Локальная сеть Ethernet

     Одним из недостатков технологии Ethernet является ограничение на длину кабеля, что позволяет использовать Ethernet только при создании локальных сетей. Однако несколько сетевых сегментов Ethernet можно соединить друг с другом при помощи повторителей (repeaters), мостов (bridges) или маршрутизаторов (routers). Повторитель просто передает сигнал из сегмента в сегмент, при этом усиливая его. Благодаря этому все сегменты сети работают так, будто они являются единым сегментом Ethernet. Из-за ограничений, связанных с временными задержками, между любыми двумя сетевыми узлами может быть установлено не более четырех повторителей. Мосты и маршрутизаторы устроены более сложно. Они анализируют поступающие данные и передают их в другой сегмент только в случае, если принимающий сетевой узел расположен в другом сегменте сети.

     Сеть  Ethernet работает подобно единой шине, через которую любой узел может пересылать пакеты (или фреймы) размером до 1500 байт на другой узел, подключенный к тому же сегменту Ethernet. Узел адресуется шестибайтовым адресом, хранящимся в постоянном запоминающем устройстве сетевой карты Ethernet (Network Interface Card, NIC). Адрес Ethernet обычно записывают как последовательность из шести Двухзначных шестнадцатеричных чисел, разделенных двоеточиями — например, aa:bb:cc:dd:ee:ff.

     Фрейм, посланный одним из узлов, принимается  всеми подключенными станциями, но только узел назначения обращает на него внимание и начинает его обработку. Если два узла пытаются переслать  фрейм одновременно, происходит коллизия (collision), или столкновение. Коллизии в Ethernet очень быстро обнаруживаются электронными схемами сетевых карт. Чтобы разрешить конфликт, оба узла прекращают передачу и осуществляют новую попытку спустя случайно выбранный интервал времени. Вам предстоит услышать немало историй о проблеме коллизий в Ethernet и о том, что из-за них Ethernet используется только на 30 процентов своей потенциальной пропускной способности. Коллизии в Ethernet считаются нормальным явлением, и в очень занятой сети Ethernet частота коллизий вполне может доходить до 30 процентов. При использовании сетей Ethernet причина для беспокойства обычно появляется лишь тогда, когда частота коллизий доходит до 60 процентов.

         Если в одном помещении, здании  или комплексе близлежащих зданий  имеется несколько компьютеров, пользователи которых должны совместно  решать  какие-то задачи, обмениваться  данными  или  использовать  общие  данные,  то  эти компьютеры целесообразно объединить в локальную сеть.

         Локальная сеть (иногда используется  термин  «локальная  вычислительная сеть», сокращенно ЛВС) – это группа из нескольких  компьютеров,  соединенных между  собой  посредством  кабелей  (иногда  также  телефонных   линий   или радиоканалов),  используемых для  передачи  информации  между  компьютерами.

     Для соединения компьютеров в локальную  сеть необходимо сетевое  оборудование и программное обеспечение.

         Локальные сети  позволяют обеспечить:

• коллективную  обработку  данных  пользователями  подключенных   в   сеть
• компьютеров и обмен данными между этими пользователями;
• совместное использование программ;
• совместное использование принтеров, модемов и других устройств.

         Поэтому  практически  все  фирмы,  имеющие  более   одного   компьютера объединяют их в локальные сети. Многие пользователя портативных компьютеров подключаются к локальной сети фирмы либо приходя в офис, либо  соединяясь  с компьютером фирмы по телефонным каналам по средствам модема. 

       Для объединения компьютеров в локальную сеть требуется :

• вставить в каждый подключаемый к сети компьютер сетевой контроллер(иногда используются  термины  сетевой  адаптер  или  сетевая   плата),   который позволяет компьютеру получать информацию из локальной сети  и  передавать данные в сеть;
• соединить компьютеры кабелями,  по  которым  происходит  передача  данных между   компьютерами,   а   также   другими    подключенными    к    сети устройствами(принтерами, сканерами  и  т.д.).  В  некоторых  типах  сетей кабели  соединяют  компьютеры  непосредственно  (как  электролампочки  на елочной гирлянде),  в других  соединение  кабелей осуществляется  через специальные устройства – концентраторы (или хаб), коммутаторы и др.

         Замечание  В  некоторых сетях вместо  кабелей  данные  передаются  по радиочастотам (как в радиотелефонах или  сотовых  телефонах).  Однако  такие сети стоят дороже и они сложнее в эксплуатации. 

