Основні типи мережевих топологій.

Приклад великий локальної мережі в двоповерховому установі, що складається з трьох сегментів: 100 Мбіт / с на кручений парі (другий поверх будівлі), 10 Мбіт / с на коаксіальному кабелі (1 поверх) і 10 Мбіт / с на кручений парі (віддалений філія).

Мережева плата фірми 3Com, розрахована на роботу в мережах Ethernet на швидкості 10 Мбіт / с. Має три різних роз'єму для підключення різних типів кабелів.

<

>

Що таке локальні обчислювальні мережі (ЛОМ) і для чого вони потрібні? Локальна мережа - це, просто кажучи, засіб об'єднання комп'ютерів, розташованих недалеко, в межах декількох сотень метрів один від одного. Потреба в такій мережі виникає, коли якась робота виконується на декількох комп'ютерах і потрібно як мінімум забезпечити обмін даними між ними. Звичайно, для перенесення інформації з одного персонального комп'ютера (ПК) на інший можна користуватися дискетами, проте файли даних зараз інколи такі, що на одній діськетке їх не вмістити, і копіювання дискет перетворюється в довгу тяжку процедуру. Образно кажучи, переносити дані з допомогою дискет - це те ж саме, що носити воду відрами: повільно, незручно та й розплескати можна, набагато приємніше користуватися водопроводом. Роль такого водопроводу якраз і грають локальні обчислювальні мережі.

Найпростіша мережа

У найпростішому випадку два ПК можна з'єднати через так звані послідовні порти (див. "Наука і життя" № 2, 1998 г. ) За допомогою спеціального кабелю, який іноді можна замінити трьома звичайними проводами. Потім на обох комп'ютерах слід запустити спеціальні комунікаційні програми, наприклад, що входять до складу загальновідомого Norton Commander'а. У цьому випадку один з комп'ютерів стає провідним (master, дослівно - господар), а інший - веденим (slave, дослівно - невільник). Ведучий комп'ютер посилає по одному з проводів кабелю серію електричних імпульсів, яка представляє собою команду, запит - яку саме інформацію з диска slave-комп'ютера бажає отримати master-комп'ютер. Отримавши і обробивши цю команду, slave-комп'ютер витягує необхідні дані зі свого жорсткого диска і відсилає їх по іншому проводу того ж кабелю. Оператор, що працює на master-комп'ютері, цей складний процес абсолютно не помічає: для нього все виглядає так, немов на його ПК з'явився ще один жорсткий диск, який начебто переставили з однієї машини на іншу. Оператор отримує можливість маніпулювати обома дисками - створювати, видаляти і редагувати файли і вільно переносити їх з диска на диск, а значить, з комп'ютера на комп'ютер.

Мережа починається з кабелю

Розглянутий вище приклад є простою локальну мережу, що має, на жаль, безліч недоліків. У їх числі і низька швидкість передачі даних, і обмежену відстань між комп'ютерами - всього кілька метрів. Гірше того, описана схема не передбачає з'єднання в мережу більше двох ПК. Для підвищення швидкості і дальності передачі необхідно перш за все замінити з'єднувальний кабель. Хороший кабель може передавати як мінімум кілька мегабіт інформації в секунду на відстань в десятки метрів. Мегабіт в секунду можна вважати еквівалентом змінного струму з частотою в один мегагерц. Якщо пустити настільки високочастотний струм за звичайними проводам, то їх індуктивність і ємність можуть помітно спотворити сигнал. До того ж відкритий провід подібно приймальні антени буде вловлювати перешкоди і тим самим спотворювати інформацію.

Одне рішення проблеми напрошується само собою: використовувати для передачі сигналу від одного ПК до іншого екранований (коаксіальний) кабель. Це найбільш дешевий і поширений варіант, що забезпечує швидкість передачі до 10 мегабіт в секунду (що в десятки разів вище, ніж швидкість запису на дискету) на відстань в кілька сотень метрів. Інший спосіб підвищити стійкість пари проводів - звити їх. Вийде кабель, який так і називається - кручена пара, зазвичай він містить дві або чотири пари взаємно перевитих проводів. За зовнішнім виглядом і за роз'ємів він аналогічний телефонному кабелю європейського стандарту. Якість (категорія) кручений пари визначається числом витків на одиницю довжини. Іноді для додаткового захисту від перешкод виту пару ще й екранують. Мережі на кручений парі часто використовують при побудові стомегабітних мереж - зі швидкістю передачі в сотні мегабіт в секунду.

