Локальные компьютерные сети
Как можно обменяться информацией двум друзьям, которые автономно работают на своих удаленных друг от друга персональных компьютерах? Очень просто! Записать информацию на внешний переносимый носитель (дискету, CD-диск, DVD-диск, флэш-память) и принести другу, который перепишет ее на свой компьютер.
Но такой обмен информацией с помощью копирования ее на переносимые носители недостаточно эффективен по скорости. Для более быстрой передачи информации с одного компьютера на другой их можно соединить кабелем, например через порты COM, USB . В этом случае необходимость во внешних переносимых носителях отпадет. Правда, кабель не должен быть очень длинным, иначе сигнал по нему не дойдет до другого компьютера.
Еще более привлекательна идея совместного использования ресурсов компьютера или совместной обработки информации, которая находится только на одном компьютере. В конце 50-х годов прошлого века идея использования ресурсов одной вычислительной машины сразу многими пользователями технически была реализована с помощью подключения к ней нескольких терминалов . При этом каждый пользователь получал доступ к общим файлам и периферийным устройствам.
Определение. Локальная компьютерная сеть – это объединение нескольких компьютеров с целью совместного использования ресурсов компьютеров сети и периферийных устройств, расположенных на небольшой территории (учебный компьютерный класс, образовательное учреждение с компьютерами в различных предметных кабинетах, библиотека, офис). Для обозначения локальной сети часто используют следующую аббревиатурs: LAN (Local Area Network) или ЛВС (локальная вычислительная сеть).
Передача информации — физический процесс, посредством которого осуществляется перемещение информации в пространстве. Процесс передачи информации включает в себя: источник, который передает информацию; канал передачи; приемник, который получает информацию.
Источниками сообщения могут быть: компьютер, сканер, фотокамера. В качестве приемника или получателя может быть компьютер, принтер, дисплей.
Важной характеристикой канала связи является скорость передачи информации или пропускная способность канала . Эта величина определяется как количество информации в битах в секунду (бит/с) и в производных единицах: Кбит/с, Мбит/с, Гбит/с. В единицах скорости передачи данных приставки К, М, Г обозначают умножение соответственно на 2 10 , 2 20 , 2 30 :
1 Кбит/с = 1024 бит/с,
1 Мбит/с = 1024 Кбит/с,
1 Гбит/с = 1024 Мбит/с.
5.1.3. Аппаратное обеспечение сети
Для того чтобы компьютер можно было подсоединить к локальной сети, потребуются сетевая плата ( сетевой адаптер ) и сетевой кабель, присоединенный к ней.
Для сетевых адаптеров существуют специально разработанные стандарты , т.е. требования, которым должен удовлетворять данный сетевой адаптер. К этим требованиям относятся:
- скорость передачи данных (пропускная способность);
- поддерживаемый диаметр сети (максимальное расстояние между компьютерами, на которое адаптер может передать сигнал);
- тип проводного соединения (тип подключаемого кабеля);
- формат кодирования передаваемой информации (формат пакета);
- поддерживаемый протокол управления передачей данных.
Сегодня наиболее популярными являются сети стандарта Ethernet . Такие сети имеют различные пользовательские характеристики, например пропускную способность от 10 Мбит/с до 10 Гбит/с, и позволяют объединять компьютеры с различными аппаратными и программными платформами (IBM, Mаcintosh, Unix).
Соединение компьютеров (их сетевых плат) в локальную сеть осуществляется с помощью различных типов кабелей. Рассмотрим некоторые из них.
Коаксиальный кабель (Coaxial) – один из первых проводников, использовавшихся для создания сетей, состоит из центрального проводника, слоя изолятора в медной или алюминиевой оплетке и внешней изоляции. Скорость передачи данных составляет 10 Мбит/с.
Витая пара (Twisted Pair) представляет собой два изолированных медных проводника, скрученных один относительно другого. Такое скручивание проводов снижает влияние помех на сигналы, передаваемые по этому кабелю. Соединение «витая пара» представляет собой несколько витых пар (2 или 4) проводов покрытых пластиковой оболочкой. Скорость передачи данных от 10 Мбит/с до 1000 Мбит/с.
Оптоволоконный кабель (Optic Fiber) передает свет по стеклянному волокну. Такой тип соединения имеет очень высокую скорость передачи, протяженность канала составляет сотни и тысячи километров, и он абсолютно не подвержен электромагнитным помехам. Скорость передачи данных от 100 Мбит/с до 10 Гбит/с.
