Локальные и глобальные сети

Для классификации компьютерных сетей используются различные признаки, но чаще всего сети делят на типы по территориальному признаку, то есть по величине территории, которую покрывает сеть. И для этого есть веские причины, так как отличия технологий локальных и глобальных сетей очень значительны, несмотря на их постоянное сближение.

1.4.1. Особенности локальных, глобальных и городских сетей

К локальным сетям — Local Area Networks (LAN) — относят сети компьютеров, со­средоточенные на небольшой территории (обычно в радиусе не более 1-2 км). В общем случае локальная сеть представляет собой коммуникационную систему,

88 Глава1 • Общие принципы построения вычислительных сетей

принадлежащую одной организации. Из-за коротких расстояний в локальных се­тях имеется возможность использования относительно дорогих высококачествен­ных линий связи, которые позволяют, применяя простые методы передачи данных, достигать высоких скоростей обмена данными порядка 100 Мбит/с. В связи с этим услуги, предоставляемые локальными сетями, отличаются широким разнообрази­ем и обычно предусматривают реализацию в режиме on-line.

Глобальные сети — Wide Area Networks (WAN) — объединяют территориально рассредоточенные компьютеры, которые могут находиться в различных городах и странах. Так как прокладка высококачественных линий связи на большие расстоя­ния обходится очень дорого, в глобальных сетях часто используются уже суще­ствующие линии связи, изначально предназначенные совсем для других целей. Например, многие глобальные сети строятся на основе телефонных и телеграфных каналов общего назначения. Из-за низких скоростей таких линий связи в глобаль­ных сетях (десятки килобит в секунду) набор предоставляемых услуг обычно огра­ничивается передачей файлов, преимущественно не в оперативном, а в фоновом режиме, с использованием электронной почты. Для устойчивой передачи дискрет­ных данных по некачественным линиям связи применяются методы и оборудова­ние, существенно отличающиеся от методов и оборудования, характерных для локальных сетей. Как правило, здесь применяются сложные процедуры контроля и восстановления данных, так как наиболее типичный режим передачи данных по территориальному каналу связи связан со значительными искажениями сигналов.

Городские сети (или сети мегаполисов) — Metropolitan Area Networks (MAN) — являются менее распространенным типом сетей. Эти сети появились сравнительно недавно. Они предназначены для обслуживания территории крупного города — мегаполиса. В то время как локальные сети наилучшим образом подходят для раз­деления ресурсов на коротких расстояниях и широковещательных передач, а гло­бальные сети обеспечивают работу на больших расстояниях, но с ограниченной скоростью и небогатым набором услуг, сети мегаполисов занимают некоторое про­межуточное положение. Они используют цифровые магистральные линии связи, часто оптоволоконные, со скоростями от 45 Мбит/с, и предназначены для связи локальных сетей в масштабах города и соединения локальных сетей с глобальны­ми. Эти сети первоначально были разработаны для передачи данных, но сейчас они поддерживают и такие услуги, как видеоконференции и интегральную передачу голоса и текста. Развитие технологии сетей мегаполисов осуществлялось местны­ми телефонными компаниями. Исторически сложилось так, что местные телефон­ные компании всегда обладали слабыми техническими возможностями и из-за этого не могли привлечь крупных клиентов. Чтобы преодолеть свою отсталость и занять достойное место в мире локальных и глобальных сетей, местные предприятия свя­зи занялись разработкой сетей на основе самых современных технологий, напри­мер технологии коммутации ячеек SMDS или ATM. Сети мегаполисов являются общественными сетями, и поэтому их услуги обходятся дешевле, чем построение собственной (частной) сети в пределах города.

1.4.2. 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

________________________________________________________ 1.4. Локальные и глобальные сети 89

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, 16 и 100 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

90 Глава1 • Общие принципы построения вычислительных сетей

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.

1.4.3. 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

________________________________________________________ 1.4. Локальные и глобальные сети ______91

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 ATM 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, lOOVG-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 ATM, которая может служить основой не только локальных и

92 Глава! • Общие принципы построения вычислительных сетей

глобальных компьютерных сетей, но и телефонных сетей, а также широковеща­тельных видеосетей, объединяя все существующие типы трафика в одной транс­портной сети.

Выводы

* Классифицируя сети по территориальному признаку, различают локальные (LAN), глобальные (WAN) и городские (MAN) сети.

о LAN — сосредоточены на территории не более 1-2 км; построены с использова­нием дорогих высококачественных линий связи, которые позволяют, применяя простые методы передачи данных, достигать высоких скоростей обмена данны­ми порядка 100 Мбит/с. Предоставляемые услуги отличаются широким разно­образием и обычно предусматривают реализацию в режиме on-line.

о WAN — объединяют компьютеры, рассредоточенные на расстоянии сотен и ты­сяч километров. Часто используются уже существующие не очень качествен­ные линии связи. Более низкие, чем в локальных сетях, скорости передачи данных (десятки килобит в секунду) ограничивают набор предоставляемых услуг пере­дачей файлов, преимущественно не в оперативном, а в фоновом режиме, с ис­пользованием электронной почты. Для устойчивой передачи дискретных данных применяются более сложные методы и оборудование, чем в локальных сетях.

* MAN — занимают промежуточное положение между локальными и глобальны­ми сетями. При достаточно больших расстояниях между узлами (десятки кило­метров) они обладают качественными линиями связи и высокими скоростями обмена, иногда 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.