Дуже цікаве високошвидкісне засіб передачі інформації - оптоволокно, воно перевершує електрокабелі і по швидкості передачі, і по дальності. Обходиться оптоволоконний кабель помітно дорожче, так як вимагає додаткового обладнання, адже електричний сигнал, з яким працюють комп'ютери, доводиться перетворювати в оптичний, а потім - при прийомі - назад. Іноді для передачі інформації в локальних мережах (наприклад, там, де комп'ютери часто переміщаються з місця на місце) використовують інфрачервоні і радіо засоби зв'язку, які не потребують взагалі ніяких кабелів.

Мережева плата - приймач і передавач

Перш, ніж передавати послідовність бітів інформації по електрокабелю (або іншим способом), її треба перетворити в придатний для передачі електричний сигнал. У простій мережі з двох комп'ютерів цю роботу виконував послідовний (COM) порт ПК - спеціальний вузол комп'ютера, призначений для зв'язку (communication, звідси і скорочення - COM) з зовнішніми пристроями. Зазвичай комп'ютер оснащують двома такими портами, які використовуються для підключення миші, модему, інших пристроїв, обмін даними з якими не вимагає великої швидкості. Однак з великими обсягами даних, які циркулюють в локальних мережах, COM-порт впоратися не в змозі, для цього існують спеціальні мережеві плати (адаптери). Вони беруть дані з пам'яті комп'ютера, швидко і надійно перетворять їх в електричний сигнал і посилають його по кабелю. Якщо ж на мережеву плату приходить сигнал з іншого ПК, вона його декодує, повідомляє про це центрального процесора і передає прийняті дані в оперативну пам'ять ПК.

Втім, остання дія виконується тільки якщо мережева плата виявить, що прийняті дані призначені саме тому комп'ютера, на якому вона встановлена. Адже в локальній мережі можуть бути десятки, сотні комп'ютерів, і, коли два з них обмінюються інформацією, всім іншим абсолютно не потрібно витрачати час на її отримання та обробку. Тому кожна порція (пакет) даних, що розповсюджується в мережі, містить в своєму заголовку адресу - код комп'ютера-одержувача. Цей код визначається за унікальним номером, жорстко "зашиті" в кожної мережевої плати фірмою-виробником. Складається код з двох частин - коду фірми, який присвоюється відповідно до міжнародних угод, і коду плати, унікальність якого гарантується фірмою. Таким чином, в усьому світі не існує двох мережевих плат з однаковим номером.

Протокол "бесіди"

Два радіопередавача не можуть працювати на одній частоті. Щоб в ефірі не звучала "каша", вони повинні "розійтися" по різних частотах. Два (або кілька) ПК "розійтися" в діапазоні не можуть, тому вони передають дані в мережу по черзі, невеликими порціями (пакетами) в десятки-сотні байт. Пересилання одного пакета займає соті, тисячні частки секунди, після чого право передачі переходить до іншого ПК, потім до наступного і так далі. При цьому жоден користувач не відчує помітної затримки доступу до мережі. Але її пропускна здатність, звичайно ж, ділиться на всіх: чим більше комп'ютерів бажає послати дані, тим менша частка часу дістанеться кожному з них. Для дотримання порядку в ЛВС існують суворі правила - мережеві протоколи. Вони не тільки визначають порядок передачі пакетів, а й взагалі встановлюють всі параметри системи: напруга електричного сигналу в мережі, частоту, вид модуляції, розмір пакета, спосіб адресації, метод виявлення помилок передачі і т. Д.

Повернемося до визначення послідовності доступу до мережі. Тут прямо-таки напрошується аналогія з повсякденного життя: сидять, скажімо, за столом люди і розповідають анекдоти. При цьому можливий наступний протокол ведення бесіди: одна людина починає, розповідає свою історію і потім передає слово сусідові, той, після завершення розповіді, наступного і так далі - по колу. Якщо кому-то нічого розповісти, він просто пропускає свою чергу - на наступному колі у нього знову буде можливість виступити. У ЛВС, наприклад в мережі Token Ring фірми IBM, часто використовується такий же спосіб визначення черговості - він називається естафетному (маркерним) методом доступу. Всі комп'ютери підключені до замкнутого в кільце кабелю, по якому переміщається так званий маркер - спеціальний сигнал, що дає право вести передачу.

Але буває, бесіда за столом протікає по-іншому: після чергового оповідання відразу кілька людей, які бажають виступити, починають говорити, і один з них, нарешті, заволодіває загальною увагою, а інші замовкають і слухають. Як не дивно, в ЛВС такий же спосіб "ведення розмови" реалізований за допомогою технології Ethernet і офіційно називається "множинний доступ з контролем несучої і виявленням колізій". Він не такий ефективний, як маркерний - істотна частка дорогоцінного часу витрачається не на передачу даних, а на боротьбу за право передачі. Однак в силу історичних причин, а також завдяки своїй простоті мережі Ethernet отримали широке розповсюдження.

"Кільце", "шина" і "зірка"

Спосіб з'єднання комп'ютерів один з одним в локальній мережі називається топологією. Одна з основних топологій - "кільце", а якщо його розімкнути, приєднавши до кінців заглушки (термінатори), вийде так звана "шина". Третя стандартна топологія - "зірка", тут кабелі, що йдуть від кожного з мережевих комп'ютерів, з'єднуються в спеціальному пристрої - концентраторі. "Шина" - найдешевша топологія, вона не вимагає дорогого концентратора, а витрата кабелю для неї зазвичай менше, ніж для "кільця" або "зірки". Однак надійність шини невисока: обрив будь-якої ділянки кабелю, а іноді і несправність однієї з мережевих плат порушують роботу всієї мережі. Крім того, підключення до мережі нового комп'ютера, і навіть його переміщення, вимагає тимчасового розриву "шини", а отже, зупинки всієї ЛВС. Несправність будь-якого з променів "зірки", навпаки, відключає тільки один ПК, і робота іншої мережі не порушується. Додавання в "зірку" нових комп'ютерів також не вимагає припинення роботи. На практиці великі і середні ЛВС зазвичай мають більш складну конфігурацію, так як складаються з декількох частин (сегментів), кожна з яких є найпростішою мережею ( "кільцем", "шиною" або "зіркою"). При цьому в одній мережі можуть об'єднуватися сегменти не тільки з різною топологією, але і з різними типами кабелів, швидкостями і протоколами передачі. Стикування цих окремих "цеглинок" в єдину ЛВС здійснюється за допомогою спеціальних комп'ютерів - комутаторів або мостів.

Мережа - це обмін файлами. Але не тільки...

Уявіть собі, що у вас на роботі з'явилася невелика мережа: кілька вже наявних ПК оснастили мережевими платами, зв'язали кабелем і справили відповідні налаштування в операційних системах (скажімо, Windows 95) цих комп'ютерів. Які нові можливості ви отримаєте на своєму робочому місці? По-перше, ви можете дозволити своїм колегам працювати з файлами на жорсткому диску Вашого комп'ютера. Для цього вам просто треба вказати, які саме директорії на диску (або весь диск) ви виділяєте для загального користування і які дії в ній дозволені стороннім - тільки читання або читання і запис. Щоб захистити свій диск від доступу небажаних осіб, ви можете задати пароль, без знання якого доступ до ваших даних через мережу стане неможливим. Користувачі мережі, які знають ваш пароль, можуть звертатися до вашого диску, як до свого власного. По-друге, і ви теж можете звертатися до чужих дискам, виділеним в загальне користування, якщо, звичайно, вам повідомили необхідні паролі.

Доступ до даних по мережі буває корисний в різних ситуаціях. Перш за все, для обміну файлами в процесі спільної роботи над ними. Наприклад, ви написали статтю (накреслили схему, склали кошторис) і потім переносите відповідний файл на комп'ютер свого колеги для редагування. Він внесе свої зміни і поверне файл вам назад або ж направить іншого співробітника.

У багатьох західних установах весь документообіг і управління: переміщення документів, накладення резолюцій і віз, розпорядження підлеглим і їх звіти про виконану роботу - все здійснюється без паперів і навіть без особистого спілкування, а шляхом пересилки файлів по локальній мережі. Природно, для організації подібної системи потрібне спеціальне програмне забезпечення. Однак деякі його елементи є стандартними для мережевих операційних систем. Перш за все, це розсилка в ЛВС електронної пошти, за аналогією з Інтернетом, або миттєва передача коротких повідомлень на інший комп'ютер.

Інша типова ситуація, коли доступ до чужих дискам вкрай корисний, - це перегляд довідкової інформації, яку набагато зручніше зберігати в загальному комп'ютері, що має доступ для всіх. Вже існують в "цифровому вигляді" готові інформаційні матеріали, причому найрізноманітніші - від повної збірки російських законодавчих актів до каталогу картин Третьяковської галереї. Якщо вам і вашим колегам для роботи потрібно кілька таких систем, то їх можна "розкидати" по різних комп'ютерів, які не дуже завантажуючи при цьому жорсткий диск кожного з них, "довідковий масив" стане загальнодоступним через локальну мережу.

Бувають ситуації, коли один файл одночасно повинні змінювати кілька людей, які працюють на різних комп'ютерах. Наприклад, в системі продажу залізничних квитків потрібно, щоб квиток на певне місце, проданий одним оператором зі свого комп'ютера, іншими не міг би бути повторно проданий через кілька хвилин. Інша ситуація: гроші, прийняті в банку одним клерком і занесені їм на свій ПК, відразу ж повинні бути видні всім іншим. Вирішенням подібних завдань займається окрема область комп'ютерної науки - теорія управління базами даних.

Але повернемося, однак, до нашої не надто складною локальної мережі. Ви можете надати в загальне користування не тільки жорсткий диск. Замість того, щоб оснащувати принтером кожне робоче місце, ви купуєте один хороший, потужний принтер, підключаєте його до одного з ПК і дозволяєте до нього мережевий доступ. Тоді з будь-якого іншого комп'ютера можна буде через мережу виходити на цей принтер і друкувати на ньому так само, як ніби він підключений до комп'ютера напряму. Якщо відразу кілька людей спробують друкувати одночасно, їх завдання просто вишикуються в чергу, і досягнуть одне за іншим. Людина, що сидить за комп'ютером, до якого приєднаний принтер, в цей час може виконувати будь-яку роботу, правда, його ПК, зайнятий печаткою з інших машин, буде працювати трохи повільніше. Природно, в мережі можуть бути і кілька різних принтерів - скажімо, кольоровий, широкоформатний і т. Д., - і з будь-якого робочого місця можна буде друкувати на будь-якому з них.

Крім того, якщо у вас є факс-модем, його теж, як і принтер, можна надати в загальне користування, наприклад, для відправки документів і листів по факсу. Спрощується і доступ до Інтернету: немає необхідності купувати модем на кожну машину - краще встановити один, але хороший, і, використовуючи спеціальну програму, налаштувати систему так, щоб забезпечити роботу з Інтернетом всіх комп'ютерів, що входять в вашу мережу.

На закінчення хочу зауважити, що ми розповіли про принципи роботи найпростішої, тобто малої мережі - з числом комп'ютерів не більше, скажімо, десяти. Але є ЛВС, що об'єднують сотні комп'ютерів, а підрозділи фірми можуть бути розташовані в десятках кілометрів один від одного. Наприклад, комп'ютерна мережа компанії "Юганскнефтегаз" охоплює територію в вісімсот квадратних кілометрів. У таких ЛВС принципи роботи вже інші. Комп'ютери в них діляться на дві групи: сервери (від англійського to serve - обслуговувати) і власне робочі станції. Сервери часом не мають ні монітора, ні клавіатури, все спілкування з зовнішнім світом вони здійснюють через мережеві плати. Їх завдання - обслуговувати робочі станції, зберігати і обробляти дані, підвищувати швидкість обробки інформації і т. Д.

Створюють архітектуру подібних мереж, обслуговують їх висококваліфіковані фахівці - системні адміністратори. Серед "комп'ютерних" професій системні адміністратори - це елітна група, як, скажімо, льотчики серед авіаторів взагалі. Зрозуміло, що з часом потреба в цих фахівцях буде зростати.

ПРОВОДИ І ПЛАТИ

Починаючи міркувати про майбутню своєї локальної мережі, добре б насамперед подумати про те, яка вам потрібна (і, звичайно, за коштами) швидкість її роботи: чи достатньо вам звичайної пропускної здатності 10 Мбіт / с, віддасте перевагу ви більш сучасну ЛВС на 100 Мбіт / с або ж вам неодмінно потрібно останнє досягнення - гигабитная мережу?

Другий предмет для роздумів: який тип мережі віддати перевагу - Ethernet, TokenRing, 100VG AnyLAN і т. Д.? Тут вибір в основному залежить від уже наявного обладнання, навичок персоналу, вашої довіри до тієї чи іншій фірмі і інших суб'єктивних чинників. Найкраще міркувати про це разом з людиною, що має вже багатий "мережевий досвід".

І, нарешті, третє, саме, мабуть, просте: потрібно визначитися з топологією майбутньої мережі і типом кабелю. Поміркувавши, посперечавшись і зробивши остаточний вибір, можна підбирати мережеві плати.

Розглянемо типове сьогодні рішення - десятімегабітний Ethernet. Вона існує в декількох варіантах: "зірка" на кручений парі (стандарт 10Base-T), "шина" на оптоволокне (стандарт 10Base-FL) і "шина" на коаксіальному кабелі, який буває двох видів - "тонкий" (10Base2) і "товстий" (10Base5). Найдешевший варіант - тонкий коаксіал, його основне обмеження - довжина сегмента (шини) не більше 185 метрів. Основна незручність (загальне для всіх локальних мереж з топологією "шина") в тому, що будь-яке пошкодження кабелю припиняє роботу всієї мережі. Втім, з обома неприємностями можна боротися одним засобом - створенням в одній мережі кількох сегментів. У найпростішому випадку замість однієї шини використовуються дві, пов'язані між собою не безпосередньо (тоді це була б одна шина), а за рахунок підключення до різних мережевих плат одного комп'ютера, зазвичай сервера. При цьому кожен сегмент може мати довжину до 185 метрів, а аварія на одному сегменті не впливає на роботу іншого. Більш того, якщо розподіл мережі на сегменти відповідає розподілу робочих станцій по групах, де вони взаємодіють в основному між собою і сервером, то швидкість роботи в мережі також збільшиться.

Інші типи кабелів для мережі Ethernet топології "шина" - товстий коаксіал і оптоволокно - дорожче, ніж тонкий коаксіальний кабель, але зате забезпечують більшу довжину сегмента - 500 і 2000 метрів відповідно. Природно, для них також застосовується сегментація, як, втім, і для мереж типу "зірка" на кручений парі. Довжина одного кабелю, променя "зірки" - не більше 100 метрів. Промені "зірки" сходяться в концентратор (англійський термін hub) - досить дорогий пристрій, що забезпечує захист мережі від обриву будь-якого з її променів і навіть деяку діагностику її роботи. Кожен концентратор розрахований на підключення певного числа комп'ютерів - 8, 16, 24, в залежності від моделі. Тому, купуючи концентратор, бажано знати максимальне число комп'ютерів в даному сегменті мережі. У разі необхідності, якщо в концентраторі вже немає вільного роз'єму для нового комп'ютера, можна замість одного з "рядових" комп'ютерів включити ще один концентратор і вже до нього приєднувати нові комп'ютери.

Кілька слів про вибір плат. По-перше, необхідно, щоб вони підтримували вибрані тип мережі і швидкість передачі. По-друге, плати повинні мати необхідні роз'єми для підключення до мережі. І, нарешті, мережеві плати повинні підійти до ваших комп'ютерів. Найбільш універсальний варіант - плата з роз'ємом ISA, вона буде працювати практично на будь-якому персональному комп'ютері. Однак стандарт ISA забезпечує невисоку швидкість передачі даних між платою і комп'ютером, і навіть в мережах на 10 Мбіт / с кілька уповільнює роботу. Якщо ж у вас більш швидка мережу, використання ISA-плат вкрай небажано - потрібно щось швидше. Для 486-й машини швидше за все підійде плата з інтерфейсом Local Bus, для Pentium'a - PCI; бувають також EISA - плати - їх можна ставити лише в ПК з відповідною архітектурою - зазвичай це дорогі комп'ютери, наприклад сервери.

Крім того, при виборі мережевої плати не слід забувати, що вона використовує різні ресурси комп'ютера - так звані порти введення-виведення, апаратні переривання і т. Д. Ці ж ресурси потрібні і інших пристроїв: модему, аудіо- та відеоплати, дисковим контролерам - так що при невдалому поєднанні пристроїв цих ресурсів на всіх може і не вистачити. Нарешті, мережева плата повинна бути сумісна з використовуваної вами операційною системою. Загалом, створення мережі - справа не дуже складна, але вимагає кваліфікованих фахівців. А ця стаття - лише короткий вступ в цю область.