Локальные компьютерные сети

Локальная вычислительная сеть, или LAN (от англ. Local Area Network), – это тип соединения, который позволяет компьютерам и периферийным устройствам работать вместе в определенной области. Эти типы сетей обычно соединяют компьютеры друг с другом – в рамках студии, филиала, компании или учреждения.

В сети LAN персональные компьютеры, сетевые станции, принтеры и серверы связаны друг с другом. Локальная сеть обеспечивает совместный доступ нескольких пользователей к одним и тем же устройствам и приложениям, обмен файлами и связь по электронной почте и другим приложениям. Локальная вычислительная сеть должна отвечать трем основным требованиям: обеспечивать высокую пропускную способность (скорость передачи данных), масштабируемость (расширение, замена устройств) и надежность.

Типы сетей

Ниже представлены самые популярные типы сетей

• Персональная сеть (PAN).

• Локальная сеть (сокращенно LAN).

• Городская сеть (MAN).

• WAN (глобальная сеть).

• Беспроводная локальная сеть (сокращенно WLAN).

• SAN (сеть хранения данных).

• Корпоративная частная сеть (EPN).

• VPN (виртуальная частная сеть).

Разветвленная компьютерная сеть, т. е. сеть WAN, соединяет телекоммуникационные сети в более крупных географических районах за счет использования специализированных решений. Глобальные сети обычно используются для соединения различных местоположений компании в единую сеть.

Локальная вычислительная сеть является одним из основополагающих элементов любой ИТ-инфраструктуры. Сегодня сложно представить хорошо функционирующую организацию, которая не имела бы защищенного и непрерывного доступа к сетям передачи данных. Сбои в правильном функционировании сети могут нарушить непрерывность ключевых бизнес-процессов, а это может привести к серьезным последствиям.

Узел сети (сетевой узел) – это любое компьютерное устройство, соединённое с другими компьютерными устройствами, как часть компьютерной сети. Все узлы сети делятся на пользовательские сетевые устройства и специальное сетевое оборудование.

Характерным признаком локальной сети является объединение в компьютерную сеть двух и более независимых сетевых устройств с обязательным использованием специального сетевого оборудования – компьютерных устройств для обеспечения работы самой сети.

Сетевой IP-протокол и IP-адрес

Сетевой IP-протокол – это набор правил для передачи данных в интернет- и локальных сетях. В пределах этой статьи, нас эти IP-правила совершенно не интересуют. Кроме одного – неотъемлемой частью IP-протокола является адресация сети и наличие уникального! IP-адреса у каждого сетевого объекта. Это важно. Именно этот признак отличает локальную сеть от персональной.

Сетевая плата

Сетевая плата (сетевая карта, сетевой адаптер, Ethernet-адаптер) – дополнительное устройство, позволяющее компьютеру взаимодействовать с другими компьютерными устройствами в локальной сети. Наличие сетевой карты – обязательное условие подключения устройства к локальной сети. Без сетевого адаптера, пользовательский узел локальной сети не сможет поддерживать сетевую адресацию, согласно IP-протокола.

Технологии Wi-Fi и Bluetooth в компьютерных сетях

Технологии и устройства Wi-Fi и Bluetooth в компьютерных сетях используются для создания удобных беспроводных подключений при присоединении компьютерного оборудования. При этом, Wi-Fi и Bluetooth адаптеры имеют свои собственные радиосети, или как принято говорить – зоны покрытия.

Зоны покрытия Wi-Fi и Bluetooth всегда являются беспроводными частями локальных или персональных компьютерных сетей. Зоны покрытия Wi-Fi и Bluetooth адаптеров значительно расширяют возможности компьютерных сетей, но никогда не могут полностью их заменить. Потому что, технологии и устройства Wi-Fi и Bluetooth – это, всего лишь стандарты и способы беспроводного подключения оборудования в компьютерные сети, но не сами компьютерные сети, как таковы.

Устройства Wi-Fi и Bluetooth – это обычные сетевые компоненты, а зоны покрытия Wi-Fi и Bluetooth можно рассматривать, как отдельные сетевые фрагменты компьютерной сети, но не более того.

Реальной компьютерной сети абсолютно «до лампочки», каким образом в неё подключается устройство – по «шнурковой» или «безшнурковой» технологии. При этом, если сеть была локальной – так, она локальной и останется. А, если сеть была персональной – то, наличие Bluetooth не расширит возможности персональной сети до локального уровня. Потому что, важен не способ подключения устройства (шнуром или без него), а принцип построения компьютерной сети – наличие или отсутствие сетевого интернет-протокола и сетевой адресации.

Технология Wi-Fi (Беспроводные локальные сети)

Технология и устройства Wi-Fi используются при построении локальных сетей для беспроводного подключения в них сетевого оборудования. Подразумевается, что Wi-Fi устройство обязательно должно иметь точку доступа для вхождения в вышестоящую сеть, с которой, оно (Wi-Fi устройство) будет поддерживать сетевое соединение и раздавать его в свою собственную подсеть через LAN-порты или по Wi-Fi радиосети.

Принципиально, сетевая работа для Wi-Fi роутера сводится к выполнению функций обычного сетевого маршрутизатора, концентратора или коммутатора (свитча), к которым мы давно уже привыкли. (свитч от англ. switch – переключатель – устройство для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного или нескольких сегментов сети).

Технология Bluetooth (Беспроводные персональные сети) (англ. Wireless personal area network, WPAN)

Технология и устройства Bluetooth используются для создания беспроводных персональных сетей и расширения их возможностей. Bluetooth-адаптеры обеспечивают обмен информацией между персональными устройствами индивидуальной (персональной) сети.

Интересен тот факт, что технология Bluetooth позволяет сделать совершенно немыслимое многопользовательское подключение для одного-единственного персонального устройства и присоединить его безо всякого «расшаривания», сразу к нескольким индивидуальным пользователям. При этом, такое устройство не будет общим по сетевым понятиям, но, оно – будет общим по его физической сути.

Отличия локальных сетей от глобальных

Рассмотрим основные отличия локальных сетей от глобальных более детально. Так как в последнее время эти отличия становятся все менее заметными, то будем считать, что в данном разделе мы рассматриваем сети конца 80-х годов, когда эти отличия проявлялись весьма отчетливо, а современные тенденции сближения технологий локальных и глобальных сетей будут рассмотрены в следующем разделе.

• Протяженность, качество и способ прокладки линий связи. Класс локальных вычислительных сетей по определению отличается от класса глобальных сетей небольшим расстоянием между узлами сети. Это в принципе делает возможным использование в локальных сетях качественных линий связи: коаксиального кабеля, витой пары, оптоволоконного кабеля, которые не всегда доступны (из-за экономических ограничений) на больших расстояниях, свойственных глобальным сетям, В глобальных сетях часто применяются уже существующие линии связи (телеграфные или телефонные), а в локальных сетях они прокладываются заново.
  
  

• Сложность методов передачи и оборудования. В условиях низкой надежности физических каналов в глобальных сетях требуются более сложные, чем в локальных сетях, методы передачи данных и соответствующее оборудование. Так, в глобальных сетях широко применяются модуляция, асинхронные методы, сложные методы контрольного суммирования, квитирование и повторные передачи искаженных кадров. С другой стороны, качественные линии связи в локальных сетях позволили упростить процедуры передачи данных за счет применения немодулированных сигналов и отказа от обязательного подтверждения получения пакета.
  
  

• Скорость обмена данными. Одним из главных отличий локальных сетей от глобальных является наличие высокоскоростных каналов обмена данными между компьютерами, скорость которых (10,16и100 Мбит/с) сравнима со скоростями работы устройств и узлов компьютера - дисков, внутренних шин обмена данными и т. п. За счет этого у пользователя локальной сети, подключенного к удаленному разделяемому ресурсу (например, диску сервера), складывается впечатление, что он пользуется этим диском, как «своим». Для глобальных сетей типичны гораздо более низкие скорости передачи данных - 2400,9600,28800,33600 бит/с, 56 и 64 Кбит/с и только на магистральных каналах - до 2 Мбит/с.
  
  

• Разнообразие услуг. Локальные сети предоставляют, как правило, широкий набор услуг - это различные виды услуг файловой службы, услуги печати, услуги службы передачи факсимильных сообщений, услуги баз данных, электронная почта и другие, в то время как глобальные сети в основном предоставляют почтовые услуги и иногда файловые услуги с ограниченными возможностями - передачу файлов из публичных архивов удаленных серверов без предварительного просмотра их содержания.
  
  

• Оперативность выполнения запросов. Время прохождения пакета через локальную сеть обычно составляет несколько миллисекунд, время же его передачи через глобальную сеть может достигать нескольких секунд. Низкая скорость передачи данных в глобальных сетях затрудняет реализацию служб для режима on-line, который является обычным для локальных сетей.
  
  

• Разделение каналов. В локальных сетях каналы связи используются, как правило, совместно сразу несколькими узлами сети, а в глобальных сетях - индивидуально.
  
  

• Использование метода коммутации пакетов. Важной особенностью локальных сетей является неравномерное распределение нагрузки. Отношение пиковой нагрузки к средней может составлять 100:1 и даже выше. Такой трафик обычно называют пульсирующим. Из-за этой особенности трафика в локальных сетях для связи узлов применяется метод коммутации пакетов, который для пульсирующего трафика оказывается гораздо более эффективным, чем традиционный для глобальных сетей метод коммутации каналов. Эффективность метода коммутации пакетов состоит в том, что сеть в целом передает в единицу времени больше данных своих абонентов. В глобальных сетях метод коммутации пакетов также используется, но наряду с ним часто применяется и метод коммутации каналов, а также некоммутируемые каналы - как унаследованные технологии некомпьютерных сетей.
  
  

• Масштабируемость. «Классические» локальные сети обладают плохой масштабируемостью из-за жесткости базовых топологий, определяющих способ подключения станций и длину линии. При использовании многих базовых топологий характеристики сети резко ухудшаются при достижении определенного предела по количеству узлов или протяженности линий связи. Глобальным же сетям присуща хорошая масштабируемость, так как они изначально разрабатывались в расчете на работу с произвольными топологиями.

Тенденция к сближению локальных и глобальных сетей

Если принять во внимание все перечисленные выше различия локальных и глобальных сетей, то становится понятным, почему так долго могли существовать раздельно два сообщества специалистов, занимающиеся этими двумя видами сетей. Но за последние годы ситуация резко изменилась.

Специалисты по локальным сетям, перед которыми встали задачи объединения нескольких локальных сетей, расположенных в разных, географически удаленных друг от друга пунктах, были вынуждены начать освоение чуждого для них мира глобальных сетей и телекоммуникаций. Тесная интеграция удаленных локальных сетей не позволяет рассматривать глобальные сети в виде «черного ящика», представляющего собой только инструмент транспортировки сообщений на большие расстояния. Поэтому все, что связано с глобальными связями и удаленным доступом, стало предметом повседневного интереса многих специалистов по локальным сетям.

С другой стороны, стремление повысить пропускную способность, скорость передачи данных, расширить набор и оперативность служб, другими словами, стремление улучшить качество предоставляемых услуг - все это заставило специалистов по глобальным сетям обратить пристальное внимание на технологии, используемые в локальных сетях.

Таким образом, в мире локальных и глобальных сетей явно наметилось движение навстречу друг другу, которое уже сегодня привело к значительному взаимопроникновению технологий локальных и глобальных сетей.

Одним из проявлений этого сближения является появление сетей масштаба большого города (MAN), занимающих промежуточное положение между локальными и глобальными сетями. При достаточно больших расстояниях между узлами они обладают качественными линиями связи и высокими скоростями обмена, даже более высокими, чем в классических локальных сетях. Как и в случае локальных сетей, при построении MAN уже существующие линии связи не используются, а прокладываются заново.

Сближение в методах передачи данных происходит на платформе оптической цифровой (немодулированной) передачи данных по оптоволоконным линиям связи. Из-за резкого улучшения качества каналов связи в глобальных сетях начали отказываться от сложных и избыточных процедур обеспечения корректности передачи данных. Примером могут служить сети frame relay. В этих сетях предполагается, что искажение бит происходит настолько редко, что ошибочный пакет просто уничтожается, а все проблемы, связанные с его потерей, решаются программами прикладного уровня, которые непосредственно не входят в состав сети frame relay.

За счет новых сетевых технологий и, соответственно, нового оборудования, рассчитанного на более качественные линии связи, скорости передачи данных в уже существующих коммерческих глобальных сетях нового поколения приближаются к традиционным скоростям локальных сетей (в сетях frame relay сейчас доступны скорости 2 Мбит/с), а в глобальных сетях АТМ и превосходят их, достигая 622 Мбит/с.

В результате службы для режима on-line становятся обычными и в глобальных сетях. Наиболее яркий пример - гипертекстовая информационная служба World Wide Web, ставшая основным поставщиком информации в сети Internet. Ее интерактивные возможности превзошли возможности многих аналогичных служб локальных сетей, так что разработчикам локальных сетей пришлось просто позаимствовать эту службу у глобальных сетей. Процесс переноса служб и технологий из глобальных сетей в локальные приобрел такой массовый характер, что появился даже специальный термин - intranet-технологии (intra - внутренний), обозначающий применение служб внешних (глобальных) сетей во внутренних - локальных.

Локальные сети перенимают у глобальных сетей и транспортные технологии. Все новые скоростные технологии (Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, l00VG-AnyLAN) поддерживают работу по индивидуальным линиям связи наряду с традиционными для локальных сетей разделяемыми линиями. Для организации индивидуальных линий связи используется специальный тип коммуникационного оборудования - коммутаторы. Коммутаторы локальных сетей соединяются между собой по иерархической схеме, подобно тому, как это делается в телефонных сетях: имеются коммутаторы нижнего уровня, к которым непосредственно подключаются компьютеры сети, коммутаторы следующего уровня соединяют между собой коммутаторы нижнего уровня и т. д. Коммутаторы более высоких уровней обладают, как правило, большей производительностью и работают с более скоростными каналами, уплотняя данные нижних уровней. Коммутаторы поддерживают не только новые протоколы локальных сетей, но и традиционные - Ethernet и Token Ring.

В локальных сетях в последнее время уделяется такое же большое внимание методам обеспечения защиты информации от несанкционированного доступа, как и в глобальных сетях. Такое внимание обусловлено тем, что локальные сети перестали быть изолированными, чаще всего они имеют выход в «большой мир» через глобальные связи. При этом часто используются те же методы - шифрование данных, аутентификация пользователей, возведение защитных барьеров, предохраняющих от проникновения в сеть извне.

И наконец, появляются новые технологии, изначально предназначенные для обоих видов сетей. Наиболее ярким представителем нового поколения технологий является технология АТМ, которая может служить основой не только локальных и глобальных компьютерных сетей, но и телефонных сетей, а также широковещательных видеосетей, объединяя все существующие типы трафика в одной транспортной сети.