Компьютеры в локальную сеть могут быть соединены разными способами. Способ соединения компьютеров в ЛВС называется топологией сети . Выбор топологии сети зависит от количества объединяемых компьютеров, их взаимного расположения и других условий. Различают несколько типов топологий локальной сети:
- общая шина;
- кольцо;
- звезда (радиальная);
- дерево (древовидная, иерархическая).
Общая шина (линейная топология)
При линейной топологии компьютеры и периферийные устройства последовательно соединяются кабелем между собой. Недостатком шинной топологии является ее низкая надежность, так как при выходе из строя одного любого участка сетевого кабеля вся локальная сеть перестает работать.
Кольцо
При кольцевой топологии компьютеры связаны друг с другом по кругу, и сообщения передаются по кольцу в одном направлении одно за другим. Поскольку каждый компьютер участвует в пересылке информации, то при отказе хотя бы одного из них локальная сеть перестает работать.
Звезда (радиальная топология)
При топологии «звезда» каждый компьютер соединяется отдельным кабелем с центральным узлом (сервером). Такое соединение надежно, т.к. сеть остается работоспособной при разрыве сетевого кабеля на отдельной рабочей станции.
Дерево (древовидная, иерархическая топология)
В древовидной топологии выделяется компьютер, которому подчинены компьютеры следующего уровня, т.е. образуется иерархическая структура соединения компьютеров. Такой способ соединения может представлять сложную древовидную структуру в виде различных комбинаций топологий.
5.1.5. Организация передачи данных в сети
По способу доступа к информации в сети различают два типа локальных сетей: одноранговые сети и сети с выделенным сервером .
Одноранговая локальная сеть
В таких сетях все компьютеры, называемые рабочими станциями , равноправны, и сами пользователи решают, какие ресурсы своего компьютера (файлы, папки, диски) сделать общедоступными. Обычно эта сеть объединяет небольшое количество компьютеров, до 10–12.
Сеть на основе сервера
При объединении более 10 компьютеров для увеличения производительности в сети выделяется мощный компьютер, называемый сервером (server — обслуживающий). Сервер хранит на своем жестком диске файлы (данные и программы), которые могут использовать другие пользователи сети. Кроме того, всем пользователям сети может быть доступно периферийное оборудование, подключенное к серверу (принтер, сканер, факс, модем и др.). К достоинствам этого типа сети относят высокое быстродействие и надежную систему защиты информации.
В сети с выделенным сервером обработка данных выполняется по технологии « клиент-сервер ». Сервер владеет и распоряжается информационными и аппаратными ресурсами сети (процессор, файлы, базы данных и др.). Клиент – менее мощный компьютер – имеет возможность доступа к этим ресурсам только через сервер.
Для того чтобы передача информации от одной рабочей станции к другой не занимала бы сеть надолго, сообщения по сети передаются небольшими порциями (пакетами или кадрами) с помощью программы, поддерживающей определенный сетевой протокол .
Часто для надежности работы сети в нее включают дополнительное устройство — хаб . Хаб (Hub) — концентратор — сетевое коммуникационное устройство. Хаб имеет несколько портов (разъемов), к которым подключаются сетевые кабели рабочих станций и сервера. Это устройство не требует специального программного обеспечения; оно просто усиливает сигнал при передаче пакета от одного элемента сети ко всем остальным.
Приведенная на рисунке сеть имеет топологию звезды: все компьютеры подключены к серверу через хаб.
Для повышения производительности и безопасности работы компьютерной сети с большим количеством рабочих станций (например, сеть учебного класса) вместо концентратора (hub) используют коммутатор (switch, переключатель). С помощью его программного обеспечения данные передаются только непосредственно получателю, избавляя остальные элементы сети от необходимости обрабатывать данные, которые им не предназначались.
5.1.6. Примеры организации сетей
Локальную компьютерную сеть можно организовать в жилых домах, в образовательных учреждениях, в компьютерных клубах, в офисах мелких и крупных компаний.
Например, домашняя сеть может иметь беспроводное соединение компьютеров и ноутбука.
В школе можно построить локальную сеть на основе топологии «звезда» с коммутаторами. Ее основой будет школьный сервер. В этой сети абонентами могут быть компьютерные классы, компьютер директора, библиотека и т.д. При этом компьютеры в компьютерном классе могут быть соединены по топологии «шина».