В связи с большой площадью территории, большим количеством зданий, цехов, подразделений и пользователей (около 1500 пользователей) для повышения производительности, отказоустойчивости сети необходимо разделить ее на логически независимые объекты, которые будут объединены между собой узловыми сетевыми устройствами. В тоже время разделение большой сети на более мелкие обеспечит возможность более простого ее администрирования. Таким образом, топология ЛВС предприятия будет выполнена в виде иерархической звезды. В качестве технологии канального уровня будет использоваться семейство высокоскоростных версий Ethernet.

Для обеспечения разделения ответственности между коммутаторами будет использована типовая архитектура, состоящая из: коммутаторов уровня ядра сети, коммутаторов уровня распределения и уровня доступа. От коммутаторов, установленных на уровне ядра сети, требуется высокая производительность и отказоустойчивость. Так как именно от них будет зависеть работоспособность всей сети. Коммутаторы распределения будут расположены по территории предприятия, ближе к группам коммутаторов доступа, к которым уже и подключаются конечные пользователи ресурсов ЛВС. Непосредственно к коммутатору ядра сети подключаются коммутаторы серверных шкафов, которые обслуживают, так называемые SAN (Storage area network), локальные сети внутри серверных шкафов.

Предприятие разделено на 5 зон, каждая из которых будут обслуживаться от своего коммутатора уровня распределения. Зоны выбраны в зависимости от месторасположения и количества пользователей. Схема ЛВС предприятия отображена на рисунке 2.

Логически такая крупная сеть должна быть разделена на несколько сетей более мелкого размера. При такой реализации подходе повысится производительность сети, так как широковещательный и другой «сорный трафик» не будет распространяться по все сети, занимая пропускную способность сети. В случае возникновения сбоев в работе сети, таких как широковещательных шторм, из строя выйдет только небольшой логический фрагмент сети, проблему в котором можно будет выявить и исправить значительно быстрее. То есть в таком случае обеспечивается удобство администрирования сети. При проведении каких-либо работ по перестройки сети, можно будет это делать по частям, что упрощает работу сетевых администраторов и позволяет вывести из эксплуатации небольшое количество пользователей на время проведения работ.

Рисунок 2 - Топология ЛВС предприятия

Для разделения сети на будет использована технология virtual local area network (VLAN). На каждое подразделение, а иногда на группу более мелких подразделений, будет организована своя виртуальная сеть. Так же будут созданы несколько vlan-ов для соединения коммутаторов ядра сети и уровня распределения. В каждой такой сети будет использованы уникальные сетевые адреса. Виртуальные сети для размещения подразделений в свои уникальные vlanы будут использоваться порты коммутаторов уровней ядра и распределения. Это будет сделано в ходе конфигурирования активных сетевых устройств.

Как видно из схемы для связи коммутаторов ядра и распределения будут использоваться несколько логических каналов. Будет реализована топология ядра сети «звезда + кольцо». От коммутатора ядра звездой расходятся каналы до коммутаторов распределения, они выделены на схеме голубым цветом. Таким образом получается «звезда». Эти каналы будут выделены в отдельный vlan, который будет использоваться только для связи магистральных коммутаторов.

Желтым цветом выделены каналы, которые будут связывать магистральные коммутаторы в «кольцо». Ранее было недопустимо создание петель в сетях Ethernet. Но требования к надежности сети привели к тому что стали разрабатываться технологии, способные поддерживать избыточные связи в сети, для резервирования каналов. Ethernet Ring Protection Switching (ERPS) одна из технологий которые позволяют организовывать отказоустойчивые топологии сети. Выбрана была она, а не Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP), за быстрое время восстановления работоспособности сети в случае выхода одного из каналов из строя. Для протокола RSTP время сходимости составляет менее 10 секунд, в то время как для ERPS - менее 50 миллисекунд. Это так же будет отдельный vlan, используемый только магистральными коммутаторами.

Для объединения всех виртуальных сетей и нахождения маршрутов между ними будет использована динамическая маршрутизация. А именно протокол Open Shortest Path First version 2 (OSPFv2). Каждый из магистральных коммутаторов будет иметь возможность работы на 3 уровне модели OSI, то есть будет являться коммутатором уровня L3. В домене протокола OSPF будет выделена одна магистральная зона - backbone. В ней будут находиться только маршрутизаторы (встроенные в коммутаторы L3), которые будут обмениваться между собой сведениями о подключенных к ним виртуальным сетям. В этом протоколе необходимо выделение корня домена OSPF - Designated root (DR), и необходимо наличие резервного корня - Backup designated root (BDR). В качестве DR будет использоваться коммутатор уровня ядра, в качестве BDR - один из коммутаторов уровня распределения.

Каждый коммутатор уровня доступа пользователей будет использоваться в своем конкретном vlanе, выделенном для него на коммутаторе уровня распределения. В некоторых случаях такие коммутаторы могут быть использованы для подключения к ним коммутаторов на меньшие количества портов, но для логики работы сети это не имеет значения.

Таким образом организуется производительная, отказоустойчивая и легко масштабируемая архитектура локальной вычислительной сети.

