Обзор существующих принципов построения локальных вычислительных сетей

Локальной вычислительной сетью (ЛВС) называется некоторое множество установленных на определенной территории узлов, имеющих связь между собой при помощи соответствующих сетевых интерфейсов и среды передачи данных. Как правило, данные устройства осуществляют совместное использование определенных программных и аппаратных ресурсов. Локальные сети имеют предназначение, такое как: сбор, передача и обработка пользовательской и прочей информации в пределах одного предприятия или организации. Она может быть построена с целью выполнения заданного функционала в соответствии с направлением деятельности обслуживаемо ей предприятия.
Локальные сети предназначены для реализации таких функций, как: передача прием файлов, электронной почты почта, доступ к удаленным базам данных, передача цифрового голоса с потокового видео. Локальные сети объединяют электронно - вычислительные машины, терминальные устройства, системы хранения информации, узлы - шлюзы перехода для подключения к внешним сетям, построенным по той же или другим технологиям, и прочие устройства. Локальные сети - важный, широко распространенный и быстроразвивающийся участок телекоммуникационных технологий. Локальная сеть характеризуется следующими характеристиками:
Узлы и линии связи между ними обычно располагаются в пределах организации;
Линии связи характеризуются высокой скоростью соединения;
Расстояние между узлами, которые подключаются к ресурсам локальной сети, обычно составляет от нескольких метров до нескольких тысяч метров;
Локальная сеть осуществляет передачу данных между терминала и пользователей, современные технологии построения локальных вычислительных сетей позволяют осуществлять передачу речевой и видеоинформации);
Пропускная способность локальной сети, имеет достаточно высокие характеристики, данный факт вызван тем, что в рамках локальной сети можно прогнозировать тонкие участки;
Структурированная кабельная система и соединительные линии локальной сети обычно находится в собственности организации, эксплуатирующей сеть;
Применимо к локальной сети существует возможность масштабирования путем подключения новых оконечных устройств, а также новых телекоммуникационных устройств для подключения сегментов;
Реализация такого механизма, как локальная сеть, позволяет упростить и снизить стоимость оконечных пользовательских устройств, так как данные устройства совместно используют наиболее дорогостоящие ресурсы: физическую память и устройства печати.
Все узловые или устройства в локальной сети соединены линиями связи. Топология сети - это геометрическое взаиморасположение в пространстве соединительных линий относительно оконечного оборудования - узлов сети и оборудования коммутации. В зависимости от топологии сети различаются, как сети с шинной, кольцевой, звездной, иерархической и произвольной топологией.
Стоит отметить, что имеют различие физическая и логическая топологии сети, они взаимно независимы. Физической топологией является геометрическое построение сети, а логической топологией является пути и направления данных, циркулирующих в сети между ее узлами.
Сегодня в технологиях построения локальных сетей и применяются физические топологии, описанные ниже:
физическая «шина»;
физическая «звезда»;
физическое «кольцо»;
физическая «звезда» и логическое «кольцо».
Одной из топологий является топология «шина». Сети, имеющие такую топологию, строятся на основе линейного моноканала, в качестве соединительной линии для которого выступает обычно коаксиальный кабель. Для ограничения передачи данных на концах кабеля устанавливаются оконечные устройства сопротивления, также называемые терминаторами.
Все оконечные устройства подключаются к коаксиальному кабелю. Данные, исходящие из узла - передатчика, двигаются по шине в две стороны и отражаются от терминаторов

. Данные устройства осуществляют предотвращение отражения сигналов, их необходимо использовать для уничтожения сигналов, достигающих концов кабеля, по которому происходит передача данных.
Так информация доставляется на все узлы, но прием информации осуществляется одним узлом, которому информация предназначается. В топологии такого характера среда передачи данных используются одновременно всеми узлами сети, а сигнальная информация от узлов распространяется сразу по всем направлениям в среде передачи.
С учетом факта широковещательной передачи сигналов при использовании топологии «физическая шина», логической топологией для такой локальной сети является топология «логическая шина».
Рисунок 1.1. Топология «Шина»
Эта топология находит применение в локальных сетях, построенных по технологии Ethernet (типа 10Base-5 и 10Base-2 для толстого и тонкого коаксиального кабеля соответственно).
Преимущества сетей, построенных по такой топологии:
В случае отказа одного узла не произойдет влияния на сеть в целом;
Такие сети просты в настройке и конфигурировании;
Такие сети устойчивы к поломкам отдельных узлов.
Недостатки сетей, построенных по такой топологии:
В случае разрыва кабеля может произойти влияние на всю сеть;
Ограничение длины кабеля и количества рабочих станций существенно;
Сложности вызваны в определении дефектов соединений.
Также используется топология «звезда». В сети, которая построена с использованием топологии «звезда», все рабочее станции подсоединяется по кабелю к концентратору или коммутатору локальных сетей. Концентраторы обеспечивают параллельное соединение узлов сети и, на основании чего все узлы, которые подключены к сети, имеют возможность обмениваться информацией.
Информация от станции - передатчика сети проходит через коммутатор по всем соединительным линиям на все узлы. Информация приходит на все множество рабочих станций, но прием ее осуществляется станциями, которые являются адресатом. Передача данных в сети с топологией «физическая звезда» имеет широковещательный тип, соответственно данные от узла - источника передаются одновременно по всем направлениям. Из этого следует, что логическая топология такой локальной сети будет являться логической шиной.
Топология такого плана находит применение в локальных сетях, построенных по архитектуре 10Base-T Ethernet.
Рисунок 1.2. Топология «Звезда»
Преимущества сетей подобной топологии:
Подключение новых узлов к сети - несложный процесс;
Топология дает возможность централизованного администрирования и управления;
Подобная топология имеет высокую устойчивость к выходу из строя узлов;
Недостатки сетей топологии звезда:
При отказе коммутационного устройства происходит влияние на работу сети в целом.
Следующая топология это «кольцо». В сети с такой топологией каждый узел соединен линиями в физическое кольцо, по данному кольцу осуществляется передача данных. Выход одного узла соединен со входом следующего узла.
В начале движения из одной точки, данные, пройдя полный круг, попадают в начало снова. Данные в кольце постоянно двигаются в одном и том же направлении.
Рисунок 1.3. Топология «Кольцо»
Рабочая станция - приемник осуществляет распознавание и получение только адресованного ей сообщения. В сети с топологией типа «физическое кольцо» принято использовать доступ по маркеру, который предоставляет узлу право на захват среды для передачи информации в определенном порядке. Логической топологией данной сети является «логическое кольцо». Сеть такого порядка легко создать и настроить.
К основному недостатку сетей топологии кольцо относится тот факт, что повреждение соединительной линии на одном участке или отказ узла приведет к отсутствию работоспособности всей сети.
В классическом представлении топология «кольцо» не находит применения в связи с ненадёжностью, но на практике применяются различные модификации кольцевой топологии.
Есть ее разновидность, топология «token ring»