Локальная сеть Ethernet

     1. общая шина;

     2. кольцеобразная (кольцевая);

     3. звездообразная.

         Для того, чтобы каждая из этих сетей работала, она  должна  иметь  свой метод доступа.

         Метод доступа – это набор   правил,  определяющий  использование  канала передачи данных, соединяющего узлы сетей на физическом уровне.

         Самым распространенным методом  доступа в локальных сетях, перечисленных топологией, являются:

     1. Ethernet

     2. Token-Ring

     3. Arcnet

         Каждый из этих методов реализуется соответствующими  сетевыми  платами, получившими   название   адаптера.   Сетевая   плата   является   физическим устройством, которое  устанавливается  в  каждом  компьютере,  включенным  в сеть, и обеспечивает передачу и прием информации по каналам связи.

         Заметим, что конфигурация физических  связей определяется электрическими соединениями компьютеров между собой  и  может  отличаться  от  конфигурации логических связей между узлами сети.  Логические  связи  представляют  собой маршруты  передачи   данных   между   узлами   сети   и   образуются   путем соответствующей настройки коммуникационного оборудования.

         Выбор топологии  электрических   связей  существенно  влияет  на  многие характеристики сети. Например, наличие резервных связей повышает  надежность сети и делает возможным балансирование загрузки отдельных каналов.  Простота присоединения новых узлов, свойственная некоторым  топологиям,  делает  сеть легко  расширяемой.  Экономические  соображения  часто  приводят  к   выбору топологий, для которых характерна минимальная суммарная длина линий связи.

                                Топология «общая шина»

     

                                 Рис.1 топология шина

         Сеть с топологией шина использует  один канал  связи,  объединяющий  все компьютеры сети.

         Самым распространенным методом  доступа в сетях этой топологии является метод доступа с прослушиванием несущей  частоты  и  обнаружением  конфликта. При   этом   методе   доступа,   узел   прежде   чем   послать   данные   по коммуникационному каналу, прослушивает его и только  убедившись,  что  канал свободен, посылает пакет. Если канал занят, узел повторяет попытку  передать пакет через случайный промежуток времени.  Данные,  переданные  одним  узлом сети, поступают во все узлы, но только узел, ля которого  предназначены  эти данные,   распознает   и   принимает   их.   Несмотря   на   предварительное прослушивание канала, в сети  могут  возникать  конфликты,  заключающиеся  в одновременной передачи пакетов двумя узлами. Конфликты связана с тем,  что имеется временная задержка сигнала при прохождении  его  по  каналу:  сигнал послан, но не дошел до узла, прослушивающего канал, в  следствие  чего  узел счел канал свободным и начал передачу.

         Характерным  примером  сети  с  этим  методом  доступа   является   сеть Ethernet. В сети  Ethernet  обеспечивается  скорость  передачи  данных  для локальных сетей, равная 10 Мбит/сек.

         Топология  шина  обеспечивает  эффективное   использование   пропускной способности канала, устойчивость к неисправности отдельных  узлов,  простоту реконфигурации и наращивания сети.

         Общая шина является очень   распространенной  (а  до  недавнего  времени самой  распространенной)  топологией  для  локальных   сетей.   Передаваемая информация может распространяться  в  обе  стороны.  Применение  общей  шины снижает  стоимость  проводки,  унифицирует  подключение  различных  модулей, обеспечивает возможность почти мгновенного широковещательного  обращения  ко всем станциям сети. Таким  образом,  основными  преимуществами  такой  схемы являются  дешевизна  и  простота   разводки  кабеля  по  помещениям.   Самый серьезный недостаток общей шины заключается в ее  низкой  надежности:  любой дефект  кабеля  или  какого-нибудь  из  многочисленных  разъемов   полностью парализует всю сеть. К сожалению, дефект коаксиального разъема редкостью  не является.   Другим   недостатком   общей   шины   является   ее    невысокая производительность, так как при таком способе подключения  в  каждый  момент времени только один  компьютер  может  передавать  данные  в  сеть.  Поэтому пропускная способность  канала   связи  всегда  делится  здесь  между  всеми узлами сети.

