Локальные вычислительные сети

В локальных вычислительных сетях (ЛВС) компьютеры расположены на расстоянии до нескольких километров и обычно соединены при помощи скоростных линий связи со скоростью обмена от 10 до 100 и более Мбит/с.

Аппаратные средства ЛВС. Основными аппаратными компонентами ЛВС являются рабочие станции, серверы, интерфейсные платы и кабели.

Рабочие станции (РС) – это, как правило, персональные ЭВМ, являющиеся рабочими местами пользователей сети. Для комфортной работы под управлением Windows XP целесообразно иметь компьютер с частотой работы процессора порядка 3 ГГц и с оперативной памятью не менее 128 Мбайт.

Серверы в ЛВС выполняют функции распределения сетевых ресурсов. Обычно это достаточно мощный персональный компьютер, мини-ЭВМ, большая ЭВМ или специальная ЭВМ-сервер. Совокупность сервера и относящихся к нему РС часто называют доменом.

РС и сервер могут соединяться друг с другом посредством линий передачи данных: витая пара, коаксиальный кабель или оптоволокно. Витая пара используется при расстояниях порядка сотен метров и позволяет передавать данные со скоростью до 155 Мбит/с. Коаксиальный кабель используется при расстояниях до 2 км и позволяет передавать данные со скоростью до 50 Мбит/с. Волоконно-оптический кабель используется при расстояниях в несколько десятков километров и позволяет передавать данные со скоростью до 10 Гбит/с.

Подключение компьютеров к кабелю осуществляется с помощью интерфейсных плат – сетевых адаптеров (сетевых карт). Сетевой адаптер занимается передачей и приемом сигналов, циркулирующих по передающей среде, и характеризуется типом шины компьютера, к которому он подключается, разрядностью и топологией образуемой сети.

К дополнительному оборудованию ЛВС относятся:

- концентратор (хаб). Предназначен для объединения компьютеров в пределах сегмента сети. Бывают 10 или 100 мегабитными и в настоящее время широко применяются в сравнительно небольших сетях на витой паре. Концентратор с двумя и более портами называю «повторитель» (репитер). Его основная функция – усиление сигнала, полученного на одном порту, и передача последнего на все другие порты устройства;

- коммутатор (свич). Служит для объединения сегментов сети, которые могут содержать концентраторы и сетевые адаптеры. Коммутатор с двумя портами называют мостом. В соответствии с таблицей маршрутов могут направлять сетевые пакеты с одного порта на другой. Коммутатор, по сравнению с концентратором, вносит большую задержку в распространение сигнала;

- трансивер. Это устройство подключения РС к толстому коаксиальному кабелю;

- коннекторы(соединители) необходимы для соединения сетевых адаптеров компьютеров с тонким кабелем, а также для соединения кабелей друг с другом.

Топология ЛВС. Конфигурация соединения элементов в сеть (топология) во многом определяет важнейшие характеристики сети – надежность, производительность, стоимость и защищенность. Известны три базовые топологии ЛВС: «звезда», «общая шина» и «кольцо».

В случае топологии «звезда» каждый компьютер через специальный сетевой адаптер подключается отдельным кабелем к центральному узлу (рис. 61). Центральным узлом служит пассивный соединитель или активный повторитель.

Доступ к сетевым каналам данным осуществляется методом Arcnet, разработанным фирмой Datapoint Corp. Сообщение от одной РС к другой передаются с помощью маркера, создаваемого одной из РС. Если РС хочет передать сообщение, она дожидается прихода маркера и присоединяет к нему свое сообщение, снабженное адресами отправителя и получателя. В режиме ожидания РС ждет прихода маркера, а по его приходу – анализирует заголовок прикрепленного к нему сообщения. Если сообщение предназначено данной РС, то она открепляет его от маркера и прикрепляет новое, при наличии такового.

Недостатком такой структуры является низкая надежность (выход из строя центрального узла приводит к остановке всей сети), а также обычно большая протяженность кабелей. Однако данная топология значительно упрощает взаимодействие узлов ЛВС друг с другом, позволяет использовать более простые сетевые адаптеры.

В топологии «общая шина» (рис. 62) данные от передающего узла сети распространяются по шине в обе стороны. Доступ к сетевым каналам данным осуществляется методом Ethernet, разработанным фирмой Xerox. Принадлежность передаваемого по общей шине сообщения определяется включенными в заголовок адресами источника и назначения. Суть метода состоит в том, что РС начинает передачу в том случае, если канал свободен. В противном случае передача сообщений задерживается на некоторое время (для каждой РС свое). Ситуации одновременной передачи данных распознаются автоматически аппаратным способом.

Такая структура обладает высоким быстродействием, простотой наращивания и конфигурирования, легко адаптируется к различным системам. Однако имеет малую протяженность и не позволяет использовать различные типы кабеля в пределах одной сети. Кроме того, быстродействие заметно снижается при одновременной работе 80 – 100 РС.

В топологии «кольцо» (рис. 63) РС сети соединяются кабелем по замкнутой кривой. Доступ к сетевым каналам данным осуществляется методом Token Ring, разработанным фирмой IBM. Этот метод отличается от метода Arcnet тем, что имеется механизм приоритета, благодаря которому отдельные РС могут получать маркер быстрее других и удерживать его дольше.

Кольцевая топология используется в сетях, занимающих сравнительно небольшое пространство при любых типах кабелей. Отличается низкой стоимостью, невысоким быстродействием и низкой надежностью.