединяющую разнородные каналы
передачи данных.
Недостатки региональных сетей:
14
1) Зависимость от центра распределения и управления данными;
3) Зависимость от сети Интернет, что создает необходимость
выделения затрат на защиту данных;
4) Организация работы региональной сети предусматривает
существенные капитальные вложения.
1.1.3. Локальная вычислительная сеть LAN (Local Area Network)
Локальная вычислительная сеть – это сеть, в которой объединены
персональные компьютеры, серверы, сетевое оборудование и она
размещена на небольшой территории, как правило, в пределах одного
предприятия, здания или помещения (рисунок 4).
Рисунок 4 – Локальная вычислительная сеть
Назначение локальной сети заключается в организации обмена
данными с высокой скоростью и за короткий промежуток времени.
Локальная сеть позволяет обеспечить одновременный доступ к
информационным ресурсам для организации совместной работы
определенной группы пользователей, каждый из которых имеет свой
уровень доступа к информации и привилегии [29].
К основным функциям локальной сети относятся:
- организация обмена через различные каналы передачи данных;
15
- разграничение доступа и назначение ролей для использования
информационных ресурсов, размещенных в локальной вычислительной
сети;
- снижение рисков получение несанкционированного доступа к
информационным ресурсам, размещенным в локальной сети.
Основные принципы работы локальной вычислительной сети
основаны на коммутации каналов передачи данных, предусматривающую
выделение постоянного физического канала и коммутацию пакетов,
основанную на разделении полученного сообщения на отдельные
фрагменты, передача каждого из которых осуществляется независимо.
Используемые протоколы в локальной вычислительной сети – это IP,
IPIPX, DDP, ARP, NBP, NetBIOS, NetBEUI, SPX, TCP, AFP, FTP, SMTP.
Требования, предъявляемые к локальным вычислительным сетям,
включают [34]:
- локальная вычислительная сеть должна быть
высокопроизводительной для того чтобы позволять передавать большие
объемы информации;
- локальная вычислительная сеть должна иметь высокий уровень
надежности и позволять обеспечить защиту данных пользователей и
информационных ресурсов, размещенных в ней;
- локальная вычислительная сеть должна позволять организовывать
работу сетевого оборудования разных производителей;
- в локальной вычислительной сети должна быть предусмотрена
возможность организации совместной работы с информационными
ресурсами в любой момент времени.
Классификация локальных сетей:
1) одноранговые локальные вычислительные сети, для которых
характерно равноправие между пользователями. Этот вид сети не
предусматривает централизацию данных за счет организации размещения
16
ресурсов на сервере, каждый узел может выполнять функции, как клиента,
так и сервера;
2) сеть с выделенным сервером – это сети предусматривающие
централизацию данных за счет установки сервера Конфигурирование
доступа к ресурсам, настройка безопасности данных осуществляется на
сервере.
Область применения организация доступа различных групп
пользователей, примеры использования – это организация совместной
работы над ИТ-проектом [39].
Достоинства локальных сетей:
1) Возможность расширение сети за счет подключения нового
сетевого оборудования и создание новых рабочих мест;
2) Высокая скорость передачи данных и возможность ее
наращивания за счет обновления сетевого оборудования;
3) Надежность, обеспечиваемая высоким уровнем защиты данных.
Недостатки локальных сетей:
1) Необходимость постоянного контроля работы пользователей,
выделение временных затрат на назначение учетных записей,
распределения доступа к информационным ресурсам, размещенным в
локальной вычислительной сети;
2) Зависимость от производительности и уровня защиты данных
выделенного в сети сервера;
3) Необходимы капитальные затраты на модернизацию сетевого
оборудования, серверов и рабочих станций для повышения
производительности сети.
1.2 Классификация вычислительных сетей по топологии
построения
Топология компьютерной сети – это система правил, требований,
конфигурации и организации каналов передачи данных, персональных
17
компьютеров и сетевого оборудования. Также можно сказать, что
топология компьютерной сети представляет собой конфигурацию,
предусматривающую организацию взаимодействия между сетевым
оборудованием и персональными компьютерами, с выполнением
требований к использованию информационных и физических связей [31].
- физическую топологию сети, которая позволяет получить
представление о типах каналов связи и структуре соединений сетевых
элементов;
- логическую топологию сети, в которой отображаются способы
передачи данных, логическая адресация между физическим
оборудованием, установленным в сети.
1.2.1. Шинная (магистральная) структура
Шинная структура сети – это топология, предусматривающая
подключение рабочих станций к общему магистральному кабелю или
линейной шине. Канал связи должен иметь на концах пассивные
терминаторы, для того чтобы поглощать электромагнитные волны.
Физическая топология шинной структуры сети – это канал передачи
данных, имеющий на концевых участках специальные разъемы или
терминаторы. Прокладка основного кабеля выполняется от одного
сетевого оборудования к другому [22].
Логическая топология шинной структуры – это отражение
определенной последовательности кадров в виде сигналов, одновременно
распределенных в двух направлениях по сети (рисунок 5).
Рисунок 5 – Шинная структура компьютерной сети
18
Основные принципы работы заключаются в том, что для передачи по
шине собственных сообщений, рабочая станция должна иметь
соответствующее право. Реализация этой возможности производится через
централизованную процедуру, получившую метод доступа к среде.
Кроме того, рабочая станция может выполнять функции
прослушивания и приема сообщений, которые используются внутри сети.
Для этого каждый узел имеет уникальный идентификатор, позволяющий
выполнять функции приема сообщений [27].
Следует отметить, что шинная структура сети достаточно
чувствительна к заземлениям канала связи и подаче на него избыточных
сигналов.
Поэтому в приемопередатчиках шинной структуры реализуют
электрическую развязку, позволяющую отделить кабели и рабочие
станции. Для того чтобы определить пропускную способность и задержки
времени в шинной структуре сети применяют такие параметры, как длина
сообщений, полоса пропускания, число узлов сети и методы доступа.
Протокол доступа к шине - это протокол CSMA/CD (Carrier Sense
Multiple Access with Collision Detection), позволяющий осуществлять
множественный доступ с контролем несущей и обнаруживать конфликты.
В его основе находятся технологии IEEE 802.3 и он позволяет
осуществлять контроль коллизий в локальной сети.
Достоинства шинной структуры [32]:
1) Выход из работы одной рабочей станции не нарушит работу сети;
2) Не вызывает сложностей в конфигурировании;
3) Возможна экономия на эксплуатации сети;
Недостатки шинной структуры:
1) В сравнении с другими топологиями сети имеет низкий уровень
производительности данных;
19
2) В случае расширения сети необходимо выполнить работы по
полной замене сегментов в уже используемом магистральном канале;
3) Организация шинной структуры сети предусматривает прокладку
кабеля через все помещение;
4) Если канал связи будет поврежден, то это приведет к выходу из
строя всей сети.
1.2.2. Звездообразная структура
Звездообразная структура сети – это наиболее распространенная
сетевая топология, используемая для организации локальной
компьютерной сети. Она основана на использовании центрального
устройства, позволяющего выполнять управление рабочими станциями и
сетевым оборудованием [1].
Физическая топология звезда – это подключение рабочих станций к
центральному устройству, представленному виде концентратора или
коммутатора и выполняющего функции по распределению данных по всей
локальной компьютерной сети.
Отличием является то, что в сравнении с простым концентратором,
коммутатор во временной памяти создает временные таблицы для того,
чтобы определить порты и сетевые адреса. Это создает для него
возможность отправки пакета любым получателям.
Кроме того, интеллектуальные концентраторы позволяют разделить
локальную компьютерную сеть на отдельные сегменты с организацией
доступа в зависимости от используемых ими информационных данных.
Логическая топология звезда – это определение параметров каналов
передачи данных, а также средств коммутации и установление порядка
очередности передачи информации (рисунок 6).
Протоколы для получения доступа к информации в звездообразной
структуре, основаны на методе коммутации со средой, то есть выполняется
20
передача сообщений коммутатора только адресату или только к
определенной рабочей станции.
Рисунок 6 – Звездообразная структура компьютерной сети
Достоинства звездообразной структуры сети [3]:
1) Выход из строя одной рабочей станции или повреждение канала
передачи данных не приведет к остановке всей работы сети;
2) Высокая скорость передачи данных за счет использования
высокоскоростных каналов передачи данных;
3) Мониторинг и контроль работы сети за счет централизации
данных;
4) Возможность расширения сети за счет установки в сеть
дополнительного сетевого оборудования и подключения новых рабочих
станций.
Недостатки звездообразной структуры сети:
1) В сравнении с шинной структурой сети предусматривает больше
стоимостных затрат на организацию канала передачи данных;
2) Зависимость от производительности и технических параметров
используемого сетевого оборудования и сервера.
Звездообразная структура сети в настоящее время является основой
для организации компьютерных сетей на базе офисов, бизнес центров,
21
торговых предприятий. Для того чтобы объединить узлы, наиболее часто в
звездообразной структуре сети устанавливается коммутатор, к которому
производится подключение рабочих станций. В зависимости от
используемого коммутатора, звездообразная структура сети
предусматривает реализацию дуплексного или полудуплексного режимов.
Выбор режима определяется выбранной технологией [8]:
- беспроводная сеть предусматривает только полудуплексный
режим, который предусматривает поочередную передачу данных,
подключенных к компьютерной сети узлов;
- компьютерная сеть, включающая активные и пассивные
концентраторы, во многом по функциям подобна шинной структуре сети.
Отличием является только то, что вместо магистрального канала в этом
случае устанавливается коммутатор, выполняющий функции по пропуску
пакетов, выполняющий их трансляцию пока сигнал не будет принят.
В звездообразной структуре сети не устанавливаются терминаторы,
поскольку рабочие станции не отправляют пакеты, а осуществляют только
отправку уведомлений о получении адресату, представленной в виде
контрольной суммы.
1.2.3. Кольцевая структура
Кольцевая структура сети – это топология, при которой каждая
рабочая станция с использованием каналов передачи данных, связывается
с другими рабочими станциями. При этом от одной рабочей станции
получаются данные, а другой рабочей станцией осуществляется их
передача [7].
Физическая топология кольцо – это передача данных в
однонаправленном режиме.
Логическая топология кольцо – это передача данных по физическим
каналам передачи данных до тех пор, пока не будет пройдена полностью
вся среда передачи данных (рисунок 7).