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

В нашем случае схемой построения локальных сетей является вариант «звезда». Если домашняя сеть планируется без выхода в интернет, то вместо роутера достаточно будет использовать свитч или коммутатор. В обоих случаях все компьютеры домашней сети подключаются к роутеру или свитчу. Получается звезда — роутер или свитч являются как бы центром, а подключенные к нему компьютеры — лучами звезды. Если мы имеем дело с сетью, которая должна быть подключена к свитчу, но провода на всех компьютерах использовать не хочется (или нет возможности), то в этом случае, чтобы организовать беспроводную локальную сеть, к свитчу необходимо подключить так называемую Wi-Fi точку доступа. На всех компьютерах входящих в домашнюю сеть должны быть установлены модули Wi-Fi.

Если мы используем маршрутизатор  со встроенной точкой доступа, то домашняя сеть организовывается аналогичным  образом. Различие лишь в том, что  в первом случае все настройки (ip-адрес, маску сети) необходимо настраивать вручную на каждом компьютере, а в случае с маршрутизатором нужно только лишь настроить сам маршрутизатор, а настройку компьютеров домашней сети производить будет не нужно. Роутер сам будет раздавать компьютерам локальной сети все необходимые настройки и обеспечивать доступ в интернет. Для этого в свойствах сетевого подключения на каждом компьютере должно быть установлено «динамическое» получение ip-адресов, в этом случае маршрутизатор выдаст каждому компьютеру в домашней сети уникальный ip-адрес, а так же маску сети, шлюз и DNS-сервер. В опциях маршрутизатора должен быть активирован так называемый DHCP-сервер, то есть специальная программа, которая присваивает всем компьютерам сети различные ip-адреса и другие необходимые настройки. Таким образом любой компьютер или ноутбук (КПК) подключенный к данной сети автоматически получит все нужные настройки от роутера и сможет выходить в интернет.

Если какие-то компьютеры нужно подключить с помощью проводов, то, в этом случае, нам понадобится провод витая пара категории UTP-5, коннекторы RJ-45, кримпер.

Рис. 19. Кабель "витая пара" UTP-5 слева и коннектор RJ-45 справа

Способов обжима витой  пары существует два: вариант «А»  и вариант «В». Первый вариант  используется в нашем случае, а второй — в случае соединения только двух компьютеров напрямую, без свитча или маршрутизатора. На рисунках ниже приведены оба варианты обжима сетевого кабеля "витая пара". Здесь очень важно соблюдать последовательность цветов.

Рис. 20. Варианты обжима кабеля «витая пара»

В первом случае (соединение через свитч или маршрутизатор) имеем вариант А (рис. 20 сверху). Во втором случае вариант В для прямого соединения двух компьютеров (рис. 20 свнизу). Сперва очищаем концы кабеля от внешней изоляции примерно на 5 см, затем расплетаем скрутки проводов, после чего выравниваем проводки по цветам в нужной нам последовательности. Откусываем лишние концы проводов клещами, тем самым их выравнивая, и вставляем в коннектор. Вставляем коннектор в кримпер и производим однократный обжим кабеля. Затем аналогичным образом поступаем и с другой стороны.

6. Способы наращивания ЛВС

Для рассмотрения способов наращивания ЛВС определим термины расширяемость и масштабируемость. Их иногда используют как синонимы, но это неверно - каждый из них имеет четко определенное самостоятельное значение.

Расширяемость (extensibility) означает возможность сравнительно легкого добавления отдельных элементов сети (пользователей, компьютеров, приложений, служб), наращивания длины сегментов сети и замены существующей аппаратуры более мощной. При этом принципиально важно, что легкость расширения системы иногда может обеспечиваться в некоторых весьма ограниченных пределах. Например, локальная сеть Ethernet, построенная на основе одного сегмента толстого коаксиального кабеля, обладает хорошей расширяемостью, в том смысле, что позволяет легко подключать новые станции. Однако такая сеть имеет ограничение на число станций - их число не должно превышать 30-40. Хотя сеть допускает физическое подключение к сегменту и большего числа станций (до 100), но при этом чаще всего резко снижается производительность сети. Наличие такого ограничения и является признаком плохой масштабируемости системы при хорошей расширяемости.

Масштабируемость (scalability) означает, что сеть позволяет наращивать количество узлов и протяженность связей в очень широких пределах, при этом производительность сети не ухудшается. Для обеспечения масштабируемости сети приходится применять дополнительное коммуникационное оборудование и специальным образом структурировать сеть. Например, хорошей масштабируемостью обладает многосегментная сеть, построенная с использованием коммутаторов и маршрутизаторов и имеющая иерархическую структуру связей. Такая сеть может включать несколько тысяч компьютеров и при этом обеспечивать каждому пользователю сети нужное качество обслуживания.

Расширение ЛВС направлено на увеличение протяженности сети и числа узлов, объединяемых сетью, что достигается увеличением длины моноканала. Комплексирование сетей – информационное объединение нескольких сетей через средства передачи данных.

6.1. Способы расширения

 В ЛВС  с магистральной структурой вводится  ограничение на предельную длину  кабеля и число подключаемых  к магистрали систем (приемопередатчиков), за счет чего достигается требуемая пропускная способность магистрали при умеренных затратах оборудования в приемопередатчике.

