5. Объединение локальных сетей
В случае необходимости можно объединить несколько компьютерных сетей, чтобы создать мегасеть, для которой не характерна какая-то специфическая топология (шина, звезда или кольцо) и технология (Ethernet или Token Ring).
Для соединения различных компьютерных сетей используются специальные сетевые устройства: повторители, мосты, маршрутизаторы и шлюзы. При их использовании можно увеличить число подключений внутри локальной сети или создать глобальную сеть.
По мере прохождения по плате в компьютере, по кабелям от соединителя к соединителю, по сети от одного устройства к другому электронные сигналы ослабляются (затухают) и теряют свои характеристики. Для предотвращения этого используются повторители — специальные устройства, усиливающие и восстанавливающие характеристики сигналов, прежде чем передать их дальше. Это позволяет увеличивать расстояние между смежными компьютерами в сети. Длинные сети могут содержать много повторителей.
Для объединения двух сетей используются три различных вида устройств, которые конструктивно выполняются в виде плат, устанавливаемых в компьютеры:
• мост — для объединения сетей, использующих разные топологии (но одинаковую технологию);
• маршрутизатор — для объединения сетей, использующих разные технологии (но одинаковые протоколы передачи данных);
• шлюз — для объединения сетей, использующих разные протоколы передачи данных.
Если необходимо соединить две отдельные компьютерные сети, использующие одинаковую технологию, то можно использовать сетевой мост, который будет поддерживать трафик сети.
Пусть мост соединяет две сети: левую и правую. Когда мост получает пакет из левой сети, он сравнивает адрес получателя пакета с адресом узла на левой стороне. Если адрес получателя пакета находится на той же стороне, что и источник (на левой), то мост отпускает пакет и не позволяет ему попасть в правую сеть. Если адрес получателя пакета и исходный адрес находятся на разных сторонах, мост позволяет пакету перейти в другую сеть.
Использование моста дает три преимущества:
• повышение эффективности сети — разделение всей сети на малые сегменты, соединенные мостом, локализует трафик в каждом сегменте и, соответственно, уменьшает общий трафик сети;
• улучшение надежности сети — дефектный кабель или узел нарушает работу всей сети, построенной по шинной или кольцевой топологии. Разделение всей сети на несколько малых частей уменьшает воздействие неисправного кабеля или узла на всю сеть;
• ограничение несанкционированного доступа — отделение компьютеров руководства (сегмент с закрытым доступом) от остальной части сети ограничит доступ несанкционированных пользователей к конфиденциальным данным, передаваемым между компьютерами руководства компании.
Функции маршрутизатора сходны с задачами моста, но, в отличие от него, маршрутизатор имеет свой сетевой адрес. Поэтому узлы в сети могут посылать маршрутизатору пакеты, предназначенные для другой сети. Таким образом маршрутизаторы управляют сетевым трафиком.
Для маршрутизации данных обычно используются таблицы маршрутизации, сходные с поисковыми таблицами баз данных. Таким образом, маршрутизатор может искать правильный путь (или лучший маршрут) от текущего местоположения пакета до любого адресата в сети. В зависимости от требований сети можно установить статические или динамические таблицы маршрутизации. При использовании статической таблицы администратор сети должен вручную вносить изменения в таблицу. Для динамической таблицы эта процедура выполняется автоматически с помощью специального программного обеспечения. Преимущество динамической таблицы в том, что если часть сети окажется перегруженной из-за сильного трафика, программное обеспечение может скорректировать таблицы маршрутизации, направив пакеты в обход узкого места.
Многие называют маршрутизаторы шлюзами. Но шлюз — это устройство, выполняющее преобразование данных между двумя сетевыми протоколами. С его помощью можно подключить локальную сеть к глобальной.
3.2. Локальные вычислительные сети. Топология. Особенности построения и управления
Локальная вычислительная сеть объединяет абонентов, находящихся на небольшом расстоянии друг от друга (в пределах 10 — 15 км).
Обычно такие сети строятся в пределах одного предприятия или организации.
Информационные системы, построенные на базе локальных вычислительных сетей, обеспечивают решение следующих задач:
- хранение данных;
- обработка данных;
- организация доступа пользователей к данным;
- передача данных и результатов их обработки пользователям.
Компьютерные сети реализуют распределенную обработку данных. Здесь обработка данных распределяется между двумя объектами: клиентом и сервером. В процессе обработки данных клиент формирует запрос к серверу на выполнение сложных процедур. Сервер выполняет запрос, и результаты выполнения передает клиенту. Сервер обеспечивает хранение данных общего пользования, организует доступ к этим данным и передает данные клиенту. Подобная модель вычислительной сети получила название архитектуры клиент — сервер. По признаку распределения функций локальные компьютерные сети делятся на одноранговые и двухранговые (иерархические сети или сети с выделенным сервером). В одноранговой сети (рис. 3.1) компьютеры равноправны по отношению друг к другу. Каждый пользователь в сети решает сам, какие ресурсы своего компьютера он предоставит в общее пользование. Таким образом, компьютер выступает и в роли клиента, и в роли сервера. Одноранговое разделение ресурсов является вполне приемлемым для малых офисов с 5 — 10 пользователями, объединяя их в рабочую группу. 
Рис.3.1. Одноранговая сеть Двухранговая сеть (рис. 3.2) организуется на основе сервера, на котором регистрируются пользователи сети. Для современных компьютерных сетей типичной является смешанная сеть, объединяющая рабочие станции и серверы, причем часть рабочих станций образует одноранговые сети, а другая часть принадлежит двухранговым сетям. 
Рис.3.2. Двухранговая сеть Геометрическая схема соединения (конфигурация физического подключения) узлов сети называется топологией сети. Существует большое количество вариантов сетевых топологий, базовыми из которых являются шина, кольцо, звезда (рис. 3.3). 1) Шина. Канал связи, объединяющий узлы в сеть, образует ломаную линию — шину. Любой узел может принимать информацию в любое время, а передавать — только тогда, когда шина свободна. Данные (сигналы) передаются компьютером на шину. Каждый компьютер проверяет их, определяя, кому адресована информация, и либо принимает данные, если они посланы ему, либо игнорирует. Если компьютеры расположены близко друг от друга, то организация КС с шинной топологией недорога и проста — необходимо просто проложить кабель от одного компьютера к другому. Затухание сигнала с увеличением расстояния ограничивает длину шины и, следовательно, число компьютеров, подключенных к ней. 
Рис. 3.3. Варианты сетевых топологий. Проблемы шинной топологи возникают, когда происходит разрыв (нарушение контактов) в любой точке шины; сетевой адаптер одного из компьютеров выходит из строя и начинает передавать на шину сигналы с помехами; необходимо подключить к КС новый компьютер. 2) Звезда. Узлы сети объединены с центром лучами. Вся информация передается через центр, что позволяет относительно просто выполнять поиск неисправностей и добавлять новые узлы без прерывания работы сети. Однако расходы на организацию каналов связи здесь обычно выше, чем у шины и кольца. 3) Кольцо. Узлы объединены в сеть замкнутой кривой. Передача данных осуществляется только в одном направлении. Каждый узел помимо всего прочего реализует функции ретранслятора. Он принимает и передает все сообщения, а воспринимает только обращенный к нему. Используя кольцевую топологию, можно присоединить к сети большое количество узлов, решив проблему помех и затухания сигнала средствами сетевой платы каждого узла. Недостатки кольцевой организации: разрыв в любом месте кольца прекращает работу всей сети; время передачи сообщения определяется временем последовательного срабатывания каждого узла, находящегося между отправителем и получателем сообщения; из-за прохождения данных через каждый узел есть вероятность непреднамеренного искажения информации. Комбинация базовых топологий — гибридная топология — обеспечивает получение широкого спектра решений, аккумулирующих достоинства и недостатки базовых. Кроме проблем создания локальных вычислительных сетей имеется также проблема расширения (объединения) компьютерных сетей. Дело в том, что созданная на определенном этапе развития информационной системы вычислительная сеть со временем может перестать удовлетворять потребности всех пользователей. В то же время физические свойства сигнала, каналов передачи данных и конструктивные особенности сетевых компонент накладывают жесткие ограничения на количество узлов и геометрические размеры сети. Для объединения локальных вычислительных сетей применяются следующие устройства: 1) Повторитель — устройство, обеспечивающее усиление и фильтрацию сигнала без изменения его информативности. По мере передвижения по линиям связи сигналы затухают. Для уменьшения влияние затухания используются повторители. Причем повторитель не только копирует или повторяет принимаемые сигналы, но и восстанавливает характеристики сигнала: усиливает сигнал и уменьшает помехи. 2) Мост — устройство, выполняющее функции повторителя для тех сигналов (сообщений), адреса которых удовлетворяют заранее наложенным ограничениям. Одной из проблем больших сетей является напряженный сетевой трафик (поток сообщений в сети). Эта проблема может решаться следующим образом. Компьютерная сеть делится на сегменты. Передача сообщений из сегмента в сегмент осуществляется только целенаправленно, если абонент одного сегмента передает сообщение абоненту другого сегмента. Мост является устройством, ограничивающим движение по сети и не позволяющим сообщениям попадать из одной сети в другую без подтверждения права на переход. 3) Маршрутизатор — это устройство, соединяющее сети разного типа, но использующие одну операционную систему. Это, по сути, тот же мост, но имеющий свой сетевой адрес. Используя возможности адресации маршрутизаторов, узлы в сети могут посылать маршрутизатору сообщения, предназначенные для другой сети. Для поиска лучшего маршрута к любому адресату в сети используются таблицы маршрутизации. Эти таблицы могут быть статическими и динамическими. При использовании статической таблицы администратор сети должен вносить изменения в таблицу вручную. Динамическая таблица адаптируется к реальным условиям автоматически. 4) Шлюз — специальный аппаратно-программный комплекс, предназначенный для обеспечения совместимости между сетями, использующими различные протоколы взаимодействия. Шлюз преобразует форму представления и форматы данных при передаче их из одного сегмента сети в другой. Шлюз осуществляет свои функции на уровне выше сетевого. Он не зависит от используемой передающей среды, но зависит от используемых протоколов обмена данными. Обычно шлюз выполняет преобразования между протоколами. С помощью шлюзов можно подключить локальную вычислительную сеть к главному компьютеру, а также к глобальной вычислительной сети.