     Серверы

         Для  обеспечения  функционирования  локальной  сети  часто   выделяется специальный компьютер – сервер, или несколько таких компьютеров.  На  дисках сервера располагаются совместно используемые программы, база данных и т.  д.

     Остальные компьютеры локальной сети часто  называются рабочими станциями.  На тех рабочих станциях, где требуется обрабатывать только  данные  на  сервере (например, вводить сведения в совместно используемую базу данных  о заказах и продажах), часто  для  экономии  (или  по  соображениям  безопасности)  не устанавливают  жестких  дисков.  В  сетях,  состоящих  более  чем  из  20-25 компьютеров,   наличие   сервера   обязательно   –   иначе,   как   правило, производительность сети будет неудовлетворительной. Сервер необходим  и  при совместной интенсивной работе с какой-либо базой данных.

         Иногда  серверам  назначается   определенная   специализация   (хранение данных, программ,  обеспечение  модемной  и  факсимильной  связи,  вывод  на печать и т. д.). Серверы, как правило не  используются  в качестве  рабочих мест пользователей. Серверы, обеспечивающие работу с ценными данными,  часто размещаются  в  изолированном  помещении,  доступ  в  которое  имеют  только специально уполномоченные люди (как в банковское хранилище).

         Замечание   Многие серверы стоят значительно дороже  (в  10-20  и  более раз) обычных компьютеров.  Неудивительно  –  ведь  они  не  только  являются весьма мощными компьютерами с большим  количеством  оперативной  и  дисковой памяти,  но  в  них  в  добавок  обеспечиваются  исключительная  надежность, высокая производительность ввода-вывода, дублирование устройств  и  хранимых данных, средства  контроля  над  состоянием  сервера,  средства  обеспечения бесперебойной работы при отказа некоторых устройств и т.д. 

                                   Одноранговые сети

         Операционные системы Windows for Workgroups,  Windows  95,  Windows  NT Workstation имеют встроенные возможности по организации локальных сетей без выделенного сервера. Обычно такие сети называются одноранговые, поскольку в них все компьютеры равноправны, каждый из них выполняет  как  роль  рабочего места пользователя, так и  роль  сервера  по  обеспечению  доступа  к  своим данным и ресурсам. Правда, при  использовании  Windows  for  Workgroups  или Windows 95 защиту данных обеспечить не удастся,  поэтому такие сети  можно использовать только в коллективах, где  ни  у  кого  нет  секретов  друг  от друга. Можно использовать и другие  средства  для  организации  одноранговых локальных сетей. Например, OC LANtastic  фирмы Artisoft  позволяет создать однорановую сеть, в которой можно работать в среде DOS,  Windows  и Windows 95.

         Недостатки одноранговых сетей. Часто одноранговая сеть - это не  лучший выход. Ведь пользовательская ОС мало приспособлена  для  выполнения  функций сервера  сети,  которую  ей  приходится  выполнять.  И  если   на   каком-то компьютере  пользователь  играет  в  DOOM  или  рисует  картинку   в   Adobe Photoshop, а другие пользователи работают с файлами на этом  же  компьютере, то они будут сильно мешать друг другу – скорость их работы  резко  снизится.

     Да  и многие другие  особенности  однораногвых  сетей весьма  неудобны  -  и отсутствие  защиты  информации,  и   децентрализованное   хранение   данных, усложняющее их резервирование, и недостаточная надежность, и многое  другое.

     Поэтому  обычно  в  локальных  сетях  применяются   выделенные   компьютеры, занимающиеся только обслуживанием локальной сети  и  совместно  используемых данных – серверы.

     Локальная сеть с несколькими файловыми  серверами

         В том случае, если  локальная   сеть  имеет  большую  протяженность   или большое  количество  абонентов  (пользователей),  целесообразно   такую  сеть разбить на более  мелкие  сети,  каждая  из  которых   должна  содержать  свой файловый  сервер. Это приводит  к  тому,  что  повышается  производительность  сети, улучшается ее надежность  и, если происходят  повреждения   в  одной  из сетей,  остальная   сеть  не  теряет  свою  работоспособность.  В  компьютер, выполняющий   роль  моста  или  маршрутизатора,  устанавливается  по   одному  сетевому  адаптеру.  Как  правило,   мост   используется   для   объединения нескольких  сетей   с  одинаковыми   коммуникационными   системами.   Пакеты, поступающие на  мост  переадресовываются  и посылаются  в другую  сеть  по указанному адресу. Маршрутизаторы в случае  надобности,  преобразуют пакеты из одного формата в другой.