Для увеличения протяженности магистрали используются ретрансляторы (повторители) (рис.21, а), обеспечивающие восстановление электрических и временных параметров сигналов. При этом нагрузка на любой передатчик ограничивается сегментом кабеля и подключенными к нему приемниками, в том числе приемником ретранслятора. Приемники остальных сегментов кабеля являются нагрузкой только для ретранслятора. Возможности расширения сети с помощью ретрансляторов ограничиваются пропускной способностью канала и временем распространения сигнала между наиболее удаленными станциями ЛВС, предельное допустимое значение которого определяется протоколам» управления физическим каналом и доступом к каналу. Предельные размеры сети ограничены максимальным допустимым числом ретрансляторов и расстоянием между наиболее удаленными станциями.

Для связи  сегментов канала могут использоваться ретрансляторы длинной линии (рис.21, б), с помощью которых возможна передача сигналов на расстояния 10²–10³ м.

В ЛВС с  кольцевой структурой электрические  ограничения на число узлов, объединяемых в кольцо, отсутствуют и ограничивается лишь предельная длина сегмента, соединяющего соседние узлы. Вместе с тем при увеличении числа узлов в кольцевой сети возрастает задержка передачи пакетов и увеличивается время доставки пакетов. Для исключения этого эффекта расширение кольцевых ЛВС производится на основе многоканальной структуры сетей.

Рис. 21. Расширение магистральной ЛВС с помощью ретрансляторов

6.2. Способы комплексирования

Для расширения кольцевых ЛВС используются двух- и трехуровневые кольцевые структуры (рис.22). В этом случае сеть строится из нескольких кольцевых подсетей, а каждой из которых передача данных происходит в обычном порядке. Для объединения подсетей используется дополнительное кольцо, содержащее коммутационные узлы КУ, через которые кольца нижнего уровня подсоединяются к кольцевому каналу более высокого уровня. Коммутационные узлы принимают пакеты, адресованные узлам других колец, и направляют их в соответствующие коммутационные узлы для передачи адресату. Коммутация пакетов производится по таблицам маршрутизации, хранимым в памяти коммутационных узлов. За счет иерархических кольцевых структур можно существенно увеличить число станций, входящих в сеть, причем средняя задержка незначительно увеличивается. К тому же при преобразовании кольцевой структуры в оптимальную двух- или трехкольцевую повышается надежность сети.

Рис. 22. Двух- и трехуровневая кольцевая структура ЛВС

Комлексирование моноканальных сетей  в сеть более высокого уровня может  производиться с помощью межканальных станций МКС (рис.23), соединяющих два канала. Межканальная станция выполняет функции, аналогичные функциям узла связи в сетях передачи данных. Она селектирует передаваемые по моноканалу пакеты, выделяя из них те, которые адресованы абонентам, подключенным к выходному каналу станции, принимает выделенные пакеты, хранит их в буферной памяти в передает в выходной канал, связывающий МКС с адресатами. При этом необходимость в коммутации пакетов отсутствует, поскольку МКС имеет только одно выходное направление. Межканальная станция, связывающая два моноканала одного типа, называется мостом. Если сопрягаемые сети находятся на значительном расстоянии, для связи между ними можно использовать линию передачи данных. В этом случае сопряжение сетей производится с помощью двух МКС, связанных линией передачи данных, – длинного моста. Межканальная станция длинного моста преобразует протокол моноканала в протокол передачи данных, например, HDLC, и обратно.

Рис. 23. Многоканальная ЛВС

Многоканальная  сеть может быть однородной, включающей в себя моноканалы одного типа, а  также неоднородной и объединять сети с магистральной и кольцевой структурой и разными протоколами управления физическим каналом, доступом к каналу и информационным каналом. В последнем случае, кроме селекции и управления каналами, необходимо преобразование протоколов информационных каналов. Для этих целей используется интерфейсная система, иначе называемая шлюзом. Интерфейсная система строится на базе микро-ЭВМ, реализующей функции преобразования протоколов. К микро-ЭВМ подключаются адаптеры для сопряжения ЭВМ с моноканалами. С помощью интерфейсной системы возможно сопряжение ЛВС и СПД с использованием протокола Х25, т. е. объединение локальных и глобальных вычислительных сетей.

Единственный качественный способ ускорить обработку данных при  фиксированном числе команд —  внедрять новые команды, исполняющие над данными больше действий, заменяя несколько (иногда даже десятков) простых инструкций. Это не только уменьшает размер кода, но и ускоряет его, т.к. исполнение новой команды будет скорее аппаратное, а не микропрограммное. Вот примеры:

• операции над всеми регистрами;
• непосредственные операнды в командах (где они были недоступны);
• операции с битами и битовыми полями (поиск, выборка, вставка и замена);
• операции с изменением формата на лету (расширение нулём и знаком, перевод из вещественных в целые или обратно, изменение точности, маскированная запись);
• условные операции (копирование, запись константы);
• многоразрядные операции с переносом (для наращивания размера обрабатываемых данных, если они не умещаются в одном регистре);
• команды с регулировкой точности (умножение с получением только старшей или младшей половины результата, приближённые вещественные вычисления и увеличение их точности аппроксимацией);
• слитые команды (умножение-сложение, сложение-вычитание, сравнение-обмен, синус-косинус, перетасовка компонентов вектора, минимум, максимум, среднее, модуль, знак);
• горизонтальная арифметика (источники и приёмник являются компонентами одного вектора);
• недеструктивные операции (приёмник не перезаписывает источники — не требуется предварительная команда копирования одного из операндов в новый регистр);
• программно-специфичные команды (подсчёт контрольной суммы и битовой населённости, поиск подстроки, сумма модулей разностей, индекс и значени<span class="dash0411_0435_0437_0020_0438_043d_0442_0435_0440_0432_0430_043b_0430__Char" style=" font-family: 'Times New Roman', 'Arial'; font-size: 12pt; text-decoration: