Характеристики лвс сетевые протоколы принципы их работы

Обновлено: 06.05.2024

Локальная вычислительная сеть (ЛВС) - это соединение устройств в пределах определенной области. Каждое устройство называется узлом в сети и подключено к серверу. [1] Хотя не существует четкого максимального предела того, что можно считать локальной сетью, эта сеть обычно охватывает небольшую площадь, такую как один офис, здание или несколько зданий на территории. Затем локальные сети соединяются между собой с помощью беспроводной или проводной технологии для создания более крупной сети, известной как WAN (Wide Area Network - глобальная вычислительная сеть). [2]

Cодержание

Функциональность

Основной функцией локальной сети является подключение устройств для повышения эффективности и производительности, особенно на рабочем месте, при одновременном снижении затрат. Хотя компьютеры и другие устройства, функционирующие в качестве рабочих станций в офисе, могут работать на собственных системах, все они имеют доступ к ресурсам данных на основе общей информации, а также к использованию и функциональности устройств вывода, которые также подключены к локальной сети, таких как офисный принтер или факс. [3]

Разработанная для облегчения и повышения эффективности системы обмена данными и доступа к ним, локальная сеть позволяет компьютерам и устройствам в сети совместно использовать программное обеспечение, файлы и оборудование между взаимосвязанными узлами. [4] Это зависит от сервера, который соединяет все узлы вместе таким образом, создавая общую рабочую среду для этих отдельных рабочих станций. [5] Проводное или беспроводное соединение может обеспечить возможность сетевого взаимодействия между проксимальными устройствами. [6]

Классификации

Топология ЛВС относится к тому, как подключены узлы в сети. Это может относиться к физическому расположению устройств в географической точке или логическому методу, с помощью которого система устанавливается. Тип топологии в сети LAN определяет способ передачи данных. Основные топологии ЛВС включают в себя: [7]

Кольцевая топология

Звездная топология

Топология шины

Этот тип топологии в значительной степени опирается на единую линию связи, способную передавать данные в обоих направлениях. Центральный кабель, также называемый магистральным, соединяется со всеми узлами сети. При создании сети Ethernet, которая является стандартной формой связи в технологической отрасли, применяется топология шины. Одна из причин, по которой это обычно используется для создания локальной сети, заключается в простой конструкции, требующей непрерывной длины кабеля, которая заканчивается оконечными резисторами на каждом конце. Установка и реконфигурация данного типа топологии ЛВС является относительно простым и удобным процессом. Однако при поиске и устранении неисправностей могут возникнуть трудности, поскольку передача данных зависит от одного кабеля.

Топология деревьев

Интеграция технологий, применяемых при создании топологий шины и звезды, образует топологию дерева, где рабочие станции, подключенные к центральным узлам, линейно поддерживаются единичным кабелем, служащим основой для передачи данных. Однако древовидные сети часто называют гибридными,

Компоненты LAN

Локальная вычислительная сеть может не иметь определенного диапазона устройств в качестве ограничения для сети, однако для создания локальной сети, независимо от ее размера, все равно необходимы одни и те же компоненты. Общими компонентами, которые необходимы, являются следующие:

Подключение устройств

LAN функционирует для подключения устройств, расположенных в пределах определенной близости. Это подключение может выполнять эту функцию только при наличии подключаемых устройств. Первоначально компьютеры были связаны друг с другом проводными соединениями. Однако в пределах одной локальной сети может быть подключено большое количество разнообразных устройств, начиная от настольных компьютеров, ноутбуков, планшетов и даже смартфонов. Совместное использование возможностей устройства может контролироваться сервером или самим устройством на основе его конфигурационных настроек.

NIC и драйверы

Плата сетевого интерфейса (NIC) позволяет установить соединение между устройством и локальной сетью. Работая в качестве средства облегчения связи с сетью, большинство современных устройств имеют встроенную сетевую карту, которая позволяет подключаться к сети. Компании с более специализированными потребностями могут выбрать предоставление своим устройствам специализированных сетевых адаптеров для повышения производительности отдельных компьютеров в сети. Драйвер - это программное обеспечение, которое также облегчает обмен данными между операционной системой устройства и сетевой картой. Как и сетевая карта, драйверы часто встроены в систему. Однако при подключении пользовательской сетевой карты к устройству может потребоваться установка нового драйвера для ее интеграции в систему.

Общее оборудование

Существует 2 типа аппаратных средств в локальной сети, основанных на их использовании в сети:

Необходимый

Сюда входят концентраторы, коммутаторы и маршрутизаторы, которые работают для подключения устройств в вашей сети. Это важная часть физической конфигурации локальной сети, поскольку без этих устройств невозможно установить соединение.

Необязательно

Другие типы оборудования могут быть общими для пользователей в сети. Хотя в этом нет необходимости, такие устройства, как принтеры и факсы, можно совместно использовать в сети для создания лучшей рабочей среды.

Сетевая операционная система

Для создания полнофункциональной сети LAN необходимо настроить систему управления узлами в сети. Операционная система, предоставляющая сетевому менеджеру возможность проверять устройства в сети, выбирать, какие ресурсы должны совместно использоваться, а также устранять неполадки как аппаратного, так и программного обеспечения в сети.

Среда подключения

Современные локальные сети могут использовать беспроводное соединение Wi-Fi или проводной кабель Ethernet для формирования соединения между узлами в сети. Также возможно использование обоих методов. Беспроводные локальные сети полагаются на сигнал Wi-Fi, который может управлять беспроводными точками доступа, к которым подключены другие устройства. Сигнал Wi-Fi имеет ограниченный диапазон действия и может быть защищен с помощью кода доступа, позволяющего подключаться к сети только пользователям с разрешениями. Управление точкой доступа часто является функцией широкополосных маршрутизаторов. [8] Обычные проводные локальные сети для подключения устройств используют кабель Ethernet.

История

Разработанные в качестве эффективного метода обмена информацией и ресурсами данных, несколько колледжей и университетов использовали местные вычислительные сети в качестве способа обмена базой знаний в учебном заведении. Изобретение соединения Ethernet Бобом Меткалфом привело к включению сети LAN в Chase Manhattan Bank в Нью-Йорке в середине 1970-х годов. [9] Это было первое в истории использование сетевой системы в коммерциализированной отрасли. Эта тенденция быстро распространилась, поскольку компании постепенно внедряли эту новую технологию в свои офисы. [10] Менее чем за десять лет местные сети широко использовались для подключения нескольких компьютеров в различных районах. Тогда и сейчас возможности местных сетей направлены на значительное повышение эффективности работы и предоставление пользователям более широких возможностей использования ресурсов.

В прошлых лекциях мы узнали, как компьютеры объединяются в сети, разобрали понятие сетевой топологии и архитектуры, соединение компьютеров с помощью коммутаторов (или других устройств связи).

В этой лекции мы изучим некоторые наиболее часто применяемые в сетях стеки протоколов, в том числе самый распространенный на сегодня набор протоколов — стек TCP/IP.

NetBEUI

Небольшой по объемам требуемого программного обеспечения протокол, реализующий поддержку сетевого, транспортного и сеансового уровней модели OSI. Наиболее прост в настройке (фактически ее не требует), работает эффективно и быстро в небольших и средних по размерам сетях (до 200 компьютеров). Серьезными, по современным меркам, недостатками протокола NetBEUI являются ограничения при работе в сетях с большим количеством компьютеров и, самое главное, отсутствие поддержки маршрутизации — возможности сетевой адресации и функции пересылки пакетов между сетями в нем просто не реализованы.

Соответственно, его нельзя использовать в крупных сетях, объединенных маршрутизаторами, и при работе с Интернетом. Протокол NetBEUI поставлялся в составе всех операционных систем Windows вплоть до Windows 2000, однако в последних версиях его поддержка прекращена .

IPS/SPX и NWLink

Стек протоколов IPX/SPX был разработан фирмой Novell в начале 80-х гг. для своей сетевой операционной системы NetWare. Основа стека — это протоколы IPX (Internetwork Packet eXchange) и SPX (Sequenced Packet eXchange), реализующие функции сетевого и транспортного уровней модели OSI соответственно. Как и NetBEUI, протокол IPX/SPX является небольшим (его программную поддержку легко уместить на обычной дискете 1,44 Мб вместе с DOS) и быстрым, что было особенно важно в эпоху первого поколения IBM-совместимых компьютеров с малым объемом оперативной памяти (640 Кбайт).

TCP/IP

История развития стека TCP/IP (как и история Интернета) началась еще в конце 60-х гг. прошло¬го, XX века с проекта ARPANet — сети Агентства перспективных исследовательских проектов (Advanced Research Project Agency Network) Министерства обороны США.

Рис.1 Основные протоколы стека TCP/IP

Примерно также работает и протокол TCP:

устанавливает соединение между компьютерами по определенным портам;
на компьютере-отправителе разбивает информацию на пакеты, нумерует их и с помощью протокола IP передает получателю;
на компьютере-получателе проверяет, все ли пакеты получены, а если пакет пропущен или поврежден, запрашивает у отправителя повторную пересылку;
после получения всех пакетов закрывает соединение, собирает пакеты в нужном порядке и передает полученные данные приложению более высокого уровня.

При этом ни отправителя, ни получателя надежность доставки информации или ее целостность, во¬обще говоря, не особенно беспокоят.

Очевидно, почтовые отправления в обоих этих примерах являются аналогами IP-пакетов, а почтальоны выполняют функции протокола IP.

Наконец, самым богатым по набору протоколов является прикладной уровень стека TCP/IP. Ниже в табл. 1-3 приведены самые популярные протоколы, а также зарезервированные для них порты.

Заметим, что, хотя для протоколов обычно резервируются одинаковые номера портов и для TCP, и для UDP, в таблице приведены порты для наиболее часто применяемого протокола транспортного уровня (TCP или UDP).

Несмотря на существование большого количества наборов протоколов, основным сегодня является общедоступный стек TCP/IP. Он используется практически повсеместно, начиная с небольших домашних сетей и заканчивая крупнейшей сетью — Интернетом

Табл. 1 Протоколы прикладного уровня стека TCP/IP

Табл. 2 Протоколы прикладного уровня стека TCP/IP

Табл 3. Протоколы прикладного уровня стека TCP/IP

Локальная сеть (локальная вычислительная сеть, ЛВС) – это комплекс оборудования и программного обеспечения, обеспечивающий передачу, хранение и обработку информации.

Назначение локальных сетей
Назначение локальной сети - осуществление совместного доступа к данным, программам и оборудованию. У коллектива людей, работающего над одним проектом появляется возможность работать с одними и теми же данными и программами не по-очереди, а одновременно. Локальная сеть предоставляет возможность совместного использования оборудования. Оптимальный вариант - создание локальной сети с одним принтером на каждый отдел или несколько отделов. Файловый сервер сети позволяет обеспечить и совместный доступ к программам и данным.

У локальной сети есть также и административная функция. Контролировать ход работ над проектами в сети проще, чем иметь дело с множеством автономных компьютеров.

Состав локальной сети
В состав локальной сети (ЛВС) входит следующее оборудование:
Активное оборудование – коммутаторы, маршрутизаторы, медиаконвекторы;
Пассивное оборудование – кабели, монтажные шкафы, кабельные каналы, коммутационные панели, информационные розетки;
Компьютерное и периферийное оборудование – серверы, рабочие станции, принтеры, сканеры.

В зависимости от требований, предъявляемых к проектируемой сети, состав оборудования, используемый при монтаже может варьироваться.

Основные характеристики локальной сети
В настоящее время в различных странах мира созданы и эксплуатируются различные типы ЛВС с различными размерами, топологией, алгоритмами работы, архитектурной и структурной организацией. Независимо от типа сетей, к ним предъявляются общие требования:
Скорость - важнейшая характеристика локальной сети;
Адаптируемость - свойство локальной сети расширяться и устанавливать рабочие станции там, где это требуется;
Надежность - свойство локальной сети сохранять полную или частичную работоспособность вне зависимости от выхода из строя некоторых узлов или конечного оборудования.

Топология локальных сетей

Под топологией (компоновкой, конфигурацией, структурой) компьютерной сети обычно понимается физическое расположение компьютеров сети друг относительно друга и способ соединения их линиями связи. Важно отметить, что понятие топологии относится, прежде всего, к локальным сетям, в которых структуру связей можно легко проследить. В глобальных сетях структура связей обычно скрыта от пользователей и не слишком важна, так как каждый сеанс связи может производиться по собственному пути.
Топология определяет требования к оборудованию, тип используемого кабеля, допустимые и наиболее удобные методы управления обменом, надежность работы, возможности расширения сети. И хотя выбирать топологию пользователю сети приходится нечасто, знать об особенностях основных топологий, их достоинствах и недостатках надо. Существует три базовые топологии сети: Шина (bus) — все компьютеры параллельно подключаются к одной линии связи. Информация от каждого компьютера одновременно передается всем остальным компьютерам (рис. 1).

Рис. 1. Сетевая топология шина

Звезда (star) — бывыает двух основных видов:

Активная звезда (истинная звезда) - к одному центральному компьютеру присоединяются остальные периферийные компьютеры, причем каждый из них использует отдельную линию связи. Информация от периферийного компьютера передается только центральному компьютеру, от центрального — одному или нескольким периферийным. (рис. 2 )

Рис. 2. Активная звезда

Пассивная звезда, которая только внешне похожа на звезду (рис. 2). В настоящее время она распространена гораздо более широко, чем активная звезда. Достаточно сказать, что она используется в наиболее популярной сегодня сети Ethernet.

В центре сети с данной топологией помещается не компьютер, а специальное устройство — коммутатор или, как его еще называют, свитч (switch) (Что такое Коммутатор?), который восстанавливает приходящие сигналы и пересылает их непосредственно получателю (рис. 3) .

Рис. 3. Пассивная звезда

Кольцо (ring) — компьютеры последовательно объединены в кольцо.

Передача информации в кольце всегда производится только в одном направлении. Каждый из компьютеров передает информацию только одному компьютеру, следующему в цепочке за ним, а получает информацию только от предыдущего в цепочке компьютера (рис. 4).

Рис. 4. Сетевая топология кольцо

На практике нередко используют и другие топологии локальных сетей, однако большинство сетей ориентировано именно на три базовые топологии.

Виды локальных сетей
Все современные локальные сети делятся на два вида:

Одноранговые локальные сети - сети, где все компьютеры равноправны: каждый из компьютеров может быть и сервером, и клиентом. Пользователь каждого из компьютеров сам решает, какие ресурсы будут предоставлены в общее пользование и кому
Локальные сети с цетрализованным управлением. В сетях с централизованным управлением политика безопасности общая для всех пользователей сети.

В зависимости от назначения и размера локальной сети применяются либо одноранговые сети, либо сети с централизованным управлением.

Современный мир сложно представить без участия вычислительных машин, они внедрены во все отрасли промышленности, науки, образования и медиа. Для того чтобы осуществить обмен информацией между компьютерами, их объединяют в единый кластер. Локальная Сеть — это сеть, которая позволяет на уровне физических или программных интерфейсов электронных устройств организовывать передачу данных между ними в пределах указанной полосы адресов. В этой статье представлена информация, дающая наиболее полное представление об этой технологии.

Что такое и для чего нужна локальная Сеть

П очти каждое вычислительное устройство имеет в своем составе встроенный сетевой интерфейс – оборудование, позволяющее производить соединение по заданному протоколу (стандарту). Если объединение состоит из более чем двух единиц техники, оно называется локальной вычислительной Сетью (ЛВС). При такой технологии каждому адаптеру из диапазона разрешенных значений назначается свой адрес (IP-address), по которому и идентифицируется (наряду с MAC-адресом) получатель или отправитель пакета данных.

Теперь несложно понять, что локальная Сеть и компьютерная Сеть — это одно и то же, их основное назначение – предоставлять набор множества сетевых функций, облегчающих обмен информацией и призванных объединить группы пользователей. Среди них наиболее известными являются FTP протокол, файловые хранилища, общий доступ к принтерам и папкам. Также ЛВС может использоваться для организации удаленного управления, игровых серверов, параллельных вычислений, доступа в Интернет и т. д.

Типы локальных сетей

ЛВС имеют довольно обширную иерархию свойств, которые определяют ее принадлежность к тому или иному типу. В общем случае это два параметра:

Способ связи. Проводной – для создания канала передачи информации используются металлические или оптоволоконные кабели, а сигналы, соответственно, имеют вид электрических или световых импульсов. Беспроводной тип связи (Wi-Fi) – технология, которая предусматривает передачу данных при помощи электромагнитного поля, при этом для защиты используются различные методы шифрования, имеющие закрытый ключ.
Ранг Сети. Одноранговые – простейшие ЛВС, в составе которых количество вычислительных машин условно ограничено значением не более 10, при этом сохраняется полная политика равноправия среди пользователей, которые сами устанавливают политику доступа к информации. Многоранговые – основа и центральный элемент такой ЛВС всегда один или несколько серверов, а остальные устройства выступают в роли клиентов.

Основные задачи локальных вычислительных сетей

В общих чертах о назначении ЛВС уже было сказано выше, однако для описания полного функционала необходимо более подробно раскрыть эти пункты:

Объединять активные сетевые устройства в кластер для организации общего доступа к ресурсам. Примером может служить корпоративный документооборот через общую папку (в широком смысле – файловый сервер), который позволяет сотрудникам эффективно обмениваться файлами в пределах ЛВС организации. Также можно сделать общедоступными многофункциональные устройства (принтеры и сканеры), обеспечив офисы собственными серверами печати.
Создание сервера приложений или игр. Еще одна полезная функция ЛВС – это снижение количества используемой вычислительной мощности на стороне клиента. При этом программа или игра установлены на сервере, а на пользовательском устройстве запускаются лишь оболочки.
Использование баз данных. Также для ускорения работы некоторых приложений используются специальные серверы в составе ЛВС для организации информации в виде упорядоченных блоков (например, MSSQL). Наряду с быстрым доступом, это обеспечивает дополнительную безопасность.
Объединение в группы и использование политик безопасности. Эта функция возможна только благодаря ЛВС, она позволяет централизованно определять принадлежность пользователей к заданному сегменту, а также назначать им права доступа к общим ресурсам без внесения изменений в систему на клиентском ПК.
Проксирование трафика. Обычно в любой ЛВС, которая имеет доступ к Интернету, установлен прокси-сервер (прозрачный или непрозрачный). Это необходимо, чтобы контролировать исходящие от пользователей соединения и отклонять пакеты данных, которые по какой-либо причине являются запрещенными.

Главные составляющие локальной Сети

Локальные вычислительные сети кратко делятся на две основные составляющие:

Первые, в свою очередь, делятся на подтипы:

Автоматизированное рабочее место. Включает в себя все вычислительные устройства, в роли которых могут выступать ПК, серверы, принтеры и сканеры с собственным сервером печати и т. д.
Активное сетевое оборудование. Включает в себя концентраторы, коммутаторы, маршрутизаторы, сетевые мосты и интерфейсы.
Пассивное сетевое оборудование. Состоит из кабелей, разъемов и прочих вспомогательных комплектующих.

Программная часть ЛВС обязательно включает в себя операционную систему (на сегодня их существует множество), которая должна быть обеспечена минимальным набором служб:

драйвер сетевого интерфейса;
сетевой протокол;
общий доступ к файлам и принтерам;
удаленный доступ;
сетевые и локальные политики безопасности.

Преимущества пользования локальной Сетью

К основным преимуществам ЛВС относятся следующие возможности:

Организация распределенного доступа к общим ресурсам, таким как файлы, документы, принтеры, сканеры и даже программное обеспечение.
Оптимизация всех этапов электронного документооборота за счет увеличения скорости коммуникации между пользователями ЛВС.
Гибкое распределение доступа к Интернету между клиентами ЛВС с назначением выделенной скорости, объема трафика и времени работы.

Требования, предъявляемые локальным вычислительным сетям

Как и при работе с любым техническим объектом, для улучшения качества функционирования ЛВС на нее должны накладываться определенные требования. Критерием могут служить следующие показатели, которые тем лучше, чем они выше:

Пропускная способность. Определяет то, сколько пользователей могут единовременно выполнять задачи внутри ЛВС. Эквивалентно максимальной скорости передачи данных, для современных сетей удовлетворительное значение порядка 1 Гбит/сек.
Отказоустойчивость. Достигается путем тщательной проработки проекта ЛВС еще на начальном этапе. В основном на этот показатель влияет качество монтажа, используемого оборудования, а также расходных материалов. Для файловых хранилищ также важно независимое дублирование информации с условием территориального разнесения.
Наличие средств диагностики. Чем больше в узлах ЛВС находится элементов, которые вещают в канал связи информацию о себе, тем легче обнаружить ошибки, возникающие при передаче данных.
Возможность расширения и интеграции. Этот фактор включает в себя не только предусмотренное проектом увеличение количество пользователей, но и взаимозаменяемость компонентов ЛВС. Например, если необходимо заменить сервер приложений на более мощный, это не должно повлиять на работу в целом.
Совместимость на уровне ОС клиента. Заключается в том, что пользователи с разными ОС должны иметь доступ к общим ресурсам. Например, на уровне Linux при организации файлового хранилища можно использовать службу Samba. При этом для пользователя с ОС Windows эти каталоги будут доступны в привычном виде (папки).

Топологии локальных сетей

Виды локальных вычислительных сетей зависят и от такого понятия, как топология, которая определяет, каким образом объединяются элементы ЛВС, при этом общепринято разделение на четыре вида:

Пример маршрутизации

В целом маршрутизация (или создание таблицы маршрутов) – это процесс, при котором сетевому интерфейсу указывается, через какой адрес получать доступ к удаленному сетевому ресурсу. Для лучшего понимания следует разобрать пример.

Дополнительная информация. Таким образом, можно не только получать доступ к файлам и папкам, но и создать подключение через LAN к Интернету. Достаточно после прописывания маршрута в сетевых настройках, в качестве дополнительного шлюза указать адрес точки, имеющей общий выход в Глобальную сеть. Также можно добавлять маршруты для определённых сайтов так, что получится устроить некоторое подобие прокси-сервера.

Как происходит вычисление IP-адреса Сети и компьютера?

Находясь в ЛВС, довольно просто узнать IP-адрес компьютера и пул адресов в целом. Для этого необходимо:

Из информации, изложенной в статье, нетрудно понять, какая Сеть называется локальной. Итак, ЛВС – неотъемлемая часть современного цифрового мира, которая уже является необходимостью, нежели какой-то экзотикой. Более того, большинство вычислительных устройств априори нацелены на работу в Интернете, которая, по сути, также является многоранговой ЛВС, отличаться от привычной корпоративной она будет только сложными таблицами маршрутизации и огромным количеством активного сетевого оборудования.

Подгорнов Илья Владимирович Всё статьи нашего сайта проходят аудит технического консультанта. Если у Вас остались вопросы, Вы всегда их можете задать на его странице.

Читайте также: