5.6. Локальные вычислительные сети (ЛВС) и их топологии
Основное назначение каждой компьютерной сети – представление информационных и вычислительных ресурсов . Компьютерные сети состоят из серверов и рабочих станций . Сервер – компьютер , подключённый к сети и обеспечивающий её пользователей оп — ределёнными услугами . Серверы хранят данные и являются источниками ресурсов сети . Ра — бочая станция – персональный компьютер , подключённый к сети , через который пользова — тель получает доступ к его ресурсам . Эта станция может работать как в сетевом , так и в ло — кальном режиме . Клиент – задача , рабочая станция или пользователь компьютерной сети . В процессе обработки данных клиент формирует запрос на сервер для выполнения сложных процедур : чтение файла , поиск информации базе данных и т . п . Сервер выполняет запрос , результаты выполнения запроса передаются клиенту . Для подобных систем принята терминология кли — ент – сервер . Компьютерные сети подразделяются на два типа : одноранговые сети и сети на осно — ве выделенного сервера . Между этими двумя типами сетей существует принципиальные раз — личия . В одноранговой сети нет единого центра управления взаимодействием рабочих стан — ций и нет единого устройства для хранения данных . Все компьютеры в такой сети равно — правны . Пользователю сети доступны все , подключённые к другим станциям . Такая сеть вы — соконадёжна и имеет сравнительно небольшую стоимость . Одноранговые сети , как правило , объединяют не более десятка компьютеров . К недостаткам относятся следующие обстоя — тельства : эффективность работы сети зависит от количества станций , управлять такой сетью сложно , также сложно обеспечить качественную защиту информации , кроме того , в такой сети трудно модифицировать и обновлять программное обеспечение . В сетях с выделенным сервером один из компьютеров ( сервер ) выполняет функции хранения данных , управления взаимодействием между рабочими станциями и ряд сервисных функций . На сервере устанавливается сетевая операционная система , к нему подключаются все выделяемые внешние устройства – жёсткие диски , принтеры , модемы . Взаимодействие между рабочими станциями устанавливается через сервер . В такой сети возможно построить надёжную систему защиты информации , она обеспечивает высокое быстродействие , просто управляема , в ней отсутствует ограничение на число рабочих станций . К недостаткам надо отнести высокую стоимость сети , зависимость быстродействия и надёжности работы сети от сервера , меньшую гибкость системы по сравнению с одноранговой сетью . По территории , где расположена ЛВС , вычислительные машины могут быть распо — ложены самым причудливым образом . С точки зрения методов управления ЛВС взаимное
расположение ЭВМ имеет большое значение . Топология ЛВС – это усреднённая геометрическая схема соединения узлов сети . Для ЛВС типичными являются четыре топологии : шинная , звездообразная , кольцевая и ячеистая . Компьютерная сеть рассматривается как совокупность узлов сети , а узел – это любое устрой — ство , подключённое к передающей среде сети . q Шинная топология самая простая . В ней используется один кабель , называе — мый магистралью или сегментом , вдоль которого подключены все компьютеры
( см . рис . 5.8). Данные распространяют — | |||||||||||||||||||||||||
Узел 1 | Узел 2 | Узел 3 | |||||||||||||||||||||||
ся по кабелю в обе стороны . Промежу — | |||||||||||||||||||||||||
точные узлы не транслируют посту — | |||||||||||||||||||||||||
пающих сообщений . Информация по — | |||||||||||||||||||||||||
Терминатор | Терминатор | ||||||||||||||||||||||||
Узел 4 | Узел 5 | ступает на все узлы , но принимается | |||||||||||||||||||||||
только там , куда адресована . Для га — | |||||||||||||||||||||||||
Рис . 5.8. Топология шина | шения сигналов на концах кабеля уста — | ||||||||||||||||||||||||
навливаются терминаторы . Сеть имеет высокое быстродействие и устойчива | |||||||||||||||||||||||||
к неисправностям отдельных узлов . К недостаткам относится малая протяжён — | |||||||||||||||||||||||||
ность сети , невозможность использования различных типов кабеля в пределах | |||||||||||||||||||||||||
сети . Шина – пассивная топология : компьютеры только слушают передавае — | |||||||||||||||||||||||||
мые по сети данные , но не перемещают их от отправителя к получателю . Вы — | |||||||||||||||||||||||||
ход некоторых компьютеров из строя никак не сказывается на работе сети . | |||||||||||||||||||||||||
q Звездообразная топология требует выделения центрального узла , к которому | |||||||||||||||||||||||||
подключаются все остальные . Этот узел | |||||||||||||||||||||||||
Узел 1 | Узел 3 | называется концентратором (hub). Ин — | |||||||||||||||||||||||
Центральный | формация передаётся через централь — | ||||||||||||||||||||||||
ный узел , который ретранслирует , пере — | |||||||||||||||||||||||||
узел | |||||||||||||||||||||||||
( концентратор ) | ключает и маршрутизирует всю инфор — | ||||||||||||||||||||||||
мацию в сети ( см . рис . 5.9). Взаимодей — | |||||||||||||||||||||||||
Узел 2 | Узел 4 | ||||||||||||||||||||||||
ствие станций здесь простое , но работо — | |||||||||||||||||||||||||
Рис . 5.9. Топология звезда | способность сети зависит целиком от | ||||||||||||||||||||||||
центрального узла . Главное преимуще — | |||||||||||||||||||||||||
ство этой топологии – более высокая надёжность . Выход из строя нескольких | |||||||||||||||||||||||||
компьютеров на работу сети не влияет . | |||||||||||||||||||||||||
q | Кольцевая топология предусматривает соединение узлов замкнутой кривой – | ||||||||||||||||||||||||
кабелем передающей среды ( см . рис . | |||||||||||||||||||||||||
Узел 1 | Узел 2 | Узел 3 | |||||||||||||||||||||||
5.10). Информация передаётся от узла к | |||||||||||||||||||||||||
узлу . Это активная топология . Каждый | |||||||||||||||||||||||||
промежуточный узел между передатчи — | |||||||||||||||||||||||||
Узел 4 | Узел 5 | Узел 6 | |||||||||||||||||||||||
ком и приёмником ретранслирует по — | |||||||||||||||||||||||||
Рис . 5.10. Топология кольцо | сланное сообщение . Принимающий узел | ||||||||||||||||||||||||
сам распознаёт и получает адресованное | |||||||||||||||||||||||||
ему сообщение . Эта топология – лучшая для небольших сетей , занимающих | |||||||||||||||||||||||||
очень ограниченное пространство . В этой сети нет центрального узла . Из не — | |||||||||||||||||||||||||
достатков следует отметить небольшое быстродействие и необходимость спе — | |||||||||||||||||||||||||
циальных мер для сохранения целостности тракта передачи информации . Вы — | |||||||||||||||||||||||||
ход из строя хотя бы одного компьютера приводит к падению сети . | |||||||||||||||||||||||||
q | Сеть с ячеистой топологией ( см . рис . | ||||||||||||||||||||||||
Узел 1 | Узел 2 | Узел 3 | |||||||||||||||||||||||
5.11) обладает высокой избыточностью . | |||||||||||||||||||||||||
В ней каждый компьютер соединён с ка — | |||||||||||||||||||||||||
ждым другим отдельным кабелем . Раз — | |||||||||||||||||||||||||
Узел 4 | Узел 5 | Узел 6 | |||||||||||||||||||||||
рыв кабеля не сказывается на работоспо — | |||||||||||||||||||||||||
собности сети , т . к . сообщение может | |||||||||||||||||||||||||
Рис . 5.11. Ячеистая топология | |||||||||||||||||||||||||
дойти до адресата другим маршрутом . |
Основной недостаток сети – большие затраты на прокладку кабеля и высокая стоимость системы в целом . На практике кроме базовых технологий применяются их комбинации — комбинирован — ные технологии , чаще всего звезда — шина и звезда — кольцо . Локальные вычислительные сети могут объединяться . Самый простой способ – объе — динение одинаковых сетей в пределах ограниченного пространства . Для этого используют мосты . Мост – это устройство , соединяющее две сети , использующие одинаковые методы передачи данных . Мост может соединять сети разных топологий , но работающие под управ — лением однотипных сетевых операционных систем . Сеть сложной конфигурации , представляющая собой соединение нескольких сетей , нуждается в специальном устройстве . Задача этого устройства – отправить сообщение в нужную сеть . Такое устройство называется маршрутизатором или роутером . Маршрутиза — тор – устройство , соединяющее сети разного типа , но использующие одну операционную систему . Кроме того , маршрутизатор обеспечивает балансировку нагрузки в сети , перена — правляя потоки сообщений по свободным каналам связи . Для объединения ЛВС совершенно различного типа , работающих по существенно от — личающимся друг от друга протоколам , предусмотрены специальные устройства – шлюзы . Шлюз – устройство , позволяющее организовать обмен данными между двумя сетями , ис — пользующими различные протоколы взаимодействия . Шлюз осуществляет свои функции на уровне выше сетевого . С помощью шлюзов можно локальную сеть подключить к глобаль — ной . Мосты , маршрутизаторы и шлюзы конструктивно выполняются в виде плат , которые устанавливаются на компьютерах .
5.7. Физическая передающая среда ЛВС и методы доступа к ней
Физическая передающая среда – это прежде всего кабели . Они бывают трёх видов : витая пара проводов , коаксиальный кабель и оптоволоконный кабель . Витая пара состоит из двух изолированных проводов , свитых между собой . Скручи — вание уменьшает влияние внешних электромагнитных полей на передаваемые сигналы . Пример – телефонный кабель . Характеристики пары : размеры , тип изоляции , шаг скручива — ния . Этот вид передающей среды дешёв . Витая пара может быть неэкранированной и экра — нированной . Последняя помещена в медную оплётку , а пары проводов обмотаны фольгой . Основной недостаток витой пары – низкая скорость передачи информации ( до 1 Мбит /c) и плохая помехозащищённость . Коаксиальный кабель обладает более высокой механической прочностью и помехо — защищённостью . Существуют два типа коаксиальных кабелей : тонкий ( диаметр 0.64 см ) и толстый ( диаметр 1.27 см ). Первый передаёт сигнал без затухания на 185 м , второй почти на 500 м ( см . рис . 5.12). Скорость передачи информации 10-50 Мбит /c. Оптоволоконный кабель – самая удобная передающая среда . На него не действуют электромагнитные поля , он сам практически не излучает , поэтому обнаружить его трудно , что отвечает требованиям секретности . В оптоволоконном кабеле цифровые данные распро — страняются по оптическим волокнам в виде модулированных световых импульсов ( см . рис . 5.13). Данные могут передаваться на многие километры . Скорость передачи от 100 Мбит /c до
Защитное | Первый | Защитное | ||
покрытие | покрытие | Стеклянное | ||
провод | Второй | |||
покрытие | ||||
провод | ||||
Оптическое | ||||
Изоляция | ||||
волокно | ||||
Рис . 5.12. Коаксиальный кабель | ||||
Рис . 5.13. Оптоволоконный кабель |