Локальные компьютерные сети. Топология локальных сетей

 

Людям, работающим над одним проектом, приходится постоянно использовать данные, создаваемые коллегами. Благодаря локальной сети разные люди могут работать над одним проектом не по очереди, а одновременно.

Локальная сеть предоставляет возможность совместного использования оборудования [7, с. 338].

Часто дешевле создать локальную сеть и установить один принтер на все подразделение, чем приобретать по принтеру для каждого рабочего места. Файловый сервер сети позволяет обеспечить и совместный доступ к программам.

Оборудование, программы и данные объединяют одним термином: ресурсы. Можно считать, что основное назначение локальной сети — совместный доступ к ресурсам.

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

Локальная сеть создаётся для рационального использования компьютерного оборудования и эффективной работы сотрудников [5, с. 467].

В настоящее время трудно представить себе фирму или даже квартиру, где при наличии хотя бы двух компьютеров они не были бы соединены в сеть. Сеть позволяет пересылать файл с одной машины на другую, хранить совместный архив (как правило, компьютеры неравноценны, и у какого-то из них дисковое пространство больше) и делать распечатки.

В офисе обычно устанавливаются один сервер (для печати и хранения данных) и рабочие станции для сотрудников, один-два модема для выхода в Интернет (или прямое кабельное соединение), для получения и отправки электронной почты, факсов и электронных платежей, несколько сетевых принтеров, внутренняя АТС на десятки телефонных номеров. Организовывать переписку сотрудников внутри локальной сети вполне разумно — это, по крайней мере, упрощает документооборот. В домах ограничиваются настольным сервером с большими дисками, с принтером и сканером и одной-двумя машинами «послабее» (возможно даже, это ноутбуки, с которыми хозяева ходят на работу и частенько приносят работу на дом). Наличие пишущих СD ROMов при передаче достаточно большого объёма информации является малым подспорьем, так как современные ноутбуки «облегчаются» за счёт отсутствия всякой периферии, а гнездо для подключения витой пары есть практически везде. (В качестве среды передачи в локальных сетях преимущественно употребляется неэкранированная витая пара — похожая на обычные провода, свитые парами.)

Локальные компьютерные сети различаются по типу: одноранговые и типа «клиент—сервер».

Одноранговая сеть построена на равноправных компьютерах, каждый из них может использовать ресурсы другого. В сетях с большим количеством пользователей нежелательно, чтобы все пользователи получали доступ ко всем компьютерам сети. Именно поэтому одноранговые сети больше подходят для небольших групп, работающих над одним проектом.

Более популярны сети типа «клиент — сервер». При разделении программ на клиентскую и серверную части удаётся лучше использовать производительность настольных компьютеров, которые нерационально применять в качестве простого терминала. Такой подход даёт возможность перевести приложения с главных компьютеров — мэйнфреймов (англ, main-frame) в системы, основанные на локальных сетях. Программа, используемая на машине пользователя, меньше нагружает сеть передачей данных. Так, программы-навигаторы Интернета, например Internet Ехр1огег, не беспокоят сеть, пока человек разглядывает страницы, загруженные из сети.

Современные локальные сети могут быть построены без использования проводов. Это стало возможным благодаря использованию технологии беспроводной передачи данных Bluetooth. Устройства, использующие стандарт Bluetooth, работают в диапазоне частот от 2,4 до 2,4835 ГГц, этот диапазон называется ISM (Industrial Scientific Medical), то есть промышленный, научный и медицинский и является нелицензируемым, может свободно использоваться всеми желающими. Технология использует FHSS - скачкообразную перестройку частоты (1600 скачков/с) с расширением спектра. При работе передатчик переходит с одной рабочей частоты на другую по псевдослучайному алгоритму. Устройства стандарта Bluetooth,способны соединяться друг с другом, формируя маленькие локальные сети, в каждую из которых может входить до 256 устройств. При этом одно из устройств является ведущим (Master), еще семь – ведомыми(slave), а остальные находятся в дежурном режиме. Радиус действия составляет до 100 м.

Конфигурация локальной сети называется топологией.

Шинная топология соответствует соединению всех сетевых узлов в одноранговую сеть с помощью единственного открытого (open-ended) кабеля. Кабель должен оканчиваться резистивной нагрузкой - так называемыми оконечными резисторами (terminating resistors) (см. рис. 1).

