Тема 1.4: Основы локальных сетей

Тема 1.5: Базовые технологии локальных сетей

Тема 1.6: Основные программные и аппаратные компоненты ЛВС

Локальные сети

1.4. Основы локальных сетей

1.4.3. Сетевые топологии

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.

В настоящее время в локальных сетях используются следующие физические топологии:

• физическая "шина" (bus);
• физическая “звезда” (star);
• физическое “кольцо” (ring);
• физическая "звезда" и логическое "кольцо" (Token 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.

Рис. 1.

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.

Рис. 2.

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.

Рис. 3.

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.

Топология Token Ring

Эта топология основана на топологии "физическое кольцо с подключением типа звезда". В данной топологии все рабочие станции подключаются к центральному концентратору (Token Ring) как в топологии физическая звезда. Центральный концентратор - это интеллектуальное устройство, которое с помощью перемычек обеспечивает последовательное соединение выхода одной станции со входом другой станции.

Другими словами с помощью концентратора каждая станция соединяется только с двумя другими станциями (предыдущей и последующей станциями). Таким образом, рабочие станции связаны петлей кабеля, по которой пакеты данных передаются от одной станции к другой и каждая станция ретранслирует эти посланные пакеты. В каждой рабочей станции имеется для этого приемо-передающее устройство, которое позволяет управлять прохождением данных в сети. Физически такая сеть построена по типу топологии “звезда”.

Концентратор создаёт первичное (основное) и резервное кольца. Если в основном кольце произойдёт обрыв, то его можно обойти, воспользовавшись резервным кольцом, так как используется четырёхжильный кабель. Отказ станции или обрыв линии связи рабочей станции не вличет за собой отказ сети как в топологии кольцо, потому что концентратор отключет неисправную станцию и замкнет кольцо передачи данных.

Рис. 4.

В архитектуре Token Ring маркер передаётся от узла к узлу по логическому кольцу, созданному центральным концентратором. Такая маркерная передача осуществляется в фиксированном направлении (направление движения маркера и пакетов данных представлено на рисунке стрелками синего цвета). Станция, обладающая маркером, может отправить данные другой станции.

Для передачи данных рабочие станции должны сначала дождаться прихода свободного маркера. В маркере содержится адрес станции, пославшей этот маркер, а также адрес той станции, которой он предназначается. После этого отправитель передает маркер следующей в сети станции для того, чтобы и та могла отправить свои данные.

Один из узлов сети (обычно для этого используется файл-сервер) создаёт маркер, который отправляется в кольцо сети. Такой узел выступает в качестве активного монитора, который следит за тем, чтобы маркер не был утерян или разрушен.

Преимущества сетей топологии Token Ring:

• топология обеспечивает равный доступ ко всем рабочим станциям;
• высокая надежность, так как сеть устойчива к неисправностям отдельных станций и к разрывам соединения отдельных станций.

Недостатки сетей топологии Token Ring: большой расход кабеля и соответственно дорогостоящая разводка линий связи.

Локальная сеть - важный элемент любого современного предприятия, без которого невозможно добиться максимальной производительности труда. Однако чтобы использовать возможности сетей на полную мощность, необходимо их правильно настроить, учитывая также и то, что расположение подсоединенных компьютеров будет влиять на производительность ЛВС.

Понятие топологии

Топология локальных компьютерных сетей - это месторасположение рабочих станций и узлов относительно друг друга и варианты их соединения. Фактически это архитектура ЛВС. Размещение компьютеров определяет технические характеристики сети, и выбор любого вида топологии повлияет на:

• Разновидности и характеристики сетевого оборудования.
• Надежность и возможность масштабирования ЛВС.
• Способ управления локальной сетью.

Таких вариантов расположения рабочих узлов и способов их соединения много, и количество их увеличивается прямо пропорционально повышению числа подсоединенных компьютеров. Основные топологии локальных сетей - это "звезда", "шина" и "кольцо".

Факторы, которые следует учесть при выборе топологии

До того как окончательно определиться с выбором топологии, необходимо учесть несколько особенностей, влияющих на работоспособность сети. Опираясь на них, можно подобрать наиболее подходящую топологию, анализируя достоинства и недостатки каждой из них и соотнеся эти данные с имеющимися для монтажа условиями.

• Работоспособность и исправность каждой из рабочих станций, подсоединенных к ЛВС. Некоторые виды топологии локальной сети целиком зависят от этого.
• Исправность оборудования (маршрутизаторов, адаптеров и т. д.). Поломка сетевого оборудования может как полностью нарушить работу ЛВС, так и остановить обмен информацией с одним компьютером.
• Надежность используемого кабеля. Повреждение его нарушает передачу и прием данных по всей ЛВС или же по одному ее сегменту.
• Ограничение длины кабеля. Этот фактор также важен при выборе топологии. Если кабеля в наличии немного, можно выбрать такой способ расположения, при котором его потребуется меньше.

О топологии «звезда»

Этот вид расположения рабочих станций имеет выделенный центр - сервер, к которому подсоединены все остальные компьютеры. Именно через сервер происходят процессы обмена данными. Поэтому оборудование его должно быть более сложным.

Достоинства:

• Топология локальных сетей "звезда" выгодно отличается от других полным отсутствием конфликтов в ЛВС - это достигается за счет централизованного управления.
• Поломка одного из узлов или повреждение кабеля не окажет никакого влияния на сеть в целом.
• Наличие только двух абонентов, основного и периферийного, позволяет упростить сетевое оборудование.
• Скопление точек подключения в небольшом радиусе упрощает процесс контроля сети, а также позволяет повысить ее безопасность путем ограничения доступа посторонних.

Недостатки:

• Такая локальная сеть в случае отказа центрального сервера полностью становится неработоспособной.
• Стоимость "звезды" выше, чем остальных топологий, поскольку кабеля требуется гораздо больше.

Топология «шина»: просто и дешево

В этом способе соединения все рабочие станции подключены к единственной линии - коаксиальному кабелю, а данные от одного абонента отсылаются остальным в режиме полудуплексного обмена. Топологии локальных сетей подобного вида предполагают наличие на каждом конце шины специального терминатора, без которого сигнал искажается.

Достоинства:

• Все компьютеры равноправны.
• Возможность легкого масштабирования сети даже во время ее работы.
• Выход из строя одного узла не оказывает влияния на остальные.
• Расход кабеля существенно уменьшен.

Недостатки:

• Недостаточная надежность сети из-за проблем с разъемами кабеля.
• Маленькая производительность, обусловленная разделением канала между всеми абонентами.
• Сложность управления и обнаружения неисправностей за счет параллельно включенных адаптеров.
• Длина линии связи ограничена, потому эти виды топологии локальной сети применяют только для небольшого количества компьютеров.

Характеристики топологии «кольцо»

Такой вид связи предполагает соединение рабочего узла с двумя другими, от одного из них принимаются данные, а второму передаются. Главной же особенностью этой топологии является то, что каждый терминал выступает в роли ретранслятора, исключая возможность затухания сигнала в ЛВС.

Достоинства:

• Быстрое создание и настройка этой топологии локальных сетей.
• Легкое масштабирование, требующее, однако, прекращения работы сети на время установки нового узла.
• Большое количество возможных абонентов.
• Устойчивость к перегрузкам и отсутствие сетевых конфликтов.
• Возможность увеличения сети до огромных размеров за счет ретрансляции сигнала между компьютерами.

Недостатки:

• Ненадежность сети в целом.
• Отсутствие устойчивости к повреждениям кабеля, поэтому обычно предусматривается наличие параллельной резервной линии.
• Большой расход кабеля.

Типы локальных сетей

Выбор топологии локальных сетей также следует производить, основываясь на имеющемся типе ЛВС. Сеть может быть представлена двумя моделями: одноранговой и иерархической. Они не очень отличаются функционально, что позволяет при необходимости переходить от одной из них к другой. Однако несколько различий между ними все же есть.

Что касается одноранговой модели, ее применение рекомендуется в ситуациях, когда возможность организации большой сети отсутствует, но создание какой-либо системы связи все же необходимо. Рекомендуется создавать ее только для небольшого числа компьютеров. Связь с централизованным управлением обычно применяется на различных предприятиях для контроля рабочих станций.

Одноранговая сеть

Этот тип ЛВС подразумевает равноправие каждой рабочей станции, распределяя данные между ними. Доступ к информации, хранящейся на узле, может быть разрешен либо запрещен его пользователем. Как правило, в таких случаях топология локальных компьютерных сетей «шина» будет наиболее подходящей.

Одноранговая сеть подразумевает доступность ресурсов рабочей станции остальным пользователям. Это означает возможность редактирования документа одного компьютера при работе за другим, удаленной распечатки и запуска приложений.

Достоинства однорангового типа ЛВС:

• Легкость реализации, монтажа и обслуживания.
• Небольшие финансовые затраты. Такая модель исключает надобность в покупке дорогого сервера.

Недостатки:

• Быстродействие сети уменьшается пропорционально увеличению количества подсоединенных рабочих узлов.
• Отсутствует единая система безопасности.
• Доступность информации: при выключении компьютера данные, находящиеся в нем, станут недоступными для остальных.
• Нет единой информационной базы.

Иерархическая модель

Наиболее часто используемые топологии локальных сетей основаны именно на этом типе ЛВС. Его еще называют «клиент-сервер». Суть данной модели состоит в том, что при наличии некоторого количества абонентов имеется один главный элемент - сервер. Этот управляющий компьютер хранит все данные и занимается их обработкой.

Достоинства:

• Отличное быстродействие сети.
• Единая надежная система безопасности.
• Одна, общая для всех, информационная база.
• Облегченное управление всей сетью и ее элементами.

Недостатки:

• Необходимость наличия специальной кадровой единицы - администратора, который занимается мониторингом и обслуживанием сервера.
• Большие финансовые затраты на покупку главного компьютера.

Наиболее часто используемая конфигурация (топология) локальной компьютерной сети в иерархической модели - это «звезда».

Выбор топологии (компоновка сетевого оборудования и рабочих станций) является исключительно важным моментом при организации локальной сети. Выбранный вид связи должен обеспечивать максимально эффективную и безопасную работу ЛВС. Немаловажно также уделить внимание финансовым затратам и возможности дальнейшего расширения сети. Найти рациональное решение - непростая задача, которая выполняется благодаря тщательному анализу и ответственному подходу. Именно в таком случае правильно подобранные топологии локальных сетей обеспечат максимальную работоспособность всей ЛВС в целом.

Топология локальных компьютерных сетей

Топология, т.е. конфигурация соединения элементов в ЛВС, привлекает к себе внимание в большей степени, чем другие характеристики сети. Это связано с тем, что именно топология во многом определяет ряд важных свойств сети, например, как надежность (живучесть), производительность и др.

Существуют разные подходы к классификации топологий ЛВС. Согласно одному из них конфигурации локальных сетей делят на два основных класса: широковещательные и последовательные. В широковещательных конфигурациях каждый абонент (приемопередатчик физических сигналов) передает сигналы, которые могут быть восприняты остальными абонентскими системами. К таким конфигурациям относятся общая шина, дерево, звезда с пассивным центром. В последовательных конфигурациях каждый физический подуровень передает информацию только одной абонентской системе. Отсюда ясно, что широковещательные конфигурации - это, как правило, ЛВС с селекцией информации, а последовательные - ЛВС с маршрутизацией информации.

В широковещательных конфигурациях должны применяться сравнительно мощные приемники и передатчики, которые могут работать с сигналами в большом диапазоне уровней. Эта проблема частично решается введением ограничений на длину кабельного сегмента и на число подключений или использованием повторителей (усилителей). Поскольку в широковещательных ЛВС в любой момент времени может работать только одна станция (абонентская система), то передаваемая служебная информация используется для установления контроля станции над сетью на время распространения сигнала по сети, его обработки в сети.

Основной тип широковещательной конфигурации - общая шина (рис.4.2). Достоинствами ЛВС шинной топологии являются: простота расширения сети и используемых методов управления, возможность работы в параллельном коде (при наличии дополнительных каналов передачи данных), отсутствие необходимости в централизованном управлении, минимальный расход кабеля.

Общая шина представляет собой пассивную среду и поэтому обладает очень высокой надежностью. Кабель шины очень часто прокладывается в фальшпотолках зданий, а к каждой сетевой станции делаются специальные ответвления. Желательно, чтобы соединения ответвлений выполнялись пассивными, так как в этом случае уменьшается интенсивность физического доступа к главной шине. Для повышения надежности вместе с основным кабелем прокладывают и запасной, на который станции переключаются в случае неисправности основного.

Рис. 4.2. Топология "Шина"

Конфигурация типа «дерево» (рис. 4.3.) представляет собой более развитый вариант конфигурации типа «шина». Дерево образуется путем соединения нескольких шин активными повторителями или пассивными «размножителями» - концентраторами (концентратор – устройство, служащее для объединения каналов передачи данных отдельных участков сети). Оно обладает необходимой гибкостью для того, чтобы охватить средствами ЛВС несколько этажей в здании или несколько зданий на одной территории. При наличии активных повторителей отказ одного сегмента не приводит к выходу из строя остальных. В случае отказа повторителя дерево разветвляется на два поддерева или на две шины.

Рис. 4.3. Топология "Дерево"

Широкополосные ЛВС с конфигурацией типа «дерево» часто имеют так называемый корень - управляющую позицию, в которой размещаются самые важные компоненты сети. К надежности этого оборудования предъявляются высокие требования, поскольку от него зависит работа всей сети. По этой причине оборудование часто дублируется.

Развитие конфигурации типа «дерево» - сеть типа «звезда» (рис. 4.4.), которую можно рассматривать как дерево, имеющее корень с ответвлениями к каждому подключенному устройству. В ЛВС в центре звезды может находиться пассивный соединитель или активный повторитель - достаточно простые и надежные устройства. Звездообразные ЛВС обычно менее надежны, чем сети с топологией типа «шина» или «дерево» , но они могут быть защищены от нарушений в кабеле с помощью центрального реле, которое отключает вышедшие из строя кабельные лучи. Заметим, что топология типа «звезда» требует большего количества кабеля для реализации чем «шина» или «кольцо».

Рис.4.4. Топология "Звезда"

В последовательных конфигурациях каждый физический подуровень передает информацию только одной рабочей станции. К передатчикам или приемникам станции здесь предъявляются более низкие требования, чем в широковещательных конфигурациях, и на различных участках сети могут использоваться разные виды физической передающей среды.

Наиболее простой путь построения ЛВС - непосредственное соединение всех устройств, которые должны взаимодействовать друг с другом, посредством каналов передачи данных от устройства к устройству. Каждый канал может использовать в принципе различные методы передачи и различные интерфейсы, выбор которых зависит от структуры и характеристик соединяемых устройств. Такой способ соединения устройств вполне удовлетворителен для ЛВС с ограниченным числом соединений. Основные преимущества данного метода заключаются в необходимости соединения узлов только на физическом уровне, в простоте программной реализации соединения, в простоте структуры интерфейсов. Однако, есть и недостатки, такие как высокая стоимость, большое число каналов, необходимость маршрутизации информации.

Другой распространенный способ соединения абонентских систем в ЛВС при их небольшом числе - иерархическое соединение. В нем промежуточные узлы работают по принципу “накопи и передай”. Основные преимущества данного метода заключаются в возможности оптимального соединения ЭВМ, входящих в сеть. Недостатки связаны в основном со сложностью логической и программной структуры ЛВС. Кроме того, в таких ЛВС снижается скорость передачи информации между абонентами различных иерархических уровней.

Наиболее распространенные последовательные конфигурации – «кольцо» (рис. 4.5.), «цепочка», «звезда с интеллектуальным центром», «снежинка».

Рис. 4.5. Топология "Кольцо

В конфигурациях «кольцо» и «цепочка» для правильного функционирования ЛВС необходима постоянная работа всех блоков. Чтобы уменьшить эту зависимость, в каждый из блоков включается реле, блокирующее блок при неисправностях. Сигналы обычно передаются по кольцу только в одном направлении. Каждая станция ЛВС располагает памятью объемом от нескольких битов до целого пакета. Наличие памяти замедляет передачу данных в кольце и обуславливает задержку, длительность которой зависит от числа станций. Информация передается от станции к станции, возвращаясь снова к станции-отправителю, отправитель в ходе обработки пакета может установить некоторый индикатор подтверждения. Этот индикатор служит для управления потоком и (или) квитирования. Управление потоком предполагает удаление пакетов из кольца станцией-получателем или после завершения полного круга станцией-отправителем. Поскольку любая станция может выйти из строя и пакет может не попасть по назначению, необходимо устанавливать специальный «сборщик мусора», который опознает и уничтожает такие «заблудившиеся» пакеты.

Как последовательная конфигурация, «кольцо» особенно уязвимо в отношении отказов. Выход из строя сегментов кабеля прекращает обслуживание всех пользователей. В то же время, кольцевая структура обеспечивает многие функциональные возможности ЛВС при высокой эффективности использования моноканала, низкой стоимости и достаточной надежности ЛВС. В кольцевой структуре сохраняются достоинства шины: простота расширения ЛВС и методов управления, высокая пропускная способность при малых энергозатратах и среднем быстродействии элементов и узлов ЛВС. Кроме того, в кольцевой ЛВС устраняется ряд недостатков общей шины за счет возможности контроля работоспособности моноканала посылкой по кольцу.

Следует также отметить, что в широковещательных конфигурациях и в большинстве последовательных конфигураций (исключение составляет кольцо) каждый элемент кабеля должен обеспечивать передачу данных в разных направлениях с помощью двух направленных кабелей и применение в широкополосных системах различной несущей частоты для передачи сигналов в двух различных направлениях.

Наличие единственного кабеля обуславливает дополнительную загрузку системы в связи с необходимостью “реверса” направления передачи в кабеле. В больших системах при работе на больших скоростях этот недостаток может стать весьма существенным. При дуплексной передаче должны поддерживаться одинаковые характеристики передачи, что может вызвать определенные технические сложности. Например, усилители кабельного телевидения и оптоволоконные соединители обычно обеспечивают передачу информации только в одну сторону. В этом отношении ЛВС кольцевой топологии имеют преимущество, так как дают возможность использовать однонаправленные усилители сигналов и однонаправленные оптоэлектронные каналы информации в обоих направлениях.

Таким образом, для локальных компьютерных сетей можно выделить следующие характерные признаки: относительная простота конфигурации сети; использование высокоскоростных цифровых каналов передачи данных; высокий уровень функционального взаимодействия пользователей сети; размещение сети на ограниченной территории, на которой замыкаются все основные информационные потоки; сравнительно невысокая стоимость сетевого оборудования, в том числе сетевых адаптеров.

Конфигурация локальной сети

Конфигурация локальной сети - метод соединения компьютеров между со бой. Иногда встречается термин "топология сети". Чаще всего используется один из трех основных типов соединения.

1. 1. Шина - все компьютеры как бы построены в одну линию, т. е. от одного кабеля имеются отводы к каждому из компьютеров сети, причем концы кабеля являются незамкнутыми. Чаще всего такая схема применяется для соединения нескольких компьютеров, установленных в одном помеще нии, для чего применяется тонкий или толстый коаксиальный кабель. Наиболее яркий недостаток этой топологии - при любом обрыве в кабеле теряется связь между всеми компьютерами.
2. Данная топология используется для сетей типа Ethernet , когда все ком пьютеры сети подключены друг к другу параллельно с последовательным включением в основную магистраль, а концы магистрали закрыты "тер минаторами". Если к сетевой плате уже подключен Т-образный разъем, тогда кабель может быть подключен к нему при помощи BNC -разъема (Bayonet Nut Connector).
3. При использовании этой топологии следует учитывать, что подключение новых компьютеров может потребовать полной реорганизации сети.
4. 2. Кольцо - все компьютеры, как и в предыдущем случае, соединены между собой при помощи одного кабеля, концы которого соединены между со бой. Эта схема в основном используется для создания сетей IBM Token Ring . Теперь любой разрыв кабеля уже не приводит к потере связи между компьютерами. Для соединения нескольких колец используются специ альные устройства.
5. 3. Звезда - каждый компьютер сети отдельным кабелем подключен к од ному ПК, который играет роль файлового сервера. Наиболее распростра ненная схема - локальная сеть создается на основе "витой пары" с при менением концентратора. Обрыв в кабеле приводит к потере контакта только с одним компьютером или же сегментом сети, но для создания сети по данной топологии необходимо наличие специального распреде лителя (соединение компьютеров между собой полностью параллельное).

В зависимости от размеров локальной сети, расположения компьютеров и их роли в данной сети может встретиться комбинированная схема подклю чения.

Прежде чем закупать сетевое оборудование, следует внимательно изучить условия, в которых будет эксплуатироваться локальная сеть, чтобы точно вычислить как длину кабеля, необходимую для ее создания, так и пропуск ную способность, от чего зависит тип применяемого кабеля и необходи мость покупки дополнительных устройств. Лучше даже на бумаге отобразить схему будущей сети со всеми ее параметрами - длиной сегментов, распо ложением компьютеров и т. д.

Исходя из физического месторасположения каждого компьютера, следует составить подробный план прокладки кабеля с учетом архитектурных осо бенностей комнаты, таких как углы, выступы, изгибы (вы ведь не собирае тесь кидать провод посредине комнаты, ведь он прокладывается надолго). Следует отметить, что общая длина кабеля (от компьютера к компьютеру) не должна превышать 100 м, в противном же случае вам придется использовать устройство, усиливающее сигнал, так называемый "репитер" (повтори тель), который в свою очередь позволяет создавать сети любой длины.

Стоит отметить, что цена всего комплекта обычно складывается из следую щих компонентов:

• кабель, необходимый для покрытия расстояния между компьютерами и всеми дополнительными устройствами (hub , switch , repeater) плюс 20-30 см на каждое соединение дополнительно, чтобы осталась возможность передвигать системный блок или тот же hub , если в этом возникнет необхо димость;
• разъемы на каждом конце кабеля, как со стороны компьютеров, так и со стороны дополнительных устройств (hub , switch , repeater);
• крепеж для кабеля, который может представлять собой или пластиковые короба, или обычные "загогулины" с гвоздиками;
• специальный обжимный инструмент, без которого, скорее всего, вам не удастся получить стабильно работающую локальную сеть. Можно, конеч но, обойтись и плоскогубцами, но в этом случае вам придется очень по стараться, чтобы качество обжатия получилось достаточным.

При прокладке сети следует придерживаться того правила, что кабель дол жен быть хорошо защищен от любых внешних воздействий (каблуки, жи вотные, атмосферные осадки), что обычно достигается при укладке его в специальный пластиковый кожух. При прокладке кабеля вне помещения следует иметь в виду, что крайне не рекомендуется, чтобы кабель провисал под собственным весом, т. е. при прокладке кабеля, например, с крыши од ного дома на другую следует использовать стальную проволоку. В то же время при прокладке кабеля на улице следует иметь в виду, что зимой из-за разницы температур при сильном натяжении может произойти разрыв. Стоит отметить, что за счет некоторого провисания кабеля при перекидыва нии его, например, с крыши одного здания на крышу другого здания, его длину при расчетах следует увеличить примерно в 1,5 раза.

Прежде чем закреплять разъемы на концах кабеля, обратите внимание на особенности его прокладки. Например, если придется протягивать кабель через высверленные где-то отверстия, то лучше сначала его протянуть, а уже затем устанавливать разъемы, в противном же случае придется расширять отверстия.

Тема урока: Локальные компьютерные сети.

Цели урока:

1. Освоить виды локальных компьютерных сетей;
2. Иметь представление об их возможностях

Задачи урока

Обучающие:

• дать представление о назначении компьютерных сетей, их видах.
• познакомить учащихся со структурой локальных сетей.
• научить выделению различных типов топологий локальных сетей.

Развивающие:

• развивать у учащихся умение обмена файлами в локальной компьютерной сети.
• прививать учащимся основные приемы работы в сети.
• формировать навыки выделения топологии сети.

Воспитательные

• прививать интерес к предмету.
• формировать навыки самостоятельности и дисциплинированности, основ коммуникативного общения.

Учащиеся должны:

1. Знать понятие компьютерных сетей, их виды.
2. Знать понятие локальной сети, её назначение и организацию.
3. Уметь грамотно определять топологию локальной сети, выявлять недостатки каждой топологии.

Оборудование: ЛВС класса, компьютер, экран, проектор, презентация по теме.

План урока:

1. Организационный момент – 2 мин.
2. Объяснение новой темы – 25 мин.
3. Закрепление нового материала – 8 мин.
4. Подведение итогов урока и домашнее задание – 5 мин.

Введение

Возникающая проблема передачи информации между пользователями на некоторое расстояние решается посредством применения различных каналов передачи информации, которые могут использовать различные физические принципы. Так например, при непосредственном общении людей, информация может передаваться при помощи звуковых волн, при разговоре по телефону – с помощью электрических сигналов, распространяющихся по линиям связи. Используя каналы связи различной физической природы (кабельные, оптоволоконные, радиоканалы и др.), можно передавать информацию между компьютерами. Практическая потребность быстрого доступа к информационным ресурсам других компьютеров, принтерам, и другим периферическим устройствам явилась причиной возникновения компьютерных сетей. По способу взаимного расположение компьютеров объединенных в сеть, сети подразделяются на два типа:

• Локальные сети.
• Глобальные сети.

Познакомимся с понятием и возможностями Локальных компьютерных сетей.

I. Дадим определение компьютерной сети:

Компьютерная сеть – это система компьютеров, связанная каналами передачи информации.

Небольшие по масштабам компьютерные сети, работающие в пределах одного помещения, здания, на сравнительно небольшом расстоянии называются локальными сетями (ЛС).

Примером локальной компьютерной сети может служить, компьютерная сеть в классе информатики, общешкольная ЛС, объединяющая компьютеры, установленные в предметных кабинетах. Так же в ЛС объединяются различные отделы предприятий, фирм, учреждений. Обычно компьютеры ЛС удалены друг от друга на расстояние не более 1 км.

Давайте ответим на вопрос «Чем автономная работа на ПК отличается от работы на том же ПК, входящим в состав ЛС?» на примере ЛС в школе.

(Идет обсуждение, которое должно привести к выводу о преимуществах работы в сети).

Итак, существуют две основные цели в использовании ЛС :

• Обмен файлами между пользователями сети;
• Использование общедоступных ресурсов: большого пространства дисковой памяти, принтеров, централизованной базы данных, программного обеспечения и др.

Пользователей общей локальной сети принято называть рабочей группой , а компьютеры, подключенные к сети – рабочими станциями .

Если все компьютеры сети равноправны, т.е. сеть состоит только из рабочих станций (РС) – то ее называют одноранговой.

II. Топология компьютерных сетей

Локальные сети (ЛС), в зависимости от назначения и технических решений, могут иметь различные структуры объединения компьютеров. Такую структуру называют конфигурацией, архитектурой, топологией сети .

Общая схема соединения компьютеров в локальной сети называется топологией сети.

Существует два основных класса сетей, различаемые по способу объединения компьютеров:

1. широковещательная конфигурация (каждый компьютер передает информацию, которая может восприниматься. всеми остальными компьютерами данной сети);
2. последовательная конфигурация (компьютер может передавать информацию только своему ближайшему соседу). Наиболее распространенные топологии сетей это:

• Шинная топология;
• Топология «звезда»;
• Кольцевая топология.

В широковещательных конфигурациях каждый персональный компьютер передает сигналы, которые могут быть восприняты остальными компьютерами. К таким конфигурациям относятся топологии «общая шина», «дерево», «звезда с пассивным центром». Сеть типа «звезда с пассивным центром» можно рассматривать как разновидность «дерева», имеющего корень с ответвлением к каждому подключенному устройству.

В последовательных конфигурациях каждый физический подуровень передает информацию только одному персональному компьютеру. Примерами последовательных конфигураций являются: произвольная (произвольное соединение компьютеров), иерархическая, «кольцо», «цепочка», «звезда с интеллектуальным центром», «снежинка» и др.

Коротко рассмотрим три наиболее широко распространенные (базовые) топологии ЛВС: «звезда», «общая шина» и «кольцо».

Рассмотрим следующие схемы:

1. Топология типа «линейная шина».

Вариант соединения компьютеров между собой, когда кабель проходит от одного компьютера к другому, последовательно соединяя компьютеры и периферийные устройства между собой (как показано на рис.1), называется линейной шиной.

Рис. 1. Шинная топология

Примером такой конфигурации может служить следующее соединение. Информация по шине передается на все ПК сети, но принимает ее только тот ПК, для которого эта информация предназначена.

2. Топология типа «кольцо».

Топология типа «кольцо» подразумевает соединение компьютеров сети замкнутой кривой – каналом передающей среды. Выход одного узла сети соединяется со входом другого. Информация по замкнутому контуру передается от ПК к ПК. На сравнительно небольшом пространстве такая топология преимущественна, хотя выход из строя одного из компьютеров «кольца» нарушает целостность сети.

При кольцевой топологии данные передаются от одного компьютера другому по эстафете (рис. 2). Если некоторый компьютер получает данные, предназначенные не ему, он передает их дальше по кольцу. Адресат предназначенные ему данные никуда не передает.

Рис. 2. Кольцевая топология

Специальной формой кольцевой топологии является логическая кольцевая локальная вычислительная сеть. Физически она монтируется как соединение звездных топологий. Отдельные звезды включаются с помощью специальных коммутаторов (англ. Hub – концентратор), которые по-русски также иногда называют “хаб”. В зависимости от числа рабочих станций и длины кабеля между рабочими станциями применяют активные или пассивные концентраторы. Активные концентраторы дополнительно содержат усилитель для подключения от 4 до 16 рабочих станций. Пассивный концентратор является исключительно разветвительным устройством (максимум на три рабочие станции). Управление отдельной рабочей станцией в логической кольцевой локальной вычислительной сети происходит так же, как и в обычной кольцевой локальной вычислительной сети. Каждой рабочей станции присваивается соответствующий ей адрес, по которому передается управление (от старшего к младшему и от самого младшего к самому старшему). Разрыв соединения происходит только для нижерасположенного (ближайшего) узла локальной вычислительной сети, так что лишь в редких случаях может нарушаться работа всей локальной вычислительной сети.

3. Топология типа «звезда».

Вариант соединения когда к каждому компьютеру подходит отдельный кабель, из одного центральног узла, называется конфигурацией типа «звезда».

В случае топологии «звезда» каждый компьютер через специальный сетевой адаптер подключается отдельным кабелем к центральному узлу (рис. 3). Центральным узлом служит пассивный соединитель или активный повторитель.

Рис. 3. Топология типа «звезда»

Обычно при такой схеме соединения центральным узлом является более мощный компьютер. Разновидностью топологии типа «звезда» является радиальная топология.

4. Древовидная топология.

Компьютеры сети могут находиться на разных уровнях (этажах). В этом случае может быть применена такая конфигурация, которую часто называют "снежинка".

Рассмотрим возможности сетей с различными топологиями.

Топология сети	Достоинства	Недостатки
Шинная топология	упрощение логической и программной архитектуры сети; простота расширения; простота методов управления; минимальный расход кабеля; отсутствие необходимости централизованного управления; надежность (выход из строя одного ПК не нарушит работу других).	кабель, соединяющий все станции – один, следовательно «общаться» ПК могут только «по очереди», а это означает, что нужны специальные средства для разрешения конфликтов; затруднен поиск неисправностей кабеля, при его разрыве нарушается работа всей сети.
Топология «Звезда»	надежность (выход из строя одной станции или кабеля не повлияет на работу других).	требуется большое количество кабеля; надежность и производительность определяется центральным узлом, который может оказаться «узким местом» (поэтому часто это оборудование дублируется).
Кольцевая топология	низкая стоимость; высокая эффективность использования моноканала; простота расширения; простота методов управления.	в случае выхода из строя хотя бы одного компьютера вся сеть парализуется; на каждой рабочей станции необходим буфер для промежуточного хранения передаваемой информации, что замедляет передачу данных; подключение новой станции требует отключения сети, поэтому разрабатываются специальные устройства, позволяющие блокировать разрывы цепи.

Структура сети повлияла на создание и самой системы информационного обеспечения, называемой информационным пространством, которое тоже имеет сетевую структуру. Все информационное пространство можно представить как навигационную систему, определенную совокупность программ, позволяющих пользователю ориентироваться во всем многообразии информации, размещенной в сети, и находить необходимые ему фактические данные, исторические сведения, полезные программы. Чаще всего система навигации организуется через систему вложенных меню. Пользователю нет необходимости запоминать адрес или название ресурса и последовательность команд, необходимую для доступа к нему: двигаясь по меню программы, можно перемещаться по содержимому различных ком­пьютеров, подключенным к сети.

Топология реальной ЛВС может в точности повторять одну из приведенных выше или включать их комбинацию. Структура сети в общем случае определяется следующими факторами: количеством объединяемых компьютеров, требованиями по надежности и оперативности передачи информации, экономическими соображениями и т. д.

Объединение компьютеров в единую сеть предоставляет пользователям сети новые возможности, несравнимые с возможностями отдельных компьютеров. Сеть – это не сложение, а умножение возможностей отдельных компьютеров. Локальная сеть позволяет организовать передачу файлов из одного компьютера в другой или другие, совместно использовать вычислительные и аппаратные ресурсы, совмещать распределенную обработку данных на нескольких компьютерах с централизованным хранением информации и многое другое. С помощью компьютерной локальной сети осуществляется коллективное использование технических ресурсов, что благотворно воздействует на психологию и поведение пользователя не только в сети, но и в реальной жизни.

Аппаратные ресурсы сети

Аппаратные ресурсы сети – это дополнительное оборудование, которое можно подключать к сети и разделять между пользователями. Аппаратные ресурсы расширяют возможности сети.

Принтеры, сканеры, модемы и факс-модемы, CD-ROM – все это аппаратные ресурсы сети.

Однора́нговые, децентрализо́ванные или пи́ринговые (от англ. peer-to-peer, P2P – равный к равному) сети – это компьютерные сети, основанные на равноправии участников. В таких сетях отсутствуют выделенные серверы, а каждый узел (peer) является как клиентом, так и сервером. В отличие от архитектуры клиент-сервера, такая организация позволяет сохранять работоспособность сети при любом количестве и любом сочетании доступных узлов. Так сказать «С глазу на глаз».

Впервые фраза «peer-to-peer» была использована в 1984 году Парбауэллом Йохнухуйтсманом (Parbawell Yohnuhuitsman) при разработке архитектуры Advanced Peer to Peer Networking фирмы IBM.

Для подготовки урока использовалась литература:

1. Информатика и ИКТ 8. Учебник для 8 класса. Угринович Н.Д. – М.: БИНОМ, 2008;
2. Практикум по информатике и информационным технологиям: Учебное пособие. / Угринович Н.Д. и др. – М.:БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007.
3. Преподавание курса «Информатика и ИКТ». Угринович Н.Д. Методическое пособие- 4 изд., испр.- М.: БИНОМ, 2007;
4. Симонович С.В., Евсеев Г.А., Алексеев А.Г. Общая информатика: Учебное пособие для средней школы. – М.: Аст-пресс, Информком-пресс, 2001. – 592 с.
5. Методика преподавания информатики: Учеб. пособие для студ. пед. вузов / М.П. Лапчик, И.Г. Семакин, Е.К. Хеннер; Под общей ред. М.П. Лапчика. – М.: Издательский центр "Академия", 2001. – 624 с.