6.3. Технологии локальных сетей

Локальная вычислительная 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.

Таким образом, локальная сеть – это совокупность двух и более компьютеров, объединенных коммуникационными связями с целью распределения сетевых аппаратно-программных, информационных и др. ресурсов. Локальные сети могут объединяться в корпоративные (крупных предприятий и компаний) и региональные сети. Корпоративные и региональные сети, в свою очередь, могут объединяться в глобальные (страны, международные). Объединение глобальных сетей представляет собой суперглобальную сеть (сеть сетей) Интернет.

Сетевые ЭВМ принято делить на основные и вспомогательные. К основным относятся ЭВМ-клиенты, к вспомогательным – серверы, хост-ЭВМ (host). Клиент – это ЭВМ, посылающее запрос к серверу. Сервер – персональная или виртуальная ЭВМ, выполняющая функции по обслуживанию клиента и распределяющая сетевые ресурсы (принтеры, базы данных, программы, внешнюю память и др.). Хост-ЭВМ – это ЭВМ, установленная в узлах сети и решающая вопросы коммутации в сети.

Совокупность серверов и хост-ЭВМ, соединенных физическими каналами связи, называют коммуникационной сетью, а физические каналы связи – магистральными.

Компьютеры могут соединяться между собой, используя различные среды доступа: медные проводники (витая пара), оптические проводники (оптические кабели) и через радиоканал (беспроводные технологии). Проводные связи устанавливаются через Ethernet, беспроводные — через Wi-Fi, Bluetooth, GPRS и прочие средства. Отдельная локальная вычислительная сеть может иметь шлюзы с другими локальными сетями, а также быть частью глобальной вычислительной сети (например, Интернет) или иметь подключение к ней.

Чаще всего локальные сети построены на технологиях Ethernet или Wi-Fi. Следует отметить, что ранее использовались протоколы Frame Relay, Token ring, которые на сегодняшний день встречаются всё реже, их можно увидеть лишь в специализированных лабораториях, учебных заведениях и службах. Для построения простой локальной сети используются маршрутизаторы, коммутаторы, точки беспроводного доступа, беспроводные маршрутизаторы, модемы и сетевые адаптеры. Реже используются преобразователи (конвертеры) среды, усилители сигнала (повторители разного рода) и специальные антенны.

Важными составляющими сетей являются средства маршрутизации: повторители, мосты, маршрутизаторы, шлюзы. Повторитель – самый простой тип устройства для соединения однотипных ЛВС, он ретранслирует все принимаемые пакеты из одной ЛВС в другую. Мост – устройство связи, позволяющее соединить ЛВС с одинаковыми и разными системами сигналов. Маршрутизатор – устройство связи, аналогичное мосту, выполняющее функции передачи пакетов в соответствии с определенными протоколами, обеспечивающее соединение ЛВС на сетевом уровне. Шлюз – устройство соединения ЛВС с глобальной сетью.

При разработке сети ЭВМ возникает задача согласования взаимодействий ЭВМ клиентов, серверов, линий связи и др. устройств. Она решается путем установления определенных правил, называемых протоколами. Часть протоколов реализуется программно, другая часть – аппаратно. Международная организация по стандартизации (ISO) ввела понятие архитектуры открытых систем, основой которых является понятие уровня логической декомпозиции сложной информационной сети.

ISO установила семь уровней сети: 1 – физический, 2 – канальный, 3 – сетевой, 4 – транспортный, 5 – сеансовый, 6 – представительный, 7 – прикладной.

Первый уровень (физический) определяет некоторые физические характеристики канала.

Второй уровень (канальный) управляет передачей данных между двумя узлами сети.

Третий уровень (сетевой) обеспечивает управление потоком, маршрутизацию.

Четвертый уровень (транспортный) отвечает за стандартизацию обмена данными между программами, находящимися на разных ЭВМ сети.

Пятый уровень (сеансовый) определяет правила диалога прикладных программ, проверки прав доступа к сетевым ресурсам.

Шестой уровень (представительный) определяет форматы данных, алфавиты, коды представления специальных и графических символов.

Седьмой уровень (прикладной) определяет уровень услуг (электронная почта, телекс, телефакс, видеотекст, телетекст и др.).

Каждый уровень решает свои задачи и обеспечивает сервисом расположенный над ним уровень. Правила взаимодействия разных систем одного уровня называют протоколом, правила взаимодействия соседних уровней в одной системе – интерфейсом. Каждый протокол должен быть прозрачным для соседних уровней, т.е. быть понятным взаимодействующим уровням.

Технологии локальных сетей реализуют, как правило, функции только двух нижних уровней модели ISO - физического и канального. Функциональности этих уровней достаточно для доставки кадров в пределах стандартных топологий, которые поддерживают LAN: звезда (общая шина), кольцо и дерево. Однако из этого не следует, что компьютеры, связанные в локальную сеть, не поддерживают протоколы уровней, расположенных выше канального. Эти протоколы также устанавливаются и работают на узлах локальной сети, но выполняемые ими функции не относятся к технологии LAN.

По способу передачи информации сети принято делить на: коммутации каналов; коммутации сообщений; коммутации пакетов; интегральные сети.

Сети коммутации каналов обеспечивают прямое соединение клиентов, которое остается неизменным в течении всего сеанса.

При коммутации сообщений информация передается порциями, называемыми сообщениями. Прямое сообщение не устанавливается. Передача сообщения начинается после освобождения первого канала и так далее, пока сообщение не дойдет до адресата. Каждым сервером осуществляется прием информации, ее сбор.

При коммутации пакетов обмен производится короткими пакетами фиксированной структуры. Пакет – часть сообщения, удовлетворяющая некоторому стандарту. Малая длина пакетов предотвращает блокировку линий связи, не дает расти очереди в узлах коммутации. Это обеспечивает быстрое соединение, низкий уровень ошибок, надежность и эффективность использования сети.

Интегральные сети – сети, обеспечивающие коммутацию каналов, сообщений и пакетов. Они объединяют несколько коммутационных сетей.

К одному из важных видов сетевых технологий относится распределенная обработка данных. Ее особенность – ПЭВМ стоят на рабочих местах, т.е. на местах возникновения и использования информации; они соединены каналами связи, что дает возможность распределять их ресурсы по отдельным функциональным сферам деятельности и изменить технологию обработки данных в направлении децентрализации.

Следует различать распределенную обработку данных и распределенную базу данных. В первом случае база данных находится на сервере, а обработка осуществляется на компьютерах-клиентах. Во втором случае – база данных размещается на нескольких серверах.

В системе распределенной обработки данных клиент работает в режиме запросов. Он может послать запрос к собственной локальной базе или удаленной. Удаленный запрос – единичный запрос к одному серверу. Несколько удаленных запросов к одному серверу объединяются в удаленную транзакцию. Если отдельные запросы транзакций обрабатываются различными серверами, то транзакция называется распределенной. При этом один запрос транзакций обрабатывается одним сервером. Распределенная база данных позволяет обрабатывать один запрос несколькими серверами. Такой запрос называется распределенным.

Различают централизованную, децентрализованную и смешанную технологии распределенной обработки данных. При централизованной обработке данных на одном сервере находится единственная копия базы данных. Все операции с базой данных обеспечиваются этим сервером. Доступ к данным выполняется с помощью удаленного запроса и удаленной транзакции.

Децентрализованная организация данных предполагает разбиение информационной базы на несколько физически распределенных. Каждый клиент пользуется своей базой данных, которая может быть либо частью общей информационной базы, либо копией информационной базы в целом.

Смешанная организация данных объединяет оба способа.