Локальные вычислительные сети (стр. 1 )

Локальные вычислительные сети.

Часть1.
Общие принципы

Как известно, в “классическом” варианте компьютер представляет собой устройство, применяемое для сбора, анализа и переработки информации. Но информация не ценна сама по себе – без человека она ничто. Основа человеческого общения – обмен информацией. В том числе – закодированной в виде последовательности байт...

Не так давно, когда компьютер с 286-м процессором, 40 Mb винчестером и 2 Мb ОЗУ вызывал восхищенные возгласы, проблемы обмена информацией между компьютерами практически не существовало – обычной дискеты емкостью 1.44 Mb было вполне достаточно для того, чтобы перенести на другой компьютер небольшой файл. В дальнейшем, по мере увеличения мощности вычислительных систем, усложнения архитектуры компьютеров и увеличения емкости их памяти, эта проблема начала вставать все более и более остро. (Представьте себе, что вам надо передать коллегам файл объемом 12 Mb). Кроме этого, не менее остро встала еще одна проблема – синхронизация различных версий одного и того же файла, модифицированного разными людьми. Представьте себе ситуацию, когда файл с прайс-листом фирмы одновременно передается на дискете во все отделы фирмы, каждый отдел вносит в него свои правки, а затем... секретарь пытается сделать из пяти-семи файлов один. Выходом из создавшегося положения явилась идея объединения компьютеров в локальную сеть. Такое решение позволило пользователям просто обмениваться файлами практически неограниченного размера, совместно работать над одним и тем же файлом, располагающимся на удаленной машине (которая обычно называется файл-сервером), предоставило массу дополнительных удобств, таких как, например, локальный чат, on-line конференции и т. д.

В настоящее время локальные сети используются не только с файл-серверами, но также и с серверами приложений. Сервер приложений – это работающий в локальной сети мощный компьютер, на котором располагается программное обеспечение, с которым могут работать пользователи. Существует два принципиально различных варианта работы сервера приложений. В первом случае приложение загружается по сети в память машины пользователя и выполняется там, во втором – выполняется непосредственно на сервере, на компьютере пользователя отображаются лишь результаты этой работы (так называемый “режим терминала”). Интересной особенностью, связанной с серверами приложений, является возможность удаленной загрузки компьютера пользователя, то есть такой ситуации, когда не только приложения, но и операционная система располагаются на сервере. Следует отметить, что, для того чтобы такой вариант работал, необходимо на машине пользователя иметь сетевую карту с сетевым ПЗУ.

Кроме этого в локальной сети часто используются серверы – шлюзы в Интернет, выполняющие роль маршрутизатора, иногда совмещенную с функциями почтового сервера, и почти всегда работающие как средство защиты сети от вторжения извне.

Еще один немаловажный плюс локальной сети – это совместная работа с периферийными устройствами. Например, в большинстве офисов нет острой необходимости в подключении принтера к каждому рабочему месту – вполне достаточно одного-двух на весь офис. При этом для пользователя, работающего на компьютере без принтера, это устройство будет “выглядеть” так же, как если бы оно было подключено непосредственно к его компьютеру. Однако периферийное устройство – это не обязательно принтер, сканер или вообще любое устройство, вынесенное за пределы корпуса компьютера. Например, вовсе не обязательно устанавливать на каждой рабочей станции привод CD-ROM – достаточно иметь два-три привода на весь офис.

Так что же такое локальная сеть? Как это ни парадоксально, не существует точного (или по крайней мере общепринятого) определения для этого явления компьютерного мира. Одним из наиболее распространенных определений локальной сети считается следующее: “Локальная сеть – это группа соединенных между собой компьютеров, располагающихся в некоторой ограниченной области”. Кроме этого термина применительно к локальным сетям можно услышать термин “LAN” (local area network), и, более редко – “WAN” (wide-area network). Термином “LAN” принято обозначать локальную сеть, не выходящую за пределы одного здания, тогда как под термином “WAN” обычно понимают локальную сеть, располагающуюся в нескольких зданиях. Вообще говоря, WAN – это не совсем локальная сеть, например компьютерную сеть со сложной разветвленной структурой, соединяющую шесть или семь сотен компьютеров в пятнадцати корпусах университета, вряд ли можно назвать “локальной”.

Рассмотрим теперь логические принципы организации сети. Сначала необходимо уточнить, что логическая и физическая структура сети – это не совсем одно и то же. Логически сеть функционирует на уровне передачи пактов данных, физически – на уровне передачи электрических сигналов. На компьютере пользователя, подключенного к сети, обязательно должно присутствовать устройство, называемое сетевой картой (network adapter), позволяющей принимать электрические сигналы из сети и посылать их в сеть. В операционной системе (либо, что встречается гораздо реже, в программном обеспечении компьютера пользователя, называемого также клиентом) должен присутствовать драйвер сетевой карты, который преобразует информацию, представленную сетевой картой, в пакеты данных, обрабатываемые компьютером.

Звезда

Кольцо

На логическом уровне сеть может быть разделена на отдельные связанные между собой элементы, которые принято называть подсетями или сегментами сети. Теоретически в сети может находиться сколь угодно много таких элементов, объединенных в сложную структуру, но в конечном итоге любой такой элемент представляет собой сеть, организованную по принципу “звезда” или “кольцо”. Отличие между такими способами организации сети очевидны – при соединении компьютеров по принципу “кольцо” каждый компьютер соединяется только с двумя соседними, и все. При организации сети по принципу “звезда” каждый компьютер соединен с каждым из компьютеров в сети. Традиционно организация сети по принципу “звезда” считается более надежной, чем организация сети по принципу “кольцо”. В последнем случае, если происходит обрыв связи между какими-либо компьютерами, работоспособность оставшейся части сети нарушается (возникают так называемые “паразитные пакеты”). При организации сети по принципу “звезда” в случае обрыва связи между компьютером и сетью не происходит глобальной потери работоспособности сети (компьютеры, соединенные в сеть, просто “не видят” компьютер, находящийся за обрывом). Хотя такая ситуация также неприятна (представьте себе, что нарушился контакт между сетью и компьютером, к которому подключен сетевой принтер), но при ее возникновении гораздо меньше времени тратится на ее ликвидацию, что немаловажно.

Одной из важнейших характеристик локальной сети является скорость передачи данных по ней. В настоящее время широко используются два основных значения скорости функционирования сети – 10 Mbit/s в соответствии со стандартом IEEE 802.3 (10Base-T) и 100 Mbit/s в соответствии со стандартом IEEE 802.12 (100Base-TX). Кроме того, совсем недавно фирма Intel анонсировала микросхему 85544EI, позволяющую поддерживать работоспособность сети на скорости 1000 Mbit/s (1Gbit/s) в соответствии со стандартом IEEE 802.3ab (1000Base-TX). Но это, как говорится, весьма отдаленные перспективы. (Необходимо отметить, что речь идет исключительно о локальных сетях на базе коаксиального кабеля или кабеля типа “витая пара”. Другие типы проводной и беспроводной связи, например, оптоволоконный кабель или спутниковая тарелка, в данной статье не рассматриваются).

Первым вопросом, на который необходимо ответить при проектировании локальной сети, является выбор скорости сети. Для решения данного вопроса можно предложить два принципиально разных подхода: “экономический” и “стратегический”. Рассмотрим их более подробно, для чего возьмем в качестве примера простейший случай – организацию локальной сети в офисе, где установлено 10 компьютеров. Назначим для данной сети следующие требования, характерные для большинства современных офисов: организацию сетевой печати (т. е. совместное использование одного принтера несколькими пользователями), организацию совместного доступа в Интернет (в том числе к электронной почте), совместный доступ к единственному CD-ROM приводу.

“Экономический” подход предполагает максимальную экономию средств организации. В этом случае целесообразнее всего выбрать скорость сети равную 10 Mbit/s, поскольку сеть, функционирующая на такой скорости, может быть собрана на так называемом “тонком” коаксиальном кабеле, без использования каких-либо дополнительных сетевых устройств. При подобной организации сети сетевая печать будет возможна, также как будет возможна и организация совместного доступа в Интернет нескольких пользователей через одно модемное соединение (правда, скорость работы в Интернете при подобном подходе будет оставлять желать лучшего). В этом случае, кроме приобретения сетевого “тонкого” коаксиального кабеля и сетевых карт, для организации сети не потребуется ничего! Если учесть, что сетевую 10 Mbit карту можно приобрести за $10-15, а метр “тонкого” коаксиального кабеля стоит порядка $0.25, то все затраты на приобретение оборудования для прокладки сети могут (в случае рассматриваемого примера) вылиться в сумму порядка $200. Однако сразу же стоит оговориться: такого рода сеть монтируется, что называется, “раз и навсегда”. То есть при переходе на 100 Mbit сеть коаксиальный кабель придется заменить на кабель “витая пара”, заменить сетевые карты, приобрести дополнительное оборудование... По сути, необходимо выполнить полный перемонтаж сети.

“Стратегический” подход предполагает создание сети с прицелом на будущее. В этом случае возможно два варианта: организация сети на 10 Mbit и на 100 Mbit. Первый случай хорош только в случае перемонтажа 10 Mbit сети, выполненной на “тонком” коаксиальном кабеле. В этом случае можно порекомендовать приобрести сетевое оборудование (кабель и хаб), поддерживающее скорость как 10, так и 100 Mbit, оставив имеющиеся сетевые карты на 10 Mbit. Тогда перевод сети на скорость 100 Mbit будет упираться лишь в вопрос смены сетевых карт в компьютерах пользователей. Стоимость такого перемонтажа в зависимости от способа прокладки кабеля (в коробах, наружным креплением) и общей длины сегментов кабеля колеблется от $500 до $1000. Второй вариант – изначальная организация сети на 100 Mbit – несколько предпочтительнее как при первом монтаже сети, так и при перемонтаже, поскольку затраты на приобретение сетевого оборудования для работы с кабелем “витая пара” на данной скорости сопоставимы с затратами на приобретение аналогичного оборудования, рассчитанного на работу на скорости 10 Mbit с поддержкой скорости 100 Mbit (сетевые карты, поддерживающие скорость 100 Mbit/s, можно приобрести за $12-20, стоимость остального оборудования практически та же). В случае “стратегического” подхода к планированию сети следует иметь в виду, что для современного офиса низкоскоростное модемное соединение с Интернетом медленно, но верно умирает. (Представьте себе ситуацию, когда высокоскоростная локальная сеть соединяется с Интернетом на скорости 3,2 Kb/s.) И стоит подумать о возможности использования иных технологий доступа – ADSL, ISDN или выделенной линии.