§22 Организация локальных сетей

Информатика и ИКТ 10-11 класс Семакин, Информатика 10-11 класс Семакин, Организация локальных сетей, Назначение локальных сетей, Аппаратные средства локальной сети, Топологии сетей, Организация передачи данных в сети

Локальная компьютерная сеть — объединение нескольких компьютеров, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга (обычно в пределах одного здания) для совместного решения информационных, вычислительных, учебных и других задач. В небольшой локальной сети может быть 10-20 компьютеров, в очень большой — порядка 1000.
Назначение локальных сетей
Хотя массовый характер создание локальных сетей приняло после появления персональных компьютеров, связь между компьютерами на небольших расстояниях существовала еще задолго до того.
Одной из первых возникших в ходе развития вычислительной техники задач, потребовавшей создания сети хотя бы из двух компьютеров, явилось обеспечение большой надежности при управлении ответственным процессом в режиме реального времени. Так, при управлении запуском космического аппарата выход из строя управляющего компьютера грозит непоправимыми последствиями. Для повышения надежности системы управления используется дублирующий компьютер. При сбое в работе активной машины содержимое ее процессора и ОЗУ очень быстро перебрасывается на вторую, которая подхватывает управление.
Другой пример — присоединение к большим компьютерам второго-третьего поколений многочисленных терминалов — устройств ввода/вывода данных и программ. Эти терминалы практически никакой обработки информации не вели, но позволяли разделить машинное время мощного и дорогого компьютера между разными пользователями. Соответствующий режим работы назывался режимом разделения времени, так как компьютер последовательно во времени решал задачи множества пользователей.
Вскоре после появления в начале 1980-х годов персональных компьютеров их стали объединять в сети, что позволило совместно использовать файлы, базы данных и аппаратные ресурсы (например, принтеры). Сегодня локальные сети являются системами, требующими сложного технического и программного обслуживания.
Компьютерные сети породили новые технологии обработки информации — сетевые технологии, позволяющие совместно использовать аппаратные и программные средства: накопители большой емкости, печатающие устройства, базы и банки данных. Для сотрудников многих учреждений стало привычным пользоваться электронной почтой для обмена сообщениями и документами, для совместной работы над проектами. В школах и вузах локальные сети помогают вести уроки, организовывать доступ к учебным ресурсам, библиотекам и т. д. На предприятиях на базе локальных сетей создаются автоматизированные системы управления предприятием и технологическими процессами.
Аппаратные средства локальной сети
Аппаратура локальной сети в общем случае включает в себя:
 - компьютеры (серверы и рабочие станции);
 - сетевые платы;
 - каналы связи;
 - специальные устройства, поддерживающие функционирование сети (маршрутизаторы, концентраторы, коммутаторы).
Простейшим видом локальной сети является одноранговая сеть. Из названия такой сети следует, что все компьютеры в ней имеют одинаковую значимость (статус) и ни один из них не подчинен другому.
Более развитые сети, помимо компьютеров конечных пользователей — рабочих станций, включают специальные компьютеры — серверы. Сервер — это выделенный в сети компьютер, выполняющий функции обслуживания рабочих станций. Есть разные виды серверов: файл-серверы, серверы баз данных и др. Например, компьютер, выполняющий функции файл-сервера, используется только для одной цели: обеспечивать пользователям доступ к аппаратным и программным ресурсам сервера, а не компьютеров друг друга, что улучшает защиту персональных данных.
Каждый компьютер подключается к сети с помощью сетевой платы — адаптера, которая поддерживает конкретную схему подключения. Так, широко распространенными являются адаптеры Ethernet с пропускной способностью от 10 или 100 Мбит/с. К сетевой плате подключается сетевой кабель. Если используется радиосвязь или связь на инфракрасных лучах, то кабель не требуется.
В современных локальных сетях чаще всего применяют два типа сетевых кабелей:
 - неэкранированная витая пара;
 - волоконно-оптический кабель.
Витая пара представляет собой набор из восьми проводов, скрученных попарно таким образом, чтобы обеспечивать защиту от электромагнитных помех. Каждая витая пара соединяет с сетью только один компьютер, поэтому нарушение соединения сказывается только на этом компьютере, что позволяет быстро находить и устранять неисправности.
Волоконно-оптические кабели передают данные в виде световых импульсов по стеклянным проводам. Большинство технологий локальных сетей в настоящее время позволяют использовать волоконно-оптические кабели. Волоконно-оптический кабель обладает существенными преимуществами по сравнению с любыми вариантами медного кабеля. Волоконно-оптические кабели обеспечивают наивысшую скорость передачи; они более надежны, так как не подвержены электромагнитным помехам. Оптический кабель очень тонок и гибок, что делает его транспортировку более удобной по сравнению с более тяжелым медным кабелем. Скорость передачи данных по оптическому кабелю составляет сотни тысяч мегабитов в секунду, что примерно в тысячу раз быстрее, чем по проводам витой пары.
Беспроводная связь на радиоволнах может использоваться для организации сетей в пределах больших помещений там, где применение обычных линий связи затруднено или нецелесообразно. Кроме того, беспроводные линии могут связывать удаленные части локальной сети на расстояниях до 25 км (при условии прямой видимости).
Совместно используемые внешние устройства включают в себя подключенные к серверу накопители внешней памяти, принтеры, графопостроители и другое оборудование, которое становится доступным с рабочих станций.
Помимо кабелей и сетевых адаптеров, в локальных сетях на витой паре используются другие сетевые устройства — концентраторы, коммутаторы и маршрутизаторы.
Концентратор (называемый также хаб) — устройство, объединяющее несколько (от 5 до 48) ветвей звездообразной локальной сети и передающее информационные пакеты во все ветви сети одинаково. Коммутатор (свич) делает то же самое, но, в отличие от концентратора, обеспечивает передачу пакетов в заданные ветви. Это обеспечивает оптимизацию потоков данных в сети и повышение защищенности от несанкционированного проникновения. Маршрутизатор (роутер) — устройство, выполняющее пересылку данных между двумя сетями, в том числе между локальными и глобальными сетями. Маршрутизатор, по сути, является специализированным микрокомпьютером, имеет собственный процессор, оперативную и постоянную память, операционную систему.
Топологии сетей
Локальные сети в зависимости от назначения и технических решений могут иметь различные конфигурации (топологии, архитектуры), изображенные на рис. 4.15.
Топологии локальных сетей: а — кольцевая, б — радиальная («звезда»), в — шинная, г — древовидная
В кольцевой топологии информация передается по замкнутому каналу. Каждый абонент непосредственно связан с двумя ближайшими соседями, хотя в принципе способен связаться с любым абонентом сети.
В радиальной топологии (топология «звезда») в центре находится концентратор, последовательно связывающийся с абонентами и связывающий их друг с другом.
В шинной топологии компьютеры подключены к общему для них каналу (шине), через который могут обмениваться сообщениями.
В древовидной топологии реализована иерархическая подчиненность компьютеров.
Организация передачи данных в сети
Необходимым условием работы единой локальной сети является использование сетевой операционной системы. Такие операционные системы обеспечивают совместное использование не только аппаратных ресурсов сети (принтеров, накопителей и т. д.), но и распределенных коллективных технологий при выполнении разнообразных работ. Наибольшее распространение получили сетевые операционные системы Novell NetWare, Linux и Windows.
Информация в сетях передается отдельными порциями — пакетами, причем длина этих пакетов строго ограничена (обычно величиной в несколько килобайтов). Этот способ передачи связан с тем, что локальная сеть должна обеспечивать качественную связь для всех компьютеров сети за разумное время доступа — время ожидания пользователем начала связи. Естественно, оно не должно быть слишком большим. Поскольку в сетях наиболее распространенных конфигураций не может происходить несколько передач одновременно во избежание смешивания информации, то без разделения передаваемых данных на пакеты часть пользователей могла бы оказаться фактически отрезанной от сети. Таким образом, процесс информационного обмена в сети представляет собой циркуляцию пакетов, каждый из которых содержит данные (или часть данных), передаваемых от абонента к абоненту.
Выше говорилось, что сети породили новые (сетевые) технологии обработки информации. Распространенный способ организации обработки информации в сети называется технологией «клиент-сервер». В ней предполагается глубокое разделение функций компьютеров в сети. При этом в функции клиента (рабочей станции) входит:
 - предоставление пользовательского интерфейса, ориентированного на нужды пользователя;
 - формирование запросов к серверу, причем не обязательно с информированием об этом пользователя; в идеале пользователь вообще не вникает в технологию общения своего компьютера с сервером;
 - анализ ответов сервера на запросы и предъявление их пользователю.
Основная функция сервера — выполнение специфических действий по запросам клиента (например, решение сложной математической задачи, поиск данных в базе данных, соединение клиента с другим клиентом и т. д.).
Система основных понятий

Организация локальных сетей

Локальная сеть - объединение нескольких компьютеров, расположенных недалеко друг от друга, для совместной работы

Устройства, входящие в локальную сеть, и их функции:

сервер -

компьютер, обслуживающий рабочие станции

рабочие станции -

компьютеры, решающие прикладные задачи обработки информации

каналы связи:

витая пара,

волоконно-

оптический

кабель,

беспроводная

связь

дополнительные

устройства:

сетевые принтеры, сканеры, сетевые платы, концентрато­ры, коммутаторы, маршрутизаторы

Конфигурации локальных сетей:

Кольцевая

Радиальная

(«звезда»)

Шинная

Древовидная

Основные функции сетевой операционной системы:

Поддержка обмена информацией между рабочими станциями

Защита программ и данных

Совместное использование аппаратных ресурсов