Локальные вычислительные сети

Локальные вычислительные сети являются важным звеном единой информационно-телекоммуникационной системы предприятий и организаций. Понятие локальности в этом случае означает, что основная часть взаимодействия в сети происходит между ПK, территориально незначительно удаленными друг от друга и принадлежащими одной организационной структуре, а нередко и решающими специализированные функциональные задачи в этом подразделении.

Локальная вычислительная сеть — аппаратно-программные и информационные ресурсы, организованные в пределах ограниченной территории и объединенные каналами связи для информационного обмена между специалистами.

Применяемые ЛВС на предприятиях и организациях обеспечивают:

- универсальное сетевое пространство на основе открытых стандартов и технологий;

- функционирование общесистемных служб и сервисов, в том числе доступа к информации, сетевой печати и офисных приложений коллективной работы;

- функционирования специализированных прикладных программных средств;

- возможность прозрачной связи между любыми двумя ее узлами а также с существующими сетями;

- возможность удаленного диагностирования отдельных сегментов и ЛВС в целом.

Таким образом, организация ЛВС позволяет решать следующие задачи:

- обмен информацией между абонентами сети, что позволяет сократить бумажный документооборот и перейти к электронному документообороту;

- обеспечение распределенной обработки данных, связанное с объединением АРМ всех специалистов данной организации в сеть. Несмотря на существенные различия в характере и объеме расчетов, проводимых на АРМ специалистами различного профиля, используемая при этом информация в рамках одной организации находится в единой базе данных, поэтому объединение таких АРМ в сеть является целесообразным и эффективным решением;

- поддержка принятия управленческих решений, предоставляющая руководителям и управленческому персоналу организации достоверную и оперативную информацию, необходимую для оценки ситуации и принятия правильных решений;

- организация собственных информационных систем, содержащих АБД;

- коллективное использование ресурсов, таких как сетевые принтеры, запоминающие устройства большой емкости, мощные средства обработки информации, прикладные программные системы, БД, базы знаний.

Локальные вычислительные сети можно классифицировать по разным признакам, представленным в табл. 4.1.

Таблица 4.1 Классификация локальных вычислительных сетей

Вид вычислительной сети	Характеристика
1. По типу ПК, входящих в сеть
Гомогенные	Сети, состоящие из программно совместимых ПК
Гетерогенные	Сети, в состав которых входят программно несовместимые ПК
С коммутацией каналов	Характеризуются установлением прямой связи с абонентом на некоторое время в пределах общей очереди. Основным недостатком такой связи является ожидание соединения в общей очереди. Положительным качеством такой передачи является тот факт, что передача не может быть осуществлена произвольно, что повышает достоверность передачи информации в целом
С коммутацией сообщений	Характеризуются наличием узлов коммутации, которые получают сообщение, запоминают его и в случае освобождения канала связи с абонентом по определенному адресу передают это сообщение. Положительной стороной такой передачи является минимальное время ожидания, отрицательной то, что сеть получается более дорогой (необходимо иметь специальное ПО узла коммутации), а при передаче большого объема информации (1 млн байт) канал может быть занят несколько часов
С коммутацией пакетов	Позволяют длинное сообщение на передающем пункте разбивать на пакеты сообщений, которые затем передаются. Положительная сторона такого способа передачи — сокращается время ожидания передачи, отрицательная — необходимость иметь ПО, позволяющее разбивать на передающем пункте сообщение на пакеты с заголовком, адресом и контрольным числом, а на принимающем пункте — сборку сообщения
3. По режиму передачи данных
Широковеща-тельные	Характеризуются тем, что в каждый момент времени на передачу данных может работать только одна рабочая станция, а все остальные станции в это время работают на прием
Последовательные	Характеризуются тем, что передача данных производится последовательно от одной станции к соседней, причем на разных участках сети могут использоваться различные виды физической передающей среды
4. По характеру реализуемых функций
Вычислительные	Предназначены для решения задач управления на основе вычислительной обработки исходной информации
Информационные	Предназначены для получения справочных данных по запросу пользователей
Смешанные	Реализуют вычислительные и информационные функции
5. По способу управления
С централизован-ным управлением	Вычислительная сеть, в которой все функции управления и координации выполняемых сетевых операций сосредоточены в одном или нескольких управляющих ПК
С децентрализован-ным управлением	Вычислительная сеть, в которой каждый угол сети имеет полный набор программных средств для координации выполняемых сетевых операций.
Смешанные	Вычислительные сети, в которых в определенном сочетании реализованы принципы централизованного и децентрализованного управления, например задачи с высшим приоритетом решаются под централизованным управлением, а остальные задачи - под децентрализованным.

Одной из первых была одноранговая или «безсерверная» организация построения локальной вычислительной сети (использующаяся и в настоящее время), которая допускает включение в нее как ПК различной мощности, так и терминалов ввода-вывода. Термин «одноранговая сеть» означает, что все рабочие станции локальной вычислительной сети имеют в ней одинаковые права, т.е в ней нет выделенного сервера. Каждый пользователь одноранговой сети может определить состав файлов, которые он предоставляет для общего использования (так называемые public files). Таким образом, пользователи одноранговой сети могут работать как со всеми своими файлами, так и с файлами, предоставляемыми другими ее пользователями на своих рабочих станциях. Подключение отдельных ПК в одноранговую сеть производится преимущественно высокочастотными коаксиальными кабельными линиями связи.

Создание одноранговой сети обеспечивает наряду с взаимообменом данными между включенными в нее ПК совместное использование части дискового пространства (через public files), а также совместную эксплуатацию периферийных устройств (например, принтеров). Существуют и другие возможности, например, когда одна из рабочих станций временно берет на себя функции «сервера», а остальные работают в режиме «клиентов». Последнее широко используется в различного рода обучающих системах. Достоинствами одноранговых ЛВС являются также: относительная простота их установки и эксплуатации, умеренная стоимость, возможность развития (например, по числу включенных в них рабочих станций), независимость выполняемых вычислительных и других процессов для каждой включенной в сеть рабочей станции.

Получившие наибольшее распространение иерархические или серверные ЛВС включают следующие основные компоненты —рабочие станции, серверы, сетевые адаптеры, повторители и концентраторы, мосты и коммутаторы, маршрутизаторы, шлюзы, каналы связи, сетевую операционную систему.

1. Рабочая станция — это персональный компьютер, подключенный к вычислительной сети, через который пользователь получает доступ к сетевым ресурсам. Рабочая станция функционирует как в сетевом, так и в локальном режиме и обеспечивает пользователя всем необходимым инструментарием для решения прикладных задач.

2. Сервер — это компьютер, выполняющий функции управления сетевыми ресурсами общего доступа: осуществляет хранение данных, управляет базами данных, выполняет удаленную обработку заданий, обеспечивает печать заданий и др. Выделяют следующие виды серверов:

- универсальный сервер для выполнения определенного набора различных задач в ЛВС, например, для предоставления рабочим станциям доступ к общесетевым ресурсам, распределяющий эти ресурсы и т.д.;

- сервер приложений для выполнения прикладных процессов. С одной стороны, взаимодействует с клиентами, получая задания а с другой — работает с базами данных, выбирая информацию, необходимую для обработки, и т.д.;

- сервер баз данных для создания и управления базами данных. Как правило, является автоматизированным банком данных в ИТ;

- файловый сервер обеспечивает функционирование распределенных ресурсов, включая файлы и программное обеспечение;

- сервер удаленного доступа обеспечивает сотрудникам, работающим вне предприятия (дома, в удаленных филиалах, командировочным), возможность работать с информационными ресурсами сети;

- телефонный сервер для организации локальной сети службы телефонии. Этот сервер выполняет функции речевой почты, автоматического распределения вызовов, учет стоимости телефонных разговоров, интерфейса с внешней телефонной сетью. Наряду с телефонией сервер также может передавать изображения и сообщения факсимильной связи;

- архивационный сервер для резервного копирования и архивирования информации в крупных многосерверных вычислительных сетях. Такой сервер обычно выполняет ежедневное автоматическое архивирование со сжатием информации, поступающей от серверов и рабочих станций;

- коммуникационный сервер для организации связи персональных компьютеров, удаленно расположенных пользовательских устройств — принтеров, плоттеров, кассовых аппаратов и т.д. по каналам вычислительных сетей местного или удаленного доступа;

- терминальный сервер объединяет группу терминалов и упрощает переключения при их перемещении;

- прокси-сервер (proxy-сервер) обеспечивает подключение рабочих станций локальной сети к глобальной сети Internet;

- Web-сервер предназначен для работы с web -ресурсами глобальной сети Internet;

- сервер печати для эффективного использования сетевых принтеров;

- сервер телеконференций имеет систему автоматической обработки видеоизображений и организации видеовзаимодействия в глобальной сети;

- видеосервер снабжает пользователей видеоматериалами, обучающими программами, видеоиграми, обеспечивает электронный маркетинг. Имеет высокую производительность и объемную па мять;

- почтовый сервер для организации функционирования электронной почты;

- сервер защиты данных содержит широкий набор средств обеспечения безопасности данных и, в первую очередь, идентификации паролей и т.д.

Для повышения производительности, надежности, отказоустойчивости технических решений в информационных технологиях практикуется объединение серверов в группы (домены), которые работают под управлением сетевой операционной системы. При этом ресурсы и нагрузки распределяются между серверами, что увеличивает эффективность функционирования локальной вычислительной сети.

Группирование серверов в домены дает два важных преимущества сетевым администраторам и специалистам предприятия. Наиболее важное — серверы домена формируют единый административный блок, совместно использующий службу безопасности и информацию учетных записей пользователей (рис. 4.1).

Каждый домен имеет одну базу данных, содержащую учетные записи специалиста и групп пользователей, а также установочные параметры политики безопасности. Все серверы домена функционируют либо как первичный контроллер домена, либо как резервный контроллер домена, содержащий копию этой базы данных.

Контроллер — специализированный процессор, предназначенный для управления внешними устройствами, и, таким образом, освобождения центрального процессора от выполнения этих функций.

Это означает, что администраторам нужно управлять только одной учетной записью для каждого специалиста, который должен использовать пароль только одной учетной записи.

Второе преимущество доменов сделано для удобства пользователей. Когда пользователи просматривают сеть в поисках доступных ресурсов, они видят сеть, сгруппированную в домены, а не разбросанные по всей сети серверы.

3. Сетевой адаптер (сетевая карта) представляет собой устройство сопряжения для подключения персональных компьютеров к сети. Он относится к периферийным устройствам ПК, непосредственно взаимодействующим со средой передачи данных, которая прямо или через другое коммуникационное оборудование связывает его с другими компьютерами.

Сетевые адаптеры вместе с сетевым программным обеспечением способны распознавать и обрабатывать ошибки, которые могут возникнуть из-за электрических помех, коллизий или плохой работы оборудования.

4. Повторители и концентраторы. Основная функция повторителя (repeater), как это следует из его названия, — повторение сигналов, поступающих на его порт. Повторитель улучшает электрические характеристики сигналов и их синхронность, и за счет этого появляется возможность увеличивать общую длину кабеля между самыми удаленными в сети узлами.

Многопортовый повторитель часто называют концентратором (concentrator) или хабом (hub), что отражает тот факт, что данное устройство реализует не только функцию повторения сигналов, но и концентрирует в одном центральном устройстве функции объединения компьютеров в сеть. Практически во всех современных сетевых стандартах концентратор является необходимым элементом сети, соединяющим отдельные компьютеры в сеть.

Концентратор может выполнять следующие дополнительные функции:

- объединение сегментов сети с различными физическими средами в единый логический сегмент;

- автосегментация портов — автоматическое отключение порта при его некорректном поведении (повреждение кабеля, интенсивная генерация пакетов ошибочной длины и т.п.);

- поддержка между концентраторами резервных связей, которые используются при отказе основных;

- защита передаваемых по сети данных от несанкционированно доступа (например, путем искажения поля данных в кадрахповторяемых на портах, не содержащих компьютера с адрес назначения) и др.

5. Мосты и коммутаторы делят общую среду передачи данных на логические сегменты.

Логический сегмент образуется путем объединения нескольких физических сегментов (отрезков кабеля) с помощью одного или нескольких концентраторов. Каждый логический сегмент подключается к отдельному порту моста или коммутатора, который является многопортовым и многопроцессорным мостом, обрабатывающие кадры со скоростью, значительно превышающей скорость работы моста.

При поступлении кадра на какой-либо из портов мост или коммутатор повторяет этот кадр, но не на всех портах, как это делает концентратор, а только на том порту, к которому подключен сегмент, содержащий компьютер-адресат.

Основное отличие мостов и коммутаторов состоит в том, что мост обрабатывает кадры последовательно (один за другим), а коммутатор — параллельно (одновременно между всеми парами своих портов).

6. Маршрутизатор представляет собой ретрансляционную систему, соединяющую две коммуникационные сети либо их части. Маршрутизатор обменивается информацией об изменениях структуры сетей, трафике и их состоянии. Благодаря этому, выбирается оптимальный маршрут следования блока данных в разных вычислительных сетях от абонентской системы-отправителя к системе-получателю. Маршрутизаторы обеспечивают также соединение административно независимых коммуникационных сетей.

7. Шлюз является наиболее сложной ретрансляционной системой, обеспечивающей взаимодействие сетей с различными наборами протоколов всех семи уровней модели открытых систем.

Шлюзы оперируют на верхних уровнях модели OSI (сеансовом, представительском и прикладном) и представляют наиболее развитый метод подсоединения сетевых сегментов и компьютерных сетей. Необходимость в сетевых шлюзах возникает при объединении двух систем, имеющих различную архитектуру, так как в этом случае требуется полностью переводить весь поток данных, проходящих между двумя системами.

В качестве шлюза обычно используется выделенный персональный компьютер, на котором функционирует программное обеспечение шлюза и производятся преобразования, позволяющие взаимодействовать нескольким системам в сети.

8. Каналы связи позволяют быстро и надежно передавать информацию между различными устройствами локальной вычислительной сети.

Выделяют следующие виды каналов связи, представленные на рис. 4.2.

Кабельные технологии организации каналов связи.

Витая пара состоит из 8 изолированных проводов, свитых по два между собой. Скручивание проводов уменьшает влияние внешних электромагнитных полей на передаваемые сигналы. Витые пары имеют различные характеристики, определяемые размерами, изоляцией и шагом скручивания. Невысокая стоимость и небольшая масса этого вида передающей среды делает ее достаточно популярной для ЛВС. Основные недостатки витой пары — плохая помехозащищенность, низкая скорость передачи информации, простота несанкционированного подключения, ограничения на количество станций в сети. Технологические усовершенствования позволяют повысить скорость передачи и помехозащищенность (экранированная витая пара), но при этом возрастает стоимость этого типа передающей среды.

Коаксиальный кабель представляет собой многожильный кабель с хорошей изоляцией. По сравнению с витой парой он обладает высокой механической прочностью, помехозащищенностью и более высокой скоростью передачи информации. Для промышленного использования выпускаются два типа коаксиальных кабелей: толстый и тонкий. Толстый кабель более прочен и передает сигналы нужной амплитуды на большее расстояние, чем тонкий. В то же время тонкий кабель значительно дешевле.

Оптоволоконный кабель состоит из световодов, выполненных из высококачественного стеклянного (пластикового) волокна диаметром несколько микрон, окруженного твердым заполнителем и сверу защищенного специальной оболочкой. Имеет высокую скорость передачи информации, не подвержен действию электромагнитных полей, полностью пожаро- и взрывобезопасен, не имеет излучения Последнее свойство позволяет использовать его в сетях, требующих повышенной секретности информации. По сравнению с предыдущими типами передающей среды он имеет следующие недостатки - высокая стоимость, сложность технологии сращивания кабеля, необходимость иметь дополнительное оборудование (модемы) для преобразования световых сигналов в электрические и т.д.

Беспроводные технологии организации каналов связи

Радиосреда в ЛВС в настоящее время получает широкое распространение за счет внедрения так называемой технологии беспроводных сетей Wi-Fi, Bluetooth, WiMAX. Главное достоинство радиоканала — отсутствие кабеля, за счет чего возможно обслуживать мобильные рабочие станции.

Передача данных в микроволновом диапазоне использует высокие частоты и применяется как на коротких, так и на больших расстояниях. Главное ограничение заключается в том, чтобы передатчик и приемник были в зоне прямой видимости. Применяются в местах, где использование проводных технологий затруднено.

Лазерная передача осуществляется при помощи узкого пучка света, генерируемого лазером. Система работает на более высоких частотах, чем микроволновая передача, и является более узконаправленной. В качестве излучателей используют лазеры, а в качестве приемников — фотодиоды. Лазерная передача сильно зависит от атмосферных явлений и работает на коротких расстояниях в условиях прямой видимости.

Инфракрасные технологии функционируют на очень высоких частотах, приближающихся к частотам видимого света. Они могут быть использованы для установления двусторонней или широковещательной передачи на близких расстояниях. При инфракрасной связи обычно используют светодиоды для передачи инфракрасных волн приемнику. Инфракрасная передача ограничена малым расстоянием в прямой зоне видимости.

9. Сетевая операционная система (СОС) наряду с аппаратной частью играет важную роль в организации локальной вычислительной сети.

Сетевая операционная система необходима для управления потоками сообщений между рабочими станциями и сервером. Она предоставляет разнообразные виды сетевых служб и поддерживает работу прикладных процессов, реализуемых в сетях.

Одной из характеристик ЛВС является топология (или архитектура вычеслительной сети, под которой понимается схема (архитектура) сети, отображающая физическое расположение узлов и соединений между ними.

Чаше всего в ЛВС используется одна из трех топологий: шинная, кольцевая, звездообразная.

Большинство других топологий являются производными от перечисленных. К ним относятся: древовидная, иерархическая, полносвязная, гибридная. Топология усредняет схему соединений рабочих станций. Так, например, и эллипс, и замкнутая линия относятся к кольцевой топологии, а незамкнутая ломаная линия — к шинной.

Шинная топология основана на использовании кабеля, к которому подключены рабочие станции. Кабель шины зачастую прокладывается в фальшпотолках здания. Для повышения надежности вместе с основным кабелем прокладывают и запасной, на который переключаются станции в случае неисправности основного (рис. 4.3, а).

Кольцевая топология характеризуется тем, что рабочие станции последовательно соединяются друг с другом, образуя замкнутую линию. Выход одного узла сети соединяется со входом другого (рис. 4.3, б).

Звездообразная топология основывается на концепции центрального узла (сервера или пассивного соединителя), к которому подключаются рабочие станции сети (рис. 4.3, в).

Древовидная топология представляет собой более развитый вариант шинной топологии. Дерево образуют путем соединения нескольких шин. Ее используют, чтобы соединить сетью несколько этажей в здании или несколько зданий, расположенных на одной территории (рис. 4.3, г).

Полносвязная топология является наиболее сложной и дорогой. Она характеризуется тем, что каждый узел сети связан со всеми другими рабочими станциями. Эта топология применяется достаточно редко, в основном там, где требуется высокая надежность и скорость передачи информации (рис. 4.3, д).

На практике чаще встречаются гибридные топологии ЛВС, которые приспособлены к требованиям конкретного заказчика и сочетают фрагменты шинной, звездообразной или других топологий Рис.4.3,е).

Рис. 4.3. Схемы построения топологических структур ЛВС

Одним из важнейших вопросов, решаемых при организации ЛВС, является не только выбор топологии сети и способа соединения персональных компьютеров в единый вычислительный комплекс, но и организация метода доступа к информации в ЛВС, под которым понимается набор правил, определяющий использование канала передачи данных, соединяющего узлы сети.

По способу получения доступа к среде передачи методы доступа можно разделить на два класса — детерминированные и недетерминированные.

Детерминированный метод доступа. Среда передачи распределяется между узлами сети с помощью механизма управления, который обеспечивает некоторый интервал времени для передачи данных каждому узлу.

Наиболее распространенным детерминированным методом доступа является метод передачи права, который характеризуется передачей по сети с кольцевой логической топологией служебного сообщения — маркера. Получение узлом сети маркера предоставляет ему право на доступ к среде передачи данных. При наличии нуждающихся в передаче данных выполняется их доставка адресату, после чего маркер передается следующему по очереди устройству. На время прохождения данных маркер в сети отсутствует, остальные станции не имеют возможности передачи, таким образом появляется возможность избежать коллизии. При отсутствии информации, нуждающейся в отправке, маркер сразу переходит к следующему узлу сети. Для обработки возможных ошибок, в результате которых маркер может быть утерян, существует механизм его регенерации. К детерминированным методам доступа относятся методы доступа Arcnet и Token Ring.

Коллизия (collision) — искажение передаваемых данных в ЛВС, которое появляется при попытке одновременной передачи несколькими сетевыми устройствами.

Метод доступа Arcnet (Attached resource computer Network) был разработан Datapoint Corporation в 1977 г. Используется в основном в ЛВС, имеющей центральный узел (компьютер или пассивный соединитель), к которому через концентратор подключены все ПК сети, при этом организуется логическое кольцо, по которому передается маркер. Устройство, получившее маркер, имеет право на передачу порции данных в канал. Принимает данные то устройство, чей адрес указан в блоке данных. Каждому подключенному устройству присваивается номер. Последовательность обхода маркера определяется номерами устройств.

Метод доступа Token Ring был запатентован фирмой IBM в 1981 г. и основан на передаче маркера по физическому кольцу. Рабочая станция, владеющая маркером, имеет право передать по определенному конечному адресу информацию, при этом передаваемый блок данных добавляется (цепляется) к маркеру. Маркер последовательно передается от одной станции к другой. Передаваемый блок данных принимает то устройство, которому он адресован. После принятия данных, устройство делает пометку о приеме и отправляет с маркером дальше по кольцу. Узел сети, который передавал данные, получив пометку о приеме, удаляет блок данных из кольца. Достоинством технологии Token Ring является большая устойчивость к высоким нагрузкам на канал, относительно стабильное время доступа к каналу, недостатком — повышенная сложность и стоимость.

Развитием технологии Token Ring применительно к оптоволоконному кольцу является технология FDDI (Fiber Distributed Interface — распределенный волоконный интерфейс данных), которая строится на основе двух оптоволоконных кабелей, образующих основной и резервный (первичное и вторичное кольцо) пути передачи данных между узлами сети, как правило, кольцевой топологии.

Именно наличие двух колец стало основным способом повышения отказоустойчивости в сети FDDL. Узлы, которые хотят воспользоваться этим повышенным потенциалом надежности, должны быть подключены к обоим кольцам. В нормальном режиме работы сети данные проходят через все узлы и все участки кабеля только первичного кольца, а вторичное кольцо в этом режиме не используется. В случае какого-либо вида отказа, когда часть первичного кольца не может передавать данные (например, обрыв кабеля или отказ узла), первичное кольцо объединяется со вторичным, вновь образуя единое кольцо.

Для упрощения этой процедуры данные по первичному кольцу всегда передаются в одном направлении, а по вторичному - в обратном. Поэтому при образовании общего кольца из двух колец передатчики станций по-прежнему остаются подключенными к приемникам соседних станций, что позволяет правильно передавать и принимать информацию соседними рабочими станциями ЛВС.

Недетерминированный (случайный) метод доступа. Узел сети пытается получить доступ к среде передачи только в тот момент времени, когда это необходимо. Если среда занята, то узел повторяет попытку доступа до тех пор, пока очередная попытка не окажется успешной.

Наиболее распространенным недетерминированным методом доступа является множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection 4 CSMA/CD). Этот метод основан на контроле несущей в линии передачи данных и устранении конфликтов, возникающих из-за попыток одновременного начала передачи двумя или более станциями, путем повторения попыток захвата линии через случайный отрезок времени. К недетерминированному методу доступа относится метод доступа Ethernet.

Метод доступа Ethernet является самым распространенным в ЛВС. Свое название он получил от первой ЛВС, разработанной фирмой Xerox в 1972 г. Впоследствии вокруг проекта Ethernet объединились фирмы DEC, Intel и Xerox. В 1982 г. эта сеть была принята в качестве стандарта.

Метод доступа Ethernet использует магистральный высокоскоростной моноканал, организованный в виде общей шины. Каждая станция, имеющая данные для передачи, отслеживает состояние канала (прослушивает канал). Если канал свободен, станция передает блок данных в канал. Если одновременно две станции начали передачу данных, происходит столкновение передач (конфликт, коллизия). В этом случае через случайный интервал времени происходит попытка новой передачи данных каждым из узлов сети. Ethernet может использоваться в сетях с шинной или звездообразной топологией. Во втором случае общая шина реализуется внутри концентратора. Обычная скорость передачи 10 и 100 Мбит/с.

В настоящее время в больших локальных вычислительных сетях для оптимизации доступа к информации используется технология виртуализации (виртуальный — мнимый), на основе которой организуются виртуальные локальные вычислительные сети.

Виртуальная ЛВС (Virtual LAN [VLAN]) — логическое объединение узлов большой локальной вычислительной сети, которые могут принадлежать к ее различным физическим сегментам, подключенным к разным концентраторам.

Виртуальные ЛВС полностью ликвидируют физические барьеры на пути формирования рабочих групп специалистов в масштабе сети более высокого уровня, но особенно это актуально в масштабе корпоративной вычислительной сети (КВС), поскольку реализуется возможность объединения физически рассредоточенных сотрудников компании в группы пользователей с сохранением целостности связи внутри их групп. При этом обеспечивается высокая организационная гибкость в управлении предприятиями и организациями. Технология виртуальных ЛВС позволяет сетевым администраторам группировать разных пользователей КВС, совместно использующих одни и те же сетевые ресурсы. Разбиение КВС на логические сегменты, каждый из которых представляет собой виртуальную ЛВС, предоставляет существенные преимущества в администрировании сети, обеспечении безопасности информации, в управлении широковещательными передачами из виртуальной сети по магистрали корпоративной сети.

Виртуальная ЛВС создается при помощи коммутирующих концентраторов или маршрутизаторов. Специальное программное обеспечение системы управления позволяет разделить сеть на несколько логических частей (виртуальных сегментов). Администратор сети может по своему усмотрению создавать виртуальные сегменты, добавлять в них или удалять отдельные узлы. Данные, предназначенные для конкретных узлов виртуальной сети, благодаря коммутации пакетов передаются только в рамках заданного логического сегмента. Этим предотвращаются перегрузки в локальных вычислительных сетях и обеспечивается повышение их безопасности.

Технология виртуальных ЛВС позволяет упростить процесс создания независимых сетей, которые затем должны связываться с помощью протоколов сетевого уровня.

При использовании технологии виртуальных сетей в комутатоpax одновременно решаются две задачи:

1. Повышение производительности в каждой из виртуальных сетей, так как коммутатор передает кадры в такой сети только узлу назначения.

2. Изоляция сетей друг от друга для управления правами доступа пользователей и создания защитных барьеров.

Метод создания виртуальных ЛВС используется в сетях типа Ethernet. Принцип логического объединения узлов разнородных сетей (в том числе Token Ring и др.) в виртуальные сегменты используется также в распределенных и глобальных сетях.

Кроме традиционных проводных ЛВС в настоящее время широкое распространение получила технология беспроводных сетей — WI-FI (от Wireless Fidelity — высокая точность беспроводной передачи данных) — это современная беспроводная технология соединения компьютеров в локальную сеть и подключения их к Internet. Под аббревиатурой Wi-Fi в настоящее время развивается целое семейство стандартов передачи цифровых потоков данных по радиоканалам.

- Wi-Fi-adanmep — служит для подключения компьютера пользователя к беспроводной сети и выполняет ту же функцию, что и сетевая карта в проводной сети;

- точка доступа представляет собой автономный модуль со встроенным микрокомпьютером и приемно-передающим устройством. Через точку доступа осуществляется взаимодействие и обмен информацией между беспроводными адаптерами, а также связь с проводным сегментом сети;

- зона обслуживания ( Service Set — SS ) — это логически сгруппированные устройства, обеспечивающие подключение к беспроводной сети;

- базовая зона обслуживания (Basic Service Set — BSS) — это группа станций, которые связываются друг с другом по беспроводной связи.

Технология Wi-Fi использует метод множественного доступа с контролем несущей и предотвращением коллизий {Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance — CSMA/CA). Вместо прямого распознавания коллизий по методу CSMA/CD здесь используется их косвенное выявление. Для этого каждый переданный кадр должен подтверждаться кадром приема, посылаемым станцией назначения. Если же по истечении оговоренного тайм-аута кадр приема не поступает, станция-отправитель считает, что произошла коллизия.

Беспроводные сети Wi-Fi поддерживают несколько различных режимов работы, реализуемых для конкретных целей.

Режим Ad Нос («точка-точка») характеризуется тем, что клиенты устанавливают связь непосредственно друг с другом через Wi-Fi~ адаптер. Таким образом организуется одноранговая сеть, в которой компьютеры взаимодействуют напрямую без применения точек доступа. При этом создается только одна зона обслуживания, не имеющая интерфейса для подключения к проводной локальной сети. Режим Ad Hoc позволяет устанавливать соединение на скорости не более 11 Мбит/с, независимо от используемого оборудования. Дальность связи составляет не более ста метров, а скорость передачи данных быстро падает с увеличением расстояния (рис. 4.4. а).

Рис. 4.4. Основные режимы работы беспроводной сети Wi-Fi

Инфраструктурный режим характеризуется тем, что связь ПК обеспечивается через точку доступа. Точку доступа в этом случае можно рассматривать как беспроводной коммутатор. Клиентские станции не связываются непосредственно одна с другой, а связываются с точкой доступа, и она уже направляет пакеты адресатам. Точка доступа, как правило, имеет порт Ethernet, через который базовая зона обслуживания подключается к проводной или смешанной сети, т.е. к сетевой инфраструктуре (рис. 4.4, б).

Режим распределенной беспроводной системы WDS (Wireless Distribution System) позволяет организовать мостовую связь между точками доступа и подключить клиентские ПК, при этом каждая точка может соединяться с несколькими другими точками. Подключение клиентов может осуществляться как по проводной сети через uplink -порты точек, так и по принципу инфраструктурного режима беспроводного доступа.

Uplink-порт — это порт, который предназначен для подключения к другим коммутаторам, но может и использоваться как обычный порт для подключения оконечного оборудования.

Данная технология поддерживается большинством современных точек доступа (рис. 4.4, в).

Дальнейшим развитием беспроводной связи стала технология WiMAX, основанная на стандарте IEEE 802.16 (Institute Electrical and Electronics Engineers — Институт инженеров по электротехнике и paдиоэлектронике ИИЭР США), который разработан на электронную технику, включая компьютерные сети и их элементы.

WiMAX (англ. Worldwide Interoperability for Microwave Access) — телекоммуникационная технология, разработанная с целью предоставления универсальной беспроводной связи на больших расстояниях для широкого спектра устройств (от рабочих станций и портативных компьютеров до мобильных телефонов).

Название «WiMAX» было создано WiMAXForum — организацией, которая была основана в июне 2001 г. с целью продвижения и развития технологии WiMAX, предоставляющей высокоскоростной беспроводной доступ к сети, альтернативный выделенным линиям и DSL (англ. Digital Subscriber Line — цифровая абонентская линия).

- соединение точек доступа Wi-Fi друг с другом и другими сегментами Internet;

- обеспечение беспроводного широкополосного доступа как альтернативы выделенным линиям и DSL;

- предоставление высокоскоростных сервисов передачи данных и телекоммуникационных услуг;

- создание точек доступа, не привязанных к географическому положению.

WiMAX позволяет осуществлять доступ в Internet на высоких скоростях, с гораздо большим покрытием, чем у Wi-Fi-сетей. Это позволяет использовать технологию в качестве «магистральных каналов», продолжением которых выступают традиционные DSL и выделенные линии, а также локальные сети. В результате подобный подход позволяет создавать маштабируемые высокоскоростные сети в рамках целых городов (рис. 4.5).

Основное различие двух технологий состоит в том, что Фиксированный WiMAX позволяет обслуживать только «статичных» абонентов, а мобильный ориентирован на работу с пользователями, передвигающимися со скоростью до 120 км/ч. Мобильность означает наличие функций роуминга и «бесшовного» переключения между базовыми станциями при передвижении абонента (как происходит в сетях сотовой связи). В частном случае мобильный WiMAX может применяться и для обслуживания фиксированных пользователей.