Локальні обчислювальні мережі

Локальна обчислювальна мережа (ЛОМ, локальна мережа / Local Area Network, LAN) - комп'ютерна мережа, що забезпечує передачу даних на невеликі відстані (від декількох десятків метрів до декількох кілометрів) зі швидкістю, як правило, не менше 1 Мбіт/с.

Приклади ЛВС: Ethernet, Token Ring, FDDI.

1. Принципи організації лом

1.1. Характерні особливості лом

1. Територіальний охоплення - від кількох десятків метрів до декількох кілометрів.

2. Поєднує зазвичай персональні комп'ютери та інше електронне офісне обладнання, дозволяючи користувачам обмінюватися інформацією і спільно ефективно використовувати загальні ресурси, наприклад, принтери, модеми і пристрої для зберігання даних.

3. Інтерфейс - послідовний.

4. Відсутня апаратура передачі даних, так як сигнали передаються в "природній" цифровій формі.

5. В якості пристрою сполучення ЕОМ із середовищем передачі використовується досить простий пристрій - мережевий адаптер.

6. Прості типові топології: "загальна шина", "кільце", "зірка".

7. Відсутня маршрутизація (3-й рівень моделі OSI).

8. Висока швидкість передачі даних, як правило, більше 1 Мбіт/с.

9. Порівняно невеликі витрати на побудову мережі.

Перераховані особливості обумовлюють основні переваги ЛОМ, які полягають в простоті мережевого обладнання та організації кабельної системи і, як наслідок, в простоті експлуатації мережі.

1.2. Склад лом

У загальному випадку ЛОМ включає в себе:

• безліч ЕОМ, зазвичай персональних комп'ютерів (ПК), які називаються робочими станціями;

• мережеві адаптери, що представляють собою електронну плату для сполучення ПК із засобами комунікації;

• середовище передачі (магістраль), що представляє собою сукупність засобів комунікацій (комунікаційна мережа, мережа зв'язку), що об'єднує всі ПК в єдину обчислювальну мережу кабельної системою або радіозв'язком.

Мережеві адаптери (МА) (плати, карти) призначені для сполучення ПК із засобами комунікації з урахуванням прийнятих в даній мережі правилами обміну інформацією.

Перелік функцій, покладених на МА, залежить від конкретної мережі і, в загальному випадку, може бути розбитий на дві групи:

1) магістральні (канальні) функції, що забезпечують сполучення адаптера з ПК і мережевою магістраллю;

2) мережеві функції, що забезпечують передачу даних в мережі і реалізують прийнятий в мережі протокол обміну.

До магістральних функцій МА відносяться:

1) електричне буферізування сигналів магістралі;

2) розпізнавання (дешифрування) власного адреси на магістралі;

3) обробка стробів обміну на магістралі і вироблення внутрішніх керуючих сигналів.

До мережевих функцій МА відносяться:

1) гальванічна розв'язка ПК і засобів комунікації (відсутній в разі оптоволоконного і бездротового зв'язку);

2) перетворення рівнів сигналів при передачі та прийомі даних;

3) кодування сигналів при передачі і декодування при прийомі (відсутній при використанні коду NRZ);

4) розпізнавання свого кадру при прийомі;

5) перетворення коду: паралельного в послідовний при передачі та послідовного в паралельний при прийомі;

6) буферизація переданих та прийнятих даних у буферній пам'яті МА;

7) проведення арбітражу обміну по мережі (контроль стану мережі, вирішення конфліктів і т.д.);

8) підрахунок контрольної суми кадру при передачі та прийомі.

Перші чотири функції завжди реалізуються апаратно, інші можуть бути реалізовані програмно, що природно знижує швидкість обміну.

Алгоритм функціонування МА при передачі кадрів містить наступні етапи (при прийомі - зворотна послідовність).

1. Передача даних. Дані передаються з ОЗП ПК в буферну пам'ять МА (з буферної пам'яті МА в ОЗП ПК при прийомі) через програмований канал введення/виводу, канал прямого доступу до пам'яті або поділювану пам'ять.

2. Буферизація. Необхідна для зберігання даних під час обробки в МА та забезпечення узгодження між собою швидкостей передачі та обробки інформації різними компонентами ЛОМ.

3. Формування кадру (повідомлення):

• повідомлення поділяється на кадри при передачі (кадри об'єднуються в повідомлення при прийомі);

• до кадру додаються (видаляються при прийомі) заголовок і кінцевик.

4. Доступ до кабелю. Перевіряється можливість передачі кадру в лінію зв'язку: для Ethernet перевіряється незайнятість лінії зв'язку, для Token Ring - наявність маркера. При прийомі кадру цей етап відсутній.

5. Перетворення даних з паралельної форми на послідовну при передачі і з послідовної форми в паралельну при прийомі.

6. Кодування/декодування даних. Формуються електричні сигнали, що використовуються для представлення даних.

7. Передача/прийом імпульсів. Закодовані електричні імпульси передаються в лінію зв'язку (при прийомі приймаються з лінії зв'язку і спрямовуються на декодування).

Крім цих етапів при прийомі МА разом з програмним забезпеченням ПК розпізнають і обробляють помилки, що виникають із-за електричних перешкод, конфліктів в мережах з випадковим доступом або через погану роботу обладнання.

1.3. Топології ЛОМ

В ЛОМ найбільш широке поширення одержали наступні топології.

1. "Шина" (bus) - являє собою кабель, названий магістраллю або сегментом, до якого підключені всі комп'ютери мережі (рис.3.1).

К адр, рухаючись від будь-якого комп'ютера, поширюється по шині в обидві сторони і надходить в буфери мережевих адаптерів всіх комп'ютерів мережі, як це пунктиром показано на рис.3.1. Але тільки той комп'ютер, якому адресується даний кадр, зберігає його в буфері для подальшої обробки. Слід мати на увазі, що в кожен момент часу передачу може вести лише один комп'ютер.

На продуктивність мережі (швидкість передачі даних) впливають такі чинники:

• кількість комп'ютерів в мережі і їх технічні параметри;

• інтенсивність (частота) передачі даних;

• типи мережевих програм, що працюють;

• тип мережевого кабелю;

• відстань між комп'ютерами в мережі.

Для запобігання відображення електричних сигналів на кожному кінці кабелю встановлюють термінатори, що поглинають відбиті сигнали.

При порушенні цілісності мережі (обрив або від'єднання кабелю), а також при відсутності термінаторів, мережа "падає" і припиняє функціонувати.

1. "Зірка" (star), в якій всі комп'ютери підключаються до центрального компоненту - концентратора (рис.3.2).

Кадр, що передається, може бути доступний усім комп'ютерам мережі, як в топології «шина», або ж, у разі інтелектуального концентратора, працюючого на 2-му рівні OSI-моделі, направлятися конкретному комп'ютеру відповідно з адресою призначення.

Основними недоліками такої топології є:

• значна витрата кабелю для територіально великих мереж;

• низька надійність (вузьке місце - концентратор).

3. "Кільце" (ring). Сигнали передаються по кільцю в одному напрямку і проходять через кожен комп'ютер (рис.3.3). На відміну від пасивної топології "шина", кожен комп'ютер виступає в ролі повторювача, записуючи кадр в буфер мережевого адаптера і потім передаючи їх наступного комп'ютера.

В залежності від способу передачі сигналів розрізняють:

1) пасивні топології, в яких комп'ютери тільки "слухають" передані по мережі дані, але не переміщують їх від відправника до одержувача, тому вихід з ладу одного з комп'ютерів не позначається на роботі інших;

2) активні топології, в яких комп'ютери регенерують сигнали і передають їх по мережі.