В современном мире локальные сети стали не просто нужными - они фактически необходимы для достижения хорошего уровня производительности труда. Однако прежде чем начать пользоваться такой сетью, следует ее создать и настроить. Оба этих процесса достаточно непростые и требуют максимального сосредоточения, в особенности первый из них. Неправильно спроектированная и настроенная ЛВС не будет работать вовсе или же станет функционировать совершенно не так, как необходимо, поэтому создание локальной сети должно стать центром сосредоточения внимания человека, занимающегося этим.
Как правило, создание подобных систем связи вызвано необходимостью коллективного использования данных пользователями, которые работают на удаленных вычислительных машинах. ЛВС не только дает возможность почти мгновенного обмена информацией и одновременной работы с файлами, но и позволяет использовать удаленно сетевые принтеры и прочие устройства.
Локальная сеть - это полный комплекс программных и аппаратных ресурсов, направленный на создание единого информационного пространства. Фактически это некоторое количество компьютеров, расположенных на расстоянии друг от друга и соединенных линией связи - кабелем. Главным отличием ЛВС от других типов сетей является небольшое расстояние, на котором находятся рабочие станции.
Перед тем как создать локальную сеть, ее необходимо сначала спроектировать, то есть спланировать процесс ее создания. Этот этап - один из самых значимых, так как ЛВС включает в себя огромное количество компонентов и узлов.
Первоначально составляется техническое задание на основе первичных данных, определяя несколько моментов:
Только определившись с этими пунктами, можно приступить к проектировке. Сам проект должен содержать схемы ЛВС, точки расстановки сетевого оборудования, список необходимых программных и аппаратных средств.
Локальная сеть - это сложный механизм, но если она спроектирована правильно, а оборудование выбрано в соответствии с требованиями, в таком случае вероятность появления проблем в эксплуатации механизма связи становится минимальной.
Существует перечень оборудования, без которого ни одна ЛВС функционировать не сможет. В него входят:
Ни одна ЛВС не обойдется без программного обеспечения. Обязательные программы для локальной сети включают в себя:
Монтажно-наладочные работы занимают больше всего времени, так как создать локальную сеть предстоит в несколько этапов:
Монтаж кабеля и оборудования обладает рядом особенностей, поэтому, если возникают сложности с тем, как подключить локальную сеть, лучше решение этого вопроса доверить специалистам.
В некоторых случаях может понадобиться объединение двух компьютеров в одну сеть, к примеру, для создания общего информационного пространства. Сделать это не очень сложно, если выполнять определенный алгоритм действий:
В большинстве случаев может понадобиться присвоить каждому узлу индивидуальный IP-адрес:
Рабочие узлы, объединенные в ЛВС, можно подключить к интернету. Локальная сеть, интернет к которой можно подключить двумя способами, будет работать с разделенной надвое скоростью.
Первым способом подключения является использование роутера, которому присваивается идентификационный IP-адрес. А во втором случае можно воспользоваться беспроводным подключением.
В данном случае локальная сеть - это взаимодействие двух компьютеров, ведущего и ведомого, поэтому IP-адрес прописывается в шлюзе главного из них, предварительно подсоединенного ко всемирной сети.
В случае если ЛВС базируется на использовании сервера, каждая рабочая станция должна иметь индивидуальный IP-адрес, а в настройках браузера указывается прокси-сервер, через который осуществляется выход в интернет.
Беспроводная локальная сеть - это подвид ЛВС, который для передачи информации использует высокочастотные радиоволны. WLAN является прекрасной альтернативой обычной кабельной системе связи, обладая рядом преимуществ:
У WLAN имеется определенная дальность действия, которая зависит от характеристик сетевых устройств и помехозащищенности здания. Как правило, диапазон действия радиоволн достигает 160 м.
Чтобы присоединить другие рабочие станции к сети, используется точка доступа. Это устройство оснащено специальной антенной, управляющей дуплексной передачей данных (отправкой и передачей) с помощью радиосигналов. Такая точка может передавать сигнал на расстоянии до 100 м в помещении и до 50 км на открытой территории.
Точки доступа существенно расширяют вычислительную мощность всей системы связи, позволяя пользователям свободно перемещаться между каждой из них, не теряя соединения с ЛВС или интернетом. Фактически эти радиоточки выступают в роли концентраторов, обеспечивая соединение с сетью.
Использование точек доступа позволяет увеличивать масштаб всей беспроводной локальной сети, просто добавляя новые устройства. Количество абонентов, которое может выдержать одна радиоточка, зависит в целом от загруженности сети, так как трафик делится поровну между каждым из пользователей.
Сначала следует подготовить ADSL-модем с технологией WiFi, а также клиентские точки с подключенными к ним беспроводными адаптерами. После этого можно приступить к построению беспроводной ЛВС:
Настройка точки доступа:
Для создания оптимального информационного пространства можно комбинировать виды сетей - кабельную и беспроводную, позволяя использовать преимущества каждой из них на благо предприятия. Однако важно помнить о том, что в наше время все больше применяются именно беспроводные сети WLAN, обладающие всеми плюсами кабельных сетей и лишенные их недостатков.
После окончания создания и настройки локальной сети важно предусмотреть ее администрирование и возможность технического обслуживания. Даже если монтаж ЛВС выполнен идеально, в ходе ее эксплуатации почти неизбежно происходят различные неполадки в работе аппаратного или программного обеспечения, именно поэтому техобслуживание должно иметь регулярный характер.
В самом названии Локальная вычислительная сеть уже заложено назначение, функции и ограничения системы. Разберем название на составляющие. Локальная , образовано от английского local – местный, то есть сеть привязана к конкретному географическому месту и имеет ограничения по территории, вычислительная , связано с составом сети (вычислительное оборудование, ПО) и ее назначением, сеть – подразумевает под собой объединение вычислительного оборудования и ПО на определенной территории (локальной) в сеть (по средствам кабелей).
Таким образом можно сформулировать определение Локально вычислительной сети (ЛВС) – это система взаимосвязанных вычислительных ресурсов (компьютеры, серверы, маршрутизаторы, програмное обеспечения и др.), распределенных по сравнительно небольшой территории (офис или группа зданий), служащая для приема-передачи, хранения и обработки информации различного рода.
Разные локально вычислительные сети могут функционировать по отдельности или быть связаны между собой с помощью средств коммуникаций, например на предприятиях с филиальной сетью в разных городах. Благодаря такому соединению пользователь может взаимодействовать с другими рабочими станциями, подключенными к этой локально-вычислительной сети. Существуют локальные сети, узлы которых разнесены географически на расстояния более 12 500 км (космические станции и орбитальные центры), но они всё равно относят к локальным.
Назначением ЛВС является обеспечение совместного и одновременного доступа определенной группы лиц к данным, программам и оборудованию (компьютеры, принтеры, графопостроители, устройства хранения и обработки файлов и баз данных) и передача данных (электронная графика, обработка текстов, электронная почта, доступ к удаленным базам данных, передача цифровой речи).
Например: менеджер принимает заказ и вводит его в компьютер, далее заказ поступает в бухгалтерию и там формируется счет, одновременно может приходить информация в юридическую службу для создания договора.
Характеристики ЛВС:
Основными функциями ЛВС являются:
В результате применения ЛВС объединяются персональные компьютеры, расположенные на многих удаленных рабочих местах. Рабочие места сотрудников перестают быть изолированными и объединяются в единую систему, которая имеет свои особенные преимущества:
Область применения локальных сетей очень широка, в настоящее время такие системы есть практически в каждом офисе (например, установлен один принтер на несколько компьютеров, или несколько компьютеров используют одно ПО, допустим 1С:Бухгалтерия и др.). С каждым днем потоки информации становятся больше, используемое программное обеспечение сложней и функциональней, география деятельности организаций расширяется. Применение средств ЛВС становится не просто желательным, а необходимым для успешной деятельности и развития бизнеса, науки, обучения студентов, школьников, подготовки и переподготовки специалистов, выполнения государственных программ и функций и др.
Структура функционирования сети.
Структура локальной сети определяется принципом управления и типом связи, зачастую она основывается на структуре обслуживаемой организации. Применяются виды топологии: шинная, кольцевая, радиальная, древовидная. Наиболее распространены первые два вида, за счет эффективного использования каналов связи, простоты управления, гибких возможностей расширения и изменения.
Топология “шина”
– все компьютеры связываются в цепочку, подключением к магистральному кабельному сегменту (стволу), на его концах размещаются «терминаторы», для гашения сигнала, распространяющегося в обе стороны. Компьютеры в сети соединяются коаксиальным кабелем с тройниковым соединителем. Пропускная способность сети – 10 Мбит/с, для современных приложений, активно использующих видео и мультимедийные данные, этого недостаточно. Преимущество этой топологии заключается в низкой стоимость проводки и унификации подключений.
Шинная топология является пассивной. Сбой одного компьютера не влияет на работоспособность сети. Повреждение магистрального кабеля (шины) ведет к отражению сигнала и вся сеть в целом становится неработоспособной. Выключение и особенно подключение к такой сети требуют разрыва шины, что вызывает нарушение циркулирующего потока информации и зависание системы.
Топология “дерево” – более развитая конфигурация типа “шина”. К общей магистральной шине через активные повторители или пассивные размножители присоединяются несколько простых шин.
Топология “звезда”
(star) – является наиболее быстродействующей из всех топологий, информация между периферийными рабочими станциями проходит через центральный узел вычислительной сети. Центральный узел управления – файловый сервер может реализовать оптимальный механизм защиты против несанкционированного доступа к информации. Вся вычислительная сеть может управляться из ее центра.
Кабельное соединение довольно простое, так как каждая рабочая станция связана только с центральным узлом. Затраты на прокладку кабелей достаточно высокие, особенно когда центральный узел географически расположен не в центре топологии. При расширении вычислительных сетей не могут быть использованы ранее выполненные кабельные связи: к новому рабочему месту необходимо прокладывать отдельный кабель из центра сети.
В случае последовательностной конфигурации ЛВС каждое устройство подключения к физической среде передает информацию только одному устройству. При этом снижаются требования к передатчикам и приемникам, поскольку все станции активно участвуют в передаче.
Топология “кольцо”
(ring) – компьютеры соединяются сегментами кабеля, имеющего форму кольца, принципиально идентична шинной, за исключением необходимости использования «терминаторов». В случае неисправности одного из сегментов сети вся сеть выходит из строя.
Сигналы передаются только в одном направлении. Каждая станция непосредственно соединена с двумя соседними, но прослушивает передачу любой станции. Кольцо составляют несколько приемопередатчиков и соединяющая их физическая среда. Все станции могут иметь права равного доступа к физической среде. При этом одна из станций может выполнять роль активного монитора, обслуживающего обмен информацией. Прокладка кабелей от одной рабочей станции до другой может быть довольно сложной и дорогостоящей, особенно если географически рабочие станции расположены далеко от кольца (например, в линию).
Основная проблема при кольцевой топологии заключается в том, что каждая рабочая станция должна активно участвовать в пересылке информации, и в случае выхода из строя хотя бы одной из них вся сеть парализуется. Неисправности в кабельных соединениях локализуются легко. Подключение новой рабочей станции требует выключения сети, так как во время установки кольцо должно быть разомкнуто. Ограничения на протяженность вычислительной сети не существует, так как оно, в конечном счете, определяется исключительно расстоянием между двумя рабочими станциями.
Компьютеры могут соединяться между собой, используя различные среды доступа: медные проводники (витая пара), оптические проводники (оптические кабели) и через радиоканал (беспроводные технологии). Проводные, оптические связи устанавливаются через Ethernet, беспроводные - через Wi-Fi, Bluetooth, GPRS и прочие средства. Чаще всего локальные сети построены на технологиях Ethernet или Wi-Fi. Следует отметить, что ранее использовались протоколы Frame Relay, Token ring, которые на сегодняшний день встречаются всё реже, их можно увидеть лишь в специализированных лабораториях, учебных заведениях и службах.
Компоненты построения простой локальной сети используются:
Монтаж Локально-вычислительной сети (ЛВС)
Выбор вида топологии, среды доступа и состава Локально-вычислительной системы зависит от требований и потребностей Заказчика. Современные технологии позволяют разработать индивидуальный вариант, отвечающий всем требованиям и задачам.
Прокладку кабелей ЛВС, как и других видов кабельных сетей можно осуществлять разными способами. При выборе способа монтажа руководствуются индивидуальными архитектурными и конструктивными особенностями здания, его техническими характеристиками, наличием действующих сетей и иного оборудования, порядком взаимодействия слаботочных систем с другими системами. Принципиально можно выделить два метода – открытый и скрытый. Для скрытой проводки кабелей ЛВС используют конструкцию стен, полов, потолков это выглядит более эстетично, трассы защищены от посторонних воздействий, доступ к ним ограничен, прокладка производится сразу в специальные подготовленные места, обеспечиваются лучшие условия для последующего обслуживания. К сожалению возможность выполнить работы скрытым способом бывает редко, чаще приходится проводить работы открытым способом при помощи пластиковых коробов, вертикальных колон и лотков. Не стоит забывать, что есть еще способ прокладки кабелей по воздуху, чаще всего он применяется для коммуникации зданий, когда нет возможности проложить кабель в каналы или если это слишком дорого.
Монтаж ЛВС это сложная и ответственная работа , от качества ее выполнения зависит стабильность и корректность функционирования системы в целом, степень исполнения возложенных на нее задач, скорость передачи и обработки данных, количество ошибок и др. факторы. Относиться к этому нужно очень основательно и серьезно, так как любая сеть это основа (скелет и кровеносная система) целого организма из слаботочных систем, отвечающих за большое количество функций (от электронной почты до безопасности объекта). Каждое последующее вмешательство в работу действующей системы (расширение, ремонт и др.), требует затрат времени и средств, а их количество на прямую зависит от изначально заложенных в систему параметров, качества выполненных работ, квалификации разработчиков и исполнителей. Экономия средств на этапе проектирования и монтажа ЛВС, может обернуться куда большими тратами на стадии эксплуатации и абгрейда
Покрывающая обычно относительно небольшую территорию или небольшую группу зданий (дом, офис, фирму, институт). Также существуют локальные сети, узлы которых разнесены географически на расстояния более 12 500 км (космические станции и орбитальные центры). Несмотря на такие расстояния, подобные сети всё равно относят к локальным.
Здесь же следует упомянуть о таких важнейших понятиях, как абонент, сервер, клиент.
Абонент (узел, хост, станция) - это устройство, подключенное к сети и активно участвующее в информационном обмене. Чаще всего абонентом (узлом) сети является компьютер, но абонентом также может быть, например, сетевой принтер или другое периферийное устройство, имеющее возможность напрямую подключаться к сети. Далее в курсе вместо термина "абонент" для простоты будет использоваться термин "компьютер".
Сервером называется абонент (узел) сети, который предоставляет свои ресурсы другим абонентам, но сам не использует их ресурсы. Таким образом, он обслуживает сеть. Серверов в сети может быть несколько, и совсем не обязательно, что сервер - самый мощный компьютер. Выделенный (dedicated) сервер - это сервер, занимающийся только сетевыми задачами. Невыделенный сервер может помимо обслуживания сети выполнять и другие задачи. Специфический тип сервера - это сетевой принтер.
Клиентом называется абонент сети, который только использует сетевые ресурсы, но сам свои ресурсы в сеть не отдает, то есть сеть его обслуживает, а он ей только пользуется. Компьютер-клиент также часто называют рабочей станцией. В принципе каждый компьютер может быть одновременно как клиентом, так и сервером. Под сервером и клиентом часто понимают также не сами компьютеры, а работающие на них программные приложения. В этом случае то приложение, которое только отдает ресурс в сеть, является сервером, а то приложение, которое только пользуется сетевыми ресурсами - клиентом.
Локальные сети позволяют отдельным пользователям легко и быстро взаимодействовать друг с другом. Вот лишь некоторые задачи, которые позволяет выполнять ЛС:
Базовые компоненты и технологии, связанные с архитектурой локальных сетей, могут включать в себя:
Аппаратное обеспечение:
Программное обеспечение:
Связь на небольшие расстояния в компьютерной технике существовала еще задолго до появления первых персональных компьютеров.
К большим компьютерам (mainframes), присоединялись многочисленные терминалы (или "интеллектуальные дисплеи"). Правда, интеллекта в этих терминалах было очень мало, практически никакой обработки информации они не делали, и основная цель организации связи состояла в том, чтобы разделить интеллект ("машинное время") большого мощного и дорогого компьютера между пользователями, работающими за этими терминалами. Это называлось режимом разделения времени, так как большой компьютер последовательно во времени решал задачи множества пользователей. В данном случае достигалось совместное использование самых дорогих в то время ресурсов - вычислительных (рис. 1.1).
Рис. 1.1. Подключение терминалов к центральному компьютеру
Затем были созданы микропроцессоры и первые микрокомпьютеры. Появилась возможность разместить компьютер на столе у каждого пользователя, так как вычислительные, интеллектуальные ресурсы подешевели. Но зато все остальные ресурсы оставались еще довольно дорогими. А что значит голый интеллект без средств хранения информации и ее документирования? Не будешь же каждый раз после включения питания заново набирать выполняемую программу или хранить ее в маловместительной постоянной памяти. На помощь снова пришли средства связи. Объединив несколько микрокомпьютеров, можно было организовать совместное использование ими компьютерной периферии (магнитных дисков, магнитной ленты, принтеров). При этом вся обработка информации проводилась на месте, но ее результаты передавались на централизованные ресурсы. Здесь опять же совместно использовалось самое дорогое, что есть в системе, но уже совершенно по-новому. Такой режим получил название режима обратного разделения времени (рис. 1.2). Как и в первом случае, средства связи снижали стоимость компьютерной системы в целом.
Рис. 1.2. Объединение в сеть первых микрокомпьютеров
Затем появились персональные компьютеры, которые отличались от первых микрокомпьютеров тем, что имели полный комплект достаточно развитой для полностью автономной работы периферии: магнитные диски, принтеры, не говоря уже о более совершенных средствах интерфейса пользователя (мониторы, клавиатуры, мыши и т.д.). Периферия подешевела и стала по цене вполне сравнимой с компьютером. Казалось бы, зачем теперь соединять персональные компьютеры (рис. 1.3)? Что им разделять, когда и так уже все разделено и находится на столе у каждого пользователя? Интеллекта на месте хватает, периферии тоже. Что же может дать сеть в этом случае?
Рис. 1.3. Объединение в сеть персональных компьютеров
Самое главное - это опять же совместное использование ресурса. То самое обратное разделение времени, но уже на принципиально другом уровне. Здесь уже оно применяется не для снижения стоимости системы, а с целью более эффективного использования ресурсов, имеющихся в распоряжении компьютеров. Например, сеть позволяет объединить объем дисков всех компьютеров, обеспечив доступ каждого из них к дискам всех остальных как к собственным.
Но нагляднее всего преимущества сети проявляются в том случае, когда все пользователи активно работают с единой базой данных, запрашивая информацию из нее и занося в нее новую (например, в банке, в магазине, на складе). Никакими дискетами тут уже не обойдешься: пришлось бы целыми днями переносить данные с каждого компьютера на все остальные, содержать целый штат курьеров. А с сетью все очень просто: любые изменения данных, произведенные с любого компьютера, тут же становятся видными и доступными всем. В этом случае особой обработки на месте обычно не требуется, и в принципе можно было бы обойтись более дешевыми терминалами (вернуться к первой рассмотренной ситуации), но персональные компьютеры имеют несравнимо более удобный интерфейс пользователя, облегчающий работу персонала. К тому же возможность сложной обработки информации на месте часто может заметно уменьшить объем передаваемых данных.
Рис. 1.4. Использование локальной сети для организации совместной работы компьютеров
Без сети также невозможно обойтись в том случае, когда необходимо обеспечить согласованную работу нескольких компьютеров. Эта ситуация чаще всего встречается, когда эти компьютеры используются не для вычислений и работы с базами данных, а в задачах управления, измерения, контроля, там, где компьютер сопрягается с теми или иными внешними устройствами (рис. 1.4). Примерами могут служить различные производственные технологические системы, а также системы управления научными установками и комплексами. Здесь сеть позволяет синхронизировать действия компьютеров, распараллелить и соответственно ускорить процесс обработки данных, то есть сложить уже не только периферийные ресурсы, но и интеллектуальную мощь.
Именно указанные преимущества локальных сетей и обеспечивают их популярность и все более широкое применение, несмотря на все неудобства, связанные с их установкой и эксплуатацией.
Под топологией (компоновкой, конфигурацией, структурой) компьютерной сети обычно понимается физическое расположение компьютеров сети друг относительно друга и способ соединения их линиями связи. Важно отметить, что понятие топологии относится, прежде всего, к локальным сетям, в которых структуру связей можно легко проследить. В глобальных сетях структура связей обычно скрыта от пользователей и не слишком важна, так как каждый сеанс связи может производиться по собственному пути.
Топология определяет требования к оборудованию, тип используемого кабеля, допустимые и наиболее удобные методы управления обменом, надежность работы, возможности расширения сети. И хотя выбирать топологию пользователю сети приходится нечасто, знать об особенностях основных топологий, их достоинствах и недостатках надо.
Факторы , влияющие на физическую работоспособность сети и непосредственно связанные с понятием топология.
1)Исправность компьютеров (абонентов) , подключенных к сети. В некоторых случаях поломка абонента может заблокировать работу всей сети. Иногда неисправность абонента не влияет на работу сети в целом, не мешает остальным абонентам обмениваться информацией.
2)Исправность сетевого оборудования , то есть технических средств, непосредственно подключенных к сети (адаптеры, трансиверы, разъемы и т.д.). Выход из строя сетевого оборудования одного из абонентов может сказаться на всей сети, но может нарушить обмен только с одним абонентом.
3)Целостность кабеля сети . При обрыве кабеля сети (например, из-за механических воздействий) может нарушиться обмен информацией во всей сети или в одной из ее частей. Для электрических кабелей столь же критично короткое замыкание в кабеле.
4)Ограничение длины кабеля , связанное с затуханием распространяющегося по нему сигнала. Как известно, в любой среде при распространении сигнал ослабляется (затухает). И чем большее расстояние проходит сигнал, тем больше он затухает (рис. 1.8). Необходимо следить, чтобы длина кабеля сети не была больше предельной длины Lпр, при превышении которой затухание становится уже неприемлемым (принимающий абонент не распознает ослабевший сигнал).
Рис. 1.8. Затухание сигнала при распространении по сети
Существует три базовые топологии сети:
Шина (bus) - все компьютеры параллельно подключаются к одной линии связи. Информация от каждого компьютера одновременно передается всем остальным компьютерам (рис. 1.5).
Рис. 1.5. Сетевая топология шина
Топология шина (или, как ее еще называют, общая шина) самой своей структурой предполагает идентичность сетевого оборудования компьютеров, а также равноправие всех абонентов по доступу к сети. Компьютеры в шине могут передавать информацию только по очереди, так как линия связи в данном случае единственная. Если несколько компьютеров будут передавать информацию одновременно, она исказится в результате наложения (конфликта, коллизии). В шине всегда реализуется режим так называемого полудуплексного (half duplex) обмена (в обоих направлениях, но по очереди, а не одновременно).
В топологии шина отсутствует явно выраженный центральный абонент, через который передается вся информация, это увеличивает ее надежность (ведь при отказе центра перестает функционировать вся управляемая им система). Добавление новых абонентов в шину довольно просто и обычно возможно даже во время работы сети. В большинстве случаев при использовании шины требуется минимальное количество соединительного кабеля по сравнению с другими топологиями.
Поскольку центральный абонент отсутствует, разрешение возможных конфликтов в данном случае ложится на сетевое оборудование каждого отдельного абонента. В связи с этим сетевая аппаратура при топологии шина сложнее, чем при других топологиях. Тем не менее из-за широкого распространения сетей с топологией шина (прежде всего наиболее популярной сети Ethernet) стоимость сетевого оборудования не слишком высока.
Рис. 1.9. Обрыв кабеля в сети с топологией шина
Важное преимущество шины состоит в том, что при отказе любого из компьютеров сети, исправные машины смогут нормально продолжать обмен.
Казалось бы, при обрыве кабеля получаются две вполне работоспособные шины (рис. 1.9). Однако надо учитывать, что из-за особенностей распространения электрических сигналов по длинным линиям связи необходимо предусматривать включение на концах шины специальных согласующих устройств, терминаторов, показанных на рис. 1.5 и 1.9 в виде прямоугольников. Без включения терминаторов сигнал отражается от конца линии и искажается так, что связь по сети становится невозможной. В случае разрыва или повреждения кабеля нарушается согласование линии связи, и прекращается обмен даже между теми компьютерами, которые остались соединенными между собой. Короткое замыкание в любой точке кабеля шины выводит из строя всю сеть.
Отказ сетевого оборудования любого абонента в шине может вывести из строя всю сеть. К тому же такой отказ довольно трудно локализовать, поскольку все абоненты включены параллельно, и понять, какой из них вышел из строя, невозможно.
При прохождении по линии связи сети с топологией шина информационные сигналы ослабляются и никак не восстанавливаются, что накладывает жесткие ограничения на суммарную длину линий связи. Причем каждый абонент может получать из сети сигналы разного уровня в зависимости от расстояния до передающего абонента. Это предъявляет дополнительные требования к приемным узлам сетевого оборудования.
Если принять, что сигнал в кабеле сети ослабляется до предельно допустимого уровня на длине Lпр, то полная длина шины не может превышать величины Lпр. В этом смысле шина обеспечивает наименьшую длину по сравнению с другими базовыми топологиями.
Для увеличения длины сети с топологией шина часто используют несколько сегментов (частей сети, каждый из которых представляет собой шину), соединенных между собой с помощью специальных усилителей и восстановителей сигналов - репитеров или повторителей (на рис. 1.10 показано соединение двух сегментов, предельная длина сети в этом случае возрастает до 2 Lпр, так как каждый из сегментов может быть длиной Lпр). Однако такое наращивание длины сети не может продолжаться бесконечно. Ограничения на длину связаны с конечной скоростью распространения сигналов по линиям связи.
Рис. 1.10. Соединение сегментов сети типа шина с помощью репитера
Звезда (star) - к одному центральному компьютеру присоединяются остальные периферийные компьютеры, причем каждый из них использует отдельную линию связи (рис. 1.6). Информация от периферийного компьютера передается только центральному компьютеру, от центрального - одному или нескольким периферийным.
Рис. 1.6. Сетевая топология звезда
Звезда - это единственная топология сети с явно выделенным центром, к которому подключаются все остальные абоненты. Обмен информацией идет исключительно через центральный компьютер, на который ложится большая нагрузка, поэтому ничем другим, кроме сети, он, как правило, заниматься не может. Понятно, что сетевое оборудование центрального абонента должно быть существенно более сложным, чем оборудование периферийных абонентов. О равноправии всех абонентов (как в шине) в данном случае говорить не приходится. Обычно центральный компьютер самый мощный, именно на него возлагаются все функции по управлению обменом. Никакие конфликты в сети с топологией звезда в принципе невозможны, так как управление полностью централизовано.
Если говорить об устойчивости звезды к отказам компьютеров, то выход из строя периферийного компьютера или его сетевого оборудования никак не отражается на функционировании оставшейся части сети, зато любой отказ центрального компьютера делает сеть полностью неработоспособной. В связи с этим должны приниматься специальные меры по повышению надежности центрального компьютера и его сетевой аппаратуры.
Обрыв кабеля или короткое замыкание в нем при топологии звезда нарушает обмен только с одним компьютером, а все остальные компьютеры могут нормально продолжать работу.
В отличие от шины, в звезде на каждой линии связи находятся только два абонента: центральный и один из периферийных. Чаще всего для их соединения используется две линии связи, каждая из которых передает информацию в одном направлении, то есть на каждой линии связи имеется только один приемник и один передатчик. Это так называемая передача точка-точка. Все это существенно упрощает сетевое оборудование по сравнению с шиной и избавляет от необходимости применения дополнительных, внешних терминаторов.
Проблема затухания сигналов в линии связи также решается в звезде проще, чем в случае шины, ведь каждый приемник всегда получает сигнал одного уровня. Предельная длина сети с топологией звезда может быть вдвое больше, чем в шине (то есть 2 Lпр), так как каждый из кабелей, соединяющий центр с периферийным абонентом, может иметь длину Lпр.
Серьезный недостаток топологии звезда состоит в жестком ограничении количества абонентов. Обычно центральный абонент может обслуживать не более 8-16 периферийных абонентов. В этих пределах подключение новых абонентов довольно просто, но за ними оно просто невозможно. В звезде допустимо подключение вместо периферийного еще одного центрального абонента (в результате получается топология из нескольких соединенных между собой звезд).
Звезда, показанная на рис. 1.6, носит название активной или истинной звезды. Существует также топология, называемая пассивной звездой, которая только внешне похожа на звезду (рис. 1.11). В настоящее время она распространена гораздо более широко, чем активная звезда. Достаточно сказать, что она используется в наиболее популярной сегодня сети Ethernet.
В центре сети с данной топологией помещается не компьютер, а специальное устройство - концентратор или, как его еще называют, хаб (hub), которое выполняет ту же функцию, что и репитер, то есть восстанавливает приходящие сигналы и пересылает их во все другие линии связи.
Рис. 1.11. Топология пассивная звезда и ее эквивалентная схема
Получается, что хотя схема прокладки кабелей подобна истинной или активной звезде, фактически речь идет о шинной топологии, так как информация от каждого компьютера одновременно передается ко всем остальным компьютерам, а никакого центрального абонента не существует. Безусловно, пассивная звезда дороже обычной шины, так как в этом случае требуется еще и концентратор. Однако она предоставляет целый ряд дополнительных возможностей, связанных с преимуществами звезды, в частности, упрощает обслуживание и ремонт сети. Именно поэтому в последнее время пассивная звезда все больше вытесняет истинную звезду, которая считается малоперспективной топологией.
Можно выделить также промежуточный тип топологии между активной и пассивной звездой. В этом случае концентратор не только ретранслирует поступающие на него сигналы, но и производит управление обменом, однако сам в обмене не участвует (так сделано в сети 100VG-AnyLAN).
Большое достоинство звезды (как активной, так и пассивной) состоит в том, что все точки подключения собраны в одном месте. Это позволяет легко контролировать работу сети, локализовать неисправности путем простого отключения от центра тех или иных абонентов (что невозможно, например, в случае шинной топологии), а также ограничивать доступ посторонних лиц к жизненно важным для сети точкам подключения. К периферийному абоненту в случае звезды может подходить как один кабель (по которому идет передача в обоих направлениях), так и два (каждый кабель передает в одном из двух встречных направлений), причем последнее встречается гораздо чаще.