Единственный кабель в состоянии поддерживать только один канал. В данной топологии кабель называют шиной (bus).

Рис. 1 Шинная топология.

 

Типичная шинная топология предполагает использование единственного кабеля без дополнительных внешних электронных устройств с целью объединения узлов в одноранговую сеть. Все подключенные устройства прослушивают трафик шины и принимают только те пакеты, которые адресованы им.

Отсутствие необходимости использования сложных внешних устройств (например, повторителей) в значительной степени упрощает процедуру развертывания шинной локальной сети. Затраты на развертывание также будут незначительными. К недостаткам данной топологии можно отнести ограниченные функциональные возможности, а также недостаточные расстояния передачи данных и расширяемость.

Данную топологию целесообразно применять только в небольших локальных сетях. Поэтому использующие шинную топологию современные коммерческие продукты ориентированы на развертывание недорогой одноранговой сети с ограниченными функциональными возможностями.

Такие продукты предназначены для домашних сетей и сетей небольших офисов.

Кольцевая топология впервые была реализована в простых одноранговых локальных сетях. Каждая рабочая станция соединялась с двумя ближайшими соседями (см. рис. 2).

Общая схема соединения напоминала замкнутое кольцо. Данные передавались только в одном направлении.

Каждая рабочая станция работала как ретранслятор, принимая и отвечая на адресованные ей пакеты и передавая остальные пакеты следующей рабочей станции, расположенной «ниже по течению».

Рис. 2 Одноранговая концевая топология.

 

В первоначальном варианте кольцевой топологии локальных сетей использовалось одноранговое соединение между рабочими станциями. Поскольку соединения такого типа имели форму кольца, они назывались замкнутыми (closed).

Преимуществом локальных сетей этого типа является предсказуемое время передачи пакета адресату. Чем больше устройств подключено к кольцу, тем дольше интервал задержки. Недостаток кольцевой топологии в том, что при выходе из строя одной рабочей станции прекращает функционировать вся сеть.

После появления архитектуры Token Ring, разработанной корпорацией IBM и стандартизированной впоследствии в спецификации IEEE 802.5, первые примитивные версии кольцевой архитектуры были признаны несостоятельными. Архитектура Token Ring отступила от одноранговой схемы соединений в пользу ретранслирующего концентратора. Отказ от топологии однорангового кольца в значительной степени повысил устойчивость всей сети к отказам отдельных рабочих станций.

Локальные сети звездообразной топологии объединяют устройства, которые как бы расходятся из общей точки - концентратора (см. рис. 3).

 

Рис. 3 Топология типа «звезда».

 

Если мысленно представить концентратор в качестве звезды, соединения с устройствами будут напоминать ее лучи - отсюда и название топологии. В отличие от кольцевых топологий, физических или виртуальных каждому сетевому устройству предоставлено право независимого доступа к среде передачи. Такие устройства вынуждены совместно использовать доступную полосу пропускания концентратора. Примером локальной сети звездообразной топологии является Ethernet.

Небольшие локальные сети, реализующие звездообразную топологию, в обязательном порядке используют концентратор. Любое устройство в состоянии обратиться с запросом на доступ к среде передачи независимо от других устройств.

Звездообразные топологии широко используются в современных локальных сетях. Причиной такой популярности является гибкость, возможность расширения и относительно низкая стоимость развертывания по сравнению с более сложными топологиями локальных сетей со строгими методами доступа к среде передачи данных. Рассматриваемая архитектура не только сделала шинные и кольцевые топологии принципиально устаревшими, но и сформировала базис для создания следующей топологии локальных сетей - коммутируемой.

Коммутатор (switch) является многопортовым устройством канального уровня (второй уровень справочной модели OSI).

Коммутатор «изучает» МАС-адреса и накапливает данные о них во внутренней таблице. Между автором кадра и предполагаемым получателем коммутатор создает временное соединение, по которому и передается кадр.

В стандартной локальной сети, реализующей коммутируемую топологию, все соединения устанавливаются через коммутирующий концентратор (switching hub), что и проиллюстрировано на рисунке 4.

 

Рис. 4 Коммутируемая топология.

 

Каждому порту, а, следовательно, и подключенному к порту устройству, выделена собственная полоса пропускания. Первоначально принцип действия коммутаторов основывался на передаче кадров в соответствии с МАС-адресами, однако технологический прогресс внес свои коррективы.

Современные устройства в состоянии коммутировать ячейки (пакеты кадров, имеющие фиксированную длину и соответствующие второму уровню структуры передачи данных). Кроме того, коммутаторы поддерживают протоколы третьего уровня, а также распознают IP-адреса и физические порты коммутатора-концентратора.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что четыре рассмотренные топологии можно считать элементарными блоками для построения локальных сетей. Их можно комбинировать всевозможными способами и расширять.

При выборе топологии следует учитывать в первую очередь требования к производительности сети конкретных приложений-клиентов.

 

Задача №1

 

Решить уравнение a*x =b для пять пар значений, a и b, заданных в виде массивов А и B. Результат поместить в массив X.

Решение:

Переменная b является функцией a*x =b для пяти пар значений a и b. Здесь массивы A, B, Х – постоянные параметры.

Требуется составить блок – схему – алгоритма функции a*x =b для пяти пар значений.

Используя теорию алгоритмов, решим данную задачу.

Блок – схема решения задачи приведена на рис. 2

 

                                                                                   +

                                                      -

 

Рис. 2 Блок – схема алгоритма расчета функции

 

Описание блоков схемы алгоритма

1 блок – начало алгоритма.

2 блок – переменной i присваивается начальное значение для шага 1.

3блок – осуществляется ввод аргументы массивов А и B.

4 блок – расчет аргументов массивов А и B.

5 блок - осуществляется вывод результатов в массив X.

6 блок – рассчитываются все пять значений аргументов a и b представленных массивами A и B.

7 блок - разветвление вычислительного процесса: если произведено вычисления для пяти пар значений, то управление передается в третий блок, в противном случае управление передается в 8 блок.

8 блок – прекращается процесс вычислений, конец алгоритма.

 

Задача №2.

 

1. На Листе 1 создать таблицу «Производство и потери зерновых культур».

2. Выполните все расчеты. Произвести обрамление таблицы.

3. На Листе 2 создать таблицу «Размер и структура стоимости продукции». Использовать ссылки на исходную таблицу.

4. Построить круговую диаграмму структуры стоимости продукции.

Решение:

1. Создание документа «Книга 1».

2. Создание на Листе 1 таблицы «Производство и потери Зерновых культур».

3. Производство расчетов и обрамление таблицы.

Расчеты производятся по формулам:

1. Потери = С5 – D5

Потери = C6 – В6

Потери = С7 – D7

Потери = C8 – В8

Потери = С9 – D9

Потери = C10 – В10

Потери = С11 – D11

2. Потери (%) = D5/C5*100%

Потери (%) = D6/C6*100%

Потери (%) = =D7/C7*100%

Потери (%) = =D8/C8*100%

Потери (%) = D9/C9*100%

Потери (%) = =D10/C10*100%

Потери (%) = =D11/C11*100%

3. Потери по стоимости = G5- H5

Потери по стоимости = G6- H6

Потери по стоимости = G7- H7

Потери по стоимости = G8- H8

Потери по стоимости = G9- H9

Потери по стоимости = G10- H10

Потери по стоимости = G11- H11

4. Потери (%) = H5/G5 100%

Потери (%) = H6/G6 100%

Потери (%) = H7/G7 100%

Потери (%) = H8/G8 100%

Потери (%) = H9/G9 100%

Потери (%) = H10/G12 100%

Потери (%) = H11/G11 100%

 

Таблица 1

				Производство и потери зерновых культур
Культуры		Производство,		Потери		Стоимость		Потери
		млн. т.				млрд. р.
		план	факт	млн.т.	%	план	факт	млн.р.	%
Пшеница		351,1	265,5	85,6	75,619	2427	1846	581	76,061
Овес		59,2	42,9	16,3	72,466	329	240	89	72,948
Ячмень		117,4	92,8	24,6	79,046	730	580	150	79,452
Рожь		38,5	32,6	5,9	84,675	240	205	35	85,417
Рис		438,8	231,9	206,9	52,849	3639	1954	1685	53,696
Просо		122,9	76,7	46,2	62,408	686	425	261	61,953
Кукуруза		339,4	218,5	120,9	64,378	1749	1140	609	65,18
Итого		1467,3	960,9	506,4	491,44	9800	6390	3410	494,71

 

3. На Листе 2 создать таблицу «Размер и структура стоимости продукции». Использовать ссылки на исходную таблицу.

 

Таблица 2