12. Локальные сети Ethernet

Локальная вычислительная сеть- программно-аппаратный комплекс, вклю­чающий в себя несколько активно взаимодействующих компьютеров (обычно от не­скольких штук до нескольких сотен), соединенных между собой каналами связи. В ло­кальную сеть включа­ется также коммуникационное оборудование. К нему относятся:

• концентраторы;

• коммутаторы;

• маршрутизаторы.

Основное отличие локальной сети от территориально распределенных сетей за­клю­чается в использовании коммуникационного оборудования, не требующего специ­альных мер коррекции ошибок передачи и сжатия информации.

Сетевая работа пользователя начинается на его рабочем месте, которое чаще всего представляет собой компьютер, включенный в местную (или локальную) сеть. Компьютер, подключенный к удаленной сети через модем, логически по адресации также включен в ло­кальную сеть. В этом случае говорят об использовании протокола ТСР/IРповерх последо­вательной линии. В России преобладают локальные сетиEthernet.

Локальные вычислительные сети (ЛВС) традиционно выделяют из всего много­обра­зия возможных компьютерных сетей.

В настоящее время концепция локальных вычислительных сетей достаточно хо­рошо проработана. В основе этой концепции лежит принцип организации ЛВСв виде так назы­ваемой сетиIntranet ,м­ного обеспечения, средств доступа и защиты информа­ции, что и глобальная сеть Internet.

Локальные вычислительные сети позволяют объединять в систему большое коли­чество рабочих мест, построенных на основе ПК. При этом персонал таких рабо­чих мест может совместно использовать оборудование сети, программные средства и информацию. Локальная вычислительная сеть может рассматриваться каждым ее уча­стником как единый программно-аппаратный комплекс. В этом комплексе можно вы­делить следующие технологические преимущества.

• разделение аппаратных средств (например, доступ к лазерному принтеру обеспечивается со всех рабочих станций сети);

• разделение данных (со всех рабочих станций сети обеспечивается доступ к системе управления базой данных - СУБД);

• разделений программных средств (необходимые программы могут быть за­пущены с любой рабочей станции);

• разделение ресурсов процессора файлового сервера (процессор использу­ется в режиме разделения времени. Его особенность заключа­ется в том, что доступ к имеющимся ресурсам осуществляется через специальный диспетчер);

• мультипрограммный режим (предоставляет возможность даже одному поль­зователю организовать работу одновременно с несколькими зада­ниями);

• электронная почта (с помощью которой происходит интерактивный об­мен информацией между пользователями на рабочих станциях сети).

Описанные возможности не являются специфическими для локальных сетей. В той или иной мере они присущи всем сетям. В локальной сети их действенность усили­вается, если локальная сеть используется как единый комплекс, например, при коллек­тивной раз­работке некоторого продукта, Схема обмена данными в сетях Ethernetназы­вается множественным доступом с кон­тролем несущей и обнаружением конфликтов -CSMA/CD(Carrier Sense Multiply Access with Collision Detection). Множественный доступ означает, что любое подключенное уст­ройство может передавать информацию. Контроль несущей означает, что можно определить занят канал или нет.Обнаружение конфликтов означает возможность узнать, перебиваете вы кого-нибудь или нет.

Фактическая задержка при обнаружении конфликтов — величина случайная. Это по­зволяет избежать такого развития событий, когда две Шины одновременно пере­дают со­общение по сети, обнаруживают конфликт, ждут некоторое время, а потом во­зобновляют передачу, переполняя сеть конфликтами. Вычисление задержки происходит с использова­нием генератора случайных чисел на некотором диапазоне. Количество попыток передачи не бесконечно. После определенного числа попыток сообщение сни­мается.

В качестве рабочих мест в ЛВСприменяют автономные компьютерные системы, называемые рабочими станциями, автоматизированными рабочими местами (АРМ), или сетевыми станциями. Обычно включаемые в сеть станции располагают собствен­ным внеш­ним накопителем, но допускается конфигурация без такового со специаль­ными постоян­ными запоминающими устройствами (ПЗУ) для загрузки сетевого про­граммного обеспе­чения.

Управление различными службами в ЛВСосуществляется с использованием од­ного или нескольких серверов. В терминологии сетевых технических средств сервер — это один из включенных в сеть компъютеров, располагающих соответствующими про­граммными и достаточными аппаратными мощностями для выполнения какого-либо обслуживания. Принципиальной разницы между сервером и рабочей станцией, снаб­женной специальным программным обеспечением, нет.

К серверу могут предъявляться некоторые дополнительные требования, связан­ные с необходимостью обслуживания им большого числа запросов от многих станций м других серверов. Например, типичным требованием к серверам является требование круглосуточ­ной бесперебойной работы.

Повышенные требования предъявляются к программно-аппаратному обеспече­нию файловых серверов. Это связано с тем, что от таких серверов зависят временные характери­стики по загрузке, передаче и хранению данных в сети.

Для подключения компьютера к сети требуются устройства сопряжения, называемые сетевыми адаптерами, или сетевыми интерфейсными картами, вставляемыми в гнездо материнской платы компьютера. В настоящее время широкое распространение приоб­рели адаптеры, которые могут настраиваться на различную скорость передачи данных: 10 Мбит/с (Ethernet) и 100 Мбит/с (Fast Ethernet).

В настоящее время в основном выпускаются адаптеры с автоматической на­стройкой Plug-and-Play (PNP), которые в случае конфликтов с другими аппаратными средствами до­пускают и программную перенастройку.

При выпуске каждый сетевой адаптер снабжается микросхемой с уникальным 48-би­товым адресом Ethernet. Каждая фирма, имеющая лицензию на выпуск адаптеров, распола­гает собственным диапазоном аппаратных адресовEthernet так что в мире не должно быть двух интерфейсных карт с одинаковыми адресами.

Для взаимного преобразования интернетовских адресов в аппаратные и обратно служат протоколы ARP (Address Resolution Protocol) иRARP(Reverse ARP).

Топология локальных сетей Ethernetпредставляет собойШину с ответвле­ниями, но без контуров. В каждой логической (в смысле адресацииTCP/IP) сети между двумя любыми точками имеется только один путь. Данные, пересылаемые по кабель­ной системе, передаются всем машинам в широковещательном режиме. Стандартная спецификацияEthernetпредусматривает скорость передачи данных10Мбит/с. Аппара­тура быстройEthernet(Fast Ethernet) рассчитана на скорость100 Мбит/с.В топологииEthernetнаиболее распространены три среды Передачи данных.

1. коаксиальные кабели с волновым сопротивлением 50 Ом;

2. медный провод «витая пара»;

3. оптоволоконный кабель.

При выборе типа кабеля учитываются следующие показатели:

• стоимость монтажа и обслуживания:

• ограничение на длину коммуникаций без дополнительных усилите­лей-повторите­лей (репитеров);

• безопасность передачи данных.

Пропускная способность локальных сетей сильно зависит от количества вклю­чен­ных в них активно действующих объектов — серверов, рабочих станций, интеллек­туальных устройств. В сетях Ethernetпри увеличении информационных потоков может резко воз­расти время доставки сообщений, а затем наступить полная блокировка: ни одно сообщение не сможет пробиться к адресату.

Для борьбы с этим явлением прежде всего должны использоваться специализи­рован­ные программные средства и совершенствоваться собственно программное обес­печение серверов и станций. Это требует специального анализа и измерения информа­ционных по­токов.

В качестве аппаратных мер по предотвращению заторов можно с помощью спе­циаль­ного коммуникационного оборудования разделить сеть на части, в которые вхо­дят наиболее активно взаимодействующие между собой объекты. Такое деление часто называют сегмен­тацией. Обычно сегментация возникает естественным образом исходя из расположения се­тевых объектов и состава групп специалистов, решающих общие за­дачи. Но возможно про­ведение сегментации с целью недопущения блокировок, когда замечено, что время реакции сети существенно возрастет.

В компьютерных сетях наиболее распространенным коммуникационным обору­дова­нием являются:

1. концентраторы;

2. коммутаторы;

3. маршрутизаторы.

Для сегментации с целью избежания перегрузок могут служить только коммута­торыимаршрутизаторы.

Концентратор(Hub) позволяет присоединить к нему несколько рабочих стан­ций, ло­гически (по адресам) входящих в одну и ту же сеть. Концентратор обеспечивает возмож­ность использования в ЛВС кабеля «витая пара».

Коммутатор (Switch)позволяет увеличить полосу пропускания и уменьшить время задержки обработки информации. С его помощью можно сегментировать ло­кальную сеть на канальном уровне иерархической модели протоколаTCP/IP, то есть без использованияIP-адресации.

Маршрутизатор (router) разбивает логически единую по адресации сеть на подсети. Маршрутизатор служит либо для соединения сетей с различными протоко­лами, либо для соединения се¬тей TCP/IP с различным пространством адресов. В по­следнем случае его часто называют шлюзом (Gateway). Аппаратные маршрутизаторы обычно бывают многопро­токольными и очень дороги. В локальных сетях в качестве маршрутизатора можно использо­вать не очень мощный компьютер с двумя или более сетевыми картами, что является самым дешевым решением для расширения сети.

Маршрутизаторы предоставляют дополнительные средства защиты данных и кон­троля трафика. Они играют большую роль в управлении сетью и выявлении не­штатных си­туаций.