60. Локальные компьютерные сети. Среда передачи данных. Топология сети. Аппаратное и программное обеспечение сетевого взаимодействия.

Лока́льная вычисли́тельная сеть (ЛВС, локальная сеть; англ. Local Area Network, LAN) — компьютерная сеть, покрывающая обычно относительно небольшую территорию или небольшую группу зданий (дом, офис, фирму, институт). Также существуют локальные сети, узлы которых разнесены географически на расстояния более 12 500 км (космические станции и орбитальные центры). Несмотря на такие расстояния, подобные сети всё равно относят к локальным.

Локальная сеть объединяет несколько компьютеров и дает возможность пользователям совместно использовать ресурсы компьютеров, а также подключенных к сети периферийных устройств (принтеров, плоттеров, дисков, модемов и др.).

Каждый компьютер, подключенный к локальной сети, должен иметь специальную плату

Основной функцией сетевого адаптера является передача и прием информации из сети. В настоящее время наиболее часто используются сетевые адаптеры типа EtherNet, которые могут объединять в сеть компьютеры различных аппаратных и программных платформ (IBM-совместимые, Macintosh, Unix-компьютеры).

Соединение компьютеров (сетевых адаптеров) между собой производится с помощью кабелей различных типов (коаксиального, витой пары, оптоволоконного). Для подключения к локальной сети портативных компьютеров часто используется беспроводное подключение, при котором передача данных осуществляется с помощью электромагнитных волн.

Общая схема соединения компьютеров в локальной сети называется топологией сети. Топологии сети могут быть различными.

Полносвязная топология (рис. 1.10, а) соответствует сети, в которой каждый компьютер сети связан со всеми остальными. Несмотря на логическую простоту, этот вариант оказывается громоздким и неэффективным (Большое количество портов, для каждой пары узлов своя линия связи).

Ячеистая топология (mesh) получается из полносвязной путем удаления некоторых возможных связей (рис. 1.10, б). В сети с ячеистой топологией непосредственно связываются только те компьютеры, между которыми происходит интенсивный обмен данными.

Общая шина(рис. 1.10, в) является очень распространенной (а до недавнего времени самой распространенной) топологией для локальных сетей. В этом случае компьютеры подключаются к одному коаксиальному кабелю по схеме «монтажного ИЛИ». Передаваемая информация может распространяться в обе стороны. Применение общей шины снижает стоимость проводки, унифицирует подключение различных модулей, обеспечивает возможность почти мгновенного широковещательного обращения ко всем станциям сети. Таким образом, основными преимуществами такой схемы являются дешевизна и простота разводки кабеля по помещениям. Самый серьезный недостаток общей шины заключается в ее низкой надежности: любой дефект кабеля или какого-нибудь из многочисленных разъемов полностью парализует всю сеть. Другим недостатком общей шины является ее невысокая производительность, так как при таком способе подключения в каждый момент времени только один компьютер может передавать данные в сеть

Топология звезда (рис. 1.10, г). В этом случае каждый компьютер подключается отдельным кабелем к общему устройству, называемому концентратором, который находится в центре сети. В функции концентратора входит направление передаваемой компьютером информации одному или всем остальным компьютерам сети. Главное преимущество этой топологии перед общей шиной - существенно большая надежность. Любые неприятности с кабелем касаются лишь того компьютера, к которому этот кабель присоединен, и только неисправность концентратора может вывести из строя всю сеть. К недостаткам топологии типа звезда относится более высокая стоимость сетевого оборудования из-за необходимости приобретения концентратора. Кроме того, возможности по наращиванию количества узлов в сети ограничиваются количеством портов концентратора.

В сетях с кольцевой конфигурацией (рис. 1.10, е) данные передаются по кольцу от одного компьютера к другому, как правило, в одном направлении. Если компьютер распознает данные как «свои», то он копирует их себе во внутренний буфер. В сети с кольцевой топологией необходимо принимать специальные меры, чтобы в случае выхода из строя или отключения какой-либо станции не прервался канал связи между остальными станциями. Кольцо представляет собой очень удобную конфигурацию для организации обратной связи - данные, сделав полный оборот, возвращаются к узлу-источнику. Поэтому этот узел может контролировать процесс доставки данных адресату. Часто это свойство кольца используется для тестирования связности сети и поиска узла, работающего некорректно.

Cреда передачи — физическая субстанция, по которой происходит передача электрических, электромеханических, оптических, радиосигналов, использующихся для переноса той или иной информации. Среда передачи может быть естественной или искусственной.

Естественные среды

• Безвоздушное пространство — позволяет распространяться электромагнитному, световому, рентгеновскому и другим видам излученений.

• Воздушное пространство — в основном используется для передачи радиоволн.

• Водная поверхность — в ней по большей части распространяются звуковые волны.

• Твёрдая поверхность — проводит звуковые и сейсмические волны.

Искусственные среды

• оптический кабель — делается из стекла и/или пластика и переносит внутри себя световой сигнал;

• кабели, провода с металлическим проводником — железом, медью; примеры: коаксиальный кабель, витая пара и другие;

• углеродное волокно и ткани из углеродных волокон[1] — служат для передачи электрических сигналов.

Взаимодействие объектов сети (серверов и клиентов) осуществляется по каналам связи, для кото-рых используются разные физические среды. Среды, в которых происходит связь компьютеров сети, оп-ределяют средства соединения компьютеров.

Широко применяются соединения компьютеров по электрическим кабелям, с помощью радиоволн, по оптоволоконным кабелям и т.д. Все это каналы связи

Для передачи информации по каналам связи необходимо преобразовывать компьютерные сигналы в сигналы физических сред. Например, при передаче информации по оптоволоконному кабелю данные пре-образуются в оптические сигналы, для чего используют специальные технические устройства - сетевые адаптеры.

Чтобы информацию, переданную одним компьютером, понял другой компьютер, необходимо было разработать единые правила передачи данных, называемые протоколами.

Протокол передачи устанавливает соглашение между взаимодействующими компьютерами.

Передача данных одним сплошным потоком может привести к их потере или искажению. Поэтому данные разделяются на блоки (пакеты) информации строго определенной длины, каждый такой пакет сопровождается служебным уведомлением, включая опознавательные знаки его начала и конца. Протоколы передачи распознают начало пакета и его конец, управляют потоками данных, распределяют их, выстраивают их в очереди.

Существует несколько протоколов передачи данных, коррекции и исправления ошибок. В сети Интернет действует международный протокол ТСР/IР, принятый в 70-е годы.