Общим недостатком для всех топологий типа звезда (как активной, так и пассивной) является значительно больший, чем при других топологиях, расход кабеля. Например, если компьютеры расположены в одну линию (как на рис. 1.5), то при выборе топологии звезда понадобится в несколько раз больше кабеля, чем при топологии шина. Это существенно влияет на стоимость сети в целом и заметно усложняет прокладку кабеля.
Кольцо (ring) - компьютеры последовательно объединены в кольцо. Передача информации в кольце всегда производится только в одном направлении. Каждый из компьютеров передает информацию только одному компьютеру, следующему в цепочке за ним, а получает информацию только от предыдущего в цепочке компьютера (рис. 1.7).
Рис. 1.7. Сетевая топология кольцо
Кольцо - это топология, в которой каждый компьютер соединен линиями связи с двумя другими: от одного он получает информацию, а другому передает. На каждой линии связи, как и в случае звезды, работает только один передатчик и один приемник (связь типа точка-точка). Это позволяет отказаться от применения внешних терминаторов.
Важная особенность кольца состоит в том, что каждый компьютер ретранслирует (восстанавливает, усиливает) приходящий к нему сигнал, то есть выступает в роли репитера. Затухание сигнала во всем кольце не имеет никакого значения, важно только затухание между соседними компьютерами кольца. Если предельная длина кабеля, ограниченная затуханием, составляет Lпр, то суммарная длина кольца может достигать NLпр, где N - количество компьютеров в кольце. Полный размер сети в пределе будет NLпр/2, так как кольцо придется сложить вдвое. На практике размеры кольцевых сетей достигают десятков километров (например, в сети FDDI). Кольцо в этом отношении существенно превосходит любые другие топологии.
Четко выделенного центра при кольцевой топологии нет, все компьютеры могут быть одинаковыми и равноправными. Однако довольно часто в кольце выделяется специальный абонент, который управляет обменом или контролирует его. Понятно, что наличие такого единственного управляющего абонента снижает надежность сети, так как выход его из строя сразу же парализует весь обмен.
Строго говоря, компьютеры в кольце не являются полностью равноправными (в отличие, например, от шинной топологии). Ведь один из них обязательно получает информацию от компьютера, ведущего передачу в данный момент, раньше, а другие - позже. Именно на этой особенности топологии и строятся методы управления обменом по сети, специально рассчитанные на кольцо. В таких методах право на следующую передачу (или, как еще говорят, на захват сети) переходит последовательно к следующему по кругу компьютеру. Подключение новых абонентов в кольцо выполняется достаточно просто, хотя и требует обязательной остановки работы всей сети на время подключения. Как и в случае шины, максимальное количество абонентов в кольце может быть довольно велико (до тысячи и больше). Кольцевая топология обычно обладает высокой устойчивостью к перегрузкам, обеспечивает уверенную работу с большими потоками передаваемой по сети информации, так как в ней, как правило, нет конфликтов (в отличие от шины), а также отсутствует центральный абонент (в отличие от звезды), который может быть перегружен большими потоками информации.
Рис. 1.12. Сеть с двумя кольцами
Сигнал в кольце проходит последовательно через все компьютеры сети, поэтому выход из строя хотя бы одного из них (или же его сетевого оборудования) нарушает работу сети в целом. Это существенный недостаток кольца.
Точно так же обрыв или короткое замыкание в любом из кабелей кольца делает работу всей сети невозможной. Из трех рассмотренных топологий кольцо наиболее уязвимо к повреждениям кабеля, поэтому в случае топологии кольца обычно предусматривают прокладку двух (или более) параллельных линий связи, одна из которых находится в резерве.
Иногда сеть с топологией кольцо выполняется на основе двух параллельных кольцевых линий связи, передающих информацию в противоположных направлениях (рис. 1.12). Цель подобного решения - увеличение (в идеале - вдвое) скорости передачи информации по сети. К тому же при повреждении одного из кабелей сеть может работать с другим кабелем (правда, предельная скорость уменьшится).
В случае звездно-кольцевой (star-ring) топологии в кольцо объединяются не сами компьютеры, а специальные концентраторы (изображенные на рис. 1.16 в виде прямоугольников), к которым в свою очередь подключаются компьютеры с помощью звездообразных двойных линий связи. В действительности все компьютеры сети включаются в замкнутое кольцо, так как внутри концентраторов линии связи образуют замкнутый контур (как показано на рис. 1.16). Данная топология дает возможность комбинировать преимущества звездной и кольцевой топологий. Например, концентраторы позволяют собрать в одно место все точки подключения кабелей сети. Если говорить о распространении информации, данная топология равноценна классическому кольцу.
В заключение надо также сказать о сеточной топологии (mesh), при которой компьютеры связываются между собой не одной, а многими линиями связи, образующими сетку (рис. 1.17).
Рис. 1.17. Сеточная топология: полная (а) и частичная (б)
В полной сеточной топологии каждый компьютер напрямую связан со всеми остальными компьютерами. В этом случае при увеличении числа компьютеров резко возрастает количество линий связи. Кроме того, любое изменение в конфигурации сети требует внесения изменений в сетевую аппаратуру всех компьютеров, поэтому полная сеточная топология не получила широкого распространения.
Частичная сеточная топология предполагает прямые связи только для самых активных компьютеров, передающих максимальные объемы информации. Остальные компьютеры соединяются через промежуточные узлы. Сеточная топология позволяет выбирать маршрут для доставки информации от абонента к абоненту, обходя неисправные участки. С одной стороны, это увеличивает надежность сети, с другой же – требует существенного усложнения сетевой аппаратуры, которая должна выбирать маршрут.
Для понимания взаимосвязи ЛВС СКС (локальных сетей и структурированных кабельных сетей) следует знать о таком типе сети, как ВОЛС. Волоконно-оптическая линия передачи или волоконно-оптическая линия связи, традиционно называемая аббревиатурой ВОЛС, представляет собой коммуникационный канал (линию), который осуществляет передачу информации посредством оптоволокна, специального материала, отличающегося от других крайне низкой степенью ослабления сигнала на расстоянии. Такое свойство волоконной оптики позволяет применять её в магистральных сетях для передачи данных на огромные дистанции.
СКС расшифровывается как структурированная кабельная система. Насколько правильно организована СКС, настолько эффективна информационная структура всей компании. СКС как комплекс многочисленных элементов включает в себя такие элементы
Локальная вычислительная сеть (ЛВС) как часть СКС используется для передачи, обработки и хранения данных в границах определенного пространства (предприятия, подразделения, офиса). Правильно подготовленный проект ЛВС в рамках СКС, соответствующим образом реализованный, обеспечивает высокую пропускную способность сети в совокупности с возможностью контроля данных, управления доступом к сети и централизованного дистанционного управления подключенным оборудованием.
Итак, если расположить вышеописанные типы сетей в порядке их масштабности, то получится следующая картина - протяженная и масштабная ВОЛС соединяется с СКС предприятия, которая, в свою очередь, включает в себя ЛВС.
Что ВОЛС, что СКС, что ЛВС проектируются и создаются на основе единых принципов. Процесс возведения каждого из типов сетей можно разделить на два крупных этапа - проектирование и монтаж СКС, ЛВС или ВОЛС. Рассмотрим их по порядку.
Пояснительная записка, составляемая при проектировании ВОЛС, СКС или ЛВС, содержит общее описание и характеристики объекта в целом, определяет его предназначение, устанавливает общие требования технического характера и касающиеся монтажа сети.
Кабельный журнал, в котором есть нумерованный инвентаризационный перечень всех кабелей, портов и розеток, входящих в состав сети, является основным рабочим документом.
Техническая часть - это прежде всего спецификации оборудования, а графическая - различные схемы, поэтажные планы.
Затем происходит установка и монтаж кабелей, технических устройств, проводится настройка. Осуществляется пусконаладка.
Доказательством и документальным подтверждением качественно и полноценно проведенного процесса создания сети ВОЛС, СКС или ЛВС является протокол, подписываемый сторонами заказчика и исполнителя. Только опытные и высококвалифицированные специалисты в области проектирования и монтажа СКС и иных кабельных сетей могут гарантировать высокий уровень качества построения сети, стабильной и эффективной её работы.
Классификация ЛВС
По расстоянию между узлами
территориальные
региональные и глобальные
локальные
корпоративные
интрасетей
По топологии
шинная
кольцевая
звездная
иерархическая
Смешанная топология подсети
По способу управления
"клиент/сервер"
одноранговые
Ethernet
Fast Ethernet
Gigabit Ethernet
Сети Gigabit Ethernet совместимы с сетевой инфраструктурой Ethernet и Fast Ethernet, но функционируют со скоростью 1000 Мбит/с - в 10 раз быстрее Fast Ethernet. Gigabit Ethernet - мощное решение, позволяющее устранить "узкие места" основной сети (куда подключаются сетевые сегменты, и где находятся серверы). "Узкие места" возникают из-за появления требовательных к полосе пропускания приложений, все большего увеличения непредсказуемых потоков трафика интрасетей и приложений мультимедиа. Gigabit Ethernet предоставляет способ плавного перевода рабочих групп Ethernet и Fast Ethernet на новую технологию. Такой переход оказывает минимальное влияние на их деятельность и позволяет достичь более высокой производительности.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Выбор типа сетевого кабеля
Исходя из сложной структуры проектируемой локальной сети, было принято решение в основном помещении, где находятся группа менеджеров, бухгалтерия, технический отдел и серверная, использовать кабель «витая пара». Удалённые здания, находящиеся на расстоянии 500-800 метров от основного здания (отдел оптовой торговли и автопарк) было решено подключить к локальной сети через одномодовое ступенчатое оптическое волокно. Загородную складскую базу, находящуюся на расстоянии 1500 метров от основного здания, необходимо подключить через Wi-Fi.
Защита данных
Для обеспечения безопасной работы сервера используются комплексы организационных, технологических, программных и аппаратных (технических) мер и средств.
Антивирусные программы (antivirus programs) – это класс программ, предназначенных для борьбы с компьютерными вирусами и последствиями их действия. В зависимости от назначения и принципа действия различают антивирусные программы:
- "сторожа" или "детекторы" - предназначенные для обнаружения файлов, зараженных известными вирусами, или признаков, указывающих на возможность заражения;
- "фаги" ("полифаги") или "доктора" - предназначенные для обнаружения и устранения известных им вирусов;
- "ревизоры" - контролирующие уязвимые и, соответственно, наиболее часто атакуемые вирусами компоненты памяти ЭВМ и способные в случае обнаружения изменений в файлах и системных областях дисков вернуть их в исходное состояние;
- "резидентные мониторы" или "фильтры" - резидентно располагающиеся в оперативной памяти и перехватывающие обращения к операционной системе, которые используются вирусами для размножения и нанесения вреда, с целью предоставления пользователю возможности принятия решения на запрет или выполнение соответствующих операций;
- "комплексные" - выполняющие функции нескольких перечисленных выше антивирусных программ.
Программа от несанкционированного доступа - Check Point Firewall -1
Комплект продуктов сетевой безопасности, называемый Check Point FireWall-1, обеспечивает контроль доступа в сетях Интернет, интранет, экстранет, а также удаленного доступа с расширенными функциями авторизации и установления подлинности пользователей. FireWall -1 позволяет транслировать сетевые адреса (NAT) и сканировать потоки данных на наличие недопустимой информации и вирусов. Широкий набор основных и сервисных функций дает возможность реализовать интегрированное решение по обеспечению сетевой и информационной безопасности, полностью отвечающее современным требованиям любых организации, как крупных, так и небольших.
Fire Wall -1 позволяет организации создать единую, интегрированную политику безопасности, которая распространялась бы на множество межсетевых экранов и управлялась бы с любой выбранной для этого точки сети предприятия. Продукт имеет и массу дополнительных возможностей, таких, как управление списками доступа аппаратных маршрутизаторов, балансировка сетевой нагрузки на серверы, а также и элементы для построения систем повышенной надежности, которые также полностью интегрируются в глобальную политику безопасности. Работа Check Point FireWall-1 прозрачна для пользователей и обеспечивает рекордную производительность практически для любого IР протокола и высокоскоростной технологии передачи данных
Рисунок 3 - Архитектура Fire Wall -1
FireWall-1 базируется на архитектуре Stateful Inspection , обеспечивающей наилучший уровень защиты. Рисунок 3 иллюстрирует основные компоненты архитектуры FireWall-1 подлинности пользователей.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате проделанной расчётно-графической работы была организована локальная вычислительная сеть в каждом из офисов. Был обоснован выбор основной топологии, исходя из стандартных разновидностей и технологии, которые соответствуют всем современным меркам передачи информации.
