Сетевые топологии
Классификация ЛВС
Локальные сети можно классифицировать по:
• уровню управления;
• назначению;
• однородности;
• административным отношениям между компьютерами;
• топологии;
• архитектуре.
Рассмотрим более подробно классификацию ЛВС
По уровню управления выделяют следующие ЛВС:
• ЛВС рабочих групп, которые состоят из нескольких ПК, работающих под одной операционной системой. В такой ЛВС, как правило, имеется несколько выделенных серверов: файл-сервер, сервер печати;
• ЛВС структурных подразделений (отделов). Данные ЛВС содержат несколько десятков ПК и серверы типа: файл-сервер, сервер печати, сервер баз данных;
• ЛВС предприятий (фирм). Эти ЛВС могут содержать свыше 100 компьютеров и серверы типа: файл-сервер, сервер печати, сервер баз данных, почтовый сервер и другие серверы.
По назначению сети подразделяются на:
• вычислительные сети, предназначенные для расчетных работ;
• информационно-вычислительные сети, которые предназначены, как для ведения расчетных работ, так и для предоставления информационных ресурсов;
• информационно-советующие, которые на основе обработки данных вырабатывают информацию для поддержки принятия решений;
• информационно-управляющие сети, которые предназначены для управления объектов на основе обработки информации.
По типам используемых компьютеров можно выделить:
• однородные сети, которые содержат однотипные компьютеры и системное программное обеспечение;
• неоднородные сети, которые содержат разнотипные компьютеры и системное программное обеспечение.
По административным отношениям между компьютерами можно выделить:
• ЛВС с централизованным управлением (с выделенными серверами);
• ЛВС без централизованного управления (децентрализованные) или одноранговые (одноуровневые) сети.
По топологии (основным топологиям) ЛВС делятся на:
• топологию «шина»;
• топологию «звезда»;
• топологию «кольцо».
По архитектуре (основным типам архитектур) ЛВС делятся на:
• Ethernet;
• Arcnet;
• Token ring;
• FDDI.
Конфигурация ЛВС (локальные сети одноранговые и с выделенным сервером)
По административным отношениям между узлами можно выделить локальные сети с централизованным управлением или с выделенными серверами (серверные сети) и сети без централизованного управления или без выделенного сервера (децентрализованные), так называемые, одноранговые (одноуровневые) сети.
Локальные сети с централизованным управлением называются иерархическими, а децентрализованные локальные сети равноправными. В локальных сетях с централизованным управлением один из компьютеров является сервером, а остальные ПК - рабочими станциями.
Одноранговые (одноуровневые или равноправные) локальные сети
В сетях с децентрализованным управлением нет единого центра управления взаимодействием рабочих станций и единого компьютера для хранения данных. Одноранговая локальная сеть – это ЛВС равноправных компьютеров, каждый из которых имеет уникальное имя и, как правило, пароль для входа в него в момент загрузки ОС.
Равноправность ПК означает, что администратор каждого компьютера в локальной сети может преобразовать свой локальный ресурс в разделяемый и устанавливать права доступа к нему и пароли. Он же отвечает за сохранность или работоспособность этого ресурса. Локальный ресурс - ресурс, доступный только с ПК, на котором он находится. Ресурс ПК, доступный для других компьютеров, называется разделяемым или совместно используемым.
Таким образом, одноранговая локальная сеть - это ЛВС, в которой каждая рабочая станция может разделить все или некоторые из ее ресурсов с другими рабочими станциями сети. Но отсутствие выделенного сервера не позволяет администратору централизовано управлять всеми ресурсами одноранговой локальной сети.
Каждая рабочая станция может выполнять функции, как клиента, так и сервера, т.е. предоставлять ресурсы другим рабочим станциям и использовать ресурсы других рабочих станций.
Одноранговые локальные сети могут быть организованы на базе всех современных 32-разрядных операционных систем – Windows XP, WindowsSeven. Для эффективной работы в одноранговой сети количество рабочих станций не должно быть более 10.
Достоинства одноранговой локальной сети:
• низкая стоимость;
• высокая надежность.
Недостатки:
• работа ЛВС эффективна только при количестве одновременно работающих станций не более 10;
• слабая защита информации;
• сложность обновления и изменения ПО рабочих станций.
Серверные локальные сети (многоуровневые или иерархические)
В локальных сетях с централизованным управлением сервер обеспечивает взаимодействия между рабочими станциями, выполняет функции хранения данных общего пользования, организует доступ к этим данным и передает данные клиенту. Клиент обрабатывает полученные данные и предоставляет результаты обработки пользователю. Необходимо отметить, что обработка данных может осуществляться и на сервере.
Локальные сети с централизованным управлением, в которых сервер предназначен только для хранения и выдачи клиентам информации по запросам, называются сетями с выделенным файл-сервером. Системы, в которых на сервере наряду с хранением осуществляется и обработка информации, называются системами «клиент-сервер».
Необходимо отметить, что в серверных локальных сетях клиенту непосредственно доступны только ресурсы серверов. Но рабочие станции, входящие в ЛВС с централизованным управлением, могут одновременно организовать между собой одноранговую локальную сеть со всеми ее возможностями.
Программное обеспечение, управляющее работой ЛВС с централизованным управлением, состоит из двух частей:
• сетевой операционной системы, устанавливаемой на сервере;
• программного обеспечения на рабочей станции, представляющего набор программ, работающих под управлением операционной системы, которая установлена на рабочей станции. При этом на разных рабочих станциях в одной сети могут быть установлены различные операционные системы.
В больших иерархических локальных сетях в качестве сетевых ОС используются UNIX и LINUX, которые являются более надежными. Для локальных сетей среднего масштаба наиболее популярной сетевой ОС является Windows 2008 Server.
В зависимости от способов использования сервера в иерархических сетях различают серверы следующих типов:
• Файловый сервер. В этом случае на сервере находятся совместно обрабатываемые файлы или (и) совместно используемые программы.
• Сервер баз данных. На сервере размещается сетевая база данных.
• Принт-сервер. К компьютеру подключается достаточно производительный принтер, на котором может быть распечатана информация сразу с нескольких рабочих станций.
• Почтовый сервер. На сервере хранится информация, отправляемая и получаемая как по локальной сети.
Достоинства:
• выше скорость обработки данных;
• обладает надежной системой защиты информации и обеспечения секретности;
• проще в управлении по сравнению с одноранговыми сетями.
Недостатки:
• сеть дороже из-за выделенного сервера;
• менее гибкая по сравнению с равноправной сетью.
Все компьютеры в локальной сети соединены линиями связи. Геометрическое расположение линий связи относительно узлов сети и физическое подключение узлов к сети называется физической топологией. В зависимости от топологии различают сети: шинной, кольцевой, звездной, иерархической и произвольной структуры.
Различают физическую и логическую топологию. Логическая и физическая топологии сети независимы друг от друга. Физическая топология - это геометрия построения сети, а логическая топология определяет направления потоков данных между узлами сети и способы передачи данных.
Все существующие конфигурации можно разделить на два основных класса: широковещательные и последовательностные.
В случае широковещательной конфигурации ЛВС сигналы, передаваемые одним устройством подключения к физической среде, воспринимаются всеми остальными. В широковещательной ЛВС в произвольный момент времени может работать только одна станция. Все рабочие станции могут непосредственно вступать в контакт с любой рабочей станцией, имеющейся в сети.
Для построения широковещательной конфигурации необходимо применение сравнительно мощных приемников и передатчиков. Следовательно, появляется необходимость ограничения длины кабельных сегментов и числа подключений. В случае превышения ограничений применяется аналоговый усилитель или цифровой повторитель. Кроме того, средства подключения к физической среде выбираются такими, которые не вызывают значительного ослабления сигнала.
Основные типы широковещательных топологий «шина», «дерево» и «звезда» показаны на схемах (рисунок 3).
Рисунок 3 - Типы широковещательных топологий:
а) «шина»; б) «дерево»; в) «звезда»
В случае последовательностной конфигурации ЛВС каждое устройство подключения к физической среде передает информацию только одному устройству. При этом снижаются требования к передатчикам и приемникам, поскольку все станции активно участвуют в передаче.
Основные типы последовательных топологий: «кольцо», «цепочка», «снежинка» и «сетка» показаны на схеме (рисунок 4).
Рисунок 4 - Типы последовательностных топологий «кольцо», «цепочка», «снежинка» и «сетка»
Рассмотрим следующие физические топологии:
• физическая «шина» (bus);
• физическая «звезда» (star);
• физическое «кольцо» (ring);
Шинная топология
Сети с шинной топологией используют линейный моноканал (коаксиальный кабель) передачи данных, на концах которого устанавливаются оконечные сопротивления (терминаторы). Каждый компьютер подключается к коаксиальному кабелю с помощью Т-разъема (Т - коннектор). Данные от передающего узла сети передаются по шине в обе стороны, отражаясь от оконечных терминаторов. Терминаторы предотвращают отражение сигналов, т.е. используются для гашения сигналов, которые достигают концов канала передачи данных. Таким образом, информация поступает на все узлы, но принимается только тем узлом, которому она предназначается. В топологии логическая шина среда передачи данных используются совместно и одновременно всеми ПК сети, а сигналы от ПК распространяются одновременно во все направления по среде передачи. Так как передача сигналов в топологии физическая шина является широковещательной, т.е. сигналы распространяются одновременно во все направления, то логическая топология данной локальной сети является логической шиной.
Данная топология применяется в локальных сетях с архитектурой Ethernet (классы 10Base-5 и 10Base-2 для толстого и тонкого коаксиального кабеля соответственно).
Преимущества сетей шинной топологии:
• отказ одного из узлов не влияет на работу сети в целом;
• сеть легко настраивать и конфигурировать;
• сеть устойчива к неисправностям отдельных узлов.
Недостатки сетей шинной топологии:
• разрыв кабеля может повлиять на работу всей сети;
• ограниченная длина кабеля и количество рабочих станций;
• трудно определить дефекты соединений
Топология типа «звезда»
В сети, построенной по топологии типа «звезда» каждая рабочая станция подсоединяется кабелем (витой парой) к концентратору или хабу (hub). Концентратор обеспечивает параллельное соединение ПК и, таким образом, все компьютеры, подключенные к сети, могут общаться друг с другом.
Данные от передающей станции сети передаются через хаб по всем линиям связи всем ПК. Информация поступает на все рабочие станции, но принимается только теми станциями, которым она предназначается. Так как передача сигналов в топологии физическая звезда является широковещательной, т.е. сигналы от ПК распространяются одновременно во все направления, то логическая топология данной локальной сети является логической шиной.
Данная топология применяется в локальных сетях с архитектурой 10Base-T Ethernet.
Преимущества сетей топологии «звезда»:
• легко подключить новый ПК;
• имеется возможность централизованного управления;
• сеть устойчива к неисправностям отдельных ПК и к разрывам соединения отдельных ПК.
Недостатки сетей топологии «звезда»:
• отказ хаба влияет на работу всей сети;
• большой расход кабеля;
Топология «кольцо»
В сети с топологией кольцо все узлы соединены каналами связи в неразрывное кольцо (необязательно окружность), по которому передаются данные. Выход одного ПК соединяется со входом другого ПК. Начав движение из одной точки, данные, в конечном счете, попадают на его начало. Данные в кольце всегда движутся в одном и том же направлении.
Принимающая рабочая станция распознает и получает только адресованное ей сообщение. В сети с топологией типа физическое кольцо используется маркерный доступ, который предоставляет станции право на использование кольца в определенном порядке. Логическая топология данной сети - логическое кольцо.
Данную сеть очень легко создавать и настраивать. К основному недостатку сетей топологии кольцо является то, что повреждение линии связи в одном месте или отказ ПК приводит к неработоспособности всей сети.
Как правило, в чистом виде топология «кольцо» не применяется из-за своей ненадёжности, поэтому на практике применяются различные модификации кольцевой топологии.
В общем ИТ-инфраструктуру различных предприятий можно различать по:
· масштабу;
· составу компонентов;
· уровню оборудования и т.д.
Исходя из этого, отдельные виды ИТ-инфраструктур можно представить в виде базовых конфигураций, которые отражены на рисунках 5, 6 и 7.
Рисунок 5 - Небольшая локальная сеть.
Небольшая локальная сеть. Обычно состоит из 1-3 серверов, сетевых коммутаторов, 5-30 рабочих станций.
Рисунок 6 - Локальная сеть и телефонная сеть с МиниАТС.
Локальная сеть и телефонная сеть с МиниАТС. Включает все компоненты «небольшой локальной сети» с добавлением внутренней МиниАТС для коммутации телефонов внутри офиса
Рисунок 7 - Локальная сеть и цифровая телефонная сеть на нескольких объектах.
Локальная сеть и цифровая телефонная сеть на нескольких объектах, объединенная в виртуальную частную сеть. Локальная сеть организации используется для IP-телефонии. Возможно объединение цифровых телефонных сетей подразделений организации через Интернет с помощью виртуальных частных сетей.
Уровень подготовки специалистов, обслуживающих ИТ-инфраструктуру предприятий должен быть очень высоким, требующим ответственности за работу, от которой будет зависеть функционирование и безопасность корпоративных компьютерных сетей.