Локальные сети

11

Локальные сети

О ЛОКАЛЬНЫХ СЕТЯХ

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

Локальная сеть - это группа из нескольких компьютеров, соединенных между собой посредством кабелей (иногда также телефонных линий или радиоканалов), используемых для передачи информации между компьютерами. Для соединения компьютеров в локальную сеть необходимо сетевое оборудование и программное обеспечение.

Локальные сети позволяют обеспечить:

* коллективную обработку данных пользователями подключенных в сеть компьютеров и обмен данными между этими пользователями;

* совместное использование программ;

* совместное использование принтеров, модемов и других устройств.

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

Для объединения компьютеров в локальную сеть требуется:

* вставить в каждый подключаемый к сети компьютер сетевой контроллер, который позволяет компьютеру получать информацию из локальной сети и передавать данные в сеть;

* соединить компьютеры кабелями, по которым происходит передача данных между компьютерами, а также другими подключенными к сети устройствами (принтерами, сканерами и т.д.). В некоторых типах сетей кабели соединяют компьютеры непосредственно (как электролампочки на елочной гирлянде), в других соединение кабелей осуществляется через специальные устройства - концентраторы (или хабы), коммутаторы и др.

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

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

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

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

Для обеспечения функционирования локальной сети необходимо соответствующее программное обеспечение, о котором мы сейчас и расскажем.

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

Но часто одноранговая сеть - это не лучший выход. Ведь пользовательская ОС мало приспособлена для выполнения функций сервера сети, которую ей приходится выполнять. И если на каком-то компьютере пользователь играет в DOOM или рисует картинку в Adobe Photoshop, а другие пользователи работают с файлами на этом же компьютере, то они будут сильно мешать друг другу -- скорость их работы резко снизится. Да и многие другие особенности одноранговых сетей весьма неудобны -- и отсутствие защиты информации, и децентрализованное хранение данных, усложняющее их резервирование, и недостаточная надежность, и многое другое. Поэтому обычно в локальных сетях применяются выделенные компьютеры, занимающиеся только обслуживанием локальной сети и совместно используемых данных -- серверы.

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

На серверах уровня подразделения (скажем, до 100 компьютеров) используется операционная система Novell NetWare (версии 3.12 или 4.1) или Windows NT Server. Иногда применяются и другие ОС -- OS/2 Server Advanced, различные варианты UNIX и др. В сетях с большим количеством серверов (скажем, десятком или несколькими десятками) часто используется операционная система Novell NetWare версии 4.1, так как она обеспечивает удобные средства по централизованному управлению ресурсами таких сетей (Novell Directory Service, NDS). Ведь, как известно, именно управление ресурсами сети обычно составляет более половины эксплуатационных расходов. В Windows NT Server аналогичные средства удобны лишь для небольших сетей, включающих один сервер или малое количество серверов.

В тех случаях, когда к некоторым данным требуется обеспечить доступ сотен и тысяч компьютеров, применяются так называемые серверы уровня предприятия. Они часто уже делаются не на основе микропроцессоров Intel, а скажем, на технике фирмы Sun, на мэйнфреймах (больших компьютерах) фирмы IBM и др. Там требуется особо высокая надежность, многопроцессорная обработка, высочайшая пропускная способность и т.д. Такими серверами управляют различные варианты UNIX, MVS фирмы IBM и др.

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

электронная почта обеспечивает доставку писем (а часто и произвольных файлов, а также голосовых и факсимильных сообщений) от одних пользователей локальной сети другим, а иногда позволяет общаться и с удаленными пользователями по модему или через InterNet;

средства удаленного доступа позволяют подключаться к локальной сети с помощью модема и работать на компьютере, как будто он непосредственно подключен в сеть (разумеется, при этом многие операции будут выполняться дольше, так как модем работает значительно медленнее сетевого контроллера);

средства групповой работы (наиболее популярно из них Lotus Notes) позволяют совместно работать над документами, обеспечивают согласованность версий документов у разных пользователей, предоставляют средства для организации документооборота предприятия, позволяют организовывать телеконференции -- письменный обмен мнениями по различным темам и т.д.;

программы резервирования позволяют создавать резервные копии данных, хранящихся на серверах локальной сети и на компьютерах пользователей, а при необходимости -- восстанавливать данные по их резервной копии;

средства управления локальной сетью позволяют управлять ресурсами локальной сети с одного рабочего места, получать информацию о состоянии и загрузке сети, настраивать производительность сети, управлять системами пользователей сети (например, устанавливать на них программное обеспечение) и т.д.

ПЕРЕДАЧА ИНФОРМАЦИИ МЕЖДУ КОМПЬЮТЕРАМИ

Современный прогресс человечества связан в первую очередь с глобальной информатизацией всего мирового сообщества. За период 1970--2002 гг. построены сотни национальных и международных компьютерных сетей. Благодаря этому в большинстве стран обеспечивается повсеместное внедрение информационных технологий и доступ к Интернету.

Переход к межкомпьютерному взаимодействию (компьютерным сетям) характеризует качественный скачок в передаче информации, обеспечивающий удалённое взаимодействие компьютеров и совместное использование ресурсов компьютера всеми пользователями сети.

Для передачи данных компьютеры применяют самые разнообразные физические каналы. Это и традиционный электрический кабель (несколько металлических проводников, иногда экранированных); и радиосвязь, через ретрансляторы, спутники связи; и инфракрасные лучи (как в телевизионных пультах дистанционного управления); и современный оптоволоконный кабель, по которому передаются световые сигналы, генерируемые микролазером; и обычная телефонная сеть. По этим каналам пересылают целые пакеты информации.

Независимо от того, как соединены между собой компьютеры - с помощью проводов, радиоканала, оптоволоконного кабеля, передача информации на большие расстояния осуществляется не напрямую, а через группы компьютеров или других вспомогательных устройств.

В технологии передачи данных используют два принципиально разных метода - коммутации каналов и коммутации пакетов.

При первом методе сначала устанавливается весь путь соединения -- от отправителя до получателя. После этого возвращённый пакет извещает: можно начать передачу данных, все каналы пути готовы. По завершении передачи указанный путь может быть разорван.

Достоинство метода состоит в простоте алгоритма и возможности обмениваться как данными, так и речью в цифровом виде.

При втором методе сообщение первоначально делится на меньшие пакеты, которые нумеруют, снабжают адресами (от кого и кому), и они сами прокладывают себе путь по сети независимыми маршрутами. Сеть при этом также испытывает более равномерную нагрузку. Данный метод обеспечивает большую надёжность доставки информации (при разрыве сети в пути потеряются не все пакеты). Однако реализация метода коммутации пакетов связана со значительными затратами, особенно в узлах коммутации (в них пакет может изменить маршрут, выбрав новый), на обработку и хранение каждого пакета информации. Правда, это компенсируется удобством передачи информации между компьютерами, подключенными к разным по скорости каналам.

ПРОТОКОЛ ПЕРЕДАЧИ

Широкое распространение различных моделей компьютеров в 70-х гг. ХХ в. породило не только проблему совместимости компьютеров по программному обеспечению, но и проблему их взаимодействия (передачи информации).

Решение нашлось - в середине 70-х IT. была создана Эталонная модель взаимодействия открытых систем» (OSI). Свойство открытости обеспечивает взаимодействие разнотипных компьютеров между собой при точном выполнении в программном обеспечении компьютера универсальных соглашений, правил, называемых протоколами.

Модель OSI разработана Международной организацией по стандартам (International Standardization Organization -- ISO), регламентирующей компьютерное оборудование и передачу информации по сети. OSI представляет собой семиуровневую сетевую модель программного и аппаратного обеспечения.

Уровень 1 -- физический описывает, как получаются пакеты данных от высшего, канального, уровня, как их преобразуют в оптические или электрические сигналы, в поток нулей и единиц. Здесь же находятся сведения о физической среде: типах кабелей и разъёмах, разводке контактов в разъёмах, схеме кодирования сигналов и об известном стандарте IEEE 8023 -- Ethernet.

Уровень 2 -- канальный обеспечивает создание, передачу и приём групп данных при прямом соединении по каналу связи. Он обрабатывает запросы следующего, сетевого, уровня, используя сервис физического уровня для приёма и передачи пакетов.

Уровень 3 -- сетевой обеспечивает выбор маршрута перемещения пакетов через сеть.

Уровень 4 -- транспортный реализует процедуры установления соединения, поддержания и разрыва (завершения) соединения.

Уровень 5 -- сеансовый отвечает за проведение сеансов обмена данными между машинами, в том числе за продолжение обмена после длительного сбоя связи.

Уровень 6 -- уровень представления обеспечивает преобразование данных: кодирование, компрессию и т. п.

Уровень 7 -- прикладной предоставляет доступ программных приложений в сеть: перенос файлов (FTP -- протокол переноса файлов), обмен почтовыми сообщениями (Х.400 -- электронная почта, SMTP-простой протокол почтового обмена), пользовательский доступ к удаленному компьютеру (Telnet -- протокол обмена с терминалом) и пр.

Уровни протоколов надстроены один над другим. Более высокий уровень использует функции более низкого и предоставляет свои возможности следующему уровню в схеме. Поэтому иногда уровни протоколов передачи данных называют стеком протоколов.

ВИДЫ СЕТЕЙ

Сети можно разделить на классы в соответствии с величиной. Небольшие

сети, в пределах одного здания, объединяющие от 2 до 300 компьютеров, которые принадлежат обычно одной организации (или одной семье), называются локальными вычислительными сетями. Сети между учреждениями в пределах города, связывающие много локальных вычислительных сетей, называются городскими -- MAN (Metropolitan Area Network). Глобальные сети - WAN (Worldwide Area Network) объединяют сотни, тысячи узлов во многих странах мира.

НАЗНАЧЕНИЕ ЛОКАЛЬНОЙ СЕТИ

Назначение всех компьютерных сетей можно выразить двумя словами: совместный доступ (или совместное использование). Прежде всего, имеется в виду совместный доступ к данным. Людям, работающим над одним проектом, приходится постоянно использовать данные, создаваемые коллегами. Благодаря локальной сети разные люди могут работать над одним проектом не по очереди, а одновременно.

Локальная сеть предоставляет возможность совместного использования оборудования. Часто дешевле создать локальную сеть и установить один принтер на все подразделение, чем приобретать по принтеру для каждого рабочего места. Файловый сервер сети позволяет обеспечить и совместный доступ к программам.

Оборудование, программы и данные объединяют одним термином: ресурсы. Можно считать, что основное назначение локальной сети -- совместный доступ к ресурсам.

У локальной сети есть также и административная функция. Контролировать ход работ над проектами в сети проще, чем иметь дело с множеством автономных компьютеров. Если в учебном классе есть локальная сеть, то она тоже выполняет административную функцию, позволяя контролировать ход занятий учащихся.

ПРЯМОЕ СОЕДИНЕНИЕ

Два компьютера, работающие в операционной системе Windows 95 или Windows 98, можно соединить отрезком кабеля, подключенного к их параллельным портам. В этом случае никакого дополнительного аппаратного и программного обеспечения такой «сети» не требуется. Роль аппаратного соединения выполняет стандартный параллельный порт, а все программное обеспечение, необходимое для управления соединением, уже есть в операционной системе.

При прямом соединении один из компьютеров назначается ведущим, а другой - ведомым. С ведущего компьютера можно получить доступ ко всем дискам и папкам ведомого компьютера, для которых разрешен совместный доступ. Оператор ведущего компьютера может управлять передачей данных с одного компьютера на другой.

