6. Локальные компьютерные сети

6.1. Основные характеристики локальных вычислительных сетей

Локальные сети получили очень широкое распространение, так как 80-90% информации циркулирует вблизи мест ее появления и только 10-20% связано с внешними взаимодействиями. Локаль­ные сети могут иметь любую структуру, но чаще всего компьютеры в локальной сети связаны единым высокоскоростным каналом передачи данных. Единый для всех компьютеров высокоскоростной канал передачи данных — главная отличи­тельная особенность локальных сетей. В качестве канала передачи данных ис­пользуются: витая пара, коаксиальный кабель, оптический кабель и др. В оптичес­ком канале световод изготовлен из кварцевого стекла толщиной в человеческий волос. Это наиболее высокоскоростной, надежный, но и дорогостоящий кабель. Расстоя­ния между ЭВМ в локальной сети небольшие — до 10 км. При использовании радиоканалов связи — до 20 км. Каналы в локальных сетях являются собствен­ностью организаций и это упрощает их эксплуатацию.

Использование компьютеров в составе локальных вычислительных сетей (ЛВС) обеспечивает постоянное и оперативное взаимодействие между отдельными пользователями в пределах коммерческой, научной либо производственной структуры. Свое название ЛВС получила за то, что все её компоненты (ПК, каналы коммуникаций, средства связи) физически размещаются на небольшой территории одной организации или её отдельных подразделений.

Важнейшей характеристикой сети является топология, опреде­ляемая структурой соединения ПК в сети. Топология сети — это логическая схема соединения каналами связи компью­теров (узлов сети). Различают два вида то­пологии - физическую и логическую. Под физической топологией понимается реальная схема соединения узлов сети каналами связи, а под логической — структура маршрутов потоков данных между узлами. Физическая и логическая топологии не всегда совпадают.

Существует три базовых топологических структуры сетей: шинная, звездообразная и кольцевая. На их основе формируются комбинированные топологии, например “звезда-шина”, “звезда-кольцо”.

Для опреде­ления последовательности доступа узлов сети к каналу и предотвращения нало­жения передач пакетов данных различными узлами необходим метод доступа.

Метод доступа — это набор правил, определяющий использование канала передачи данных, соединяющего узлы сети на физическом уровне. Самыми рас­пространенными методами доступа в локальных сетях перечисленных топологий являются Ethernet, Token-Ring, Arcnet, Intranet реализуемые соответствующими сетевыми платами (адаптерами). Сетевая плата является физическим устройством, которое устанавливается в каждом компьютере сети и обеспечивает передачу и прием информации по каналам сети.

Сеть моноканальной топологии

Сеть моноканальной топологии использует один канал связи, объединяющий все компьютеры сети (рис. 6.1). Самым распространенным методом доступа в сетях этой топологии является метод доступа с прослушиванием несущей частоты и обнаружением конфликтов (CSMA/CD).

Моноканал-шина

ТМ - терминатор

Рис. 6.1. Локальная сеть моноканальной топологии

При этом методе доступа узел, прежде чем послать данные по коммуникационно­му каналу, прослушивает его, и только убедившись, что канал свободен, посылает пакет. Если канал занят, узел повторяет попытку передать пакет через случайный промежуток времени. Данные, переданные одним узлом сети, поступают во все узлы, но только узел, для которого предназначены эти данные, распознает и при­нимает их. Несмотря на предварительное прослушивание канала, в сети могут возникать конфликты, заключающиеся в одновременной передаче пакетов двумя узлами. Они связаны с тем, что имеется временная задержка сигнала при прохож­дении его по каналу: сигнал послан, но не дошел до узла, прослушивающего канал, вследствие чего узел счел канал свободным и начал передачу. Характерным примером сети с этим методом доступа является сеть Ethernet . В сети Ethernet обеспечивается скорость передачи данных для локальных сетей равная 10 Мбит в секунду (Мбит/с). В настоящее время узлы Ethernet подключаются к концентратору. Таким образом, канал передачи (витая пара) физически разделен. Существует также Fast Ethernet со скоростью передачи 100 Мбит/с. Зарождается технология Gigabit Ethernet.

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

Сеть кольцевой топологии

Сеть кольцевой топологии использует в качестве канала связи замкнутое кольцо из приемо-передатчиков, соединенных коаксиальным или оптическим кабелем (рис. 6.2). Самым известным методом доступа в сетях этой топологии является Token-Ring — метод доступа с передачей маркера.

ПК