Компьютерные сети. Виды, основные характеристики и принципы использования компьютерных сетей

 Локальная сеть. Что это? Виды локальных сетей

Локальная сеть объединяет компьютеры, установленные в одном помещении (например, компьютерный класс, состоящий из 8-12 компьютеров) или в одном здании (несколько десятков компьютеров, установленных в различных кабинетах некоторого учреждения)

Локальная сеть — коммуникационная система, состоящая из нескольких компьютеров, соединенных между собой посредством кабелей (телефонных линий, радиоканалов), позволяющая пользователям совместно использовать ресурсы компьютера: программы, файлы, папки, а также периферийные устройства: принтеры, плоттеры, диски, модемы и т.д.

Виды локальных сетей:

Одноранговая локальная сеть

В небольших локальных сетях все компьютеры обычно равноправны, т.е. пользователи самостоятельно решают, какие ресурсы своего компьютера сделать общедоступными. Такие сети называют одноранговыми.  

Одноранговая локальная сеть- сеть поддерживающая равноправие компьютеров и предоставляющая пользователям самостоятельно решать какие ресурсы своего компьютера: папки, файлы, программы  сделать общедоступными.  

Локальная сеть на основе сервера

Если к локальной сети подключено более 10 компьютеров, одноранговая сеть может оказаться недостаточно производительной.  Для увеличения производительности, а также в целях обеспечения большей надежности при хранении информации в сети, некоторые компьютеры специально выделяются для хранения файлов или программ-приложений. Такие компьютеры называются серверами, а локальная сеть – сетью на основе серверов.  

Сервер — специальный управляющий компьютер, предназначенный для:

1. хранения данных для всей сети.

2. подключения  периферийных устройств;

3. централизованного управления всей сетью;

4. определения  маршрутов передачи сообщений.

Техническая поддержка локальной сети

Каждый компьютер, подключенный к локальной сети, должен иметь:

1.Сетевой адаптер – специальная плата, предназначенная для передачи и приема информации из сети.

 Соединение компьютеров (сетевых адаптеров) между собой производится с помощью кабелей различных типов (коаксиальный, витая пара, оптоволоконный).

2. Кабель – основной канал связи – физическая среда передачи информации. Основная характеристика канала связи – пропускная способность, т.е. максимальная скорость передачи информации (измеряется в бит/сек, килобит/сек, мегабит/сек).

В локальных сетях используются следующие виды каналов связи:

— Витая пара — проводной канал связи, содержащую пару скрученных проводников, обладает малой пропускной способностью – менее 1 Мбит/сек.  Скручивание позволяет повысить помехоустойчивость кабеля и снизить влияние каждой пары на все остальные.

— Коаксиальный кабель — состоит из центрального проводника (сплошного или многожильного), покрытого слоем полимерного изолятора, поверх которого расположен другой проводник (экран). Экран представляет собой оплетку из медного провода вокруг изолятора или обернутую вокруг изолятора фольгу.  

— Витая пара категорий 5, 5e, 6, 6e, 7 проводной канал связи, содержащую пару скрученных проводников, обладает хорошей пропускной способностью – от 100 Мбит/сек. и выше.  

— Оптоволоконный кабель — состоит из тонкого стеклянного цилиндра, покрытого оболочкой с другим коэффициентом преломления. Типичная скорость от 10 Гбит/сек и выше.

 Существуют и беспроводные локальные сети. В них информация между ПК передается с помощью инфракрасных лучей. Недостаток: наличие помех , создаваемых другими источниками той же частоты, а также сложность защиты данных от несанкционированного доступа, поскольку передаваемые сообщения в таком случае может воспринимать любой приемник, настроенный на ту же частоту.

3.  Хаб (коммутатор, концентратор)- специальное устройство, предающее сигналы от одних подключенных к нему компьютеров к другим.

Каждый хаб имеет от 8 до 30 разъемов (портов) для подключения либо компьютера, либо другого хаба. К каждому порту подключается только одно устройство. Хабы являются сердцем системы и во многом определяют ее функциональность и возможности.

Топологии локальных сетей

 Топология (структура) локальной сети – конфигурация сети, порядок соединения компьютеров в сети и внешний вид сети.

  При помощи кабеля в локальной сети каждый компьютер соединяется с другими компьютерами. Структуру локальной сети можно описать с помощью сетевой информационной модели.

1. Шинная (линейная шина) – вариант соединения компьютеров между собой, когда кабель проходит от одного компьютера к другому, последовательно соединяя компьютеры между собой.

2. Звездная – к каждой рабочей станции подходи отдельный кабель из одного узла — сервера. Сервер обеспечивает централизованное управление всей сетью, определяет маршруты передачи сообщений, подключает периферийные устройства, является хранилищем данных для всей сети.  

3.. Кольцевая – все компьютеры связаны в кольцо, и функции сервера распределены между всеми машинами сети. Недостаток: при выходе из строя любой ЭВМ работа сети прерывается.

4. Древовидная (снежинка) — позволяет структурировать систему в соответствии с функциональным назначением элементов. Наиболее гибкая структура. Практически все сложные системы имеют в своем составе иерархические структуры.

 

Сетевой протокол. Пакетный протокол

Работой компьютеров в локальной сети управляют программы. Для того чтобы все компьютеры могли понимать друг друга, отправлять друг другу запросы и получать ответы, они должны общаться на одном языке. Такой язык общения компьютеров называется сетевым протоколом.

В последнее время широкое применение нашли так называемые пакетные протоколы. При использовании протоколов этого типа данные, которыми обмениваются компьютеры, режутся на небольшие блоки. Каждый блок как бы вкладывается в «конверт» (инкапсулируется), в результате чего образуется пакет. Пакет содержит как сами данные, так и служебную информацию: от кого отправлен, кому предназначен, какой пакет должен следовать за ним и прочее. Пакетный протокол обеспечивает циркуляцию пакетов в сети, а также получение их адресатом и сборку. Каждая рабочая станция периодически подключается к сети (по прерываниям) и проверяет проходящие пакеты. Те, что адресованы ей, она забирает, а прочие пересылает дальше.

Рассмотрим простой пример пакетной связи. Допустим, мы на­писали письмо другу на трех листах, потом вложили их в три конверта, поставили на них цифры 1, 2, 3 и опустили в три разных почтовых ящика. Каждый листок пойдет к адресату своим путем. Возможно, что третий листок придет раньше первого, но это не помешает собрать их в правильном порядке и прочесть. В любой  переписке особую роль играет конверт — необходимый элемент протокола, установленного почтовой службой. На конверте написано, куда надо доставить содержимое (адрес и почтовый индекс получателя), и указано, куда надо вернуть конверт в случае недоставки (обратный адрес). Если конверт подписан неправильно или на нем нет марки, свидетельствующей о том, что услуга оплачена, то протокол не соблюден и письмо до адресата может не дойти.

 

Таким образом, функционирование любой локальной сети основано на следующих принципах: 

— каждая из машин, включенных в сеть, имеет свой собственный номер (идентификатор); 

— информация от каждой машины поступает в сеть в виде отдельных порций (пакетов);

— пакет снабжается информацией о том, для какой машины он предназначен;

— пакет свободно перемещается по сети, причем эта его часть информации сравнивается с идентификатором каждой ЭВМ и в случае совпадения сообщение предается соответствующей машине.

Поделиться:

Оставьте свой комментарий!

Добавить комментарий

< Предыдущая

• Новости информатизации

Back to the topHome

Локальная сеть (локальная вычислительная сеть или ЛВС) представляет собой среду взаимодействия нескольких компьютеров между собой. Цель взаимодействия — передача данных. Локальные сети, как правило, покрывают небольшие пространства (дом, офис, предприятие) — чем и оправдывают своё название. ЛВС может иметь как один, так и несколько уровней. Для построения многоуровневой локальной сети применяют специальное сетевое оборудование: маршрутизаторы, коммутаторы. Существует несколько способов объединения компьютеров и сетевого оборудования в единую компьютерную сеть: проводное (витая пара), оптическое (оптоволоконный кабель) и беспроводное (Wi-Fi, Bluetooth) соединения.

Топология локальной сети

Первое к чему нужно приступать при изучении основ функционирования компьютерных сетей, это топология (структура) локальной сети. Существует три основных вида топологии: шина, кольцо и звезда.

Линейная шина

Все компьютеры подключены к единому кабелю с заглушками по краям (терминаторами). Заглушки необходимы для предотвращения отражения сигнала. Принцип работы шины заключается в следующем: один из компьютеров посылает сигнал всем участникам локальной сети, а другие анализируют сигнал и если он предназначен им, то обрабатывают его. При таком взаимодействии, каждый из компьютеров проверяет наличие сигнала в шине перед отправкой данных, что исключает возникновения коллизий. Минус данной топологии — низкая производительность, к тому же, при повреждении шины нарушается нормальное функционирование локальной сети и часть компьютеров не в состоянии обрабатывать либо посылать сигналы.

Кольцо

В данной топологии каждый из компьютеров соединен только с двумя участниками сети. Принцип функционирования такой ЛВС заключается в том, что один из компьютеров принимает информацию от предыдущего и отправляет её следующему выступая в роли повторителя сигнала, либо обрабатывает данные если они предназначались ему. Локальная сеть, построенная по кольцевому принципу более производительна в сравнении с линейной шиной и может объединять до 1000 компьютеров, но, если где-то возникает обрыв сеть полностью перестает функционировать.

Звезда

Топология звезда, является оптимальной структурой для построения ЛВС. Принцип работы такой сети заключается во взаимодействии нескольких компьютеров между собой по средствам центрального коммутирующего устройства (коммутатор или свитч). Топология звезда позволяет создавать высоконагруженные масштабируемые сети, в которых центральное устройство может выступать, как отдельная единица в составе многоуровневой ЛВС. Единственный минус в том, что при выходе из строя центрального коммутирующего устройства рушится вся сеть или её часть. Плюсом является то, что, если один из компьютеров перестаёт функционировать это никак не сказывается на работоспособности всей локальной сети.

Что такое MAC-адрес, IP-адрес и Маска подсети?

Прежде чем познакомиться с основными принципами взаимодействия сетевых устройств, необходимо подробно разобрать, что такое IP-адрес, MAC-адрес и Маска подсети.

MAC-адрес — это уникальный идентификатор сетевого оборудования, который необходим для взаимодействия устройств в локальной сети на физическом уровне. MAC-адрес «вшивается» в сетевую карту заводом изготовителем и не подлежит изменению, хотя при необходимости это можно сделать на программном уровне. Пример записи MAC-адреса: 00:30:48:5a:58:65.

IP-адрес – это уникальный сетевой адрес узла (хоста, компьютера) в локальной сети, к примеру: 192.168.1.16. Первые три группы цифр IP-адреса используется для идентификации сети, а последняя группа для определения «порядкового номера» компьютера в этой сети. Если провести аналогию, то IP-адрес можно сравнить с почтовым адресом, тогда запись будет выглядеть так: регион.город.улица.дом. Изначально, использовались IP-адреса 4-ой версии (IPv4), но когда количество устройств глобальной сети возросло до максимума, то данного диапазона стало не хватать, в следствии чего был разработан протокол TCP/IP 6-ой версии — IPv6. Для локальных сетей достаточно 4-ой версии TCP/IP протокола.

Маска подсети – специальная запись, которая позволяет по IP-адресу вычислять адрес подсети и IP-адрес компьютера в данной сети. Пример записи маски подсети: 255.255.255.0. О том, как происходит вычисление IP-адресов мы рассмотрим чуть позже.

Что такое ARP протокол или как происходит взаимодействие устройств ЛВС?