Были определены параметры рабочих станции и сервера, состав необходимого сетевого оборудования, характеристики сетевого оборудования, способ управления сетью. Были изучены основные стандарты беспроводной передачи данных, и описаны уровни безопасности, выбран самый оптимальный для нашего случая.
Были обоснованы выборы технологии передачи данных, физическая среда передачи. Также определили основные устройства подключения и их характеристики. Наконец, была определена сводная ведомость оборудования и программ, в которой определен необходимый объём персональных компьютеров, сетевого оборудования. Также было рассчитано среднее время доступа к станции сети,а также рассчитаны затраты на разработку локальной вычислительной системы.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Конспект лекций по дисциплине «Сети ЭВМ и телекоммуникации»
2. Алиев Т.И «Сети и телекоммуникации»
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Понятие локальной вычислительной сети (ЛВС)
Локальная сеть (ЛВС) представляет собой коммуникационную систему, позволяющую совместно использовать ресурсы компьютеров, подключенных к сети, таких как принтеры, плоттеры, диски, модемы, приводы CD-ROM и другие периферийные устройства. Локальная сеть обычно ограничена территориально одним или несколькими близко расположенными зданиями.
Классификация ЛВС
Вычислительные сети классифицируются по ряду признаков.
По расстоянию между узлами
В зависимости от расстояний между связываемыми узлами различают вычислительные сети:
территориальные - охватывающие значительное географическое пространство;
среди территориальных сетей можно выделить сети региональные и глобальные , имеющие соответственно региональные или глобальные масштабы;
региональные сети иногда называют сетями MAN (Metropolitan Area Network), а общее англоязычное название для территориальных сетей - WAN (Wide Area Network);
локальные (ЛВС) - охватывающие ограниченную территорию (обычно в пределах удаленности станций не более чем на несколько десятков или сотен метров друг от друга, реже на 1...2 км);
локальные сети обозначают LAN (Local Area Network);
корпоративные (масштаба предприятия) - совокупность связанных между собой ЛВС, охватывающих территорию, на которой размещено одно предприятие или учреждение в одном или нескольких близко расположенных зданиях. Локальные и корпоративные вычислительные сети - основной вид вычислительных сетей, используемых в системах автоматизированного проектирования (САПР).
Особо выделяют единственную в своем роде глобальную сеть Internet (реализованная в ней информационная служба World Wide Web (WWW) переводится на русский язык как всемирная паутина);
это сеть сетей со своей технологией. В Internet существует понятие интрасетей (Intranet) - корпоративных сетей в рамках Internet.
По топологии
Сетевая топология – это геометрическая форма сети. В зависимости от топологии соединений узлов различают сети шинной (магистральной), кольцевой, звездной, иерархической, произвольной структуры(рисунок 1).
шинная (bus) - локальная сеть, в которой связь между любыми двумя станциями устанавливается через один общий путь и данные, передаваемые любой станцией, одновременно становятся доступными для всех других станций, подключенных к этой же среде передачи данных (последнее свойство называют широковещательностью);
кольцевая (ring) - узлы связаны кольцевой линией передачи данных (к каждому узлу подходят только две линии); данные, проходя по кольцу, поочередно становятся доступными всем узлам сети;
звездная (star) - имеется центральный узел, от которого расходятся линии передачи данных к каждому из остальных узлов;
иерархическая - каждое устройство обеспечивает непосредственное управление устройствами, находящимися ниже в иерархии.
Смешанная топология - топология, преобладающая в крупных сетях произвольными связями между компьютерами. В таких сетях можно выделить отдельные произвольно связанные фрагменты (подсети ), имеющие типовою топологию, поэтому их называют сетями со смешанной топологией.
Рисунок 1 Сетевые топологии а) шинная; б) кольцевая; в) звезда; г) иерархическая; д) смешанная.
По способу управления
В зависимости от способа управления различают сети:
"клиент/сервер" - в них выделяется один или несколько узлов (их название - серверы), выполняющих в сети управляющие или специальные обслуживающие функции, а остальные узлы (клиенты) являются терминальными, в них работают пользователи. Сети клиент/сервер различаются по характеру распределения функций между серверами, другими словами по типам серверов (например, файл-серверы, серверы баз данных). При специализации серверов по определенным приложениям имеем сеть распределенных вычислений. Такие сети отличают также от централизованных систем, построенных на мэйнфреймах;
одноранговые - в них все узлы равноправны; поскольку в общем случае под клиентом понимается объект (устройство или программа), запрашивающий некоторые услуги, а под сервером - объект, предоставляющий эти услуги, то каждый узел в одноранговых сетях может выполнять функции и клиента, и сервера.
Технологии построения локальных сетей.\
Ethernet
Ethernet - самая популярная технология построения локальных сетей. Основанная на стандарте IEEE 802.3, Ethernet передает данные со скоростью 10 Мбит/с. В сети Ethernet устройства проверяют наличие сигнала в сетевом канале ("прослушивают" его). Если канал не использует никакое другое устройство, то устройство Ethernet передает данные. Каждая рабочая станция в этом сегменте локальной сети анализирует данные и определяет, предназначены ли они ей. Такая схема наиболее действенна при небольшом числе пользователей или незначительном количестве передаваемых в сегменте сообщений. При увеличении числа пользователей сеть будет работать не столь эффективно. В этом случае оптимальное решение состоит в увеличении числа сегментов для обслуживания групп с меньшим числом пользователей. Между тем в последнее время наблюдается тенденция предоставлять каждой настольной системе выделенные линии 10 Мбит/с. Эта тенденция определяется доступностью недорогих коммутаторов Ethernet. Передаваемые в сети Ethernet пакеты могут иметь переменную длину.
Fast Ethernet
В сети Fast Ethernet применяется та же базовая технология, что и в Ethernet - множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов (CSMA/CD, Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection). Обе технологии основаны на стандарте IEEE 802.3. В результате для создания сетей обоих типов можно использовать (в большинстве случаев) один и тот же тип кабеля, одинаковые сетевые устройства и приложения. Сети Fast Ethernet позволяют передавать данные со скоростью 100 Мбит/с, то есть в десять раз быстрее Ethernet. При усложнении приложений и увеличении числа обращающихся к сети пользователей такая повышенная пропускная способность может помочь избавиться от "узких мест", вызывающих увеличение времени отклика сети.