                                  Топология «звезда»

     

                                Рис.2 Топология звезда

         Сеть звездообразной топологии  имеет активный  центр  (АЦ)  –  компьютер (или иное сетевое устройство), объединяющий все компьютеры в сети.  Активный центр  полностью  управляет  компьютерами,  подключенными   к   нему   через концентратор, которой выполняет функции распределения и усиления   сигналов.

     В  функции  концентратора  входит   направление   передаваемой   компьютером информации  одному  или  всем  остальным  компьютерам  сети.  От  надежности активного центра полностью зависит работоспособность сети. В качестве примера метода доступа с АЦ  можно привести  Arcnet.  Этот метод доступа также использует маркер для передачи данных. Маркер  предается от узла к узлу (как бы по кольцу), обходя  узлы  в  порядке  возрастания  их адресов. Как и в кольцевой топологии, каждый узел регенерирует маркер.  Этот метод доступа обеспечивает скорость передачи данных 2 Мбит/сек. Главное преимущество этой топологии перед общей шиной -  существенно большая  надежность.  Любые неприятности  с кабелем касаются  лишь   того компьютера, к которому  этот  кабель  присоединен,  и  только  неисправность концентратора может вывести из строя  всю  сеть.  Кроме  того,  концентратор может играть  роль  интеллектуального  фильтра  информации,  поступающей  от узлов в сеть, и при необходимости  блокировать  запрещенные  администратором передачи.

         К недостаткам топологии типа  звезда относится более  высокая  стоимость сетевого оборудования из-за необходимости приобретения концентратора.  Кроме того,  возможности  по  наращивания  количества  узлов  сети  ограничиваются количеством  портов  концентратора.  Иногда  имеет  смысл  строить  сеть   с использованием нескольких  концентраторов,  иерархически  соединенных  между собой связями типа звезда.

                                 Топология «кольцо»

     

                                Рис.3 Топология кольцо

         Сеть кольцевой топологии использует  в качестве каналов связи замкнутое кольцо из приема-передатчиков, соединенных коаксиальным или оптическим кабелем.

         В сетях с кольцевой конфигурацией данные передаются от одного компьютера к другому, как правило, в одном направлении. Если компьютер распознает данные как «свои», то он копирует их себе во внутренний буфер. В сети с кольцевой топологией необходимо принимать специальные меры, чтобы в случае выхода из строя или отключения какой-либо станции не прервался канал связи между остальными станциями. Кольцо представляет собой очень удобную конфигурацию для организации обратной связи – данные, сделав полный оборот, возвращаются к узлу-источнику. Поэтому этот узел может контролировать процесс доставки данных адресату. Часто это свойство кольца используется для тестирования связности сети и поиска узла, работающего некорректно. Для этого в сеть посылаются специальные тестовые сообщения. Самым распространенным методом доступа в сетях этой топологии является Token-Ring – метод доступа с передачей маркера.

         Маркер – это пакет снабженный специальной последовательностью  бит.  Он последовательно передается по кольцу от узла к  узлу  в  одном  направлении. Каждый узел ретранслирует передаваемый  маркер.  Узел  может  передать  свои данные, если он получил пустой маркер. Маркер с пакетом передается  пока  не обнаружится  узел,  которому  предназначен  пакет.  В   этом   узле   данные принимаются, но маркер не освобождается,  а  передается  по  кольцу  дальше. Только вернувшись к отправителю, который может убедиться, что переданные  им данные  благополучно   получены,   маркер   освобождается.   Пустой   маркер передается следующему узлу, который при наличии у  него  данных,  готовых  к передаче  заполняет  его  и  передает  по   кольцу.   В   сетях   Token-Ring обеспечивается скорость передачи данных, равная 4-м Мбит/сек.

         Ретрансляция данных узлами приводит  к снижению надежности сети, так как неисправность в одном из узлов сети разрывает всю сеть.

                               Смешанные типы топологии

         В то время как небольшие  сети, как  правило,  имеют  типовую  топологию звезда, кольцо,  или  общая  шина,  для  крупных  сетей  характерно  наличие произвольных  связей  между  компьютерами.  В  таких  сетях  можно  выделить отдельные  произвольно  связанные  фрагменты  (подсети),   имеющие   типовую топологию, поэтому их называют сетями со смешанной топологией.

         По мере все белее широкого  распространения локальных  сетей,  возникают проблемы, связанные с  обменом  информацией  между  сетями.  Так,  в  рамках университета в нескольких учебных  классах  могут  использоваться  локальные сети, причем это могут быть сети разных типов. Для обеспечения  связи  между этими сетями используются средства  межсетевого  взаимодействия,  называемые мостами  и  маршрутизаторами.  В  качестве  моста  и  маршрутизатора   могут использоваться компьютеры, в которых установлено  по  2  или  более  сетевых адаптера. Каждый из адаптеров обеспечивает  связь  с  одной  из  связываемых сетей. Мост или маршрутизатор получает пакеты, посылаемые компьютером  одной сети компьютеру другой сети, переадресует  их  и  отправляет  по  указанному адресу. Мосты, как  правило  используются  для связи сетей с одинаковыми коммуникационными системами, например, для связи 2-х сетей Ethernet или 2-х сетей Arcnet. Маршрутизаторы  связывают сети  с разными коммуникационными системами, так как имеют средства преобразования пакетов  одного  формата  в другой.  Существуют   мосты-маршрутизаторы,   объединяющие   функции   обоих средств. Для обеспечения связи тетей с  различными  компьютерными  системами предназначены шлюзы. Например, через шлюз локальная сеть может быть  связана с большой ЭВМ.

     Общие характеристики локальных вычислительных сетей

     Основное  назначение любой компьютерной сети – предоставление информационных и  вычислительных ресурсов подключенным к ней пользователям.

     С этой точки зрения локальную вычислительную сеть можно рассматривать как  совокупность серверов и рабочих  станций.

     Сервер  – компьютер, подключенный к сети и обеспечивающий ее пользователей  определенными услугами. Серверы  могут осуществлять хранение данных, управление базами данных, удаленную  обработку заданий, печать заданий  и ряд других функций, потребность  в которых может возникнуть у  пользователей сети. Сервер – источник ресурсов сети.

     Рабочая станция – персональный компьютер, подключенный к сети, через который  пользователь получает доступ к ее ресурсам. Рабочая станция сети функционирует  как в сетевом, так и в локальном  режиме. Она оснащена собственной  операционной системой (MS DOS, Windows ит.д.), обеспечивает пользователя всеми необходимыми инструментами для решения прикладных задач.

     Компьютерные  системы, реализуют распределенную обработку данных. Обработка данных в этом случае распределена между  двумя объектами: клиентом и сервером.

     Клиент  – задача, рабочая станция или  пользователь компьютерной сети. В  процессе обработки данных клиент может  сформировать запрос на сервер для  выполнения сложных процедур, чтения файлов, поиск информации в базе данных и т.д.

     Сервер, определенный ранее, выполняет запрос, поступивший от клиента. Результаты выполнения запроса передаются клиенту. Сервер обеспечивает хранение данных общего пользования, организует доступ к этим данным и передает данные клиенту.

     Клиент  обрабатывает полученные данные и представляет результаты обработки в виде, удобном  для пользователя. Для подобных систем приняты термины – системы  или архитектура клиент-сервер.

     Архитектура клиент-сервер может использоваться как в одноранговых сетях, так и в сети с выделенным сервером.

     Одноранговая сеть, в которой нет единого центра управления взаимодействием рабочих станций и нет единого центра для хранения данных. Сетевая операционная система распределена по рабочим станциям. Каждая станция сети может выполнять функции как клиента, так и сервера. Она может обслуживать запросы от других рабочих станций и направлять свои запросы на обслуживание в сеть. Пользователю сети доступны все устройства, подключенные к другим станциям.

     Достоинства одноранговых сетей:

• низкая стоимость;
• высокая надежность.

     Недостатки  одноранговых сетей:

• зависимость эффективности работы сети от количества станций;
• сложность управления сетью;
• сложность обеспечения защиты информации;
• трудности обновления и изменения программного обеспечения станций.