Локальні мережі

Способів і засобів обміну інформацією за останнім часом запропонована безліч: від найпростішого переносу файлів за допомогою дискети до всесвітньої комп’ютерної мережі Інтернет, здатної об’єднати всі комп’ютери миру. Яке ж місце в цій ієрархії приділяється локальним мережам?

Найчастіше термін “локальні мережі” або “локальні обчислювальні мережі” (LAN, Local Area Network) розуміють буквально, тобто це такі мережі, які мають невеликі, локальні розміри, з’єднують близько розташовані комп’ютери. Однак досить подивитися на характеристики деяких сучасних локальних мереж, щоб зрозуміти, що таке визначення не точне. Наприклад, деякі локальні мережі легко забезпечують зв’язок на відстані декількох десятків кілометрів. Це вже розміри не кімнати, не будинку, не близько розташованих будинків, а, може бути, навіть цілого міста. З іншого боку, по глобальній мережі (WAN, Wide Area Network або GAN, Global Area Network) цілком можуть зв’язуватися комп’ютери, що перебувають на сусідніх столах в одній кімнаті, але її чомусь ніхто не називає локальною мережею. Близько розташовані комп’ютери можуть також зв’язуватися за допомогою кабелю, що з’єднує рознімання зовнішніх інтерфейсів (RS232-C, Centronics) або навіть без кабелю по інфрачервоному каналу (IrDA). Але такий зв’язок теж чомусь не називається локальним.

Невірно й визначення локальної мережі як малої мережі, що поєднує невелику кількість комп’ютерів. Дійсно, як правило, локальна мережа зв’язує від двох до декількох десятків комп’ютерів. Але граничні можливості сучасних локальних мереж набагато вище: максимальне число абонентів може досягати тисяч. Називати таку мережу малою неправильно.

Деякі автори визначають локальну мережу як “систему для безпосереднього з’єднання багатьох комп’ютерів”. При цьому мається на увазі, що інформація передається від комп’ютера до комп’ютера без яких-небудь посередників і по єдиному середовищу передачі. Однак говорити про єдине середовище передачі в сучасній локальній мережі не доводиться. Наприклад, у межах однієї мережі можуть використатися як електричні кабелі різних типів (кручена пари, коаксіальний кабель), так й оптоволоконні кабелі. Визначення передачі “без посередників” також не коректно, адже в сучасних локальних мережах використаються репітери, трансівери, концентратори, комутатори, маршрутизатори, мости, які часом роблять досить складну обробку переданої інформації. Не зовсім зрозуміло, чи можна вважати їх посередниками чи ні, чи можна вважати подібну мережу локальною.

Напевно, найбільш точно було б визначити як локальну таку мережу, що дозволяє користувачам не відчувати зв’язки. Ще можна сказати, що локальна мережа повинна забезпечувати прозорий зв’язок. По суті, комп’ютери, зв’язані локальною мережею, поєднуються в один віртуальний комп’ютер, ресурси якого можуть бути доступні всім користувачам, причому цей доступ не менш зручний, чим до ресурсів, що входять безпосередньо в кожен окремий комп’ютер. Під зручністю в цьому випадку розуміється висока реальна швидкість доступу, швидкість обміну інформацією між додатками, практично непомітна для користувача. При такому визначенні стає зрозуміло, що ні повільні глобальні мережі, ні повільний зв’язок через послідовний або паралельний порти не попадають під поняття локальної мережі.

З даного визначення видно, що швидкість передачі по локальній мережі обов’язково повинна рости в міру росту швидкодії найпоширеніших комп’ютерів. Саме це й спостерігається: якщо ще десять років тому цілком прийнятною вважалася швидкість обміну в 10 Мбіт/с, то зараз уже средньошвидкісною вважається мережа, що має пропускну здатність 100 Мбіт/с, активно розробляються, а подекуди використовуються засоби для швидкості 1000 Мбіт/с і навіть більше. Без цього вже не можна, інакше зв’язок стане занадто вузьким місцем, буде надмірно сповільнювати роботу об’єднаного мережею віртуального комп’ютера, знижувати зручність доступу до мережних ресурсів.

Таким чином, головна відмінність локальної мережі від будь-який іншої – висока швидкість передачі інформації з мережі. Але це ще не все, не менш важливі й інші фактори.

Зокрема, принципово необхідний низький рівень помилок передачі, викликаних як внутрішніми, так і зовнішніми факторами. Адже навіть дуже швидко передана інформація, що перекручена помилками, просто не має змісту, її доведеться передавати ще раз. Тому локальні мережі обов’язково використовують прокладення спеціальних високоякісних й добре захищених від перешкод ліній зв’язку.

Особливе значення має й така характеристика мережі, як можливість роботи з великими навантаженнями, тобто з високою інтенсивністю обміну (або, як ще говорять, з великим трафіком). Адже якщо механізм керування обміном, використовуваний у мережі, не занадто ефективний, то комп’ютери можуть подовгу чекати своєї черги на передачу. І навіть якщо ця передача буде проводитися потім на найвищій швидкості й безпомилково, для користувача мережі така затримка доступу до всіх мережних ресурсів неприйнятна. Адже йому не важливо, чому доводиться чекати.

Механізм керування обміном може гарантовано успішно працювати тільки в тому випадку, коли заздалегідь відомо, скільки комп’ютерів (або, як ще говорять, абонентів, вузлів) припустимо підключити до мережі. Інакше завжди можна включити стільки абонентів, що внаслідок перевантаження забуксує будь-який механізм керування. Нарешті, мережею можна назвати тільки таку систему передачі даних, що дозволяє поєднувати до декількох десятків комп’ютерів, але ніяк не два, як у випадку зв’язку через стандартні порти.

Таким чином, сформулювати відмітні ознаки локальної мережі можна в такий спосіб:

• Висока швидкість передачі інформації, велика пропускна здатність мережі. Прийнятна швидкість зараз – не менш 10 Мбіт/с.
• Низький рівень помилок передачі (або, що теж саме, високоякісні канали зв’язку). Припустима ймовірність помилок передачі даних повинна бути порядку 10^-8 — 10^-12.
• Ефективний, швидкодіючий механізм керування обміном по мережі.
• Заздалегідь чітко обмежена кількість комп’ютерів, що підключаються до мережі.

При такому визначенні зрозуміло, що глобальні мережі відрізняються від локальних насамперед тим, що вони розраховані на необмежене число абонентів. Крім того, вони використовують (або можуть використати) не занадто якісні канали зв’язку й порівняно низьку швидкість передачі. А механізм керування обміном у них не може бути гарантовано швидким. У глобальних мережах набагато важливіша не якість зв’язку, а сам факт її існування.

Нерідко виділяють ще один клас комп’ютерних мереж – міські, регіональні мережі (MAN, Metropolitan Area Network), які звичайно по своїм характеристиках ближче до глобальних мереж, хоча іноді все-таки мають деякі риси локальних мереж, наприклад, високоякісні канали зв’язку й порівняно високі швидкості передачі. У принципі міська мережа може бути локальною з усіма її перевагами.

Правда, зараз уже не можна провести чітку границю між локальними й глобальними мережами. Більшість локальних мереж має вихід у глобальну. Але характер переданої інформації, принципи організації обміну, режими доступу до ресурсів усередині локальної мережі, як правило, сильно відрізняються від тих, що прийнято в глобальній мережі. І хоча всі комп’ютери локальної мережі в цьому випадку включені також й у глобальну мережу, специфіки локальної мережі це не скасовує. Можливість виходу в глобальну мережу залишається всього лише одним з ресурсів, які використовують користувачи локальної мережі.

По локальній мережі може передаватися сама різна цифрова інформація: дані, зображення, телефонні розмови, електронні листи й т.ін. До речі, саме завдання передачі зображень, особливо повнокольорових, пред’являє найвищі вимоги до швидкодії мережі. Найчастіше локальні мережі використаються для поділу (спільного використання) таких ресурсів, як дисковий простір, принтери й вихід у глобальну мережу, але це всього лише незначна частина тих можливостей, які надають локальні мережі. Наприклад, вони дозволяють здійснювати обмін інформацією між комп’ютерами різних типів. Повноцінними абонентами (вузлами) мережі можуть бути не тільки комп’ютери, але й інші пристрої, наприклад, принтери, плотери, сканери. Локальні мережі дають також можливість організувати систему паралельних обчислень на всіх комп’ютерах мережі, що багаторазово прискорює рішення складних математичних завдань. З їхньою допомогою, як уже згадувалося, можна управляти роботою технологічної системи або дослідницької установки з декількох комп’ютерів одночасно.

Однак мережі мають і досить істотні недоліки, про які завжди варто пам’ятати:

• Мережа вимагає додаткових, іноді значних матеріальних витрат на покупку мережного устаткування, програмного забезпечення, на прокладку сполучних кабелів і навчання персоналу.
• Мережа вимагає прийому на роботу фахівця (адміністратора мережі), що буде займатися контролем роботи мережі, її модернізацією, керуванням доступу до ресурсів, усуненням можливих несправностей, захистом інформації й резервним копіюванням. Для великих мереж може знадобитися ціла бригада адміністраторів.
• Мережа обмежує можливості переміщення комп’ютерів, підключених до неї, тому що при цьому може знадобитися перекладка сполучних кабелів.
• Мережі являють собою прекрасне середовище для поширення комп’ютерних вірусів, тому питанням захисту від них потрібно приділяти набагато більше уваги, чим у випадку автономного використання комп’ютерів. Адже досить інфікувати один, і всі комп’ютери мережі будуть уражені.
• Мережа різко підвищує небезпеку несанкціонованого доступу до інформації з метою її крадіжки або знищення. Інформаційний захист вимагає проведення цілого комплексу технічних й організаційних заходів.

Ніщо не дається даром. І треба добре подумати, чи варто підключати до мережі всі комп’ютери компанії, або частину з них краще залишити автономними. Можливо, що мережа взагалі не потрібна, тому що породить набагато більше проблем, чим дозволить вирішити.

Тут же варто згадати про таких найважливіших поняттях теорії мереж, як абонент, сервер, клієнт.

Абонент (вузол, хост, станція) — це пристрій, підключений до мережі, який приймає активну участь в інформаційному обміні. Найчастіше абонентом (вузлом) мережі є комп’ютер, але абонентом також може бути, наприклад, мережний принтер або інший периферійний пристрій, що має можливість прямо підключатися до мережі.

Сервером називається абонент (вузол) мережі, що надає свої ресурси іншим абонентам, але сам не використовує їхні ресурси. Таким чином, він обслуговує мережу. Серверів у мережі може бути небагато, і зовсім не обов’язково, що сервер — самий потужний комп’ютер. Виділений (dedicated) сервер — це сервер, що займається тільки мережними завданнями. Невиділений сервер може крім обслуговування мережі виконувати й інші завдання. Специфічний тип сервера – це мережний принтер.

Клієнтом називається абонент мережі, що тільки використовує мережні ресурси, але сам свої ресурси в мережу не віддає, тобто мережа його обслуговує, а він їй тільки користується. Комп’ютер-клієнт також часто називають робочою станцією. У принципі кожен комп’ютер може бути одночасно як клієнтом, так і сервером.

Під сервером і клієнтом часто розуміють також не самі комп’ютери, а працюючі на них програмні додатки. У цьому випадку той додаток, що тільки віддає ресурс у мережу, є сервером, а той додаток, що тільки користується мережними ресурсами – клієнтом.