Локальные вычислительные сети

Общие положения

Локальные вычислительные сети (ЛВС; LAN - Local Area Network) - это группа компьютеров, связанных между собой таким образом, что они могут взаимодействовать и каждый из них может использовать общие ресурсы сети. Кроме локальных, существуют глобальные сети (WAN, Wide Area Network или GAN, Global Area Network) (см. главу 7).

Локальные сети в последнее время все более превращаются в обязательную принадлежность любой компании, имеющей больше одного компьютера. Совершенствование аппаратуры и программных средств достигло такого уровня, когда установить и эксплуатировать простейшую сеть может практически любой более или менее грамотный пользователь, тем более что на рынке имеется множество книг, подробно описывающих процесс установки и обслуживания, а последние версии наиболее распространенной операционной системы Windows содержат в себе довольно развитые сетевые средства, так что даже покупать специальное сетевое программное обеспечение не обязательно.

Морские и речные порты, судоходные компании, ГБУВПиС, транспортные агентства, другие организации, как правило, имеют ЛВС (или несколько ЛВС, если они территориально разобщены), и к ним в полной мере относятся излагаемые ниже сведения об ЛВС.

Смысл ЛВС заключается в следующем. Среди объединяемых компьютеров обычно (не обязательно) выделяют один или несколько центральных, именуемых серверами. Это более мощные компьютеры (по быстродействию, объему оперативной и дисковой памяти). На них размещаются общие для всех базы или файлы данных, прикладные программы. Они могут быть оснащены мощными печатающими и другими устройствами, к ним могут быть подключены каналы связи для выхода во внешнюю среду. Тогда другие компьютеры (именуемые рабочими станциями) могут быть менее мощными и дорогими, не нужно к каждому из них подключать мощный принтер и канал внешней связи. Если даже центральный сервер не выделяется, компьютеры могут взаимодействовать друг с другом и это тоже эффективно (например, на одном компьютере установлена большая база данных, к другому подключен мощный принтер, и этими возможностями могут пользоваться все другие компьютеры). При определенной настройке сети возможно также общение каждого компьютера с каждым в пределах разрешенного доступа. В то же время рабочие станции могут работать и в автономном режиме, если в данный момент не нужно подключение к сети. Таким образом, в виде ЛВС мы имеем экономически эффективную и технологически гибкую систему.

Чаще всего термин «локальные сети» понимают буквально, т.е. под локальными понимаются такие сети, которые имеют небольшие, локальные размеры, соединяют близко расположенные компьютеры. Это, как правило, сеть в одном здании с количеством компьютеров до нескольких десятков.

Однако такое определение не слишком точно, и для полноты картины уточним его. Например, некоторые локальные сети легко обеспечивает связь на расстоянии нескольких километров или даже десятков километров. Это уже размеры не комнаты, не здания, не близко расположенных зданий, а, может быть, целого города. С другой стороны, по глобальной сети (WAN или GAN) вполне могут связываться компьютеры, находящиеся на соседних столах в одной комнате, но это не называют локальной сетью. Близко расположенные компьютеры могут также связываться с помощью кабеля, просто соединяющего разъемы внешних интерфейсов ПЭВМ (портов) или даже без кабеля по инфракрасному каналу. Но такая связь также не называется локальной сетью.

Неточно и определение локальной сети как малой сети, которая связывает небольшое количество компьютеров. Действительно, в реальности наиболее часто локальная сеть связывает от двух до нескольких десятков компьютеров. Но предельные возможности некоторых локальных сетей гораздо выше: максимальное число абонентов может достигать тысячи. Называть такую сеть малой, наверное, неправильно.

Некоторые авторы определяют локальную сеть как «систему для непосредственного соединения многих компьютеров».

При этом подразумевается, что информация передается от компьютера к компьютеру без посредников и по единой среде передачи. Однако говорить о единой среде передачи в современной локальной сети не приходится. Например, в пределах одной сети могут использоваться как электрические кабели различных типов, так и оптоволоконные кабели. Определение передачи «без посредников» также не слишком четко, ведь в современных локальных сетях используются самые разнообразные концентраторы, коммутаторы, маршрутизаторы, мосты, которые порой производят довольно сложную обработку передаваемой информации. Не совсем понятно, считать их посредниками или нет.

Наверное, наиболее точно было бы определить как локальную такую сеть, которая позволяет пользователям не замечать связи. Компьютеры, связанные локальной сетью, объединяются, по сути, в один виртуальный компьютер, ресурсы которого могут быть доступны всем пользователям, причем этот доступ не менее удобен, чем к ресурсам, входящим непосредственно в каждый отдельный компьютер. Под удобством в первую очередь понимается в данном случае высокая реальная скорость доступа, при которой обмен информацией между приложениями осуществляется незаметно для пользователя. При таком определении ни медленные глобальные сети, пи медленная связь через последовательный или параллельный порты не подпадают под понятие локальной сети.

Из такого определения сразу же следует, что скорость передачи по локальной сети должна обязательно расти по мере роста быстродействия наиболее распространенных компьютеров. Именно это и наблюдается: если еще сравнительно недавно вполне приемлемой считалась скорость обмена в 1-10 Мбит/с, то сейчас среднескоростной считается сеть, работающая на скорости 100 Мбит/с и активно разрабатываются средства для скорости 1000 Мбит/с и даже больше. При меньших скоростях передачи связь станет узким местом, будет чрезмерно замедлять работу объединенного сетью виртуального компьютера.

Таким образом, главное отличие локальной сети от любой другой - высокая скорость обмена. Но это не единственное отличие, не менее важны и другие факторы.

Например, принципиально необходим низкий уровень ошибок передачи. Ведь даже очень быстро переданная, но искаженная ошибками информация бессмысленна - ее придется передавать еще раз. Поэтому локальные сети обязательно используют специально прокладываемые качественные линии связи.

Принципиальное значение имеет и такая характеристика сети, как возможность работы с большими нагрузками, то есть с большой интенсивностью обмена (или, как еще говорят, с большим трафиком). Если механизм управления обменом, используемый в сети, не слишком эффективен, то компьютеры могут чрезмерно долго ждать своей очереди на передачу, и даже если передача будет производиться затем на высочайшей скорости и полностью безошибочно, то для пользователя сети это все равно обернется неприемлемой задержкой доступа ко всем сетевым ресурсам.

Любой механизм управления обменом может гарантированно работать только тогда, когда заранее известно, сколько компьютеров (абонентов, узлов) может быть подключено к сети. При включении слишком большого числа абонентов забуксует вследствие перегрузки любой механизм. Наконец, сетью в истинном смысле этого слова можно назвать только такую систему передачи данных, которая позволяет объединять хотя бы до нескольких десятков компьютеров, но никак не два, как в случае связи через стандартные порты.

Таким образом, можно сформулировать следующие отличительные признаки локальной сети:

• • высокая скорость передачи, большая пропускная способность;
• • низкий уровень ошибок передачи (или, что то же самое, высококачественные каналы связи); допустимая вероятность ошибок передачи данных должна быть порядка 10‘⁷ - 10’⁸;
• • эффективный, быстродействующий механизм управления обменом;
• • ограниченное, точно определенное число компьютеров, подключаемых к сети.

При таком определении понятно, что глобальные сети отличаются от локальных тем, что рассчитаны на неограниченное число абонентов и используют, как правило, не слишком качественные каналы связи и сравнительно низкую скорость передачи, а механизм управления обменом в них в принципе не может быть гарантированно быстрым. В глобальных сетях гораздо важнее не качество связи, а сам факт ее существования.

Нередко выделяют еще один класс компьютерных сетей -городские сети (MAN, Metropolitan Area Network), которые обычно бывают ближе к глобальным сетям, хотя иногда имеют некоторые черты локальных сетей - например, высококачественные каналы связи и сравнительно высокие скорости передачи. В принципе городская сеть может быть действительно локальной, со всеми ее преимуществами.

Правда, сейчас уже нельзя провести четкую и однозначную границу между локальными и глобальными сетями. Большинство локальных сетей имеет выход в глобальную сеть, но характер передаваемой информации, принципы организации обмена, режимы доступа к ресурсам внутри локальной сети, как правило, сильно отличаются от тех, что приняты в глобальной сети. И хотя все компьютеры локальной сети в данном случае включены также и в глобальную сеть, специфики локальной сети это не отменяет. Возможность выхода в глобальную сеть остается всего лишь одним из ресурсов, разделяемых пользователями локальной сети.

По локальной сети может передаваться самая разная цифровая информация: данные, изображения, телефонные разговоры, электронные письма и т.д. Кстати, именно задача передачи изображений, особенно полноцветных динамических изображений, предъявляет самые высокие требования к быстродействию сети. Чаще всего локальные сети используются для разделения (то есть совместного использования) таких ресурсов, как дисковое пространство, принтеры и выход в глобальную сеть, но это всего лишь незначительная часть тех возможностей, которые предоставляют средства локальных сетей. Например, они позволяют осуществлять обмен информацией между компьютерами разных типов. Абонентами (узлами) сети могут быть не только компьютеры, но и другие устройства, например принтеры, плоттеры, сканеры. Локальные сети дают возможность организовать систему параллельных вычислений на всех компьютерах сети, что позволяет многократно ускорить решение сложных математических задач. С их помощью можно также управлять работой сложной технологической системы или исследовательской установки с нескольких компьютеров одновременно.

Однако локальные сети имеют и некоторые недостатки, о которых всегда следует помнить. Помимо дополнительных материальных затрат на покупку оборудования и сетевого программного обеспечения, на прокладку соединительных кабелей и обучение персонала, необходимо также иметь специалиста, который будет заниматься контролем за работой сети, модернизацией сети, управлением доступом к ресурсам, устранением возможных неисправностей - т.е. администратора сети. Сети ограничивают возможности перемещения компьютеров, так как при этом может понадобиться перекладка соединительных кабелей. Кроме того, сети представляют собой прекрасную среду для распространения компьютерных вирусов, поэтому вопросам защиты придется уделять гораздо больше внимания, чем в случае автономного использования компьютеров. Так что ничто не дается даром.