Понятие и виды локальных вычислительных сетей

Современный мир сложно представить без участия вычислительных машин, они внедрены во все отрасли промышленности, науки, образования и медиа. Для того чтобы осуществить обмен информацией между компьютерами, их объединяют в единый кластер. Локальная Сеть — это сеть, которая позволяет на уровне физических или программных интерфейсов электронных устройств организовывать передачу данных между ними в пределах указанной полосы адресов. В этой статье представлена информация, дающая наиболее полное представление об этой технологии.

Что такое и для чего нужна локальная Сеть

Почти каждое вычислительное устройство имеет в своем составе встроенный сетевой интерфейс – оборудование, позволяющее производить соединение по заданному протоколу (стандарту). Если объединение состоит из более чем двух единиц техники, оно называется локальной вычислительной Сетью (ЛВС). При такой технологии каждому адаптеру из диапазона разрешенных значений назначается свой адрес (IP-address), по которому и идентифицируется (наряду с MAC-адресом) получатель или отправитель пакета данных.

Теперь несложно понять, что локальная Сеть и компьютерная Сеть — это одно и то же, их основное назначение – предоставлять набор множества сетевых функций, облегчающих обмен информацией и призванных объединить группы пользователей. Среди них наиболее известными являются FTP протокол, файловые хранилища, общий доступ к принтерам и папкам. Также ЛВС может использоваться для организации удаленного управления, игровых серверов, параллельных вычислений, доступа в Интернет и т. д.

Типы локальных сетей

ЛВС имеют довольно обширную иерархию свойств, которые определяют ее принадлежность к тому или иному типу. В общем случае это два параметра:

1. Способ связи. Проводной – для создания канала передачи информации используются металлические или оптоволоконные кабели, а сигналы, соответственно, имеют вид электрических или световых импульсов. Беспроводной тип связи (Wi-Fi) – технология, которая предусматривает передачу данных при помощи электромагнитного поля, при этом для защиты используются различные методы шифрования, имеющие закрытый ключ.
2. Ранг Сети. Одноранговые – простейшие ЛВС, в составе которых количество вычислительных машин условно ограничено значением не более 10, при этом сохраняется полная политика равноправия среди пользователей, которые сами устанавливают политику доступа к информации. Многоранговые – основа и центральный элемент такой ЛВС всегда один или несколько серверов, а остальные устройства выступают в роли клиентов.

Основные задачи локальных вычислительных сетей

В общих чертах о назначении ЛВС уже было сказано выше, однако для описания полного функционала необходимо более подробно раскрыть эти пункты:

• Объединять активные сетевые устройства в кластер для организации общего доступа к ресурсам. Примером может служить корпоративный документооборот через общую папку (в широком смысле – файловый сервер), который позволяет сотрудникам эффективно обмениваться файлами в пределах ЛВС организации. Также можно сделать общедоступными многофункциональные устройства (принтеры и сканеры), обеспечив офисы собственными серверами печати.
• Создание сервера приложений или игр. Еще одна полезная функция ЛВС – это снижение количества используемой вычислительной мощности на стороне клиента. При этом программа или игра установлены на сервере, а на пользовательском устройстве запускаются лишь  оболочки.
• Использование баз данных. Также для ускорения работы некоторых приложений используются специальные серверы в составе ЛВС для организации информации в виде упорядоченных блоков (например, MSSQL). Наряду с быстрым доступом, это обеспечивает дополнительную безопасность.
• Объединение в группы и использование политик безопасности. Эта функция возможна только благодаря ЛВС, она позволяет централизованно определять принадлежность пользователей к заданному сегменту, а также назначать им права доступа к общим ресурсам без внесения изменений в систему на клиентском ПК.
• Проксирование трафика. Обычно в любой ЛВС, которая имеет доступ к Интернету, установлен прокси-сервер (прозрачный или непрозрачный). Это необходимо, чтобы контролировать исходящие от пользователей соединения и отклонять пакеты данных, которые по какой-либо причине являются запрещенными.

Главные составляющие локальной Сети

Локальные вычислительные сети кратко делятся на две основные составляющие:

1. аппаратные;
2. программные;

Первые, в свою очередь, делятся на подтипы:

• Автоматизированное рабочее место. Включает в себя все вычислительные устройства, в роли которых могут выступать ПК, серверы, принтеры и сканеры с собственным сервером печати и т. д.
• Активное сетевое оборудование. Включает в себя концентраторы, коммутаторы, маршрутизаторы, сетевые мосты и интерфейсы.
• Пассивное сетевое оборудование. Состоит из кабелей, разъемов и прочих вспомогательных комплектующих.

Программная часть ЛВС обязательно включает в себя операционную систему (на сегодня их существует множество), которая должна быть обеспечена минимальным набором служб:

1. драйвер сетевого интерфейса;
2. сетевой протокол;
3. общий доступ к файлам и принтерам;
4. удаленный доступ;
5. сетевые и локальные политики безопасности.

Преимущества пользования локальной Сетью

К основным преимуществам ЛВС относятся следующие возможности:

• Организация распределенного доступа к общим ресурсам, таким как файлы, документы, принтеры, сканеры и даже программное обеспечение.
• Оптимизация всех этапов электронного документооборота за счет увеличения скорости коммуникации между пользователями ЛВС.
• Гибкое распределение доступа к  Интернету между клиентами ЛВС с назначением выделенной скорости, объема трафика и времени работы.

Требования, предъявляемые локальным вычислительным сетям

Как и при работе с любым техническим объектом, для улучшения качества функционирования ЛВС на нее должны накладываться определенные требования. Критерием могут служить следующие показатели, которые тем лучше, чем они выше:

1. Пропускная способность. Определяет то, сколько пользователей могут единовременно выполнять задачи внутри ЛВС. Эквивалентно максимальной скорости передачи данных, для современных сетей удовлетворительное значение порядка 1 Гбит/сек.
2. Отказоустойчивость. Достигается путем тщательной проработки проекта ЛВС еще на начальном этапе. В основном на этот показатель влияет качество монтажа, используемого оборудования, а также расходных материалов. Для файловых хранилищ также важно независимое дублирование информации с условием территориального разнесения.
3. Наличие средств диагностики. Чем больше в узлах ЛВС находится элементов, которые вещают в канал связи информацию о себе, тем легче обнаружить ошибки, возникающие при передаче данных.
4. Возможность расширения и интеграции. Этот фактор включает в себя не только предусмотренное проектом увеличение количество пользователей, но и взаимозаменяемость компонентов ЛВС. Например, если необходимо заменить сервер приложений на более мощный, это не должно повлиять на работу в целом.
5. Совместимость на уровне ОС клиента. Заключается в том, что пользователи с разными ОС должны иметь доступ к общим ресурсам. Например, на уровне Linux при организации файлового хранилища можно использовать службу Samba. При этом для пользователя с ОС Windows эти каталоги будут доступны в привычном виде (папки).

Топологии локальных сетей

Виды локальных вычислительных сетей зависят и от такого понятия, как топология, которая определяет, каким образом объединяются элементы ЛВС, при этом общепринято разделение на четыре вида:

• Соединение типа «шина». На сегодня это редкая реализация, которая подразумевает соединение вычислительных машин при помощи одного коаксиального кабеля, сигнал с которого снимается посредством разъема типа «терминатор».
• «Звездочка». Часто встречается в малых ЛВС, центральный элемент, занимающий самый высокий уровень иерархии – обычный коммутатор, через который ПК или периферия с активным сетевым оборудованием обмениваются пакетами данных.
• «Кольцевой тип». Для его реализации необходимо мостовое соединение, благодаря чему все вычислительные устройства имеют последовательное соединение (закольцованы).

• Смешанная топология. Обычно это многоранговая ЛВС, включающая в себя соединения типа «звезда». Примером может служить задача, когда есть несколько территориально недалеких и обособленных подразделений (в радиусе 300 метров). Чтобы не производить прокладку кабеля от сервера к каждому устройству (крайне неэкономично), в каждом офисе установлен собственный коммутатор.

Пример маршрутизации

В целом маршрутизация (или создание таблицы маршрутов) – это процесс, при котором сетевому интерфейсу указывается, через какой адрес получать доступ к удаленному сетевому ресурсу. Для лучшего понимания следует разобрать пример.

1. Допустим, существуют две подсети, 192.168.0.0/24 и 10.0.0.0/8.
2. Во второй подсети имеется файловый сервер с адресом 10.0.0.10, к которому нужно устроить доступ. В первой находится ПК с адресом 192.168.0.33 и сервер с двумя сетевыми интерфейсами (192.168.0.1 и 10.0.0.100), между которыми настроен NAT.
3. Тогда для добавления маршрута в ОС Windows нужно запустить командную строку от имени Администратора и ввести команду «route ADD -p 10.0.0.10 MASK 255.0.0.0 192.168.0.1 METRIC 1».
4. Нажать Enter. В «Пуск»-«Выполнить» или в адресной строке обычной папки ввести \\10.0.0.10 и нажать Enter. ПК получит доступ к ресурсам файлового хранилища.

 Как происходит вычисление IP-адреса Сети и компьютера?

Находясь в ЛВС, довольно просто узнать IP-адрес компьютера и пул адресов в целом. Для этого необходимо:

• На ПК под управлением Windows. Запустить командную строку от имени Администратора, в ней ввести команду «ipconfig». В выводе на экран найти нужный сетевой интерфейс, где будут значение IPv4 или IPv6 – текущий адрес ПК и маска подсети, которая определяет общее количество доступных адресов. Например, IP = 192.168.0.59, а маска = 255.255.255.0, это значит, что ПК работает в подсети 192.168.0.0 с диапазоном адресов 192.168.0.1 – 192.168.0.255.
• На ПК с ОС Linux аналогом команды ipconfig будет запуск из терминала утилиты ifconfig, вычисление адресов производится так же, как и в предыдущем пункте.

Из информации, изложенной в статье,  нетрудно понять, какая Сеть называется локальной. Итак, ЛВС – неотъемлемая часть современного цифрового мира, которая уже является необходимостью, нежели какой-то экзотикой. Более того, большинство вычислительных устройств априори нацелены на работу в Интернете, которая, по сути, также является многоранговой ЛВС, отличаться от привычной корпоративной она будет только сложными таблицами маршрутизации и огромным количеством активного сетевого оборудования.

Подгорнов Илья ВладимировичВсё статьи нашего сайта проходят аудит технического консультанта. Если у Вас остались вопросы, Вы всегда их можете задать на его странице.