§ 1. Локальная компьютерная сеть
Отдельные компьютеры связаны между собой не только дискетами, но и помощью других средств передачи информации. Многие компьютеры входят в состав локальных компьютерных сетей.
Локальная компьютерная сеть, или локальная сеть, или локальновычислительная сеть (ЛВС) — это множество компьютеров, соединенных между собой специальными кабелями, используемыми для передачи информации между компьютерами.
1.2. Функции локальной сети
Локальная сеть выполняет следующие функции:
1) совместное использование данных;
2) обмен данными, например, электронную почту — отправку сообщений в сети указанным адресатам. Электронная почта изначально появилась в локальных сетях; с развитием глобальных сетей глобальная электронная почта заняла лидирующее положение;
3) совместное использование программ;
4) совместное использование модемов, принтеров и других устройств.
1.3. Оборудование
Для организации локальной сети необходимо специальное оборудование и программное обеспечение. Из оборудования назовем:
1) сетевую карту, или сетевой контроллер, которая вставляется в компьютер в системную плату и позволяет компьютеру получать данные из локальной сети и передавать данные в сеть;
2) кабели с сетевыми разъемами для подключения к сетевым картам;
3) хабы, или концентраторы, к которым и подключаются непосредственно все компьютеры.
Скорость обмена информацией составляет 10 Мбит/с и 100 Мбит/с.
1.4. Одноранговая сеть
Когда все компьютеры в сети равноправны, одного ранга, такая сеть называется одноранговой.
В качестве программного обеспечения в одноранговых сетях может использоваться Windows. Их основной недостаток — слабая или низкая защиты передаваемой по сети информации от другого пользователя, работающего за другим компьютером. Такие сети — для дружных коллективов.
1.5. Принт-сервер
Как уже отмечалось, принтер можно совместно использовать в локальной сети. Эффективней, когда он подключен к сети независимо, как равноправное устройство, и называется принт-сервером. Совместное использование принтера, подключенного к какому-нибудь компьютеру, ведет к дополнительной нагрузке на компьютер, к которому он подключен. Такая же дополнительная нагрузка на компьютер происходит, если на компьютере хранятся какие-либо данные общего пользования.
1.6. Сервер и локальные станции
Чаще в локальных сетях ставится сервер — выделенный компьютер, который занимается исключительно обслуживанием локальной сети и совместно используемых данных. В этом случае получаем локальную сеть с выделенным сервером.
На сервере пользователи не работают, поэтому он обычно размещается в недоступном для них месте. Простые компьютеры, подключенные к серверу, называются локальными, или рабочими, станциями.
В вышеприведенную схему объединения компьютеров в локальную сеть сервер вписывается очень просто: один из подключенных к хабу компьютеров, обычно специализированный и самый мощный, назначается сервером, после чего на него ставится специальная операционная система — серверное программное обеспечение.
На сервере используются операционные системы Novell NetWare, Microsoft (Windows NT Server, Windows Server Foundation, Windows Server Enterprise Edition и т.п.), UNIX, Linux и FreeBSD, Sun Solaris (операционная система HP-UX, разработанная в компании Hewlett-Packard), AIX (является клоном UNIX производства IBM), Mac OS X, созданная компанией Apple совместно с рядом университетских ученых, основана на BSD UNIX.
Локальные сети
Локальная сеть создается, как правило, для совместного использования ресурсов ЭВМ или данных (обычно в одной организации). С технической точки зрения локальная сеть — совокупность компьютеров и каналов связи, объединяющих компьютеры в структуру с определенной конфигурацией, а также сетевого программного обеспечения, управляющего работой сети. Способ соединения компьютеров в локальную сеть называется топологией.
Топология во многом определяет многие важные свойства сети, например такие, как надежность (живучесть), производительность и др. Существуют разные подходы к классификации топологий сетей. По производительности они делятся на два основных класса: широковещательные и последовательные.
В широковещательных конфигурациях каждый компьютер передает сигналы, которые могут быть восприняты остальными компьютерами. К таким конфигурациям относятся топологии «общая шина», «дерево», «звезда с пассивным центром». Сеть типа «звезда с пассивным центром» можно рассматривать как разновидность «дерева», имеющего корень с ответвлением к каждому подключенному устройству.
В последовательных конфигурациях каждый физический подуровень передает информацию только одному ПК. Примерами последовательных конфигураций являются:произвольная (произвольное соединение компьютеров), иерархическая, «кольцо», «цепочка», «звезда с интеллектуальным центром», «снежинка» и другие.
Рисунок 2. Шинная топология локальной сети
При таком соединении обмен может производиться между любыми компьютерами сети, независимо от остальных. При повреждении связи одного компьютера с общей шиной, этот компьютер отключается от сети, но вся сеть работает. В этом смысле сеть достаточно устойчива, но если повреждается шина,то вся сеть выходит из строя.
Рисунок 3. Кольцевая топология локальной сети
При этом соединении данные также передаются последовательно от компьютера к компьютеру, но по сравнению с простым последовательным соединением данные могут передаваться в двух направлениях, что повышает устойчивость к неполадкам сети. Один разрыв не выводит сеть из строя, но два разрыва делают сеть нерабочей. Кольцевая сеть достаточно широко применяется, в основном из-за высокой скорости передачи данных. Кольцевые сети — самые скоростные.
Рисунок 4. Звездообразная топология локальной сети
При соединении звездой сеть очень устойчива к повреждениям. При повреждении одного из соединений от сети отключается только один компьютер. Кроме того, эта схема соединения позволяет создавать сложные разветвленные сети. Устройства, которые позволяют организовывать сложные структуры сетей, называются концентраторами и коммутаторами.
Организация управления локальными сетями
Все указанные схемы могут, в свою очередь, быть организованы двумя способами: на основе одноранговой технологии и технологии «клиент-сервер» (сеть с выделенным сервером).
Сеть с выделенным сервером имеет центральный компьютер — сервер, с которого происходит управление работой сети. Остальные компьютеры называются рабочими станциями.
Под сервером понимается комбинация аппаратных и программных средств, которая служит для управления сетевыми ресурсами общего доступа. Сервер — это компьютер, предоставляющий услуги другим компьютерам сети. При помощи сервера происходит распределение доступа различных пользователей к компьютерам сети и распределение других ресурсов сети. Сеть с выделенным сервером может быть ранжирована, т. е. могут быть выделены компьютеры в сети, к которым будет ограничен доступ с других компьютеров. Кроме того, имеется возможность организовать доступ к общим сетевым принтерам,модемам и другим устройствам с любого компьютера. На сервере могут быть записаны программы, которыми пользуются все компьютеры сети.
Рисунок 5. Сеть с выделенным сервером
В сетях с выделенным сервером в основном используются именно ресурсы сервера, чаще всего дисковая память, они доступны всем пользователям. Серверы, разделяемым ресурсом которых является дисковая память, называются файл-серверами.
Каждый компьютер сети имеет уникальное сетевое имя, позволяющее однозначно его идентифицировать. Каждому пользователю серверной сети необходимо иметь свое сетевое имя и сетевой пароль. Имена компьютеров, сетевые имена и пароли пользователей прописываются на сервере.
Для удобства управления компьютерной сетью, несколько компьютеров, имеющих равные права доступа, объединяют в рабочие группы. Рабочая группа — группа компьютеров в локальной сети.
Совокупность приемов разделения и ограничения прав доступа участников компьютерной сети к ресурсам называетсяполитикой сети. Обеспечением работоспособности сети и ее администрированием занимается системный администратор — человек, управляющий организацией работы компьютерной сети.
Рабочая станция — это индивидуальное рабочее место пользователя. На рабочих станциях устанавливается обычная операционная система. Кроме того, на рабочих станциях устанавливается клиентская часть сетевой операционной системы. Полноправным владельцем всех ресурсов рабочей станции является пользователь, тогда как ресурсы файл-сервера разделяются всеми пользователями. В качестве рабочей станции можетиспользоваться компьютер практически любой конфигурации. Но, в конечном счете, все зависит от тех приложений, которые этот компьютер выполняет.
В одноранговых сетях все компьютеры, как правило, имеют доступ к ресурсам других компьютеров, т. е. все компьютеры сети являются равноправными. Одноранговая ЛВС предоставляет возможность такой организации работы компьютерной сети, при которой каждая рабочая станция одновременно может быть и сервером. Преимущество одноранговых сетей заключается в том, что разделяемыми ресурсами могут являться ресурсы всех компьютеров в сети и нет необходимости копировать все используемые сразу несколькими пользователями файлы на сервер. В принципе любой пользователь сети имеет возможность использовать все данные, хранящиеся на других компьютерах сети, и устройства, подключенные к ним. Затраты на организацию одноранговых вычислительных сетей относительно небольшие. Однако при увеличении числа рабочих станций эффективность их использования резко уменьшается. Основной недостаток работы одноранговой сети заключается в значительном увеличении времени решения прикладных задач. Это связано с тем, что каждый компьютер сети отрабатывает все запросы, идущие к нему со стороны других пользователей. Следовательно, в одноранговых сетях каждый компьютер работает значительно интенсивнее, чем в автономном режиме. Существует еще несколько важных проблем, возникающих в процессе работы одноранговых сетей: возможность потери сетевых данных при перезагрузке рабочей станции и сложность организации резервного копирования.
Рисунок 6. Одноранговая сеть
Поэтому одноранговые ЛВС используются только для небольших рабочих групп, а все сетевые архитектуры для крупномасштабных сетей поддерживают технологию «клиент-сервер».
Сетевые операционные системы
Кроме сетевого оборудования, для работы сети требуется сетевая операционная система. По сравнению с обычной операционной системой, в сетевой имеются возможности работы в сети. К сетевым операционным системам относятся Windows 95,Windows98,WindowsNT,NetWare,UNIXи др. СистемыWindows95 иWindows98 позволяют организовать только одноранговую сеть. Windows NT, Windows 2000, 2003, NetWare, UNIX, Linux, FreeBSD — сеть с выделенным сервером.
- Локальные компьютерные сети можно объединять друг с другом, даже если между ними большие расстояния. Правда, при этом используют не только специальные соединения, но и другие каналы связи. Разница между ними только в надежности (в уровне помех), в скорости передачи данных (пропускная способность линии) и в стоимости использования канала связи. Как правило, чем лучше линия, тем дороже стоит ее аренда, но тем больше данных можно пропустить по ней в единицу времени. При соединении двух или более сетей между со бой возникает межсетевое соединение и образуется глобальная компьютерная сеть.