• Производительность. Обеспечивается грамотно спроектированной архитектурой без узких мест и применением Hi-end оборудования с высокой пропускной способностью, в частности, модульных коммутаторов на уровне ядра и агрегации.
• Надежность и отказоустойчивость. Обеспечивается построением отказоустойчивых логических топологий и протоколов автоматического перестроения путей прохождения сетевого трафика в случае отказа отдельных устройств, без перерыва в работе ЛВС. На уровне технических средств – дублированием оборудования ключевых узлов и его компонентов (блоков питания, модулей управления и т.п.), а также каналов связи.
• Управление и мониторинг. Обеспечиваются внедрением комплексной системы управления и мониторинга всем сетевым оборудованием. Как правило, для максимальной совместимости применяется система управления и мониторинга того же производителя, что и используемое сетевое оборудование. Но могут также использоваться решения сторонних производителей, обладающие порой не худшими функциональными возможностями.
• Защита и контроль. Обеспечивается сквозным применением политик безопасности на всем пути прохождения сетевого трафика. Управление политиками, анализ журналов безопасности и корреляция событий осуществляются централизованно.
• Масштабирование. Обеспечивается путем условного разделения всей сетевой инфраструктуры на отдельные функциональные модули и использования классической трехуровневой архитектуры с четко выделенными уровнями доступа, агрегации и ядра сети. Это позволяет гибко наращивать возможности каждого модуля и добавлять новые модули. На уровне технических средств – применением модульных коммутаторов с высокой пропускной способностью и портовой емкостью. Модульная архитектура позволяет оптимизировать первоначальные затраты и наращивать портовую емкость по мере необходимости.
• Стандартизация и унификация. Обеспечивается применением только утвержденных типовых решений и регламентов облуживания. По возможности, используются открытые стандартные протоколы и технологии, что позволяет снизить зависимость от проприетарных решений и отдельных производителей. Унификация также способствует максимальной совместимости всех компонентов сетевой инфраструктуры и позволяет сократить затраты на ее обслуживание.
• Затраты должны быть обоснованы, но не должны ограничивать возможности предлагаемого решения.

Локальные вычислительные сети. Типы и характеристики ЛВС

Локальная вычислительная сеть представляет собой систему распределенной обработки данных, охватывающую небольшую территорию (диаметром до 10 км) внутри учреждений, НИИ, вузов, банков, офисов и т.п., это система взаимосвязанных и распределенных на фиксированной территории средств передачи и обработки информации, ориентированных на коллективное использование общесетевых ресурсов - аппаратных, информационных, программных. ЛВС можно рассматривать как коммуникационную систему, которая поддерживает в пределах одного здания или некоторой ограниченной территории один или несколько высокоскоростных каналов передачи информации, предоставляемых подключенным абонентским системам (АС) для кратковременного использования.

В обобщенной структуре ЛВС выделяются совокупность абонентских узлов, или систем (их число может быть от десятков до сотен), серверов и коммуникационная подсеть (КП).

Основными компонентами сети являются кабели (передающие среды), рабочие станции (АРМ пользователей сети), платы интерфейса сети (сетевые адаптеры), серверы сети.

Рабочими станциями (PC) в ЛВС служат, как правило, персональные компьютеры (ПК). На PC пользователями сети реализуются прикладные задачи, выполнение которых связано с понятием вычислительного процесса.

Серверы сети - это аппаратно-программные системы, выполняющие функции управления распределением сетевых ресурсов общего доступа, которые могут работать и как обычная абонентская система. В качестве аппаратной части сервера используются достаточно мощный ПК, мини-ЭВМ, большая ЭВМ или компьютер, спроектированный специально как сервер. В ЛВС может быть несколько различных серверов для управления сетевыми ресурсами, однако всегда имеется один (или более) файл-сервер (сервер баз данных) для управления внешними ЗУ общего доступа и организации распределенных баз данных (РБД).

Рабочие станции и серверы соединяются с кабелем коммуникационной подсети с помощью интерфейсных плат - сетевых адаптеров (СА). Основные функции СА: организация приема (передачи) данных из (в) PC, согласование скорости приема (передачи) информации (буферизация), формирование пакета данных, параллельно-последовательное преобразование (конвертирование), кодирование (декодирование) данных, проверка правильности передачи, установление соединения с требуемым абонентом сети, организация собственно обмена данными. В ряде случаев перечень функций СА существенно увеличивается, и тогда они строятся на основе микропроцессоров и встроенных модемов.

В ЛВС в качестве кабельных передающих сред используются витая пара, коаксиальный кабель и оптоволоконный кабель.

Кроме указанного, в ЛВС используется следующеесетевое оборудование:

приемопередатчики (трансиверы) иповторители (репитеры) - для объединения сегментов локальной сети с шинной топологией;

концентраторы (хабы) - для формирования сети произвольной топологии (используются активные и пассивные концентраторы);

мосты - для объединения локальных сетей в единое целое и повышения производительности этого целого путем регулирования трафика (данных пользователя) между отдельными подсетями;

маршрутизаторы и коммутаторы - для реализации функций коммутации и маршрутизации при управлении графиком в сегментированных (состоящих из взаимосвязанных сегментов) сетях. В отличие от мостов, обеспечивающих сегментацию сети на физическом уровне, маршрутизаторы выполняют ряд «интеллектуальных» функций при управлении графиком. Коммутаторы, выполняя практически те же функции, что и маршрутизаторы, превосходят их по производительности и обладают меньшей латентностью (аппаратная временная задержка между получением и пересылкой информации);

модемы (модуляторы - демодуляторы) - для согласования цифровых сигналов, генерируемых компьютером, с аналоговыми сигналами типичной современной телефонной линии;

анализаторы - для контроля качества функционирования сети;

сетевые тестеры - для проверки кабелей и отыскания неисправностей в системе установленных кабелей.

Основные характеристики ЛВС:

Территориальная протяженность сети (длина общего канала связи);

Максимальная скорость передачи данных;

Максимальное число АС в сети;

Максимально возможное расстояние между рабочими станциями в сети;

Топология сети;

Вид физической среды передачи данных;

Максимальное число каналов передачи данных;

Тип передачи сигналов (синхронный или асинхронный);

Метод доступа абонентов в сеть;

Структура программного обеспечения сети;

Возможность передачи речи и видеосигналов;

Условия надежной работы сети;

Возможность связи ЛВС между собой и с сетью более высокого уровня;

Возможность использования процедуры установления приоритетов при одновременном подключении абонентов к общему каналу.

К наиболее типичнымобластям применения ЛВС относятся следующие .

Обработка текстов - одна из наиболее распространенных функций средств обработки информации, используемых в ЛВС. Передача и обработка информации в сети, развернутой на предприятии (в организации, вузе и т.д.), обеспечивает реальный переход к «безбумажной» технологии, вытесняя полностью или частично пишущие машинки.

Организация собственных информационных систем, содержащих автоматизированные базы данных - индивидуальные и общие, сосредоточенные и распределенные. Такие БД могут быть в каждой организации или фирме.

Обмен информацией между АС сети - важное средство сокращения до минимума бумажного документооборота. Передача данных и связь занимают особое место среди приложений сети, так как это главное условие нормального функционирования современных организаций.

Обеспечение распределенной обработки данных , связанное с объединением АРМ всех специалистов данной организации в сеть. Несмотря на существенные различия в характере и объеме расчетов, проводимых на АРМ специалистами различного профиля, используемая при этом информация в рамках одной организации, как правило, находится в единой (интегрированной) базе данных. Поэтому объединение таких АРМ в сеть является целесообразным и весьма эффективным решением.

Поддержка принятия управленческих решений, предоставляющая руководителям и управленческому персоналу организации достоверную и оперативную информацию, необходимую для оценки ситуации и принятия правильных решений.

Организация электронной почты - один из видов услуг ЛВС, позволяющих руководителям и всем сотрудникам предприятия оперативно получать всевозможные сведения, необходимые в его производственно-хозяйственной, коммерческой и торговой деятельности.

Коллективное использование дорогостоящих ресурсов - необходимое условие снижения стоимости работ, выполняемых в порядке реализации вышеуказанных применений ЛВС. Речь идет о таких ресурсах, как высокоскоростные печатающие устройства, запоминающие устройства большой емкости, мощные средства обработки информации, прикладные программные системы, базы данных, базы знаний. Очевидно, что такие средства нецелесообразно (вследствие невысокого коэффициента использования и дороговизны) иметь в каждой абонентской системе сети. Достаточно, если в сети эти средства имеются в одном или нескольких экземплярах, но доступ к ним обеспечивается для всех АС.

В зависимости от характера деятельности организации, в которой развернута одна или несколько локальных сетей, указанные функции реализуются в определенной комбинации. Кроме того, могут выполняться и другие функции, специфические для данной организации.

Типы ЛВС. Для деления ЛВС на группы используются определенные классификационные признаки .

По назначению ЛВС делятся на информационные (информационно-поисковые), управляющие (технологическими, административными, организационными и другими процессами), расчетные, информационно-расчетные, обработки документальной информации и др.

По типам используемых в сети ЭВМ их можно разделить на неоднородные, где применяются различные классы (микро-, мини-, большие) и модели (внутри классов) ЭВМ, а также различное абонентское оборудование, и однородные, содержащие Одинаковые модели ЭВМ и однотипный состав абонентских средств.

По организации управления однородные ЛВС различаются на сети с централизованным и децентрализованным управлением.

В сетях с централизованным управлением выделяются одна или несколько машин (центральных систем или органов), управляющих работой сети. Диски выделенных машин, называемых файл-серверами или серверами баз данных, доступны всем другим компьютерам (рабочим станциям) сети. На серверах работает сетевая ОС, обычно мультизадачная. Рабочие станции имеют доступ к дискам серверов и совместно используемым принтерам, но, как правило, не могут работать непосредственно с дисками других PC. Серверы могут быть выделенными, и тогда они выполняют только задачи управления сетью и не используются как PC, или невыделенными, когда параллельно с задачей управления сетью выполняют пользовательские программы (при этом снижается производительность сервера и надежность работы всей сети из-за возможной ошибки в пользовательской программе, которая может привести к остановке работы сети). Такие сети отличаются простотой обеспечения функций взаимодействия между АС ЛВС, но их применение целесообразно при сравнительно небольшом числе АС в сети. В сетях с централизованным управлением большая часть информационно-вычислительных ресурсов сосредоточена в центральной системе. Они отличаются также более надежной системой защиты информации.

Если информационно-вычислительные ресурсы ЛВС равномерно распределены по большому числу АС, централизованное управление малоэффективно из-за резкого увеличения служебной (управляющей) информации. В этом случае эффективными оказываются сети с децентрализованным (распределенным) управлением, или одноранговые. В таких сетях нет выделенных серверов, функции управления сетью передаются по очереди от одной PC к другой. Рабочие станции имеют доступ к дискам и принтерам других PC. Это облегчает совместную работу групп пользователей, но производительность сети несколько понижается. Недостатки одноранговых сетей: зависимость эффективности функционирования сети от количества АС, сложность управления сетью, сложность обеспечения защиты информации от несанкционированного доступа.

По скорости передачи данных в общем канале различают:

ЛВС с малой пропускной способностью (единицы мегабитов в секунду), в которых в качестве физической передающей среды используется обычно витая пара или коаксиальный кабель;

ЛВС со средней пропускной способностью (десятки мегабитов в секунду), в которых используется также коаксиальный кабель или витая пара;

ЛВС с большой пропускной способностью (сотни мегабитов в секунду), где применяются оптоволоконные кабели (световоды). По топологии, т.е. конфигурации элементов в сети ЛВС делятся: на, общую шину, кольцо, звезду и др. По топологии , т.e. конфигурации элементов в ТВС, сети могут делиться на два класса: широковещательные (рис. 1) и последовательные (рис. 2). Широковещательные конфигурации и значительная часть последовательных конфигураций (кольцо, звезда с «интеллектуальным центром», иерархическая) характерны для ЛВС. Для глобальных и региональных сетей наиболее распространенной является произвольная (ячеистая) топология. Нашли применение также иерархическая конфигурация и звезда.

Рис. 1. Широковещательные конфигурации сетей: а - общая шина;

б - дерево; в - звезда с пассивным центром

Рис. 2. Последовательные конфигурации сетей а - произвольная (ячеистая), б - иерархическая; в - кольцо, г - цепочка; д - звезда с «интеллектуальным» центром

Виртуальные ЛВС

Виртуальной локальной вычислительной сетью (ВЛВС) называется логически объединенная группа пользователей ЛВС в противоположность физическому объединению, основанному на территориальном признаке и топологии сети . Такие сети полностью ликвидируют физические барьеры на пути формирования рабочих групп «по интересам» в масштабе сети более высокого уровня, но особенно это актуально в масштабе корпоративной вычислительной сети (КВС), поскольку реализуется возможность объединения физически рассредоточенных сотрудников компании в группы пользователей c сохранением целостности связи внутри их групп. При этом обеспечивается высокая организационная гибкость в управлении компанией. Технология ВЛВС позволяет сетевым администраторам группировать разных пользователей КВС, совместно использующих одни и те же сетевые ресурсы. Разбиение КВС на логические сегменты, каждый из которых представляет собой ВЛВС, предоставляет существенные преимущества в администрировании сети, обеспечении безопасности информации, в управлении широковещательными передачами из виртуальной сети по магистрали корпоративной сети.

Для организации и обеспечения функционирования ВЛВС используются такие основные компоненты:

Высокопроизводительные коммутаторы, предназначенные для логической сегментации подключенных к ним конечных станций;

Маршрутизаторы, работающие на сетевом уровне модели ВОС и обеспечивающие расширение виртуального взаимодействиямежду рабочими группами и повышение совместимости с установленными ЛВС;

Транспортные протоколы, регулирующие передачу трафика ВЛВС через магистрали разделяемых ЛВС- и АТМ-сетей;

Решения по управлению сетями, которые предлагают функции централизованного управления, конфигурирования и управления графиком.

Эти компоненты позволяют объединить пользователей в виртуальные сети на основе портов, адресов или протоколов.

ВЛВС, основанная на портах, представляет собой наиболее простой способ группирования сетевых устройств. При такой организации виртуальной сети все удаленные устройства, приписанные к определенным портам высокопроизводительного коммутатора сети, объединяются в одну ВЛВС независимо от их адресов, протоколов, приложений.

Виртуальная сеть, основанная на адресах, может поддерживать несколько рабочих групп пользователей на одном коммутируемом порте. Соответствующие устройства этих рабочих групп объединяются в подсети на основе их адресов.

В виртуальной сети, основанной на протоколах, объединяются в различные логические группы сетевые устройства на базе протоколов IP, IPX и др. Эти устройства обычно работают на сетевом уровне и называются маршрутизаторами. Если же они способны совмещать работу с несколькими протоколами, то это мультипротокольные маршрутизаторы.

Локальная вычислительная сеть - это понятие, знакомое многим не понаслышке. Практически каждое предприятие использует эту технологию, поэтому можно утверждать, что каждый человек так или иначе сталкивался с ней. Локальные сети существенно ускорили производственные процессы, тем самым дав резкий скачок дальнейшему их применению по всему земному шару. Все это позволяет прогнозировать дальнейший рост и развитие подобной системы передачи данных, вплоть до внедрения ЛВС на каждом, даже самом небольшом предприятии.

Понятие локальной сети

Локальная вычислительная сеть представляет собойнекое количество компьютеров, соединенных между собой специальным оборудованием, позволяющим осуществлять полноценный обмен информацией между ними. Важной особенностью этого вида передачи данных является относительно небольшая территория размещения узлов связи, то есть самих вычислительных машин.

Локальные сети не только существенно облегчают взаимодействие между пользователями, но и выполняют некоторые другие функции:

• Упрощают работу с документацией. Сотрудники могут редактировать и просматривать файлы на своем рабочем месте. При этом надобность в коллективных собраниях и совещаниях отпадает, что экономит драгоценное время.
• Позволяют работать над документами совместно с коллегами, когда каждый находится за своим компьютером.
• Дают возможность доступа к приложениям, установленным на сервере, что позволяет экономить свободное пространство на установленном жестком диске.
• Экономят пространство на жестком диске, позволяя сохранять документы на главном компьютере.

Виды сетей

Локальная вычислительная сеть может быть представлена двумя моделями: одноранговой сетью и иерархической. Различаются они способами взаимодействия узлов связи.

Одноранговая сеть основана на равноправии всех машин, а данные распределены между каждой из них. По сути, пользователь одного компьютера может получить доступ к ресурсам и информации другого. Эффективность работы одноранговой модели напрямую зависит от числа рабочих узлов, а уровень ее безопасности неудовлетворителен, что вкупе с достаточно сложным процессом управления делает такие сети не слишком надежными и удобными.

Иерархическая модель включает в себя один (или больше) главный сервер, где хранятся и обрабатываются все данные, и несколько узлов-клиентов. Этот тип сетей используется гораздо чаще первого, имея преимущество в быстродействии, надежности и безопасности. Однако скорость работы такой ЛВС во многом зависит от сервера, что при определенных условиях можно считать недостатком.

Составление технических требований

Проектирование локальной вычислительной сети представляет собой достаточно сложный процесс. Начинается он с разработки технического задания, которое следует тщательно продумать, так как недочеты в нем грозят последующими трудностями в построении сети и дополнительными финансовыми затратами. Первичное проектирование можно произвести с помощью специальных конфигураторов, которые позволят подобрать оптимальное сетевое оборудование. Особенно удобны такие программы тем, что можно исправлять различные значения и параметры непосредственно во время работы, а также составлять отчет по окончании процесса. Только после этих действий можно будет приступить к следующему этапу.

Эскизное проектирование

Этот этап заключается в сборе данных о предприятии, где планируется монтаж локально вычислительной сети, и анализе полученной информации. Определяется количество:

• Пользователей.
• Рабочих станций.
• Серверных помещений.
• Портов подключения.

Важным моментом является наличие данных о путях прокладки магистралей и планирование определенной топологии. В целом же необходимо придерживаться ряда требований, которые предъявляет стандарт IEEE 802.3. Однако, несмотря на эти правила, иногда может понадобиться произвести расчеты задержек распространения сигнала или же проконсультироваться у производителей сетевого оборудования.