ARP — это протокол по которому определяется MAC-адрес узла по его IP-адресу. Например, в нашей локальной сети есть несколько компьютеров. Один должен отправить информацию другому, но при этом знает только его IP-адрес, а для взаимодействия на физическом уровне нужен MAC-адрес. Что происходит? Один из компьютеров отправляет широковещательный запрос всем участникам локальной сети. Сам запрос, содержит IP-адрес требуемого компьютера и собственный MAC-адрес. Другой компьютер с данным IP-адресом, понимает, что запрос пришел к нему и в ответ высылает свой MAC-адрес на тот, который пришел в запросе. После чего собственно и инициализируется процесс передачи информационных пакетов.

Сетевой коммутатор и маршрутизатор (роутер)

Для согласования работы сетевых устройств используется специальное сетевое оборудование — коммутаторы и маршрутизаторы. Исходя из рассмотренного выше, важно понять простую истину — коммутаторы работают с MAC-адресами, а маршрутизаторы (или роутеры) с IP-адресами.

Коммутатор содержит таблицу MAC-адресов устройств локальной сети непосредственно подключенных к его портам. Изначально таблица пуста и начинает заполняться при старте работы коммутатора, происходит сопоставление MAC-адресов устройств и портов, к которым они подключены. Это необходимо для того, чтобы коммутатор напрямую пересылал информационные пакеты тем участникам локальной сени, которым они предназначены, а не опрашивал все устройства ЛВС.

Маршрутизатор также имеет таблицу, в которую заносит IP-адреса устройств на основе анализа локальной сети. Роутер может самостоятельно раздавать IP-адреса устройствам ЛВС благодаря протоколу динамического конфигурирования узла сети (DHCP). Таблица маршрутизации позволяет роутеру вычислять наикратчайшие маршруты для отправки информационных пакетов между различными узлами ЛВС. Данные узлы (компьютеры) могут находиться в любом сегменте многоуровневой сети невзирая на архитектуру той или иной подсети. К примеру, маршрутизатор связывает локальную сеть с глобальной (интернет) через сеть провайдера.

Пример маршрутизации

Допустим, в таблице маршрутизации есть такая запись:

Сеть	Маска	Интерфейс
192.168.1.0	255.255.255.0	192.168.1.96

Роутер получает пакет, предназначенный для хоста с IP-адресом 192.168.1.96, после чего начинает обход таблицы маршрутизации и обнаруживает, что при наложении маски подсети 255.255.255.0 на IP-адрес 192.168.1.96 вычисляется сеть с IP-адресом 192.168.1.0. Пройдя строку до конца роутер находит IP-адрес интерфейса 192.168.1.96, на который и отправляет полученный пакет.

Как происходит вычисление IP-адреса сети и компьютера?

Для вычисления IP-адреса сети используется маска подсети. Начнем с того, что привычная для наших глаз запись IP-адреса представлена в десятеричном формате (192.168.1.96). На самом деле, сетевое устройство данный IP-адрес видит, как набор нолей и единиц, то есть в двоичной системе исчисления (11000000.10101000.00000001.01100000). Так же выглядит и маска подсети (255.255.255.0 -> 11111111.11111111.11111111.00000000).

IP-адрес назначения	192.168.1.96	11000000 10101000 00000001 01100000
Маска подсети	255.255.255.0	11111111 11111111 11111111 00000000
IP-адрес сети	192.168.1.0	11000000 10101000 00000001 00000000

Что получается? Какой бы у нас не был IP-адрес назначения (к примеру 192.168.1.96 или 192.168.1.54) при наложении на него маски подсети (255.255.255.0) будет получаться один и тот же результат (192.168.1.0). Происходит это из-за поразрядного (побитного) сравнения записей (1х1 = 1, 1х0 = 0, 0х1 = 0). При этом IP-адрес компьютера берётся из последней группы цифр IP-адреса назначения. Также стоит учитывать, что из общего диапазона адресов, в рамках одной подсети, доступно будет на два адреса меньше, потому что 192.168.1.0 – является IP-адресом самой сети, а 192.168.1.255 – служебным широковещательным адресом для передачи общих пакетов запросов.

Что такое NAT?

В последнем пункте данной статьи, рассмотрим, что такое NAT. Как уже упоминалось ранее, маршрутизатор связывает между собой сети не только на локальном уровне, но и взаимодействует с сетью провайдера с целью получения доступа к сети интернет. Для пересылки пакетов во внешнюю сеть, роутер не может использовать IP-адреса компьютеров из локальной сети, так как данные IP-адреса являются «частными» и предназначены только для организации взаимодействия устройств внутри ЛВС. Маршрутизатор имеет два IP-адреса (внутренний и внешний), один в локальной сети (192.168.1.0), другой (к примеру 95.153.133.97) ему присваивает сеть провайдера при динамическом распределении IP-адресов. Именно второй IP-адрес роутер будет использовать для отправки и получения пакетов по сети интернет. Для реализации такой подмены и был разработан NAT.

NAT (Network Address Translation) — механизм преобразование сетевых адресов, является частью TCP/IP-протокола.

Принцип NAT заключается в следующем: при отправке пакета из ЛВС маршрутизатор подменяет IP-адрес локальной машины на свой собственный, а при получении производит обратную замену и отправляет данные на тот компьютер, которому они и предназначались.

Мини-тест: «Локальная сеть»

Навигация (только номера заданий)

Вопросы:

1. 1
2. 2
3. 3
4. 4
5. 5

Информация

Онлайн тест на проверку знаний основ функционирования компьютерных сетей.

Вы уже проходили тест ранее. Вы не можете запустить его снова.

Тест загружается…

Результаты

Правильных ответов: из 5

Время вышло

Средний результат
Ваш результат

Рубрики

1. Нет рубрики0%

1. 1
2. 2
3. 3
4. 4
5. 5

1. С ответом
2. С отметкой о просмотре

Поделитесь статьей в соцсетях

Всем привет! Сегодня я постараюсь как можно подробнее ответить на вопрос, что же такое топология локальных сетей, какие они бывают и как их правильно подобрать? Если говорить грубо, то это схема по которой будут подключаться компьютеры, сервера и другое сетевое оборудования. Это важное составляющее любой локальной вычислительной сети (ЛВС), так как от этого будет зависеть скорость работы канала, а также устойчивость к различным аварийным ситуациям.

Содержание

Также для подключения можно использовать Wi-Fi – это специальная технология, которая позволяет передавать данные с помощью радиоволн. Более подробно про неё можно почитать тут.

Есть также центральные клиентские машины – обычно это компьютеры, ноутбуки или рабочие станции. Для управления используют сервера или маршрутизаторы (роутеры). Если дома у вас есть роутер, то вы уже можете понять, что центральным звеном сети является эта маленькая коробочка. Роутер не только раздает интернет по проводам и Wi-Fi, но также является шлюзом с глобальной сетью интернет.

Советую более подробно почитать про роутер тут.

Также есть оборудование, которое используется только для подключения большого количества устройств. Такие аппараты называют коммутаторами. С виду они очень похожи на роутеры, но имеют совсем другое предназначение. Разбирать их мы не будем, но если кому интересно, то про коммутаторы можно подробно почитать в этой статье.

Про топологию

Что понимается под топологией локальной сети? Итак, что же такое локальная вычислительная сеть, мы разобрались. И тут у каждого грамотного инженера встает вопрос, а как её построить, чтобы все работало. На помощь приходит топология локальной сети – это некая схема подключения всех устройств для нормальной работы, где есть:

• Узлы – это сами устройства: компьютеры, сервера, принтеры, камеры, роутеры, коммутаторы.
• Ребра – обычно это физическая связь между двумя узлами.

Типы

Есть типы топологий:

• Информационная – показывает направление потока данных между узлами.
• Физическая – обычная схема, где показывает приблизительное расположение узлов и связей.
• Логическая – показывает перемещение сигнала.
• Правовая – показывает несколько уровней прав.

Виды

Если разделить более грубо, то есть две сети: полносвязные и неполносвязные.

Полносвязная ЛВС – когда каждое устройство связано с каждым. Проблемой такого подключения является наличие у того же компьютера большого количество портов, чтобы иметь связь со всеми компьютерами. Применяется крайне редко. Плюс есть проблема при масштабировании такой системы.

Так как полносвязные очень редко где применяются, мы поговорим про неполносвязные и их разновидности.

Шина

Один из самых дешевых способов связи. Есть один кабель, к которому подключаются другие компьютеры. Чаще всего используют именно коаксиальный кабель. На концах кабеля ставят терминаторы, которые убирают помехи и искажения сигнала.

• Равноправие в сети, хотя это можно отнести и к минусам.
• Дешевизна, ведь нужен всего один кабель.
• Быстрое подключение новых устройств

• Кабель всего один и имеет ограничение в передаче данных. То есть при большом количестве устройств и активном использовании пакеты могут теряться.
• Низкая производительность сети из-за одного канала.
• Проблема с нахождением поломки.

Кольцо

Каждый узел имеет два подключения, на входной и выходной сигнал. В итоге все компьютеры подключены в своеобразное «кольцо».

• Быстрая настройка и подключение.
• Небольшая стоимость.
• При поломке одного узла, сеть все равно функционирует.

• В интернете почему-то пишут, что такая топологию можно безгранично увеличивать, но это не так. В определенный момент времени, как и с ситуацией с «Шиной», трафика может стать настолько много, что сеть начнет тормозить, а пакеты теряться. Так что тут есть ограничение в количестве машин.

Звезда

Есть центральный сервер или маршрутизатор, который управляет всеми компьютерами и устройствами, подключенными к нему. Например, у вас дома при использовании роутера все домашние устройства получаются ведомыми, а маршрутизатор ими управляет – поэтому вы тоже используете топологию «Звезда».

• При поломке одного узла, сеть продолжает работать. Также выявить поломку достаточно просто.
• Есть возможность контроля трафика.
• Нет конфликтов при общении в сети.
• Управление происходит с одного устройства.
• Контроль и безопасность.

• Большие затраты по стоимость.
• При поломке центрального сервера сеть выходит из строя.

Другие виды

На самом деле существует очень много видов ЛВС. К ним можно отнести ячеистую ЛВС – где компьютеры очень близко напоминают подключение как в полносвязной сети. Можно также встретить «Смешанный» вид – когда в одной сети используются сразу несколько топологий.

Централизованная и децентрализованная система

Нужно еще понимать такое понятие как «Централизованная система» ЛВС – когда сеть построена таким образом, что в ней есть сервер или устройство, которое полностью контролирует работу в локалке. Также в такой системе может быть своя база данных, где хранится определенная информация, с которой работают клиенты. Вся работы ограничена по правам. Пользователи имеют иерархическую систему доступа.

Также очень часто есть разделение на подсети. Например, у нас в организации есть несколько отделов:

• Бухгалтерия.
• Юридический отдел.
• Отдел кадров.

Нужно разделить эти сети таким образом, чтобы они не имели доступ друг к другу. Вот для этого нужно грамотно настроить систему. В децентрализованной системе обычно каждый компьютер и клиент имеет равные права. Обычно используются в маленьких локальных компьютерных сетях.

Используемые источники:

• https://pro-spo.ru/network-tech/3011-2012-03-06-11-42-08
• https://2hpc.ru/%d0%bb%d0%be%d0%ba%d0%b0%d0%bb%d1%8c%d0%bd%d0%b0%d1%8f-%d1%81%d0%b5%d1%82%d1%8c/
• https://wifigid.ru/poleznoe-i-interesnoe/topologiya-lokalnoj-seti

</table>