Lokální  počítačové sítě

Pracovní skupina institutu IEEE používá tuto definici: Lokální počítačová síť se odlišuje od ostatních typů sítí tím, že je komunikace omezena na středně velké geografické území, jako je jedna budova úřadu, jeden závod či škola a je založena na fyzických přenosových kanálech se střední nebo vysokou přenosovou rychlostí.

Počítače v síti LAN mohou být PC, Macintoshe, minipočítače, mainframy nebo počítače ostatních architektur.

PC v sítích LAN se nazývají uzly a těmito uzly mohou být buď servery nebo pracovní stanice. Minipočítače nebo mainframe v LAN obvykle slouží jako hostitelské počítače pro terminály nebo PC, které jsou k počítači připojeny. Uzly jsou k síti připojeny prostřednictvím karty síťového rozhraní (NIC), která je připojena přímo nebo nepřímo k síťovému kabelu.

Sítě LAN se liší v konfiguraci na dvou úrovních

V administrativním vztahu mezi uzly. V tomto smyslu jsou LAN rozděleny na varianty založené na serveru a na sítě peer-to-peer.

Ve fyzickém a logickém vztahu mezi uzly. Toto je v souvislosti se způsobem, jakým se po síti pohybují informace (architektury Ethernet, Token Ring, FDDI a podobně) a v topologii (sběrnicová, kruhová nebo hvězdicová).

Topologie popisuje logické a fyzické uspořádání sítě. Fyzická topologie se týká toho, jakým způsobem kabelový rozvod spojuje uzly. Logická topologie popisuje, jakým způsobem jsou mezi uzly předávány informace.

K architektuře LAN patří i kabeláž, topologie, metoda přístupu k médiu a formát paketu. Mezi nejznámější architektury patří ARCnet, Ethernet, Token Ring, FDDI a ATM.

Vlastnosti lokální počítačové sítě:

levné přenosové prostředky při relativně vysokých přenosových rychlostech

architektura otevřených systémů

možnost rekonfigurace

možnost připojení různých počítačových zařízení do jednoho systému

možnost snadného připojení do veřejných sítí

Lokální počítačové sítě se používají pro

sdílení nákladných periferií (velkokapacitních pevných disků, optických disků, magnetických páskových pamětí, tiskáren)

sdílení společných dat a aplikací (umožňuje oprávněným uživatelům přístup pro čtení  nebo případnou modifikaci dat, úspora diskového prostoru)

vzájemná komunikaci ve formě zpráv (výměna zpráv, lokální pošta)

ochrana dat

Vysvětlení základních pojmů:

Pracovní stanice - mohou buď pracovat nezávisle, jako osobní počítače, nebo mohou sdílet informace a technické prostředky v rámci sítě LAN. Obvykle jsou připojeny k síťovému souborovému serveru nebo diskovému serveru prostřednictvím jednotky síťového rozhraní a kabelu. Uživatel se může rozhodnout, zda chce pracovat v síti, nebo používat mikropočítač nezávisle. Pro to, aby pracoval v síti, musí spustit síťový program a přihlásit se zadáním hesla jako oprávněný uživatel.

Síťové diskové servery - v prvních sítích se diskové servery každé stanici jevily jako další disk, který obsahoval informace sdílené různými stanicemi v síti. Celá procedura se však stane trochu složitější, pokud chce pracovní stanice načíst určitý soubor, který je uložen na diskovém serveru. Síťový diskový server si udržuje vlastní FAT tabulku (file allocation table - tabulka alokace souborů) a posílá její kopii každé pracovní stanici. Každá stanice si pak tuto kopii uloží do paměti RAM, kterou používá při běhu programů jako pracovní oblast. V případě potřeby operační systém pracovní stanice využije síťovou tabulku FAT pro přístup k jednotlivým souborům na diskovém serveru. Zároveň diskové servery rozdělují své pevné disky na samostatné oblasti pro každého uživatele.

U jednoduchého diskového serveru se integrita tabulky FAT zajistí tak, že se jeho pevný disk rozdělí na několik svazků (volume).

File server - obsahuje zvláštní programové vybavení a udržuje si vlastní FAT. Jednotlivé pracovní stanice požádají o soubor a file server jim ho pošle. File server je mnohem výkonnější než diskový server, protože už není potřeba posílat kopii tabulky FAT každé stanici, která žádá o soubor.

Databázový server - vytváří všem uživatelům prostředí pro sdílení dat, uložených ve společné databance. Umožňuje centralizovanou práci s databází pro zajištění její integrity.

Vyhrazené a nevyhrazené síťové servery - vyhrazený síťový server je určen pouze pro tuto jedinou funkci. Nevyhrazený síťový server může pracovat také jako stanice.

File - servery v sítích peer-to-peer. Pracovní stanice v těchto sítích si mohou vybrat, zda chtějí používat své pevné disky jako file servery pro ostatní uživatele sítě, nebo ne. Uživatel si určí, jakou část kapacity svého disku nabídne ke sdílení ostatním uživatelům. Stejně tak mohou uživatele této sítě sdílet tiskárnu.

Print servery - síťové print servery umožňují stanicím sdílet několik rozdílných tiskáren. Program pro sdílení tiskáren může obsahovat tzv. print spooler. Je to program, který vytváří vyrovnávací paměť, do níž se jednotlivé tiskové úlohy ukládají a kde čekají, dokud na ně nepřijde při tisku řada.

Dělení lokálních počítačových sítí:

Klient - server - v této architektuře slouží jeden z počítačů jako server, tedy počítač, který na požádání poskytuje své služby ostatním v síti zapojeným počítačům. Ve vztahu klient-server je veškerá aktivita očekávána od klienta-pracovní stanice. Tyto sítě jsou vhodné pro velké organizace, které vyžadují, aby mnoho uživatelů mělo přístup ke stejnému druhu dat. Ve stejnou dobu by měly být uživatelům sítě přístupné aktuální verze datových souborů.

Peer-to-peer - (volně přeloženo rovný s rovným). Síťový operační systém tvoří pouze jakousi nadstavbu běžného operačního systému. Všechny počítače mohou nabízet své služby (disky, tiskárny). Toto rovnoprávné postavení je používáno pro malé a jednoduché sítě. Instalace a správa této sítě bývá obvykle nenáročná a přístupná uživateli. Typickými představiteli sítí jsou například LANtastic nebo Windows for Wokgroups nebo Windows 95. Tento typ sítí je vhodný pro malé organizace, její zavedení je levnější. Musíme si uvědomit, že tato síť je pomalejší a méně bezpečná než síť typu klient/server.

Přenosová média

Kroucená dvoulinka (twister pair) kabel ze dvou kroucených měděných vodičů je klasickým spojovacím prostředkem, který dnes patří mezi nejlevnější propojení počítačů. Použití je běžné nejenom pro rozvody telefonů, ale formou tzv. strukturované kabeláže velmi často také pro přípojky počítačů do počítačové sítě. Je použitelné v sítích Ethernet, kde dosahuje přenosy rychlosti 10Mbit/s (srovnatelné jako u koaxiálního kabelu. V praxi se používá také Fast Ethernet, který dosahuje přenosových rychlostí 100Mbit/s. s. Šířka přenosového pásma až100 MHz.

Koaxiální kabel (coaxial cable) - dnes nejpopulárnější přenosová cesta. Používá se například v sítích Ethernet - tlustý Ethernet a tenký Ethernet. Všechny druhy Ethernet kabelů se používají pro standardní přenosovou rychlost 10Mbit/s. s. Šířka přenosového pásma až 500 MHz.

Optické kabely (optical cable - přenášejí binární informace ve formě světelného toku. Výhodou tohoto přenosu je velká přenosová rychlost a odolnost vůči rušivým elektromagnetickým polím. Jedná se o rychlosti až 1Gbit/s. Existuje standard FDDI pro lokální počítačové sítě Token Ring s přenosovou rychlostí 100Mbit/s a DQDB pro metropolitní sítě s přenosovou rychlostí 155Mbit/s. Šířka přenosového pásma u LAN až 2000 MHz.

Komplexní sítě

Lokální počítačové sítě mohou být propojeny i na jiné sítě. Tato otázka je dnes velice aktuální. Více počítačových sítí navzájem propojených a schopných komunikace se anglicky označuje internetwork. V současné době existuje řada různých koncepcí, jak počítačové sítě navzájem propojovat. Základní myšlenka vzájemného propojení je založena na tvorbě speciálních propojovacích prvků (Internetworking Unit nebo relay).Tyto prvky se připojí do obou propojovaných sítí a na určité logické úrovni jsou schopny přenášet informace z jedné sítě do sítě druhé. Propojovací zařízení může pracovat na úrovni elektrického signálu jako zesilovač nebo na vyšších úrovních, kde je schopno rozlišovat adresy v záhlavích paketů. Prostudujme jednotlivá zařízení podrobněji.

Opakovače (repeater)

Zařízení používané v komunikacích obecně pro zesílení nebo obnovení signálu. Je umístěno mezi dvěma komunikujícími zařízeními a zesiluje či obnovuje signál tak, aby byl nadále čitelný i po přenosu dlouhým kabelem. Tak je tomu v sítích typu Ethernet, kde umožňuje dosáhnou celkového kabelového spojení až 2,5 kilometru. Jednotlivé připojovací obvody jsou schopné generovat elektrické signály s dosahem jen asi 500 metrů. Při potřebě delšího vedení je nutné sestavovat celé kabelové vedení ze segmentů (souvislých úseků kabelů) délky maximálně 500 metrů (tlustý Ethernet) nebo 200 metrů (tenký Ethernet) Jednotlivé segmenty se pak spojují pomocí opakovače a fungují jako zesilovalče elektrických signálů.

Opakovače pracují na úrovni fyzické vrstvy referenčního modelu OSI, protože vnímají jen jednotlivé přenášené bity ne celé rámce dat.

Opakovače nejsou schopny rozlišit, jestli pakety, které přenášejí směřují do daného segmentu sítě nebo ne. Pouze propouštějí veškerý signál z jednoho segmentu do druhého a zesilují ho.

Mosty  (bridge)

Poslední uvedená vlastnost znamená zbytečné zatěžování segmentu signálem. Propojovací zařízení, které by mělo rozeznat , která data  mohou zůstat uvnitř jednoho segmentu a nezatěžovat jimi provoz v ostatních segmentech, musí mít jiný pohled na přenášena data. Musí rozpoznat celé přenášené rámce a znát jejich formát natolik, aby dokázalo zjistit fyzickou adresu jejich odesílatele a příjemce. To znamená, že musí pracovat na úrovni linkové vrstvy a to umí propojovací zařízení most - bridge.

Opakovač nemá paměť a přenášená data zpracovává průběžně, most pracuje na principu store and forward (přijmi a předej dál). Most tedy z každé strany sítě průběžně přijímá jednotlivé datové rámce a podle adres určí, zda je předá na opačnou stranu či ne.

Přepínač (switch)

Technologie přepínání výrazně zlepšuje propustnost sítí. Základním principem přepínače je umožnit současnou komunikaci mezi segmenty sítě podobně, jako když v přetížené cestě přibude jeden jízdní pruh, takže po síti může být současně přepravováno více rámců. Přepínače tohoto typu pracují na úrovni linkové vrstvy. Efektivita přepínání je závislá  na struktuře sítě a také na použitém protokolu. Například v sítích peer-to-peer může přepínač výrazně zrychlit komunikaci. Přepínače jsou často kombinovány s mosty.

Směrovač (router)

Je podobný mostu. Zpracovává však mnohem komplexnější druhy komunikací mezi rozdílnými sítěmi. Směrovače jsou obvykle používány v dálkových sítích, které spojují sítě s různými komunikačními protokoly a adresovacími schématy. Směrovač uchovává tabulku cest mezi uzly a je schopen zvolit optimální trasu pro přenos dat. Zjistí-li směrovač chybu při přenosu jednou cestou, pokusí se najít jinou alternativu. Směrovač je naprogramován tak, aby rozuměl komunikačním protokolům sítí, ke kterým je připojen. Pracuje na úrovni síťové vrstvy.

Brána

Mezisíťová brána se používá v případech, kdy nestačí jednoduchý přenos surových dat mezi sítěmi. Některé síťové systémy (minipočítačové systémy) potřebují instrukce o způsobu, jakým mají data zpracovávat. Je důležitá tam, kde sítě běží pod různými operačními systémy.

Strukturované kabelové spojení

Je universální kabelové spojení umožňující přenos různých typů přenosů dat, obrazu, hlasu apod.. Je vysoce universální a vykazuje nízké náklady na změnu konfigurace. Používá topologii hvězda. Základní aktivní komponenty strukturovaného kabelového propojení jsou: modulární repeatry, HUBy, routery, bridge a inteligentní koncentrátory.

Strukturované kabelové spojení umožňuje snadnou implementaci SNMP (Simple Netware Management protocol). Umožňuje sledovat činnost celé sítě, umožňuje monitorovat jednotlivé porty, lze kontrolovat systém z kteréhokoliv místa v síti, umožňuje odhalovat původce vadných paketů atd..

Z hlediska rozvodu lze tuto kabeláž rozdělit do tří skupin: primární rozvod, sekundární rozvod a terciální rozvod.

Primární rozvod, propojuje budovy na jednom pozemku, začíná a končí v uzlu budov. Jeho úkolem je zajistit bezpečnost přenosu základních celků dat. Jako přenosové médium se používá optický kabel.

Sekundární rozvod vytváří páteřní propojení mezi jednotlivým podlažím budov. Začíná od uzlového rozvaděče budovy a připojuje jednotlivé patrové rozvaděče. Tato síť je tvořena optickým kabelem nebo kabelem koaxiálním.

Terciální rozvod propojuje patrové rozvaděče s uživatelskými zásuvkami. Jako kabeláž se používá nestíněný kroucený vodič nebo koaxiální kabel.

Vše je propojeno modulárně, s možností stavebnicového rozšíření. Finanční náklady jsou vyšší než u nestrukturované kabeláže.