Техническое обеспечение локальных вычислительных сетей, способы наращивания и интеграции локальных вычислительных сетей

• Intranet VPN – предназначен для объединения в единую защищенную сеть нескольких распределенных филиалов одной организации (является наиболее распространенным);
• Remote Access VPN – обеспечивает защищенное взаимодействие между сегментом корпоративной сети (центральным офисом или филиалом) с одиночным пользователем, который подключается к сети с собственного компьютера;
• Client/Server VPN – обеспечивает защиту передаваемых данных между двумя узлами корпоративной сети;
• Extranet VPN – предназначен для использования в сетях, к которым подключаются внешние пользователи, уровень доверия к которым ниже, чем к основным пользователям сети.
 

2. Преимущества применения ЛВС

Преимущества применения локальной вычислительной сети:

• возможность получить и отправить любую информацию с любого компьютера в сети.
• свободное добавление, удаление и перемещение рабочих мест сотрудников внутри офиса/здания;
• оперативное наращивание (модернизация) системы оборудования без затрат на кабельную сеть;
• разделение ресурсов, которое позволяет экономно использовать дорогостоящее оборудование, например, лазерные принтеры, со всех присоединенных рабочих станций;
• разделение данных, которое предоставляет возможность доступа и управления базами данных и элементами файловой системы с периферийных рабочих мест, нуждающихся в информации. При этом обеспечивается возможность администрирования доступа пользователей соответственно уровню их компетенции;
• разделение программного обеспечения, которое предоставляет возможность одновременного использования централизованных, ранее установленных программных средств;
• разделение ресурсов процессора, при котором возможно использование вычислительных мощностей для обработки данных другими системами, входящими в сеть.
 

3. Требования к ЛВС

Требования к ЛВС  опубликованы в 1981 году комитетом "802" IEEE в виде стандарта. Эти требования сформулированы по пяти различным направлениям:

1. Общие требования.
2. Требования к взаимодействию устройств в сети.
3. Информационные требования.
4. Требования к надежности и достоверности.
5. Специальные требования.

3.1. Общие требования

• Выполнение разнообразных функций по передаче данных, включая пересылку файлов, поддержку терминалов (в том числе и скоростных графических), электронную почту, обмен с внешними запоминающими устройствами, обработку сообщений, доступ к файлам и базам данных, передачу речевых сообщений;
• Подключение большого набора "стандартных" и специальных устройств, в том числе больших, малых и ПЭВМ, терминалов, внешних запоминающих устройств, алфавитно-цифровых печатающих устройств, графопостроителей, факсимильных устройств, аппаратуры контроля и управления и другого оборудования;
• Подключение ранее разработанных и перспективных устройств с различными программными средствами, архитектурой, принципами работы
• Доставка пакетов адресату с высокой достоверностью, с обеспечением виртуальных соединений (сеансов) и поддержкой датаграммной службы;
• Обеспечение непосредственной взаимосвязи между подключенными устройствами без промежуточного накопления и хранения информации (возможны промежуточные функции преобразования потоков или функции регистрации потока);
• Простота монтажа, модификации и расширения сети, подключение новых устройств и отключение прежних без нарушения работы сети длительностью более 1 с, информирование всех устройств сети об изменении ее состава;
• Поддержка в рамках одной ЛВС не менее 200 устройств с охватом территории не менее 2 км.

3.2. Требования к взаимодействию устройств в сети

• Возможность для каждого устройства связываться и взаимодействовать с другим устройством;
• Обеспечение равноправного доступа к физической среде для всех коллективно использующих ее устройств;
• Возможность адресации пакетов одному устройству, группе устройств, всем подключенным устройствам;
• Обеспечение возможности некоторым пользователям назначать и менять свой адрес в сети (без нарушения целостности сети).

3.3. Информационные требования

• Должны быть обеспечены "прозрачный" режим обслуживания, возможность приема, передачи и обработки любых сочетаний битов, слов и символов, в том числе и не кратных 8;
• Пропускная способность сети не должна существенно снижаться при достижении полной загрузки и даже перегрузки сети во избежание ее блокировки;
• Скорости передачи данных должны быть 1 - 20 Мбит/с;
• Максимальная задержка передачи пакета через ЛВС должна быть небольшой по величине, постоянной и детерминированной (предварительно рассчитанной).

3.4. Требования к надежности и достоверности

• Отказ или отключение питания подключенного устройства должны вызывать только переходную ошибку;
• ЛВС не должна находиться в состоянии неработоспособности более 0,02% от полного времени работы (это составляет около 20 минут простоя в год для учрежденческой системы и около 2 часов для непрерывно функционирующей системы);
• Средства обнаружения ошибок должны выявлять все пакеты, содержащие до четырех искажений битов. Если же достоверность передачи достаточно высока, сеть не должна сама исправлять обнаруженные ошибки. Функции анализа, принятия решения и исправления ошибки должны выполняться подключенными устройствами;
• Появление пакета с обнаруженной ошибкой не чаще одного раза в год (для сети со скоростью 5 Мбит/с это составит вероятность 10^-14). Частота обнаруживаемых ошибок может иметь порядок 10^-8;
• ЛВС должна обнаруживать и индицировать все случаи совпадения сетевых адресов у двух абонентов.

3.5. Специальные требования

• Простота подключения к другому телекоммуникационному оборудованию;
• Простота интерфейсов между ЛВС и абонентами;
• Защита обмена данными по сети от несанкционированного или случайного доступа;
• Наличие средств сопряжения с другими ЛВС.

При построении ЛВС главной  задачей является грамотное проектирование будущей сети. Благодаря правильно  выбранной структуре локальной сети можно существенно повысить скорость и функциональность системы и сократить дальнейшие расходы на её создание и последующий сервис.

4. Способы интеграции ЛВС

В первую очередь необходимо выбрать способ организации физических связей, то есть топологию. Под топологией вычислительной сети понимается конфигурация графа, вершинам которого соответствуют компьютеры сети (иногда и другое оборудование, например концентраторы), а ребрам - физические связи между ними. Компьютеры, подключенные к сети, часто называют станциями или узлами сети. Объединение компьютеров сети называют интеграцией.

Заметим, что конфигурация физических связей определяется электрическими соединениями компьютеров между собой и может отличаться от конфигурации логических связей между узлами сети. Логические связи представляют собой маршруты передачи данных между узлами сети и образуются путем соответствующей настройки коммуникационного оборудования.

Выбор топологии электрических  связей существенно влияет на многие характеристики сети. Например, наличие резервных связей повышает надежность сети и делает возможным балансирование загрузки отдельных каналов. Простота присоединения новых узлов, свойственная некоторым топологиям, делает сеть легко расширяемой. Экономические соображения часто приводят к выбору топологий, для которых характерна минимальная суммарная длина линий связи. Рассмотрим некоторые, наиболее часто встречающиеся топологии.

Полносвязная топология (рис.1, а) соответствует сети, в которой каждый компьютер сети связан со всеми остальными. Несмотря на логическую простоту, этот вариант оказывается громоздким и неэффективным. Действительно, каждый компьютер в сети должен иметь большое количество коммуникационных портов, достаточное для связи с каждым из остальных компьютеров сети. Для каждой пары компьютеров должна быть выделена отдельная электрическая линия связи. Чаще этот вид топологии используется в многомашинных комплексах или глобальных сетях при небольшом количестве компьютеров.

Все другие варианты основаны на неполносвязных топологиях, когда для обмена данными между двумя компьютерами может потребоваться промежуточная передача данных через другие узлы сети.

Ячеистая топология (mesh) получается из полносвязной путем удаления некоторых возможных связей (рис.1, б). В сети с ячеистой топологией непосредственно связываются только те компьютеры, между которыми происходит интенсивный обмен данными, а для обмена данными между компьютерами, не соединенными прямыми связями, используются транзитные передачи через промежуточные узлы. Ячеистая топология допускает соединение большого количества компьютеров и характерна, как правило, для глобальных сетей.

Общая шина (рис.1, в) является очень распространенной (а до недавнего времени самой распространенной) топологией для локальных сетей. В этом случае компьютеры подключаются к одному коаксиальному кабелю по схеме «монтажного ИЛИ». Передаваемая информация может распространяться в обе стороны. Применение общей шины снижает стоимость проводки, унифицирует подключение различных модулей, обеспечивает возможность почти мгновенного широковещательного обращения ко всем станциям сети. Таким образом, основными преимуществами такой схемы являются дешевизна и простота разводки кабеля по помещениям. Самый серьезный недостаток общей шины заключается в ее низкой надежности: любой дефект кабеля или какого-нибудь из многочисленных разъемов полностью парализует всю сеть. К сожалению, дефект коаксиального разъема редкостью не является. Другим недостатком общей шины является ее невысокая производительность, так как при таком способе подключения в каждый момент времени только один компьютер может передавать данные в сеть. Поэтому пропускная способность канала связи всегда делится здесь между всеми узлами сети.

Топология звезда (рис.1, г). В этом случае каждый компьютер подключается отдельным кабелем к общему устройству, называемому концентратором, который находится в центре сети. В функции концентратора входит направление передаваемой компьютером информации одному или всем остальным компьютерам сети. Главное преимущество этой топологии перед общей шиной - существенно большая надежность. Любые неприятности с кабелем касаются лишь того компьютера, к которому этот кабель присоединен, и только неисправность концентратора может вывести из строя всю сеть. Кроме того, концентратор может играть роль интеллектуального фильтра информации, поступающей от узлов в сеть, и при необходимости блокировать запрещенные администратором передачи.

К недостаткам топологии  типа звезда относится более высокая  стоимость сетевого оборудования из-за необходимости приобретения концентратора. Кроме того, возможности по наращиванию количества узлов в сети ограничиваются количеством портов концентратора. Иногда имеет смысл строить сеть с использованием нескольких концентраторов, иерархически соединенных между собой связями типа звезда (рис.1, д). В настоящее время иерархическая звезда является самым распространенным типом топологии связей как в локальных, так и глобальных сетях.

В сетях с кольцевой конфигурацией (рис.1, е) данные передаются по кольцу от одного компьютера к другому, как правило, в одном направлении. Если компьютер распознает данные как «свои», то он копирует их себе во внутренний буфер. В сети с кольцевой топологией необходимо принимать специальные меры, чтобы в случае выхода из строя или отключения какой-либо станции не прервался канал связи между остальными станциями. Кольцо представляет собой очень удобную конфигурацию для организации обратной связи - данные, сделав полный оборот, возвращаются к узлу-источнику. Поэтому этот узел может контролировать процесс доставки данных адресату. Часто это свойство кольца используется для тестирования связности сети и поиска узла, работающего некорректно. Для этого в сеть посылаются специальные тестовые сообщения.

Рис. 1. Типовые топологии сетей

В то время как небольшие  сети, как правило, имеют типовую  топологию - звезда, кольцо или общая  шина, для крупных сетей характерно наличие произвольных связей между  компьютерами. В таких сетях можно  выделить отдельные произвольно  связанные фрагменты (подсети), имеющие типовую топологию, поэтому их называют сетями со смешанной топологией (рис.2).

Рис. 2. Смешанная топология

Сравнительные характеристики трех наиболее распространенных топологий приведены ниже в табл.1: