Основні теоретичні відомості. Локальна мережа - це група з декількох комп'ютерів, сполучених між собою за допомогою кабелів (іноді також телефонних ліній або радіоканалів)

Локальна мережа - це група з декількох комп'ютерів, сполучених між собою за допомогою кабелів (іноді також телефонних ліній або радіоканалів), які використовуються для передачі інформації між комп'ютерами і розташованих на невеличкій відстані один від одного. Головна особливість локальних мереж - єдиний для всіх комп’ютерів високошвидкісний канал передачі даних і мала ймовірність виникнення помилок у комунікаційному обладнанні.

Найбільш поширені локальні мережі з 3-12 персональних комп'ютерів, різноманітних запам’ятовуючих пристроїв, друкуючих пристроїв і інших спеціалізованих периферійних устроїв. Локальна комп’ютерна мережа (ЛКМ) повинна бути легка до адаптації, тобто мати гнучку архітектуру, що дозволяє довільно розташовувати місця робітників, додавати або переставляти персональні комп'ютери або периферійні пристрої. У добре організованій мережі збійні ситуації, пошкодження однієї зі складових частин не впливає на роботу інших.

Однією з істотних особливостей ЛКМ є використання всіма ПК (робочими станціями), включеними в мережу, потенційних можливостей інших пристроїв мережі. Завдяки цьому можлива одночасна, і навіть спільна робота з якоюсь програмою, обмін файлами і листами, розподіл між користувачами периферійних пристроїв (принтерів, накопичувачів, CD - ROM і т.д.).

Для з'єднання комп'ютерів у локальну мережу необхідне мережеве обладнання та програмне забезпечення.

Обладнання для локальних мереж.Для об¢єднання комп’ютерів в локальну мережу слід, щоб кожний комп’ютер мережі містив мережевий адаптер, який дозволить комп’ютеру отримувати інформацію з локальної мережі та передавати дані в мережу, а також з’єднати комп’ютери кабелями, по яким буде відбуватися передача даних між комп’ютерами, а також іншими підключеними до мережі пристроями (принтерами, сканерами і т.д.).

У локальних комп’ютерних мережах використовується одна з трьох основних топологій: моноканальна (спільна шина), кільцева або зіркоподібна. Більшість інших є похідними від наведених. Щоб визначити послідовність доступу вузлів мережі до каналу і запобігти накладанню передач пакетів даних різними вузлами, використовують певні методи доступу.

Метод доступу - це набір правил, що визначає використання каналу передавання даних, який сполучає вузли мережі на фізичному рівні.

В локальних мережах наведених топологій найчастіше використовуються такі методи доступу, як Ethernet, TokenRing, Arcnet, що реалізуються відповідними мережевими платами (адаптерами).

В мережі моноканальної топології наявний один канал зв’язку, який об’єднує всі комп’ютери мережі. В мережі з такою топологією (її часто називають шиною або спільною шиною) наявний один канал зв’язку, який об’єднує всі комп’ютери мережі (рис. 18).

Найпоширенішим методом доступу тут є прослуховування носійної частоти і виявлення конфліктів (CSMA/CD).

При цьому методі доступу вузол, перш, ніж передати дані по комунікаційному каналу, прослуховує його і тільки пересвідчившись, що канал вільний, надсилає пакет. Якщо канал зайнятий, то вузол повторює спробу передати пакет через якийсь проміжок часу. Дані, передані одним вузлом мережі, надходять до всіх вузлів, але розпізнає і приймає їх тільки вузол, для якого вони призначені.

Незважаючи на попереднє прослуховування каналу, в мережі можуть виникати конфлікти, які проявляються як одночасне передавання пакетів двома вузлами. Це пов’язано з тим, що сигнал тимчасово затримується під час проходження по каналу: його було передано, але він не дійшов до вузла, що прослуховує канал, внаслідок чого вузол, вважаючи канал вільним, почав передавати дані.

Характерним прикладом мережі з цим методом доступу є Ethernet. У попередньому її варіанті швидкість передавання даних становила 10 Мбіт/с. Сучасні стандарти Fast Ethernet забезпечують понад 100 Мбіт/с і більше. Останнім часом увійшла до вжитку технологія Gigabit Ethernet (швидкість 1 Гбіт/с). Раніше вона грунтувалася на оптиволоконному середовищі передавання даних, нині в ній усе частіше використовують спеціальну виту пару. Мережі з методом доступу Ethernet є найбільш перспективними.

Шинна топологія із застосуванням повільного коаксіального кабелю є найпростішою. Вона гарантує ефективне використання пропускної здатності каналу, стійкість до несправності окремих вузлів, простоту зміни конфігурації та нарощування мережі. Але обмеження швидкості до 10 Мбіт/с зменшує її популярність.

У сучасних локальних мережах вузли Ethernet підключаються витою парою до концентратора (хаба). Цей пристрій має вигляд невеликого блока із спеціалізованим мікрокомп’ютером, що містить від трьох-чотирьох до кількох десятків різноманітних з’єднань для підключення сегментів мережевого кабелю. Таким чином, канал передавання у вигляді витої пари виявляється фізично розділеним, а фізична топологія "зірка" є логічною топологією шини.

У мережі з кільцевою топологією як канал зв’язку використовується замкнене кільце з приймачів – передавачів (рис. 19), сполучених коаксіальним або оптичним кабелем. Найпоширенішим методом доступу в мережах цієї топології є Token-Ring - метод доступу з передаванням маркера.

Рисунок 19 - Локальна комп’ютерна мережа з кільцевою топологією

Маркер - пакет зі спеціальною послідовністю бітів. Він послідовно передається по кільцю від вузла до вузла в одному напрямку. Кожен вузол ретранслює маркер, що передається. Із пакетом маркер передається доти, доки не натрапить на вузол, якому пакет призначено. У цьому вузлі дані приймаються, але маркер не звільняється, а передається по кільцю далі. Тільки повернувшись до відправника, який може пересвідчитися, що передані ним дані благополучно дійшли до адресата, маркер звільняється. Порожній маркер передається наступному вузлу, який за наявності у нього готових до передавання даних, заповнює його і знову передає по кільцю.

У мережах Token-Ring швидкість передавання даних становить 4 Мбіт/с. Ретрансляція даних вузлами призводить до зниження надійності мережі, оскільки несправність в одному з її вузлів розриває все кільце.

Мережа зіркоподібної топології має активний центр - комп’ютер (або інший мережевий пристрій), що об’єднує всі її комп’ютери (рис. 20). Активний центр (концентратор або досконаліший пристрій-комутатор switch) керує комп’ютерами, підключеними до нього, і виконує функції розподілу і підсилення сигналів. Від його надійності повністю залежить працездатність мережі.

Рисунок 20 - Локальна комп’ютерна мережа із зіркоподібною топологією

Одним із методів доступу для мереж з активним центром є Arcnet. У ньому також використовується маркер, що передається від вузла до вузла (немовби по кільцю), обходячи вузли за зростанням їх адрес. Як і в кільцевій топології, кожний вузол регенерує маркер. Цей метод доступу забезпечує швидкість передавання даних лише 2 Мбіт/с, тому вважається застарілим. Для використання разом із зіркоподібною топологією, яка є дуже перспективною, розроблено модифікований метод Ethernet.

З поширенням локальних мереж виникають проблеми обміну інформацією між ними. Так, у рамках університету в кількох навчальних аудиторіях можуть використовуватися локальні мережі різних типів. Для зв’язку між ними застосовують засоби міжмережевої взаємодії, які називаються мостами (bridges) і маршрутизаторами (routers). Як міст або маршрутизатор слугує комп’ютер із двома або більше мережевими адаптерами. Кожний адаптер пов’язує з однією з мереж, що сполучається. Часто для цього застосовують не окремі ПК, а спеціалізовані пристрої.

Міст або маршрутизатор отримує пакети, надіслані комп’ютером однієї мережі комп’ютеру іншої мережі, переадресовує їх і надсилає на вказану адресу. Мости, як правило, використовуються для зв’язку мереж з однаковими комунікаційними системами, наприклад для зв’язку двох мереж Ethernet. Маршрутизатори сполучають мережі з різними комунікаційними системами, оскільки мають засоби перетворення пакетів з одного формату в інший. Існують мости-маршрутизатори (brouters), що об’єднують функції обох засобів (рис. 21).

Для зв’язку мереж із різними комп’ютерними системами призначені шлюзи (gateways). Наприклад, через шлюз локальна мережа може бути сполучена з великою ЕОМ. Часто шлюзи пов’язують локальні комп’ютерні мережі з глобальними, а також різні глобальні мережі між собою.

Зазвичай користувачі навчальних закладів, великих організацій, фірм, підприємств приєднуються до Internet через свою ЛКМ. На один з комп’ютерів локальної мережі прокладається виконання функцій proxy-сервера – управління локальною мережею і „посередництвом” між комп’ютерами користувачів та мережею Internet (proxy – представник, довірена особа). Всі технічні й організаційні питання щодо взаємодії з провайдером вирішує адміністратор мережі.

Рисунок 21 - Схема локальної комп’ютерної мережі кафедри ІКТ

Технічно для приєднання до комп’ютера провайдера необхідні ПК, відповідне програмне забезпечення і модем – пристрій, що перетворює цифрові сигнали від комп’ютера на сигнали для передавання по телефонних лініях і навпаки.