Лекция 5 Тема 2 Локальные ВС Учебные вопросы

Лекция 5 Тема 2: Локальные ВС Учебные вопросы: 2. 1 Основные понятия ЛВС 2. 2. Особенности организации ЛВС 2. 2. 1. Одноранговая ЛВС 2. 2. 2. ЛВС с выделенным сервером 2. 3. Стандартизация ЛВС 2. 4. Топология ЛВС 2. 4. 1. Топология классических ЛВС 2. 4. 2. Физическое структурирование ЛВС 1

2. 1 Основные понятия ЛВС

Роль ЛВС играют ведущую роль в развитии информационных технологий, посколькудо 70 – 80% информации циркулирует вблизи мест ее появления и лишь оставшиеся 30 – 20% связаны с внешними взаимодействиями. ЛВС объединяют компьютеры одного или нескольких рядом стоящих зданий. Отличительными особенностями ЛВС являются высококачественный канал связи между компьютерами и стандартная технология, применяемая для их связи. К последней прежде всего относят технологии Ethernet, Token Ring, FDDI.

ФСПД в локальных сетях В качестве ФСПД в ЛВС чаще всего применяют кабель витая пара, который постепенно вытесняет коаксиальный кабель. В последнее время в ЛВС быстро развивается и беспроводная передача данных. Каналы связи в ЛВС являются собственностью организаций и это упрощает их эксплуатацию.

Серверы в локальных сетях В современных ЛВС доступ к ресурсам осуществляется, как правило, через различного рода серверы. Сервер – компьютер, обеспечивающий пользователей сети определенными услугами. Серверы могут осуществлять управление ЛВС, хранение данных, управление БД, печать, связь с другими сетями и др. Выделяют сетевые серверы, файл- серверы, серверы БД, серверы печати, коммуникационные серверы и т. д.

Рабочии станции в локальных сетях Другим элементом ЛВС является рабочая станция (РС). Рабочая станция – компьютер, подключенный к сети, через который пользователь получает доступ к ее ресурсам. Она оснащается собственной ОС и обеспечивает пользователя необходимыми инструментами для решения задач. Простейшая сеть с шинной топологией представлена на рис. 2. 1.

ЛВС с шинной топологией Рис. 2. 1 Применение ЛВС позволяет осуществлять переход к прогрессивной, безбумажной технологии функционирования предприятий.

2. 2 Особенности организации ЛВС

Распределение задач в ЛВС Обработка данных в ЛВС распределяется, как правило, между двумя объектами: клиентом и сервером. Клиент – это задача, РС или пользователь ЛВС. В процессе работы клиент посылает запрос на сервер для выполнения им конкретных процедур печати файла (принт - сервер), чтения файла (файл – сервер), и т. д. Сервер выполняет запрос клиента. Таким образом, инициатором диалога является клиент!

Архитектура клиент-сервер Для подобных взаимоотношений приняты термины система клиент - сервер или архитектура клиент – сервер. Архитектура клиент – сервер может использоваться как в одноранговых ЛВС, так и в сетях с выделенным сервером.

Архитектура клиент-сервер

2. 2. 1 Одноранговая ЛВС

Особенности ОЛВС В ОЛВС нет единого центра управления сетью и нет единого устройства для хранения данных. Все ЭВМ ОЛВС равноправны. Каждая ЭВМ – РС функционирует и как клиент и как сервер. Пользователи самостоятельно решают, какие данные на своей РС и какие устройства, подключенные к ней, сделать общедоступными (принтеры, диски, графопостроители).

Особенности ОЛВС Применение ОЛВС целесообразно когда: 1) Количество пользователей меньше 10… 15; 2) Пользователи расположены компактно; 3) Вопросы защиты данных не критичны; 4) Не ожидается значительного расширения фирмы и ее ЛВС.

Достоинства и недостатки ЛВС Достоинства ОЛВС: • Низкая стоимость; • Простота построения. Недостатки ОЛВС: • Сложность управления сетью; • Сложность обеспечения защиты информации;

Поддержка ОЛВС встроена в популярные ОС, начиная с Windows 3. 11 и заканчивая Windows 7. Поэтому для установки ОЛВС дополнительного ПО не требуется.

2. 2. 2 ЛВС с выделенным сервером

Сеть с выделенным сервером В ЛВС с выделенным сервером (ЛВСВС) один из компьютеров выполняет функции управления ЛВС, хранения общесетевых данных и обеспечения ряда сервисных функций. Такой компьютер называют сервером сети (СС) или выделенным сервером. Как правило СС значительно более мощный, чем клиентские РС, и может содержать несколько процессоров.

Серверная операционная система На СС устанавливается специальная серверная операционная система (ОС). Некоторые такие ОС могут поддерживать одновременную работу до 256 логических процессоров сервера и до 2 Тбайт оперативной памяти (Windows Server 2008 R 2 Datacenter Edition). К СС подключают все разделяемые внешние устройства, жесткие диски, принтеры, сканеры и т. д.

Взаимодействие РС в ЛВСВС Взаимодействие между РС в сети, как правило, производится через СС. Поэтому в ЛВСВС чаще всего принята топология звезда с активным центром, роль которого выполняет СС. Сети на основе СС способны поддерживать работу сотен и даже тысяч пользователей, что недоступно для ОЛВС.

Взаимодействие РС в ЛВСВС Кроме того, в ЛВСВС возможна организация эффективной защиты данных. Один сетевой администратор при помощи СС с ОС Windows Server 2003 или Windows Server 2008 способен управлять безопасностью всей сети. В ЛВСВС возможен также обмен данных между РС, минуя ВС. Для этого может применяться специальное ПО.

Достоинства и недостатки ЛВСВС Достоинства ЛВСВС: • Надежная система защиты информации; • Высокое быстродействие; • Отсутствие ограничений на число РС; • Простота управления. Недостатки: • Большие затраты на кабельную сеть и ПО.

2. 3 Стандартизация ЛВС

Институт IEEE Стандартизацией ЛВС в рамках национальных стандартов США занимается Институт инженеров по электротехнике и электронике (Institute of Electrical and Electronics Engineers – IEEE). В 1980 г в IEEE был организован комитет 802 по стандартизации ЛВС. Результатом его работы стало семейство стандартов IEEE 802. x. Позже они легли в основу международных стандартов ISO 8802 -1…x.

Стандарты IEEE Стандарты семейства IEEE 802. x охватывают только два нижних уровня – физический и канальный семиуровневой модели OSI взаимодействия открытых систем. Именно эти два уровня отражают специфику ЛВС. Старшие уровни начиная с 3 -го – сетевого- в значительной мере имеют одинаковые черты как для ЛВС, так и для РГС и ГЛС.

Задачи ЛВС 2 -ой уровень – канальный - принимает от сетевого уровня запрос на передачу кадров с тем или иным качеством (с восстановлением потерянных кадров или без восстановления) и обеспечивает эту передачу через физический уровень. Вот и все задачи ЛВС.

Подкомитеты 802. хх На текущий момент комитет 802 включает в себя подкомитеты, отвечающие за разработку конкретных стандартов: • 802. 1 – объединенные сети; • 802. 2 – управление логической передачей • • • данных; 802. 3 – ЛВС Ethernet; 802. 4 – ЛВС Arcnet; 802. 5 – ЛВС Token Ring; 802. 6 – РГС (MAN) – сети мегаполисов; 802. 7 – широкополосная передача данных;

Подкомитеты 802. хх • 802. 8 – ЛВС с оптоволоконными каналами; • 802. 9 – интегрированные сети передачи голоса • • • и данных; 802. 10 – сетевая безопасность; 802. 11 – беспроводные ЛВС; 802. 12 – ЛВС 100 VG – Any LAN. 802. 13 – подкомитет с таким “счастливым” номером отсутствует; 802. 14 – кабельные модемы для каналов связи ЛС Ethernet;

Подкомитеты 802. хх • 802. 15 – беспроводные персональные сети WРAN (Wireless Personal Area Networks); • 802. 16 – ЛВС с беспроводным широкополосным доступом BWA (Broadband Wireless Access); • 802. 17 – гибкие технологии кольцевых ЛС. Наиболее важными сегодня вопросами стандартизации занимаются только четыре подкомитета – 802. 3, 802. 11, 802. 15, 802. 16. Работа остальных либо приостановлена, либо протекает весьма вяло.

Разделение канального уровня Основным нововведением комитета IEEE 802 общим для технологий локальных сетей явилось разделение канального уровня модели OSI на два подуровня – LCC (Logical Link Control) и MAC (Media Access Control). Это деление на подуровни иллюстрируется на рис. 2. 2.