     Сети  с выделенными  серверами

         В  локальных  сетях  с   выделенным  сервером  на  сервере  используются специальные операционные  системы,  обеспечивающие  надежную  и  эффективную обработку  многих  запросов  от  рабочих  мест  пользователей.  На   рабочих станциях  такой  локальной  сети  может  использоваться  любая  операционная система  и должен быть запущен драйвер, обеспечивающий  доступ  к  локальной сети.

     Прочее  сетевое программное  обеспечение

         Кроме сетевой ОС, для эффективной работы пользователей в локальной сети требуется  и  иное  программное  обеспечение,  которое  иногда  поставляется вместе с сетевой ОС, а иногда его надо покупать отдельно:

• электронная почта обеспечивает доставку писем  (а  часто  и  произвольных файлов,  а  также  голосовых   и   факсимильных   сообщений)   от   одних пользователей локальной сети другим, а  иногда  позволяет  общаться  и  с удаленными пользователями по модему или через InterNet;
• средства удаленного доступа позволяют подключаться  к  локальной  сети  с помощью модема и работать на компьютере,  как  будто  он  непосредственно подключен в сеть (разумеется, при этом многие операции будут  выполняться дольше,  так  как   модем   работает   значительно   медленнее   сетевого контроллера);
• средства  групповой  работы  (наиболее  популярно  из  них  Lotus  Notes) позволяют    совместно    работать    над    документами,    обеспечивают согласованность версий документов у разных  пользователей,  предоставляютсредства  для   организации   документооборота   предприятия,   позволяют организовывать телеконференции – письменный обмен мнениями  по  различным темам и т. д.;
• программы резервирования  позволяют  создавать  резервные  копии  данных, хранящихся на серверах локальной сети и на компьютерах  пользователей,  а при необходимости – восстанавливать данные по их резервной копии;
• средства  управления  локальной  сетью  позволяют  управлять   ресурсами локальной сети с одного рабочего места, получать информацию о состоянии и загрузки сети, настраивать производительность сети,  управлять  системами пользователей  сети   (например,   устанавливать   на   них   программное обеспечение) и т. д.

Другие  типы сетей

    Кроме сетей Ethernet 10Base-2,  10Base-Т и 100Base-Т,  основанных  на электрических кабелях,  применяются  и  другие  сети,  отличающиеся  как  по протоколу (Token Ring,  FDDI  и др.),  так и по  среде  передачи  данных. Например, для обеспечения передачи данных  на  значительные  расстояния  (до нескольких километров) и  для  более  быстрой  передачи  данных  применяются линии связи на волоконно-оптическом кабеле.

                           Оборудование для локальных сетей

                                  Сетевой контроллер

         Для  подключения  компьютера  к  локальной  сети  требуется,  чтобы   в компьютере был установлен сетевой контроллер  (синонимы  –  сетевой  адаптер или  сетевая  плата).  Сетевой  контроллер  позволяет  компьютеру   получать информацию  из  локальной  сети   и  передавать  данные  в   сеть.   Сетевые контроллеры отличаются друг от друга типом  кабелей,  к  которым  они  могут подключаться, реализуемым сетевым протоколом (протокол – это  соглашения  по обмену  информацией  в  локальной  сети),  типом   шины,   к   которой   они подключаются (ISA, PCI, VESA и др.) быстродействием и другими качествами.

     Принт-сервер

         Для принтера  аналогом  сетевого  контроллера  является  прин-сервер  – устройство, позволяющее подключать принтер к локальной сети.  Обычно  принт-сервер подключается в  локальную сеть,  а к нему  подсоединяется  обычным способом (шнуром или шнурами типа Centronics) один или несколько принтеров. Высокопроизводительные принтеры, предназначенные  для  работы  в  сети,  уже имеют встроенную плату эквивалентную принт-серверу.

         Замечание Конечно, принтер можно подключать и к серверу локальной сети (к его параллельному порту), однако это по многим причинам  не  так удобно. Во-первых, кабель для подключения принтеров может иметь  ограниченную  длину – не более 3-х, максимум 5-ти метров. Во-вторых, в  сети  может  быть  много принтеров. В третьих, не все сетевые ОС поддерживают  подключение  принтеров к параллельному порту. 

                                    Топология сети

         Топология  сети  –  это   логическая  схема  соединения  каналами  связи компьютеров или узлов сети. Чаще всего используются основные  топологические структуры, носящие следующий характер: