1.4 Локальна обчислювальна мережа

Локальна обчислювальна мережа (Local Area Network- LAN) - це сукупність комп'ютерів і інших засобів обчислювальної техніки (активного мережевого обладнання, принтерів, факсів, модемів і інше), об'єднаних в мережу за допомогою кабелів і мережевих адаптерів і працюють під управлінням мережевої операційної системи. Обчислювальні мережі створюються з метою спільного використання загальних мережних ресурсів (дисковий простір, принтери, модеми та інша техніка), спільної роботи з загальними базами даними. Кожен комп'ютер в мережі оснащується мережевим адаптером, адаптери з'єднуються за допомогою мережевих кабелів або бездротових технологій і тим самим об'єднують комп'ютери в єдину обчислювальну мережу. Комп'ютер, підключений до мережі, називається робочою станцією або сервером, залежно від виконуваних функцій.

Переваги використання локальної обчислювальної мережі.

Наявність в офісі, конторі, установі (підприємстві, цеху) локальної обчислювальної мережі створює для користувачів принципово нові можливості завдяки об’єднанню персональних комп’ютерів та іншого обладнання мережі. Впровадження локальної обчислювальної мережі дозволяє створювати різноманітні масиви управлінської, комерційної та іншої інформації загального призначення, автоматизувати документообіг в цілому. З’являються можливості колективного використання різних спеціалізованих засобів та інструментів для вирішення певного типу професійних задач (наприклад, засобів машинної графіки, підготовки звітів, відомостей, доповідей, публікацій та інших документів). Крім організації внутрішніх служб, локальна обчислювальна мережа дозволяє розгорнути зовнішні по відношенню до організації такі служби, як поштова кореспонденція, електроні дошки оголошень, електронні газети, тощо, а також підтримує вихід в глобальні (регіональні) мережі та користування їх послугами. Між користувачами мережі можна робити телеконференції. Учасники телеконференцій можуть користуватися необхідними базами даних, а у випадку необхідності здійснювати автоматизоване опрацювання інформації. Поряд з цим мережі надають можливість проводити відео конференції, які дозволяють влаштовувати сумісні зустрічі партнерів з різних кінців світу. Формування технологій відео конференцій неможливе без широкосмугових ліній зв’язку, комп’ютерних інформаційних мереж. Такі конференції дозволяють економити значні кошти і час, що витрачаються на дорогу.

Обчислювальні мережі класифікуються за рядом ознак:

• за топологією;

Мережева топологія - це геометрична форма мережі. У залежності від топології з'єднань вузлів розрізняють мережі шинної (магістральної), кільцевої, зоряної і змішаної топологій.

Шинна (bus) - локальна мережа, в якій зв'язок між будь-якими двома станціями встановлюється через один спільний шлях, і дані передаються будь-якою станцією, одночасно стають доступними для всіх інших станцій, підключених до цього ж середовища передачі даних.

Кільцева (ring) - вузли пов'язані кільцевої лінією передачі даних, дані проходячи по кільцю, по черзі стають доступними всім вузлам мережі.

Зоряна (star) - є центральний вузол, від якого розходяться лінії передачі даних до кожного з решти вузлів.

Змішана (mixed) - це тип мережевої топології яка містить в собі деякі риси основних мережевих топологій (шина, зірка, кільце).[9]

• за способом управління;

Розрізняють два способи керування мережею: одноранговий і багаторанговий.

Однорангова мережа представляю собою мережу в якій немає єдиного центру управління взаємодією робочих станцій і немає єдиного центру для зберігання даних. Мережева операційна система розподілена по робочих станцій. Кожна станція мережі може виконувати функції як клієнта, так і сервера. Вона може обслуговувати запити від інших робочих станцій і спрямовувати свої запити на обслуговування в мережу. Користувачеві мережі доступні всі пристрої, підключені до інших станцій. [12]

Переваги однорангових мереж:

- низька вартість;

- висока надійність.

Недоліки однорангових мереж:

- залежність ефективності роботи мережі від кількості станцій;

- складність управління мережею;

- складність забезпечення захисту інформації;

- труднощі оновлення та зміни програмного забезпечення станцій.

Ефективно експлуатувати потужності LAN дозволяє застосування технології «клієнт-сервер». У цьому випадку мережу ділять на дві частини: клієнтську і серверну. Один або кілька найпотужніших комп'ютерів мережі конфігуруються як сервери додатків. Клієнтські частини виконуються на робочих станціях. У процесі обробки даних клієнт може сформувати запит на сервер для виконання складних процедур, читання файлів, пошук інформації в базі даних і інше. Сервер, визначений раніше, виконує запит, що надійшов від клієнта. Результати виконання запиту передаються клієнтові. Сервер забезпечує зберігання даних загального користування, організує доступ до цих даних і передає дані клієнта. Клієнт обробляє отримані дані і представляє результати обробки у вигляді, зручному для користувача. Для взаємодії визначається певний протокол (зазвичай TCP/IP). Часто кожна сторона в моделі клієнт - сервер може виконувати функції, як сервера, так і клієнта.[7] Мережі клієнт-сервер розрізняються за характером розподілу функцій між серверами. Існують спеціалізовані сервери, які дозволяють автоматизувати або просто полегшити виконання тих чи інших завдань. Пояснення роботи деяких серверів :

- файл-сервер - призначений для зберігання різноманітних даних, починаючи з офісних документів і закінчуючи музикою та відео;

- принт-сервер. Головне завдання даного сервера - обслуговування мережевих принтерів та забезпечення доступу до них. Дуже часто, з метою економії коштів, файл-сервер і принт-сервер поєднують в один сервер;

- сервер бази даних - забезпечує максимальну швидкість пошуку і запису потрібних даних до бази даних або отримання даних з неї з подальшою передачею їх користувачеві мережі;

- сервер додатків - проміжний сервер між користувачем і сервером бази даних. Як правило, на ньому виконуються ті із запитів, які вимагають максимальної продуктивності і повинні бути передані користувачеві, не зачіпаючи ні сервер бази даних, ні користувальницький комп'ютер;

- інші сервери: крім перерахованих вище, наприклад поштові, комунікаційні, сервери-шлюзи і інші.

При спеціалізації серверів маємо мережу розподілених обчислень.[20]

Переваги мережі клієнт-серверної архітектури:

- надійна система захисту інформації;

- висока швидкодія;

- відсутність обмежень на кількість робочих станцій;

- простота управління порівняно з одноранговими мережами.

Недоліки мережі:

- висока вартість через виділення одного комп'ютера на сервер;

- залежність швидкодії і надійності від сервера;

- менша гнучкість у порівнянні з одноранговими мережами.

- за методом доступу;

Типове середовище передачі даних у ЛОМ - відрізок (сегмент) кабелю. До нього через апаратуру закінчення каналу даних підключаються вузли - комп'ютери та можливе загальне периферійне устаткування. Оскільки середовище передачі даних загальне, а запити на мережеві обміни у вузлів з'являються асинхронно, то виникає проблема поділу загального середовища між багатьма вузлами, іншими словами, проблема забезпечення доступу до мережі.

Доступом до мережі називають взаємодію станції (вузла мережі) з середовищем передачі даних для обміну інформацією з іншими станціями. Управління доступом до середовища - це встановлення послідовності, в якій станції отримують доступ до середовища передачі даних.

Методи доступу до середовища передачі діляться на випадкові та детерміновані.

При випадковому (probabilistic) методі доступу вузол, що бажає послати кадр в мережу, прослуховує лінію. Якщо лінія зайнята або виявлено колізія (зіткнення сигналів від двох передавачів), спроба передачі відкладається на деякий час.

Основні різновиди:

CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance) - множинний доступ з прослуховуванням несучої та уникненням колізій. Вузол, який готовий послати кадр, прослуховує лінію. При відсутності несучої він посилає сигнал запиту на передачу і певний час очікує відповіді від адресата призначення. При відсутності відповіді (колізії) спроба передачі відкладається, при одержанні відповіді в лінію надсилається кадр. При запиті на широкомовлення відповідь не очікується. Метод не дозволяє повністю уникнути колізій, але вони обробляються на вищих рівнях протоколу. Метод застосовується в мережі Apple LocalTalk, простий і недорогий для ланцюгів доступу.

CSMA /CD (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detect) - множинний доступ з прослуховуванням несучої і виявленням колізій. Вузол, який готовий послати кадр, прослуховує лінію. При відсутності несучої він починає передачу кадру, одночасно контролюючи стан лінії. При виявленні колізії передача припиняється і повторна спроба відкладається на випадковий час. Колізії - нормальне явище для CSMA /CD. Їх частота пов'язана з кількістю і активністю підключених вузлів. Нормально колізії можуть починатися в певному часовому вікні кадру, запізнілі колізії сигналізують про апаратні неполадки в кабелі або вузлах. Метод ефективніше, ніж CSMA/CA, але вимагає більш складних і дорогих схем ланцюгів доступу. Застосовується в Ethernet, EtherTalk, G-Net, AT & T StarLAN. Недолік імовірнісних методів - невизначений час проходження кадру, різко зростаюче при збільшенні навантаження на мережу, що обмежує його застосування в системах реального часу. [19]

При детермінованому (deterministic) методі вузли одержують доступ до середовища в визначеному порядку. Послідовність визначається контролером мережі, який може бути централізованим (його функції може виконувати, наприклад, сервер) або розподіленим (функції виконуються обладнанням усіх вузлів).

Основні типи:

- доступ з передачею маркера, застосовуваний у мережах ARCnet, Token Ring , FDDI;

- поллінг (polling) - опитування готовності, застосовуваний у великих машинах і технології 100VG-AnyLAN. Основна перевага методу - обмежений час проходження кадру, мало залежить від навантаження.[18]