Основные характеристики ЛВС

Выбирая способ размещения узлов связи, необходимо помнить об основных требованиях, предъявляемых к локальным сетям:

• Производительности, которая сочетает в себе несколько понятий: пропускную способность, время реакции, задержку передачи.
• Совместимости, т.е. способности подключить разное оборудование локальных вычислительных сетей и программное обеспечение.
• Безопасности, надежности, т.е. возможности предотвращения несанкционированного доступа и полной защиты данных.
• Масштабируемости - способности увеличения количества рабочих станций без ухудшения производительности сети.
• Управляемости - возможности контроля главных элементов сети, профилактики и устранения проблем.
• Прозрачности сети, заключающейся в представлении для пользователей единым вычислительным устройством.

Основные топологии локально-вычислительных сетей: достоинства и недостатки

Топология сети представляет собой физическое ее расположение, значительно влияя на основные характеристики. На современных предприятиях в основном используются три вида топологий: "Звезда", "Шина" и "Кольцо".

Топология «Звезда» является самой распространенной, имеет множество преимуществ перед остальными. Такой способ монтажа отличается высокой надежностью; если какой-либо компьютер вышел из строя (кроме сервера), на работу остальных это никак не повлияет.

Топология «Шина» представляет собой единый магистральный кабель с подключенными вычислительными машинами. Подобная организация локальной вычислительной сети экономит финансы, но не подходит для объединения большого количества компьютеров.

Топология «Кольцо» отличается низкой надежностью за счет особого расположения узлов - каждый из них соединен с двумя другими с помощью сетевых карт. Поломка одного компьютера приводит к остановке работы всей сети, поэтому такой вид топологии применяется все реже.

Рабочее проектирование сети

Локальная вычислительная сеть предприятия включает в себя также различные технологии, оборудование и кабели. Поэтому следующим этапом станет подбор всех этих элементов. Принятие решения в пользу того или иного программного либо аппаратного обеспечения определяется целью создания сети, количеством пользователей, перечнем используемых программ, размерами сети, а также ее месторасположением. В настоящее время чаще всего используются оптоволоконные магистрали, отличающиеся большой надежностью, быстродействием и доступностью.

О видах кабеля

Кабели используются в сетях для передачи сигналов между рабочими станциями, у каждого из них есть свои особенности, что необходимо учитывать при проектировании ЛВС.

• Витая пара состоит из нескольких пар проводников, покрытых изоляцией и скрученных между собой. Невысокая цена и простота монтажа являются выгодными преимуществами, что делает такой кабель самым популярным для монтажа локальных сетей.
• Коаксиальный кабель включает в себя два проводника, вставленных один в другой. Локальная вычислительная сеть с применением коаксиала уже не так распространена - ее заменила витая пара, однако она встречается в некоторых местах до сих пор.
• Оптоволокно представляет собой стеклянную нить, способную переносить свет посредством его отражения от стенок. Кабель из этого материала передает данные на огромные расстояния и отличается высоким быстродействием по сравнению с витой парой и коаксиалом, однако стоит недешево.

Необходимое оборудование

Сетевое оборудование локальных вычислительных сетей включает множество элементов, наиболее часто используемыми среди которых являются:

• Концентратор или хаб. Он объединяет некоторое количество устройств в один сегмент при помощи кабеля.
• Коммутатор . Использует специальные процессоры для каждого порта, обрабатывающие пакеты обособленно от других портов, за счет чего обладают высокой производительностью.
• Маршрутизатор . Это устройство, принимающее решения о рассылке пакетов на основе данных о таблицах маршрутизации и некоторых правил.
• Модем . Широко применяется в системах связи, обеспечивая контакт с другими рабочими станциями посредством кабельной или телефонной сети.

Конечное сетевое оборудование

Аппаратное обеспечение локальной вычислительной сети в обязательном порядке включает серверную и клиентскую части.

Сервер - это мощный компьютер, имеющий высокую сетевую значимость. Функции его заключаются в хранении информации, баз данных, обслуживании пользователей и обработке программных кодов. Серверы находятся в специальных помещениях с регулируемой постоянной температурой воздуха - серверных, а корпус их оснащен дополнительной защитой от пыли, случайного выключения, а также мощной охлаждающей системой. Как правило, доступ к серверу имеют только системные администраторы либо руководители предприятия.

Рабочая станция представляет собой обычную вычислительную машину, подключенную к сети, то есть ею является любой компьютер, запрашивающий услуги у главного сервера. Для обеспечения связи на таких узлах используется модем и сетевая плата. Поскольку обычно рабочими станциями используются ресурсы сервера, клиентская часть оснащена слабыми планками памяти и жесткими дисками небольшого объема.

Программное обеспечение

Оборудование локальных вычислительных сетей не сможет полноценноосуществлять свои функции без подходящего программного обеспечения. К программной части относятся:

• Сетевые операционные системы на серверах, составляющие основу любой сети. Именно ОС управляет доступом ко всем сетевым ресурсам, координирует маршрутизацию пакетов, разрешает конфликты устройств. В таких системах имеется встроенная поддержка протоколов TCP/IP, NetBEUI, IPX/SPX.
• Автономные ОС, управляющие клиентской частью. Ими являются обычные операционные системы, к примеру, Windows XP, Windows 7.
• Сетевые службы и приложения. Эти программные элементы позволяют производить различные действия: просмотр удаленной документации, печать на сетевом принтере, рассылка почтовых сообщений. Традиционные службы HTTP, POP-3, SMTP, FTP и Telnet являются основой этой категории и реализуются при помощи программного обеспечения.

Нюансы проектирования локальных сетей

Проектирование локальной вычислительной сети требует долгого и неспешного анализа, а также учета всех тонкостей. Важно предусмотреть возможность роста предприятия, что повлечет за собой и увеличение масштабов локальной сети. Составлять проект необходимо таким образом, чтобы ЛВС в любой момент была готова к подключению новой рабочей станции или другого устройства, а также модернизации любого ее узла и компонента.

Не менее важны и вопросы безопасности. Кабеля, применяемые при построении сети, должны быть надежно защищены от несанкционированного доступа, а магистрали размещены вдали от потенциально опасных мест, где они могут быть повреждены - нечаянно либо умышленно. Компоненты ЛВС, размещаемые за пределами помещения, в обязательном порядке следует заземлить и надежно закрепить.

Разработка локально вычислительной сети - это достаточно трудозатратный процесс, однако при правильном подходе и проявленной должной ответственности ЛВС будет работать надежно и стабильно, обеспечивая бесперебойную работу пользователей.

Хотя массовый характер создание локальных сетей приняло после появления персональных компьютеров, связь между компьютерами на небольших расстояниях существовала еще задолго до того.

Одной из первых, возникших в ходе развития вычислительной техники задач, потребовавшей создания сети хотя бы из двух компьютеров, явилось обеспечение большой надежности при управлении ответственным процессом в режиме реального времени. Так, при управлении запуском космического аппарата выход из строя управляющего компьютера грозит непоправимыми последствиями. Для повышения надежности системы управления используется дублирующий компьютер. При сбое в работе активной машины содержимое ее процессора и ОЭУ очень быстро перебрасывается на вторую, которая подхватывает управление.

Другой пример - присоединение к большим компьютерам второго-третьего поколений многочисленных терминалов - устройств ввода/вывода данных и программ. Эти терминалы практически никакой обработки информации не вели, но позволяли разделить машинное время мощного и дорогого компьютера между разными пользователями. Соответствующий режим работы назывался режимом разделения времени, так как компьютер последовательно во времени решал задачи множества пользователей.

Вскоре после появления в начале 1980-х годов персональных компьютеров их стали объединять в сети, что позволило совместно использовать файлы, базы данных и аппаратные ресурсы (например, принтеры). Сегодня локальные сети являются системами, требующими сложного технического и программного обслуживания.

Компьютерные сети породили новые технологии обработки информации - сетевые технологии, позволяющие совместно использовать аппаратные и программные средства: накопители большой емкости, печатающие устройства, базы и банки данных. Для сотрудников многих учреждений стало привычным пользоваться электронной почтой для обмена сообщениями и документами, для совместной работы над проектами. В школах и вузах локальные сети помогают вести уроки, организовывать доступ к учебным ресурсам, библиотекам и т. д. На предприятиях на базе локальных сетей создаются автоматизированные системы управления предприятием и технологическими процессами.

Информационные системы, построенные на базе локальных вычислительных сетей, обеспечивают решение следующих задач:

o хранение данных;

o обработка данных;

o организация доступа пользователей к данным;

o передача данных и результатов их обработки пользователям.

Аппаратные средства локальной сети

Аппаратура локальной сети в общем случае включает в себя:

• компьютеры (серверы и рабочие станции);
• сетевые платы;
• каналы связи;
• специальные устройства, поддерживающие функционирование
• сети (маршрутизаторы, концентраторы, коммутаторы).

По признаку распределения функций локальные компьютерные сети делятся на одноранговые и двухранговые (иерархические сети или сети с выделенным сервером).

В одноранговой сети 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.

Двухранговая сеть 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.

Более развитые сети, помимо компьютеров конечных пользователей - рабочих станций , включают специальные компьютеры - серверы. Сервер - это выделенный в сети компьютер, выполняющий функции обслуживания рабочих станций. Есть разные виды серверов: файл-серверы, серверы баз данных и др. Например, компьютер, выполняющий функции файл-сервера, используется только для одной цели: обеспечивать пользователям доступ к аппаратным и программным ресурсам сервера, а не компьютеров друг друга, что улучшает защиту персональных данных.

Каждый компьютер подключается к сети с помощью сетевой платы - адаптера, которая поддерживает конкретную схему подключения. Так, широко распространенными являются адаптеры Ethernet с пропускной способностью от 10 или 100 Мбит/с. К сетевой плате подключается сетевой кабель. Если используется радиосвязь или связь на инфракрасных лучах, то кабель не требуется.

В современных локальных сетях чаще всего применяют два типа сетевых кабелей:

• неэкранированная витая пара;
• волоконно-оптический кабель.

Витая пара представляет собой набор из восьми проводов, скрученных попарно таким образом, чтобы обеспечивать защиту от электромагнитных помех. Каждая витая пара соединяет с сетью только один компьютер, поэтому нарушение соединения сказывается только на этом компьютере, что позволяет быстро находить и устранять неисправности.

Волоконно-оптические кабели передают данные в виде световых импульсов по стеклянным проводам. Большинство технологий локальных сетей в настоящее время позволяют использовать волоконно-оптические кабели. Волоконно-оптический кабель обладает существенными преимуществами по сравнению с любыми вариантами медного кабеля. Волоконно-оптические кабели обеспечивают наивысшую скорость передачи; они более надежны, так как не подвержены электромагнитным помехам. Оптический кабель очень тонок и гибок, что делает его транспортировку более удобной по сравнению с более тяжелым медным кабелем. Скорость передачи данных по оптическому кабелю составляет сотни тысяч мегабитов в секунду, что примерно в тысячу раз быстрее, чем по проводам витой пары.

Беспроводная связь на радиоволнах может использоваться для организации сетей в пределах больших помещений там, где применение обычных линий связи затруднено или нецелесообразно. Кроме того, беспроводные линии могут связывать удаленные части локальной сети на расстояниях до 25 км (при условии прямой видимости).

Совместно используемые внешние устройства включают в себя подключенные к серверу накопители внешней памяти, принтеры, графопостроители и другое оборудование, которое становится доступным с рабочих станций.

Помимо кабелей и сетевых адаптеров, в локальных сетях на витой паре используются другие сетевые устройства - концентраторы, коммутаторы и маршрутизаторы.

1. Повторитель - устройство, обеспечивающее усиление и фильтрацию сигнала без изменения его информативности. По мере передвижения по линиям связи сигналы затухают. Для уменьшения влияния 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.

Мосты бывают локальные и удаленные.

Локальные мосты соединяют сети, расположенные на ограниченной территории в пределах уже существующей системы.

Удаленные мосты соединяют сети, разнесенные территориально, с использованием каналов связи и модемов.

Локальные мосты, в свою очередь, разделяются на внутренние и внешние.

Внутренние мосты обычно располагаются на одном компьютере и совмещают функцию моста с функцией абонентской ЭВМ. Расширение функций осуществляется путем установки дополнительной сетевой платы.

Внешние мосты предусматривают использование отдельного компьютера со специальным программным обеспечением.

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.

4. Шлюз - специальный аппаратно-программный комплекс, предназначенный для обеспечения совместимости между сетями, использующими различные протоколы взаимодействия. Шлюз преобразует форму представления и форматы данных при передачи их из одного сегмента 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 .

Топологии сетей

Локальные сети в зависимости от назначения и технических решений могут иметь различные конфигурации (топологии, архитектуры), изображенные на рисунке.

В кольцевой топологии информация передается по замкнутому каналу. Каждый абонент непосредственно связан с двумя ближайшими соседями, хотя в принципе способен связаться с любым абонентом сети. Кольцо . Узлы объединены в сеть замкнутой кривой. Рабочая станция посылает по определенному конечному адресу информацию, предварительно получив из кольца запрос. Передача данных осуществляется только в одном направлении. Каждый узел помимо всего прочего реализует функции ретранслятора. Он принимает и передает сообщения, а воспринимает только обращенные к нему. Используя кольцевую топологию, можно присоединить к сети большое количество узлов, решив проблемы помех и затухания сигнала средствами сетевой платы каждого узла. Пересылка сообщений является очень эффективной, так как большинство сообщений можно отправлять “в дорогу” по кабельной системе одно за другим. Очень просто можно сделать кольцевой запрос на все станции. Продолжительность передачи информации увеличивается пропорционально количеству рабочих станций, входящих в вычислительную сеть.

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 кратко срочного 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.

В радиальной топологии (топология «звезда») в центре находится концентратор, последовательно связывающийся с абонентами и связывающий их друг с другом. 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.

В шинной топологии компьютеры подключены к общему для них каналу (шине), через который могут обмениваться сообщениями. 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 принимает данные, если они посланы ему, либо игнорирует.

В древовидной топологии реализована иерархическая подчиненность компьютеров. Вычислительные сети с древовидной структурой применяются там, где невозможно непосредственное применение базовых сетевых структур в чистом виде. Для подключения большого числа рабочих станций соответственно адаптерным платам применяют сетевые усилители и/или коммутаторы. Коммутатор, обладающий одновременно и функциями усилителя, называют активным концентратором .

На практике применяют две их разновидности, обеспечивающие подключение соответственно восьми или шестнадцати линий.

Устройство, к которому можно присоединить максимум три станции, называют пассивным концентратором. Пассивный концентратор обычно используют как разветвитель. Он не нуждается в усилителе. Предпосылкой для подключения пассивного концентратора является то, что максимально возможное расстояние до рабочей станции не должно превышать нескольких десятков метров.

Новые технологии предлагают пассивные штепсельные коробки, через которые можно отключать и / или включать рабочие станции во время работы вычислительной сети.

Благодаря тому, что рабочие станции можно включать без прерывания сетевых процессов и коммуникационной среды, очень легко прослушивать информацию, т.е. ответвлять информацию из коммуникационной среды.

В ЛВС с прямой (не модулируемой) передачей информации всегда может существовать только одна станция, передающая информацию. Для предотвращения коллизий в большинстве случаев применяется временной метод разделения, согласно которому для каждой подключенной рабочей станции в определенные моменты времени предоставляется исключительное право на использование канала передачи данных. Поэтому требования к пропускной способности вычислительной сети при повышенной нагрузке снижаются, например, при вводе новых рабочих станций. Рабочие станции присоединяются к шине посредством устройств ТАР (англ. Terminal Access Point - точка подключения терминала). ТАР представляет собой специальный тип подсоединения к коаксиальному кабелю. Зонд игольчатой формы внедряется через наружную оболочку внешнего проводника и слой диэлектрика к внутреннему проводнику и присоединяется к нему.

В ЛВС с модулированной широкополосной передачей информации различные рабочие станции получают, по мере надобности, частоту, на которой эти рабочие станции могут отправлять и получать информацию. Пересылаемые данные модулируются на соответствующих несущих частотах, т.е. между средой передачи информации и рабочими станциями находятся соответственно модемы для модуляции и демодуляции. Техника широкополосных сообщений позволяет одновременно транспортировать в коммуникационной среде довольно большой объем информации. Для дальнейшего развития дискретной транспортировки данных не играет роли, какая первоначальная информация подана в модем (аналоговая или цифровая), так как она все равно в дальнейшем будет преобразована.

Характеристики топологий вычислительных сетей приведены в таблице.

Организация передачи данных в сети

Необходимым условием работы единой локальной сети является использование сетевой операционной системы. Такие операционные системы обеспечивают совместное использование не только аппаратных ресурсов сети (принтеров, накопителей и т. д.), но и распределенных коллективных технологий при выполнении разнообразных работ. Наибольшее распространение получили сетевые операционные системы Novell, NetWare, Linux и Windows.

Информация в сетях передается отдельными порциями - пакетами, причем длина этих пакетов строго ограничена (обычно величиной в несколько килобайтов). Этот способ передачи связан с тем, что локальная сеть должна обеспечивать качественную связь для всех компьютеров сети за разумное время доступа - время ожидания пользователем начала связи. Естественно, оно не должно быть слишком большим. Поскольку в сетях наиболее распространенных конфигураций не монет происходить несколько передач одновременно во избежание смешивания информации, то без разделения передаваемых данных на пакеты часть пользователей могла бы оказаться фактически отрезанной от сети. Таким образом, процесс информационного обмена в сети представляет собой циркуляцию пакетов, каждый из которых содержит данные (или часть данных), передаваемых от абонента к абоненту.

Выше говорилось, что сети породили новые (сетевые) технологии обработки информации. Распространенный способ организации обработки информации в сети называется технологией «клиент–сервер» . В ней предполагается глубокое разделение функций компьютеров в сети. При этом в функции клиента (рабочей станции) входит:

• предоставление пользовательского интерфейса, ориентированного на нужды пользователя;
• формирование запросов к серверу, причем не обязательно с информированием об этом пользователя; в идеале пользователь вообще не вникает в технологию общения своего компьютера с сервером;
• анализ ответов сервера на запросы и предъявление их пользователю.

Основная функция сервера - выполнение специфических действий по запросам клиента (например, решение сложной математической задачи, поиск данных в базе данных, соединение клиента с другим клиентом и т. д.). Слайд 2

Локальная сеть - это объединение нескольких компьютеров, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга (обычно в пределах одного здания) для совместного решения информационных, вычислительных, учебных и других задач. В небольшой локальной сети может быть 10-20 компьютеров, в очень большой – порядка 1000.

Аппаратные средства локальной сети компьютеры (серверы и рабочие станции); сетевые платы; каналы связи; специальные устройства, поддерживающие функционирование сети (маршрутизаторы, концентраторы, коммутаторы).

Сервер и рабочие станции Более развитые сети, помимо компьютеров конечных пользователей - рабочих станций, включают специальные компьютеры - серверы. Сервер - это выделенный в сети компьютер, выполняющий функции обслуживания рабочих станций. Есть разные виды серверов: файл-серверы, серверы баз данных и др. Например, компьютер, выполняющий функции файл-сервера, используется только для одной цели: обеспечивать пользователям доступ к аппаратным и программным ресурсам сервера, а не компьютеров друг друга, что улучшает защиту персональных данных.

Сетевая плата Каждый компьютер подключается к сети с помощью сетевой платы ‑ адаптера, которая поддерживает конкретную схему подключения. Так, широко распространенными являются адаптеры Ethernet с пропускной способностью от 10 или 100 Мбит/с. К сетевой плате подключается сетевой кабель. Если используется радиосвязь или связь на инфракрасных лучах, то кабель не требуется.

Т ипы сетевых кабелей неэкранированная витая пара; волоконно-оптический кабель.

Витая пара Витая пара представляет собой набор из восьми проводов, скрученных попарно таким образом, чтобы обеспечивать защиту от электромагнитных помех. Каждая витая пара соединяет с сетью только один компьютер, поэтому нарушение соединения сказывается только на этом компьютере, что позволяет быстро находить и устранять неисправности.

Волоконно-оптические кабели передают данные в виде световых импульсов по стеклянным проводам. Волоконно-оптический кабель обладает существенными преимуществами по сравнению с любыми вариантами медного кабеля. Волоконно-оптические кабели обеспечивают наивысшую скорость передачи; они более надежны, так как не подвержены электромагнитным помехам. Оптический кабель очень тонок и гибок, что делает его транспортировку более удобной по сравнению с более тяжелым медным кабелем. Скорость передачи данных по оптическому кабелю составляет сотни ты­сяч мегабитов в секунду, что примерно в тысячу раз быстрее, чем по проводам витой пары. Волоконно-оптический кабель

Беспроводная связь на радиоволнах может использоваться для организации сетей в пределах больших помещений там, где применение обычных линий связи затруднено или нецелесообразно. Кроме того, беспроводные линии могут связывать удаленные части локальной сети на расстояниях до 25 км (при условии прямой видимости).

Совместно используемые внешние устройства включают в себя подключенные к серверу накопители внешней памяти, принтеры, графопо­строители и другое оборудование, которое становится доступным с рабочих станций. Помимо кабелей и сетевых адаптеров, в локальных сетях на витой паре используются другие сетевые устройства - концентраторы, коммутато­ры и маршрутизаторы.

Концентратор (h ub) называемый также хаб - устройство, объединяющее несколько (от 5 до 48) ветвей звездообразной локальной сети и передающее информационные пакеты во все ветви сети одинаково.

Коммутатор (switch) делает то яке самое, но, в отличие от концентратора, обеспечивает передачу пакетов в заданные ветви. Это обеспечивает оптимизацию потоков данных в сети и повышение защищенности от несанкционированного проникновения.

Маршрутизатор (роутер) - устройство, выполняющее пересылку данных между двумя сетями, в том числе между локальными и глобальными сетями. Маршрутизатор, по сути, является специализированным микрокомпьютером, имеет собственный процессор, оперативную и постоянную память, операционную систему.

Топологии сетей Локальные сети в зависимости от назначения и технических решений могут иметь различные конфигурации (топологии, архитектуры),

Кольцевая В кольцевой топологии информация передается по замкнутому каналу. Каждый абонент непосредственно связан с двумя ближайшими соседями, хотя в принципе способен связаться с любым абонентом сети.

Радиальная (звезда) В радиальной топологии (топология «звезда») в центре находится концентратор, последовательно связывающийся с абонентами и связывающий их друг с другом.

Шинная В шинной топологии компьютеры подключены к общему для них кана­лу (шине), через который могут обмениваться сообщениями.

Древовидная В древовидной топологии реализована иерархическая подчиненность компьютеров.

Технология «клиент–сервер». Распространенный способ организации обработки информации в сети называется технологией «клиент–сервер» . В ней предполагается глубокое разделение функций компьютеров в сети. При этом в функции клиента (рабочей станции) входит: предоставление пользовательского интерфейса, ориентированного на нужды пользователя; формирование запросов к серверу, причем не обязательно с информированием об этом пользователя; в идеале пользователь вообще не вникает в технологию общения своего компьютера с сервером;

Спасибо за внимание!