Достоинством прямого соединения является его простота (не нужно никакого дополнительного аппаратного и программного обеспечения). Недостатком является сравнительно низкая скорость передачи данных. Поэтому прямое соединение редко применяют в организациях и учреждениях, но широко используют в быту. Практически все компьютерные игры, рассчитанные на несколько участников, могут работать в режиме прямого соединения.

ТОПОЛОГИЯ ЛОКАЛЬНОЙ СЕТИ

Конфигурация локальной сети называется топологией.

1. Наиболее простой вид топологии - шина. В такой сети все компьютеры подключены к одному кабелю.

2. На шину похожа и структура, которую называют кольцо.

3. Для локальных сетей, основанных на файловом сервере, может применяться схема звезда.

4. От схемы зависит состав оборудования и программного обеспечения. Топологию выбирают, исходя из потребностей предприятия. Если предприятие занимает многоэтажное здание, то в нем может быть применена схема снежинка, в которой имеются файловые серверы для разных рабочих групп и один центральный сервер для всего предприятия.

ЛОКАЛЬНЫЕ СЕТИ В ОРГАНИЗАЦИЯХ

Локальная сеть создаётся для рационального использования компьютерного оборудования и эффективной работы сотрудников. В настоящее время трудно представить себе фирму или даже квартиру, где при наличии хотя бы двух компьютеров они не были бы соединены в сеть. Сеть позволяет пересылать файл с одной машины на другую, хранить совместный архив (как правило, компьютеры неравноценны, и у какого-то из них дисковое пространство больше) и делать распечатки.

В офисе обычно устанавливаются один сервер (для печати и хранения данных) и рабочие станции для сотрудников, один-два модема для выхода в Интернет (или прямое кабельное соединение), для получения и отправки электронной почты, факсов и электронных платежей, несколько сетевых принтеров, внутренняя АТС на десятки телефонных номеров. Организовывать переписку сотрудников внутри локальной сети вполне разумно - это, по крайней мере, упрощает документооборот. В домах ограничиваются настольным сервером с большими дисками, с принтером и сканером и одной-двумя машинами «послабее» (возможно даже, это ноутбуки, с которыми хозяева ходят на работу и частенько приносят работу на дом). Наличие пишущих СD ROMов при передаче достаточно большого объёма информации является малым подспорьем, так как современные ноутбуки «облегчаются» за счёт отсутствия всякой периферии, а гнездо для подключения витой пары есть практически везде. (В качестве среды передачи в локальных сетях преимущественно употребляется неэкранированная витая пара - похожая на обычные провода, свитые парами.)

Применение наиболее популярного однотипного оборудования с однотипными протоколами для связывания компьютеров на основе технологии Ethernet упрощает интеграцию в сеть новых машин. Хотя Ethernet появилась в начале 80-х гг. XX столетия, однако широко применять данную технологию стали только в конце 80-х гг., когда Комитет IEEE 802.3 (Международная организация по стандартизации) разработал стандарт 10BaseT. Данный стандарт изменил саму природу локальных сетей: стала использоваться неэкранированная витая пара.

Раньше между всеми машинами, связанными в локальную сеть, прокладывался единый коаксиальный провод (очень похожий на антенный телевизионный). Если он обрывался, то из строя выходила вся сеть. А когда в результате аварии на провод попадало высокое напряжение (хотя бы 220 В), испорченными оказывались все компьютеры, находящиеся в сети. Такой провод называли тонкий Ethernet, в отличие от толстого Ethernet, который может использоваться для выхода в городскую информационную сеть.

MAN и WAN -- территориально распределённые сети, в них удалённые точки (локальные сети) объединяются с помощью скоростных оптоволоконных каналов связи. Волоконно-оптические кабели сегодня внедряются повсюду, уверенно вытесняя своих медных предшественников.

Стандарт 10BaseT определил использование технологии «звезда», когда любой компьютер подключался к прибору, называемому Hub, который позволял присоединить 8, 16 или 32 компьютера одновременно. Получалось, что Hub - центр звезды, а компьютеры - её лучи. Действия Hub напоминали работу телефонистки, он осуществлял коммутацию машин для передачи пакетов между ними. Более сложные Hub могли одновременно осуществлять передачу сразу между несколькими парами машин.

Если машины рассредоточены по зданию, то нерационально использовать один Hub (даже если машин в сети мало), так как прокладка проводов иногда весьма трудоёмка. Проблему легко решить, разместив по Hub в каждой комнате и связав стоящие в ней машины, а все Hub объединить затем с главным центральным Hub. Для дома, когда надо связать всего две машины, Hub не нужен, достаточно специального провода.

Компьютерные сети различаются по типу: одноранговые и типа «клиент--сервер». Одноранговая сеть построена на равноправных компьютерах, каждый из них может использовать ресурсы другого. В сетях с большим количеством пользователей нежелательно, чтобы все пользователи получали доступ ко всем компьютерам сети. Именно поэтому одноранговые сети больше подходят для небольших групп, работающих над одним проектом.

Более популярны сети типа «клиент - сервер». При разделении программ на клиентскую и серверную части удаётся лучше использовать производительность настольных компьютеров, которые нерационально применять в качестве простого терминала. Такой подход даёт возможность перевести приложения с главных компьютеров -- мэйнфреймов (англ, main-frame) в системы, основанные на локальных сетях. Программа, используемая на машине пользователя, меньше нагружает сеть передачей данных. Так, программы-навигаторы Интернета, например Internet Ехр1огег, не беспокоят сеть, пока человек разглядывает страницы, загруженные из сети.

Современные локальные сети могут быть построены без использования проводов. Это стало возможным благодаря использованию технологии беспроводной передачи данных Bluetooth. Устройства, использующие стандарт Bluetooth, работают в диапазоне частот от 2,4 до 2,4835 ГГц, этот диапазон называется ISM (Industrial Scientific Medical), то есть промышленный, научный и медицинский и является нелицензируемым, может свободно использоваться всеми желающими. Технология использует FHSS - скачкообразную перестройку частоты (1600 скачков/с) с расширением спектра. При работе передатчик переходит с одной рабочей частоты на другую по псевдослучайному алгоритму. Устройства стандарта Bluetooth способны соединяться друг с другом, формируя маленькие локальные сети, в каждую из которых может входить до 256 устройств. При этом одно из устройств является ведущим (Master), еще семь - ведомыми(slave), а остальные находятся в дежурном режиме. Радиус действия составляет до 100 м.

СЕТЕВАЯ ОС

Когда стоимость винчестеров была велика и устанавливать их на каждый компьютер было нерентабельно, использовались сетевые операционные системы. Подобные системы умели соединить несколько персональных компьютеров, обеспечив совместное использование небольшого количества данных и основных приложений. Загрузка операционной системы осуществлялась с центральной машины. Сетевые ОС напоминали центры коллективного пользования, когда терминалы подключены к одной машине. В качестве терминалов выступали персональные компьютеры, да и «интеллект» терминалов был существенно выше, потому что программы выполнялись не на центральной машине, а на компьютере пользователя. Наиболее успешно сетевые ОС применялись при обучении в университетах, так как, с одной стороны, студенту не требуется особенно больших компьютерных ресурсов, с другой - сетевой ОС удобно управлять. Сегодня сетевые операционные системы должны делать всё: работать со старыми файловыми системами и одновременно обрабатывать приложения «клиент - сервер». Самой распространённой сетевой ОС является Novell Netware.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Е. Хлебалина. Информатика: энциклопедия. Москва: 2003. 488- 460с.

2. Симонович С.В., Евсеев Г.А. Практическая информатика: Учебное пособие для средней школы. Универсальный курс. - М.:АСТ-ПРЕСС, 2002.

3. Маслова М. В. Компьютерные сети. Мурманск: 2004. 12с.