Локальные вычислительные сети

Оглавление

 

 

Введение

Все вычислительные сети можно классифицировать по ряду признаков. В зависимости от расстояний между ПК различают следующие вычислительные сети: локальные вычислительные сети - ЛВС (LAN - Local Area Networks) - компьютерные сети, расположенные в пределах небольшой ограниченной территории (здании или в соседних зданиях) не более 10-15 км; территориальные вычислительные сети, которые охватывают значительное географическое пространство. К территориальным сетям можно отнести сети региональные (MAN - Metropolitan Area Network) и глобальные (WAN - Wide Area Network), имеющие региональные или глобальные масштабы соответственно. Региональные сети связывают абонентов района, города или области. Глобальные сети объединяют абонентов, удаленных между собой на значительное расстояние, находящихся в различных странах или континентах.

В настоящее время на предприятиях и в учреждениях нашли широкое применение локальные вычислительные сети, основное назначение которых обеспечить доступ к разделяемым или сетевым (общим, то есть совместно используемым) ресурсам, данным и программам. Кроме того, ЛВС позволяют сотрудникам предприятий оперативно обмениваться между собой информацией.

Локальная вычислительная сеть (или LAN, Local Area Network) представляет собой соединение нескольких ПК с помощью соответствующего аппаратного и программного обеспечения. Слово “локальная” в этом названии означает, что все соединенные ПК выполняют задачи, как правило, в пределах одного здания или соседних зданий.

ЛВС нашли широкое применение в системах автоматизированного проектирования и технологической подготовки производства, системах управления производством и технологическими комплексами, в конторских системах, бортовых системах управления и т.д.

Основное назначение ЛВС:

• распределение данных (Data Sharing). Данные в сети хранятся на центральном ПК и могут быть доступны на рабочих станциях. Благодаря этому не надо на каждом рабочем месте иметь накопители для хранения одной и той же информации;
• распределение ресурсов (Resource Sharing). Периферийные (чаще всего дорогие) устройства могут быть доступны для всех пользователей сети. Такими устройствами могут быть, например, факс или лазерный принтер;
• распределение программ (Software Sharing). Все пользователи сети могут совместно иметь доступ к программам, которые были один раз централизованно установлены. Конечно, при этом должна работать сетевая версия соответствующих программ;
• электронная почта (Electronic Mail). Все пользователи сети могут интерактивно соединяться друг с другом, чтобы передавать или принимать сообщения.

 

ЛВС

История развития

Работы по созданию ЛВС начались еще в 60-х годах с попытки внести новую технологию в телефонную связь. Эти работы не имели серьезных результатов вследствие дороговизны и низкой надежности электроники. В начале 70-х годов в исследовательском центре компании "Xerox", лабораториях при Кембриджском университете и ряде других организаций было предложено использовать единую цифровую сеть для связи мини-ЭВМ. Использовалась шинная и кольцевая магистрали, данные передавались пакетами со скоростью более 2 Мбит/с.

В конце 70-х годов появились первые коммерческие реализации ЛВС: компания "Prime" представила ЛВС "RingNet", компания "Datapoint" - ЛВС "Attached Resourse Computer" (ARC) с высокоскоростным коаксиальным кабелем. В 1980 году в институте инженеров по электротехнике и электронике IEEE (Institute of Eleсtrical and Eleсtronic Engeneers) организован комитет "802" по стандартизации ЛВС. В дальнейшем темпы развития ускорились, и на сегодняшний день имеется большое количество коммерческих реализаций ЛВС.

 

Преимущества ЛВС

Объединение персональных компьютеров в виде локальной вычислительной сети дает ряд преимуществ:

• разделение ресурсов, которое позволяет экономно использовать дорогостоящее оборудование, например, лазерные принтеры, со всех присоединенных рабочих станций;

• разделение данных, которое предоставляет возможность доступа и управления базами данных и элементами файловой системы с периферийных рабочих мест, нуждающихся в информации. При этом обеспечивается возможность администрирования доступа пользователей соответственно уровню их компетенции;

• разделение программного обеспечения, которое предоставляет возможность одновременного использования централизованных, ранее установленных программных средств;

• разделение ресурсов процессора, при котором возможно использование вычислительных мощностей для обработки данных другими системами, входящими в сеть.

Объединение персональных компьютеров в виде локальной вычислительной сети дает ряд преимуществ:

• разделение ресурсов, которое позволяет экономно использовать дорогостоящее оборудование, например, лазерные принтеры, со всех присоединенных рабочих станций;

• разделение данных, которое предоставляет возможность доступа и управления базами данных и элементами файловой системы с периферийных рабочих мест, нуждающихся в информации. При этом обеспечивается возможность администрирования доступа пользователей соответственно уровню их компетенции;

• разделение программного обеспечения, которое предоставляет возможность одновременного использования централизованных, ранее установленных программных средств;

• разделение ресурсов процессора, при котором возможно использование вычислительных мощностей для обработки данных другими системами, входящими в сеть.

 

 

 

Требования к ЛВС

Общие требования

• Выполнение разнообразных функций по передаче данных, включая пересылку файлов, поддержку терминалов (в том числе и скоростных графических), электронную почту, обмен с внешними запоминающими устройствами, обработку сообщений, доступ к файлам и базам данных, передачу речевых сообщений.

• Подключение большого набора "стандартных" и специальных устройств, в том числе больших, малых и ПЭВМ, терминалов, внешних запоминающих устройств, алфавитно-цифровых печатающих устройств, графопостроителей, факсимильных устройств, аппаратуры контроля и управления и другого оборудования.