Назначение подуровней Первый – LCC – подуровень управления логической связью –устанавливает и поддерживает связь между компьютерами пока данные идут по физическому каналу. Второй – МАС - подуровень управления доступом к носителям – связан с системой аппаратной адресации, разработанной IEEЕ. Каждый производитель NIC (Network Interface Card) и устройств коммутации зашивает аппаратный МАС- адрес в свое устройство.

Институт ANSI Кроме IEEE в разработке стандартов для оптоволоконных ЛВС принимает Американский институт по стандартизации (American National Standards Institute – ANSI). ANSI представляет США в организации ISO. Стандарт на ЛВС FDDI (Fiber Distributed Date Interface – оптоволоконный интерфейс распределенных данных) является разработкой ANSI. Для ЛВС основной интерес представляют стандарты на наиболее распространенные технологии Ethernet, Token Ring и FDDI.

2. 4 Топология ЛВС 2. 4. 1 Топология классических ЛВС

Топология ЛВС Первоначально в ЛВС, появившихся во второй половине 70 -х, применялись три простейших топологии: шина, звезда с пассивным центром (концентратором) и кольцо (см. п. 1. 3). Это было обусловлено стремлением упростить и удешевить ЛВС, состоящую, как правило, из нескольких десятков ЭВМ. С этой же целью в первых ЛВС все ЭВМ совместно использовали общий канал связи в режиме разделения времени.

Топология ЛВС Наиболее явно режим полного использования кабеля проявился в сетях Ethernet с шинной топологией. Здесь коаксиальный кабель – шина является физически неделимым, общим для всех узлов (рис. 2. 1). В кольцевых технологиях Token Ring и FDDI отрезки кабеля, соединяют компьютеры в логическое кольцо. Они также образуют единую разделяемую среду, которая доступна в каждый момент времени для передачи лишь одному компьютеру.

Разделяемые среды Использование разделяемых сред (Shared media) упрощает логику работы ЛВС. В них не нужна буферизация (промежуточное сохранение) кадров в транзитных узлах. В сетях же других типов, где возможен доступ к передаче сразу нескольких компьютеров, такая буферизация необходима. Это резко усложняет протоколы обмена информацией.

Недостатки разделяемых сред Однако, использование в классических ЛВС простейших топологий и разделяемых сред имеет и существенный недостаток. Пропускная способность общего кабеля делится между всеми ЭВМ, что при современном напряженном трафике передачи информации может приводить к перегрузкам и отказу ЛВС.

Недостатки разделяемых сред В последние годы наметилось движение к уменьшению размеров разделяемых сред передачи данных и числа подключенных к ним компьютеров или даже полному отказу от них. Для этого топологию ЛВС структурируют, применяя специальное коммуникационное оборудование.

2. 4. 2 Физическое структурирование ЛВС

Физическое структурирование является простейшим средством увеличения длины сети. Оно выполняется с помощью не сложного коммуникационного оборудования – повторителей (репитеров) и концентраторов ( хабов от Hub – основа, центр).

Физическое структурирование Повторитель соединяет различные сегменты кабеля. Он позволяет увеличить предельную длину линии связи за счет восстановления качества передаваемого сигнала – его мощности, амплитуды, прямоугольной формы. Так, в сетях Ethernet длина шины на тонком коаксиальном кабеле не может превышать 185 м. Применение репитеров позволяет снять это ограничение (рис. 2. 3).

Физическое структурирование Однако, репитеры не способны осуществить логическое структурирование ЛВС. Полученные физические сегменты также являются общей разделяемой средой между всеми ЭВМ ЛВС.

Недостатки физического структурирование Физическое структурирование не позволяет увеличить число компьютеров в такой сети. Оно не должно превышать 30, а при интенсивном обмене - 20 или даже - 10. Указанное обусловлено тем, что репитер работает на самом нижнем, физическом уровне модели OSI.

Применение концентраторов Разновидностью повторителя является концентратор (хаб). Он имеет несколько портов и соединяет между собой несколько физических сегментов. Концентратор ЛВС Ethernet реализует топологию звезда с пассивным центром, в котором он и располагается (рис. 2. 4).

Применение концентраторов Он повторяет входные сигналы на всех своих портах, кроме того, откуда поступил сигнал. Не смотря на физическую топологию звезда, логическая топология такой ЛВС остается шиной а физическая среда – общей разделяемой средой.

Достоинство концентраторов Единственное достоинство применения концентратора по сравнению с повторителем – возможность оперативного отключения неисправных физических сегментов без нарушения работоспособности всей сети.