22. Устройство и состав локальных сетей, назначение и характеристики

Локальная сеть (локальная вычислительная сеть, ЛВС) – это комплекс оборудования и программного обеспечения, обеспечивающий передачу, хранение и обработку информации.

Назначение локальных сетей

Назначение локальной сети - осуществление совместного доступа к данным, программам и оборудованию. У коллектива людей, работающего над одним проектом появляется возможность работать с одними и теми же данными и программами не по-очереди, а одновременно. Локальная сеть предоставляет возможность совместного использования оборудования. Оптимальный вариант - создание локальной сети с одним принтером на каждый отдел или несколько отделов. Файловый сервер сети позволяет обеспечить и совместный доступ к программам и данным. У локальной сети есть также и административная функция. Контролировать ход работ над проектами в сети проще, чем иметь дело с множеством автономных компьютеров.

Состав локальной сети

В состав локальной сети (ЛВС) входит следующее оборудование:

• Активное оборудование – коммутаторы, маршрутизаторы, медиаконвекторы;

• Пассивное оборудование – кабели, монтажные шкафы, кабельные каналы, коммутационные панели, информационные розетки;

• Компьютерное и периферийное оборудование – серверы, рабочие станции, принтеры, сканеры.

В зависимости от требований, предъявляемых к проектируемой сети, состав оборудования, используемый при монтаже может варьироваться.

Основные характеристики локальной сети

В настоящее время в различных странах мира созданы и эксплуатируются различные типы ЛВС с различными размерами, топологией, алгоритмами работы, архитектурной и структурной организацией. Независимо от типа сетей, к ним предъявляются общие требования:

• Скорость - важнейшая характеристика локальной сети;

• Адаптируемость - свойство локальной сети расширяться и устанавливать рабочие станции там, где это требуется;

• Надежность - свойство локальной сети сохранять полную или частичную работоспособность вне зависимости от выхода из строя некоторых узлов или конечного оборудования.

Репитер (repeater)

Как быть, если на каком-либо предприятии эксплуатируется стандартная локальная сеть с пропускной способностью в 10 Мбит/с, отдельные участки которой, например сеть бухгалтерии и склада, находятся на значительном удалении друг от друга, а перед руководством фирмы возникла необходимость объединить их между собой? Здесь нам на помощь приходят специальные устройства, называемые репитерами или повторителями. Репитеры оснащены как минимум двумя, а иногда и большим числом сетевых портов с одним из стандартных интерфейсов. Получив сигнал с одного из своих портов, репитер формирует его заново с целью исключить любые потери и искажения, произошедшие в процессе его передачи, после чего ретранслирует результирующий сигнал на все остальные порты. Таким образом, при прохождении сигнала через репитер происходит его усиление и очистка от посторонних помех. В некоторых случаях повторитель выполняет также функцию разделения ретранслируемых сигналов.

Основной недостаток повторителей заключается в том, что в момент прохождения сигналов через это устройство происходит заметная задержка при пересылке данных. В целом в локальной сети может присутствовать более 4 повторителей.

Хаб (hub)

Сетевой концентратор или хаб — устройство для объединения компьютеров в сеть Ethernet c применением кабельной инфраструктуры типа витая пара. В настоящее время вытеснены сетевыми коммутаторами. Сетевые концентраторы также могли иметь разъёмы для подключения к существующим сетям на базе толстого или тонкого коаксиального кабеля.

Мост (bridge).

Принцип действия: Ретранслирует входящий сигнал с одного из портов в сигнал на все остальные (подключённые) порты, реализуя свойственную Ethernet топологию общая шина, c разделением пропускной способности сети между всеми устройствами. Попытка двух и более устройств начать передачу одновременно обрабатываются аналогично сети Ethernet на других носителях — устройства самостоятельно прекращают передачу и возобновляют попытку через случайный промежуток времени.

Сетевой концентратор также обеспечивает бесперебойную работу сети при отключении устройства от одного из портов или повреждении кабеля, в отличие, например, от сети на коаксиальном кабеле, которая в таком случае прекращает работу целиком.

Единственное преимущество концентратора — низкая стоимость — было актуально лишь в первые годы развития сетей Ethernet.

Недостатки концентратора являются логическим продолжением недостатков топологии общая шина, а именно — снижение пропускной способности сети по мере увеличения числа узлов. Кроме того, поскольку на физическом уровне узлы не изолированы друг от друга, все они будут работать со скоростью передачи данных самого худшего узла

Свитч (switch)

Сетевой коммутатор (жарг. свитч от англ. switch — переключатель) — устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного или нескольких сегментов сети.

В отличие от хаба, который распространяет трафик от одного подключённого устройства ко всем остальным, коммутатор передаёт данные только непосредственно получателю. Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости (и возможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались.

Коммутатор хранит в памяти (т.н. ассоциативной памяти) таблицу коммутации, в которой указывается соответствие MAC-адреса узла порту коммутатора. При включении коммутатора эта таблица пуста и он работает в режиме обучения. В этом режиме поступающие на какой-либо порт данные передаются на все остальные порты коммутатора. При этом коммутатор анализирует фреймы (кадры) и, определив MAC-адрес хоста-отправителя, заносит его в таблицу на некоторое время. Впоследствии, если на один из портов коммутатора поступит кадр, предназначенный для хоста, MAC-адрес которого уже есть в таблице, то этот кадр будет передан только через порт, указанный в таблице. Если MAC-адрес хоста-получателя не ассоциирован с каким-либо портом коммутатора, то кадр будет отправлен на все порты, за исключением того порта, с которого он был получен. Со временем коммутатор строит таблицу для всех активных MAC-адресов, в результате трафик локализуется.

Маршрутизатор + Роутер

Маршрутизатор или роутер — специализированный сетевой компьютер, имеющий два или более сетевых интерфейса и пересылающий пакеты данных между различными сегментами сети. Маршрутизатор может связывать разнородные сети различных архитектур. Для принятия решений о пересылке пакетов используется информация о топологии сети и определённые правила, заданные администратором.

Обычно маршрутизатор использует адрес получателя, указанный в заголовке пакета, и определяет по таблице маршрутизации путь, по которому следует передать данные. Если в таблице маршрутизации для адреса нет описанного маршрута, пакет отбрасывается.

Существуют и другие способы определения маршрута пересылки пакетов, когда, например, используется адрес отправителя, используемые протоколы верхних уровней и другая информация, содержащаяся в заголовках пакетов сетевого уровня. Нередко маршрутизаторы могут осуществлять трансляцию адресов отправителя и получателя, фильтрацию транзитного потока данных на основе определённых правил с целью ограничения доступа, шифрование/расшифрование передаваемых данных и т. д.

В бытовом секторе обычно используются малопортовые маршрутизаторы/роутеры, обеспечивающие подключение домашней сети компьютеров к каналу связи провайдера интернета. Как правило, при этом роутер обеспечивает IP-адресацию устройств локальной сети по протоколу DHCP, а сам получает IP-адрес от внешнего провайдера. Обычно современный роутер имеет ряд вспомогательных функций и встроенных возможностей: точка доступа Wi-Fi для подключения мобильных устройств, файервол для защиты сети от внешних атак, резервирование интернета от нескольких провайдеров, веб-интерфейс для упрощения настройки устройства, USB-порт для подключения принтера или дискового хранилища и другие. Бытовые маршрутизаторы имеют различную сетевую пропускную способность, простые дешёвые модели могут ограничивать скорость подключения интернет на высокоскоростных тарифах.

Шлюз

Сетевой шлюз — аппаратный маршрутизатор или программное обеспечение для сопряжения компьютерных сетей, использующих разные протоколы (например, локальной и глобальной). Сетевой шлюз конвертирует протоколы одного типа физической среды в протоколы другой физической среды (сети). Например, при соединении локального компьютера с сетью Интернет обычно используется сетевой шлюз.

Маршрутизатор (он же — роутер) является одним из примеров аппаратных сетевых шлюзов.

Сетевые шлюзы работают на всех известных операционных системах. Основная задача сетевого шлюза — конвертировать протокол между сетями. Роутер сам по себе принимает, проводит и отправляет пакеты только среди сетей, использующих одинаковые протоколы. Сетевой шлюз может с одной стороны принять пакет, сформатированный под один протокол (например Apple Talk) и конвертировать в пакет другого протокола (например TCP/IP) перед отправкой в другой сегмент сети.

Сетевой шлюз может быть специальным аппаратным роутером или программным обеспечением, установленным на обычный сервер или персональный компьютер. Большинство компьютерных операционных систем использует термины, описанные выше. Компьютеры под Windows обычно используют встроенный мастер подключения к сети, который по указанным параметрам сам устанавливает соединение с локальной или глобальной сетью. Такие системы могут также использовать DHCP-протокол. Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) — это протокол, который обычно используется сетевым оборудованием, чтобы получить различные данные, необходимые клиенту для работы с протоколом IP. С использованием этого протокола добавление новых устройств и сетей становится простым и практически автоматическим.