• Подключение ранее разработанных и перспективных устройств с различными программными средствами, архитектурой, принципами работы.

• Доставка пакетов адресату с высокой достоверностью, с обеспечением виртуальных соединений (сеансов) и поддержкой датаграммной службы.

• Обеспечение непосредственной взаимосвязи между подключенными устройствами без промежуточного накопления и хранения информации (возможны промежуточные функции преобразования потоков или функции регистрации потока).

• Простота монтажа, модификации и расширения сети, подключение новых устройств и отключение прежних без нарушения работы сети длительностью более 1 с, информирование всех устройств сети об изменении ее состава.

• Поддержка в рамках одной ЛВС не менее 200 устройств с охватом территории не менее 2 км.

Требования к взаимодействию устройств в сети

• Возможность для каждого устройства связываться и взаимодействовать с другим устройством.

• Обеспечение равноправного доступа к физической среде для всех коллективно использующих ее устройств.

• Возможность адресации пакетов одному устройству, группе устройств, всем подключенным устройствам.

• Обеспечение возможности некоторым пользователям назначать и менять свой адрес в сети (без нарушения целостности сети).

 

Информационные требования

• Должны быть обеспечены "прозрачный" режим обслуживания, возможность приема, передачи и обработки любых сочетаний битов, слов и символов, в том числе и не кратных 8.
• Пропускная способность сети не должна существенно снижаться при достижении полной загрузки и даже перегрузки сети во избежание ее блокировки.
• Скорости передачи данных должны быть 1 - 20 Мбит/с.
• Максимальная задержка передачи пакета через ЛВС должна быть небольшой по величине, постоянной и детерминированной (предварительно рассчитанной).

 

Требования к надежности и достоверности

• Отказ или отключение питания подключенного устройства должны вызывать только переходную ошибку.
• ЛВС не должна находиться в состоянии неработоспособности более 0,02% от полного времени работы (это составляет около 20 минут простоя в год для учрежденческой системы и около 2 часов для непрерывно функционирующей системы).
• Средства обнаружения ошибок должны выявлять все пакеты, содержащие до четырех искажений битов. Если же достоверность передачи достаточно высока, сеть не должна сама исправлять обнаруженные ошибки. Функции анализа, принятия решения и исправления ошибки должны выполняться подключенными устройствами.
• Появление пакета с обнаруженной ошибкой не чаще одного раза в год (для сети со скоростью 5 Мбит/с это составит вероятность 10-14). Частота обнаруживаемых ошибок может иметь порядок 10-8;
• ЛВС должна обнаруживать и индицировать все случаи совпадения сетевых адресов у двух абонентов.

 

Специальные требования

• Простота подключения к другому телекоммуникационному оборудованию.
• Простота интерфейсов между ЛВС и абонентами.
• Защита обмена данными по сети от несанкционированного или случайного доступа.
• Наличие средств сопряжения с другими ЛВС.

 

 

Архитектура локальных сетей

На аппаратном уровне локальная вычислительная сеть представляет из себя совокупность компьютеров и других средств вычислительной техники (активного сетевого оборудования, принтеров, сканеров и т.п.), объединенных с помощью кабелей и сетевых адаптеров и работающих под управлением сетевой операционной системы. Каждое устройство в сети оснащается сетевым адаптером, адаптеры соединяются с помощью специальных кабелей и тем самым связывают оборудование в единую сеть. Компьютер, подключенный к вычислительной сети, называется рабочей станцией или сервером, в зависимости от выполняемых им функций. Эффективно использовать ресурсы ЛВС позволяет применение технологии "клиент-сервер".

“Клиент-сервер” - это модель взаимодействия компьютеров в сети. Как правило, компьютеры не являются равноправными. Каждый из них имеет свое, отличное от других, назначение, играет свою роль. Некоторые компьютеры в сети владеют и распоряжаются информационно-вычислительными ресурсами, такими как процессоры, файловая система, почтовая служба, служба печати, база данных. Другие компьютеры имеют возможность обращаться к этим ресурсам, пользуясь услугами первых. Компьютер, управляющий тем или иным ресурсом, принято называть сервером этого ресурса, а компьютер, желающий им пользоваться, - клиентом. Конкретный сервер определяется видом ресурса, которым он владеет. Так, если ресурсом являются базы данных, то речь идет о сервере баз данных, который обслуживает запросы клиентов, связанные с обработкой данных. Если ресурс - файловая система, то говорят о файловом сервере (файл-сервере), и т.п. В сети один и тот же компьютер может выполнять роль как клиента, так и сервера.

Этот же принцип распространяется и на взаимодействие программ. Если одна из них выполняет некоторые функции, предоставляя другим соответствующий набор услуг, то такая программа выступает в качестве сервера. Программы, которые пользуются этими услугами, принято называть клиентами.

Различают сети с одним или несколькими выделенными серверами и сети без выделенных серверов, называемые одноранговыми сетями.

 

Иерархические сети

В иерархических сетях все задачи, связанные с хранением, обработкой данных, их представлением пользователям, выполняет центральный компьютер, называемый сервером.

Сервер (host-компьютер) – главный компьютер, управляющий работой сети.

Достоинства иерархических систем:

• отработанная технология обеспечения отказоустойчивости, сохранности данных;
• надежная система защиты информации и обеспечения секретности.