Локальная вычислительная сеть (ЛВС). Разработка и установка

Локальная вычислительная сеть (ЛВС) – это вычислительная сеть, охватывающая небольшую территорию и использующая ориентированные на эту территорию средства и методы передачи данных (по ГОСТ 24402).

Её назначение – осуществление совместного доступа к данным, программам и оборудованию.

Задача ЛВС – обеспечить возможность совместного использования оборудования группе сотрудников, совместно создающих тот или иной проект. Оптимальным вариантом является создание локальной сети с одним принтером на каждый отдел или несколько отделов. Файловый сервер сети позволяет обеспечить и совместный доступ к программам и данным.

Схема физического соединения компьютеров в сети определяет ее топологию.

Топология определяет требования к оборудованию, тип используемого кабеля, допустимые и наиболее удобные методы управления обменом, надежность работы, возможности расширения сети.

Существует три базовые топологии сети:

Шина — все компьютеры параллельно подключаются к одной линии связи, информация от каждого из них одновременно передается всем остальным. В современных компьютерных сетях встретить ее почти невозможно;
Звезда – компьютеры присоединяются к центральному коммутатору, причем каждый из них использует отдельную линию связи. Информация от периферийного компьютера передается только центральному компьютеру, от центрального — одному или нескольким периферийным;
Кольцо — компьютеры последовательно объединены в кольцо, и передача информации всегда производится только в одном направлении. Каждый из компьютеров передает информацию только последующему компьютеру, а получает информацию от предыдущего;
Смешанная топология – сочетание выше перечисленных.

Каждая из топологий имеет свои преимущества и недостатки, которые подробно описаны. Для построения каждой из них применяется специфическое оборудование, которое часто совместимо. Время провело «естественный отбор» топологий, и теперь наиболее распространенные – это звезда и смешанная топология.

Компоненты вычислительных сетей

Компьютерная сеть состоит из аппаратных и программных компонент и среды передачи. На рисунке - общая схема сети с возможным оборудованием.

Аппаратные компоненты это:

Абонентские системы: компьютеры (рабочие станции и серверы); принтер-серверы, сканеры, МФУ и проекторы;
Активное сетевое оборудование: концентраторы, коммутаторы, мосты, маршрутизаторы, модемы, брандмауэры, точки доступа wi-fi и пр;
Пассивное сетевое оборудование: патч-панели, коммутационные шкафы, кабель-каналы, коннекторы и т.п.

Программные компоненты представляют собой сетевые операционные системы, MS Windows Server, LANtastic, NetWare, Linux, Unix, специализированное ПО (например программные брандмауэры, или программа сетевого доступа к базам данных) и т.д.

Средой передачи выступают всем известные волоконно-оптические линии, медные пары, wi-fi.

Классификация ЛВС

Основная классификация ЛВС, это классификация по размеру сети и по правам доступа к ресурсам сети:

Децентрализованные (одноранговые) ЛВС рабочих групп, например, домовые сети или сети небольших организаций, которые состоят из нескольких ПК пользователей. В такой ЛВС, могут быть назначены ПК для работы в качестве выделенного сервера для хранения файлов, для печати, для выдачи IP адресов и обеспечения доступа в интернет (эта функция часто возлагается на роутеры). Для запуска такой сети нужно обладать минимальным набором знаний;
ЛВС структурных подразделений. Такие ЛВС содержат до нескольких десятков ПК, и для того чтобы в сети не было «бардака», требуется настройка прав доступа к ее ресурсам. Например, право на подключение к БД предоставляется только после авторизации пользователя. Все серверы сети - файл-серверы, серверы печати, серверы баз данных и т.п. это специализированные ПК, которые применяются исключительно по их назначению. Настройка такой сети потребует определенных знаний и опыта от интегратора;
ЛВС распределенных предприятий, ЛВС, предоставляющие доступ к интернету, иные сети оборудование которых может находиться в разных зданиях, городах, странах. Эти ЛВС могут содержать большое число компьютеров и серверов. Объединение сети в единую осуществляется с помощью сетевых мостов. В такой сети, работник, приехавший в офис компании в другом городе, подключившись к сети, получает в свое распоряжение все те же ресурсы, как если бы он был на своем рабочем месте (подробнее см. СКС). Для запуска и обслуживания таких сетей требуется целый штат квалифицированных специалистов.

Классификация ЛВС по назначению:

Предназначенные для разделения внутренних ресурсов;
Для проведения специализированных расчетов (например, для обработки больших массивов данных, 3D моделирования);
Для предоставления информационных ресурсов и услуг (например, облачные сервисы);
Для управления объектами на основе заданной модели;
информационно-советующие, которые на основе обработки данных вырабатывают информацию для поддержки принятия решений;
информационно-управляющие сети, которые предназначены для управления объектов на основе обработки информации.

Так же ЛВС могут классифицироваться:

По типам используемых компьютеров: однородные сети, которые содержат однотипные компьютеры и системное программное обеспечение, или неоднородные сети, которые содержат разнотипные компьютеры и ПО;

По административным отношениям между компьютерами: ЛВС с централизованным управлением (с выделенными серверами); (децентрализованные) или одноранговые ЛВС.

По топологии: шина, звезда, кольцо;

По архитектуре: Ethernet, Arcnet, Token ring, FDDI.

Разработка и проектирование ЛВС

Для того, чтобы ЛВС соответствовала современным стандартам и выполняла требуемые задачи, на этапе проектирования локальной вычислительной сети последовательно выполняются следующие этапы:

Определение назначения сети: разделение ресурсов, предоставление доступа к ресурсам извне, совместная обработка данных;
Определение типа контента, цифровые текстовые данные, фото, поток видео;
Определение требований к безопасности сети;
Определение среды передачи данных;
Определение мест размещения серверного, коммутационного и конечного оборудования;
На основе полученных данных составляется задания на проектирование локальной вычислительной сети;
Далее производится разработка проектной документации, монтажные и пуско-налабочные работы.

Пример структурной схемы локальной вычислительной сети.

Если в ЛВС предполагается более 10 рабочих станций, то для получения необходимого результата ее разработкой должны заниматься квалифицированные специалисты, имеющие опыт работы в этой сфере.

Общие требования. ЛВС должны удовлетворять требованиям:

Эффективность: сочетать минимальные затраты на её построение и эксплуатацию с высоким качеством работы;
Долговечность: иметь длительный срок эксплуатации;
Масштабируемость: иметь возможность изменения конфигурации и наращивания без замены всей существующей сети;
Универсальность: быть открытой для подключения дополнительного оборудования;
Устойчивость к нештатным ситуациям: при выходе из строя одного или нескольких компьютеров сеть должна продолжать функционировать.

Каналы связи ЛВС

В завершение остановимся подробнее на основных каналах передачи данных в компьютерных сетях:

Коаксиальный кабель – это электрический кабель, состоящий из расположенных соосно центрального проводника и экрана, разделенных изоляционным материалом или воздушным промежутком. Используется для передачи радиочастотных электрических сигналов. В настоящее время практически не используется;
Телефонная пара (больше относится к глобальным сетям) – данный канал связи применяется со времен массового подключения пользователей к сети (Dial-up) модемы, характеризовавшиеся медленной неустойчивой связью, и занятой телефонной линией, и применяется до сих пор, но подключение осуществляется по технологии ADSL. Скорость связи быстрее на порядки, телефонная линия не занята;
UTP 4х2х0,52 (витая пара)– это вид кабеля связи, представляющий собой одну или несколько пар изолированных проводников, скрученных между собой и покрытых пластиковой оболочкой. Долгое время это было основной физический канал для локальных сетей, в настоящее время частично вытесняется Wi-Fi соединением;
Волоконно-оптический канал – вид канала связи, при котором информационный сигнал передаётся при помощи электромагнитного излучения оптического диапазона. Применяется для магистральных каналов в т.ч. между городами и континентами, обеспечивает высокую скорость, помехоустойчивость и возможность передачи больших объемов траффика;
Wi-Fi – это технология соединения на беспроводной основе с сетью, которая происходит благодаря радиосигналам. Описывается стандартами IEEE 802.11xx — набор стандартов связи для коммуникации в беспроводной локальной сетевой зоне частотных диапазонов 0,9, 2,4, 3,6 и 5 ГГц;
Технология спутниковой радиосвязи (больше относится к глобальным сетям). С односторонним (one-way, асимметричным) каналом, когда для приёма данных используется спутниковый канал, а для передачи — доступные наземные каналы и с двухсторонним (two-way, симметричным) — когда и для приёма, и для передачи используются спутниковые каналы;
Связь по мобильным сетям (больше относится к глобальным сетям). Передача данных происходит на частотах операторов сотовой связи: 2G, 3G, 4G, LTE;
Технология Powerline communication. В качестве сети передачи данных и питания используется сеть электроснабжения. Сеть передает данные, накладывая аналоговый сигнал поверх стандартного переменного тока частотой 50 Гц или 60 Гц. Бывает: BPL (Broadband over Power Lines) — широкополосной передачей, обеспечивающий передачу данных со скоростью до 500 Мбит/с, и NPL ( Narrowband over Power Lines) — узкополосная передачей, обеспечивающий передачу данных со скоростью до 1 Мбит/с.

Несомненно, в ближайшем будущем появятся новые технологии передачи данных. Например, появилось экспериментальное оборудование, «раздающее» интернет по световым волнам, модулирующимся на видимый свет обычной лампочки. Техника идет вперед!