О большихкомпьютерных сетях, в частности обИнтернете, в последнее время пишути говорят буквально на каждом шагу.В то же время местные локальныевычислительные сети - чрезвычайнополезные и очень распространенные -незаслуженно остаются в тени.Публикуемые материалы, конечно же,не в состоянии ликвидировать этунесправедливость, но помогут,видимо, задуматься о полезностилокальных сетей, а кого-то иподтолкнуть к быстрейшему созданиюэтих несложных и часто очень нужныхсистем.

В этомномере раздел "Человек икомпьютер" ведет
начальник отделаавтоматизированных системуправления Мострансагентства
И. Черменев.

Что такоелокальные вычислительные сети (ЛВС)и для чего они нужны? Локальная сеть_это, попросту говоря, средствообъединения компьютеров,расположенных недалеко, в пределахнескольких сотен метров друг отдруга. Потребность в такой сетивозникает, когда какая-то работавыполняется на несколькихкомпьютерах и нужно как минимумобеспечить обмен данными междуними. Конечно, для переносаинформации с одного персональногокомпьютера (ПК) на другой можнопользоваться дискетами, однакофайлы данных сейчас порой такие,что на одной дискетке их неуместить, и копирование дискетпревращается в долгую утомительнуюпроцедуру. Образно говоря,переносить данные с помощью дискет -это то же самое, чтоносить воду ведрами: медленно,неудобно да и расплескать можно,гораздо приятнее пользоватьсяводопроводом. Роль такоговодопровода как раз и играютлокальные вычислительные сети.

Самая простаясеть

В простейшемслучае два ПК можно соединить черезтак называемые последовательныепорты (см. "самый интересный журнал Наука и жизнь " № 2,1998 г.) с помощью специальногокабеля, который иногда можнозаменить тремя обычными проводами.Затем на обоих компьютерах следуетзапустить специальныекоммуникационные программы,например, входящие в составобщеизвестного Norton Commander'а. В этомслучае один из компьютеровстановится ведущим (master, дословно -хозяин), а другой - ведомым (slave, дословно -невольник). Ведущий компьютерпосылает по одному из проводовкабеля серию электрическихимпульсов, которая представляетсобой команду, запрос - какую именноинформацию с диска slave-компьютеражелает получить master-компьютер.Получив и обработав эту команду,slave-компьютер извлекает требуемыеданные со своего жесткого диска иотсылает их по другому проводу тогоже кабеля. Оператор, работающий наmaster-компьютере, этот сложныйпроцесс совершенно не замечает: длянего все выглядит так, словно на егоПК появился ещеодин жесткий диск, который какбудто переставили с одной машины надругую. Оператор получаетвозможность манипулировать обоимидисками - создавать,удалять и редактировать файлы исвободно переносить их с диска надиск, а значит, с компьютера накомпьютер.

Сеть начинаетсяс кабеля

Рассмотренныйвыше пример представляет собойпростейшую локальную сеть, имеющую,к сожалению, множество недостатков.В их числе и низкая скоростьпередачи данных, и ограниченноерасстояние между компьютерами - всего несколькометров. Хуже того, описанная схемане предусматривает соединения всеть более двух ПК. Для повышенияскорости и дальности передачинеобходимо прежде всего заменитьсоединительный кабель. Хорошийкабель может передавать какминимум несколько мегабитинформации в секунду на расстояниев десятки метров. Мегабит в секундуможно считать эквивалентомпеременного тока с частотой в одинмегагерц. Если пустить стольвысокочастотный ток по обычнымпроводам, то их индуктивность иемкость могут заметно исказитьсигнал. К тому же открытый проводподобно приемной антенне будетулавливать помехи и тем самымискажать информацию.

Одно решениепроблемы напрашивается само собой:использовать для передачи сигналаот одного ПК к другомуэкранированный (коаксиальный)кабель. Это наиболее дешевый ираспространенный вариант,обеспечивающий скорость передачидо 10 мегабит в секунду (что вдесятки раз выше, чем скоростьзаписи на дискету) на расстояние внесколько сотен метров. Другойспособ повыситьпомехоустойчивость пары проводов - свить их. Получитсякабель, который так и называется - витая пара, обычно онсодержит две или четыре парывзаимно перевитых проводов. Повнешнему виду и по разъемам онаналогичен телефонному кабелюевропейского стандарта. Качество(категория) витой пары определяетсячислом витков на единицу длины.Иногда для дополнительной защитыот помех витую пару еще иэкранируют. Сети на витой паречасто используют при построениистомегабитных сетей - со скоростьюпередачи в сотни мегабит в секунду.

Очень интересноевысокоскоростное средствопередачи информации - оптоволокно,оно превосходит электрокабели и поскорости передачи, и по дальности.Обходится оптоволоконный кабельзаметно дороже, так как требуетдополнительного оборудования, ведьэлектрический сигнал, с которымработают компьютеры, приходитсяпреобразовывать в оптический, азатем - приприеме -обратно. Иногда для передачиинформации в локальных сетях(например, там, где компьютеры частоперемещаются с места на место)используют инфракрасные и радиосредства связи, не требующие вообщеникаких кабелей.

Сетевая плата -приемник и передатчик

Прежде, чемпередавать последовательностьбитов информации по электрокабелю(или другим способом), ее надопреобразовать в пригодный дляпередачи электрический сигнал. Впростейшей сети из двухкомпьютеров эту работу выполнялпоследовательный (COM) порт ПК - специальный узелкомпьютера, предназначенный длясвязи (communication, отсюда и сокращение -COM) с внешними устройствами. Обычнокомпьютер оснащают двумя такимипортами, которые используются дляподключения мыши, модема, другихустройств, обмен данными с которымине требует большой скорости. Однакос большими объемами данных,циркулирующими в локальных сетях,COM-порт справиться не в состоянии,для этого существуют специальныесетевые платы (адаптеры). Они берутданные из памяти компьютера, быстрои надежно преобразуют их вэлектрический сигнал и посылаютего по кабелю. Если же на сетевуюплату приходит сигнал с другого ПК,она его декодирует, сообщает обэтом центральному процессору ипередает принятые данные воперативную память ПК.

Впрочем,последнее действие выполняетсятолько если сетевая платаобнаружит, что принимаемые данныепредназначены именно томукомпьютеру, на котором онаустановлена. Ведь в локальной сетимогут быть десятки, сотникомпьютеров, и, когда два из нихобмениваются информацией, всемостальным совершенно не нужнотратить время на ее получение иобработку. Поэтому каждая порция(пакет) данных, распространяемая всети, содержит в своем заголовкеадрес - код компьютера-получателя.Этот код определяется поуникальному номеру, жестко"зашитому" в каждой сетевойплате фирмой-изготовителем.Состоит код из двух частей - кода фирмы, которыйприсваивается в соответствии смеждународными соглашениями, икода платы, уникальность которогогарантируется фирмой. Такимобразом, во всем мире не существуетдвух сетевых плат с одинаковымномером.

Протокол"беседы"

Дварадиопередатчика не могут работатьна одной частоте. Чтобы в эфире незвучала "каша", они должны"разойтись" по разнымчастотам. Два (или несколько) ПК"разойтись" в диапазоне немогут, поэтому они передают данныев сеть по очереди, небольшимипорциями (пакетами) в десятки-сотнибайт. Пересылка одного пакетазанимает сотые, тысячные долисекунды, после чего право передачипереходит к другому ПК, затем кследующему и так далее. При этом ниодин пользователь не почувствуетзаметной задержки доступа к сети.Но ее пропускная способность,конечно же, делится на всех: чембольше компьютеров желает послатьданные, тем меньшая доля временидостанется каждому из них. Длясоблюдения порядка в ЛВСсуществуют строгие правила -сетевые протоколы. Они не толькоопределяют порядок передачипакетов, но и вообще устанавливаютвсе параметры системы: напряжениеэлектрического сигнала в сети,частоту, вид модуляции, размерпакета, способ адресации, методвыявления ошибок передачи и т. д.

Вернемся копределению последовательностидоступа к сети. Здесь прямо-такинапрашивается аналогия изповседневной жизни: сидят, скажем,за столом люди и рассказываютанекдоты. При этом возможенследующий протокол ведения беседы:один человек начинает,рассказывает свою историю и затемпередает слово соседу, тот, послезавершения рассказа, следующему итак далее - покругу. Если кому-то нечегорассказать, он просто пропускаетсвою очередь -на следующем круге у него сновабудет возможность выступить. В ЛВС,например в сети Token Ring фирмы IBM,часто используется такой же способопределения очередности - он называетсяэстафетным (маркерным) методомдоступа. Все компьютеры подключенык замкнутому в кольцо кабелю, покоторому перемещается такназываемый маркер - специальный сигнал,дающий право вести передачу.

Но бывает, беседаза столом протекает по-другому:после очередного рассказа сразунесколько человек, желающихвыступить, начинают говорить, иодин из них, наконец, завладеваетвсеобщим вниманием, а остальныезамолкают и слушают. Как ни странно,в ЛВС такой же способ "веденияразговора" реализован в сетяхEthernet и официально называется"множественный доступ сконтролем несущей и обнаружениемколлизий". Он не так эффективен,как маркерный - существенная долядрагоценного времени уходит не напередачу данных, а на борьбу заправо передачи. Однако в силуисторических причин, а такжеблагодаря своей простоте сети Ethernetполучили широчайшеераспространение.

"Кольцо","шина" и "звезда"

Способ соединениякомпьютеров друг с другом влокальной сети называетсятопологией. Одна из основныхтопологий -"кольцо", а если егоразомкнуть, подсоединив к концамзаглушки (терминаторы), получитсятак называемая "шина". Третьястандартная топология - "звезда", здеськабели, идущие от каждого изсетевых компьютеров, соединяются вспециальном устройстве - концентраторе."Шина" -самая дешевая топология, она нетребует дорогостоящегоконцентратора, а расход кабеля длянее обычно меньше, чем для"кольца" или "звезды".Однако надежность шины невысока:обрыв любого участка кабеля, аиногда и неисправность одной изсетевых плат нарушают работу всейсети. Кроме того, подключение к сетинового компьютера, и даже егоперемещение, требует временногоразрыва "шины", аследовательно, остановки всей ЛВС.Неисправность любого из лучей"звезды", напротив, отключаеттолько один ПК, и работа остальнойсети не нарушается. Добавление в"звезду" новых компьютеровтакже не требует прекращенияработы. На практике большие исредние ЛВС обычно имеют болеесложную конфигурацию, так каксостоят из нескольких частей(сегментов), каждая из которыхявляется простейшей сетью("кольцом", "шиной" или"звездой"). При этом в однойсети могут объединяться сегментыне только с разной топологией, но ис различными типами кабелей,скоростями и протоколами передачи.Стыковка этих отдельных"кирпичиков" в единую ЛВСосуществляется с помощьюспециальных компьютеров - коммутаторов илимостов.

Сеть - это обменфайлами. Но не только...

Представьте себе,что у вас на работе появиласьнебольшая сеть: несколько ужеимевшихся ПК оснастили сетевымиплатами, связали кабелем ипроизвели соответствующиенастройки в операционных системах(скажем, Windows 95) этих компьютеров.Какие новые возможности выполучите на своем рабочем месте?Во-первых, вы можете разрешитьсвоим коллегам работать с файламина жестком диске вашего компьютера.Для этого вам просто надо указать,какие именно директории на диске(или весь диск) вы выделяете дляобщего пользования и какиедействия в ней разрешеныпосторонним -только чтение или чтение и запись.Чтобы защитить свой диск от доступа нежелательныхлиц, вы можете задать пароль, беззнания которого доступ к вашимданным через сеть станетневозможным. Пользователи сети,знающие ваш пароль, могутобращаться к вашему диску, как ксвоему собственному. Во-вторых, и вытоже можете обращаться к чужимдискам, выделенным в общеепользование, если, конечно, вамсообщили необходимые пароли.

Доступ к данным посети бывает полезен в разныхситуациях. Прежде всего, для обменафайлами в процессе совместнойработы над ними. Например, вынаписали статью (начертили схему,составили смету) и затем переноситесоответствующий файл на компьютерсвоего коллеги для редактирования.Он внесет свои изменения и вернетфайл вам обратно или же направитдругому сотруднику.

Во многихзападных учреждениях весьдокументооборот и управление:перемещения документов, наложениерезолюций и виз, распоряженияподчиненным и их отчеты опроделанной работе - все осуществляетсябез бумаг и даже без личногообщения, а путем пересылки файловпо локальной сети. Естественно, дляорганизации подобной системытребуется специальное программноеобеспечение. Однако некоторые егоэлементы являются стандартными длясетевых операционных систем.Прежде всего, это рассылка в ЛВСэлектронной почты, по аналогии сИнтернетом, или мгновенная передача короткихсообщений на другой компьютер.

Другая типичнаяситуация, когда доступ к чужимдискам крайне полезен, - это просмотрсправочной информации, которуюгораздо удобнее хранить в общемкомпьютере, имеющем доступ длявсех. Уже существуют в "цифровомвиде" готовые информационныематериалы, причем самыеразнообразные -от полного сборника российскихзаконодательных актов до каталогакартин Третьяковской галереи. Есливам и вашим коллегам для работытребуется несколько таких систем,то их можно "разбросать" поразным компьютерам, не оченьзагружая при этом жесткий дисккаждого из них, "справочныймассив" станет общедоступнымчерез локальную сеть.

Бывают ситуации,когда один файл одновременнодолжны изменять несколько человек,работающих на разных компьютерах.Например, в системе продажижелезнодорожных билетов требуется,чтобы билет на определенное место,проданный одним оператором сосвоего компьютера, остальными немог бы быть повторно продан черезнесколько минут. Другая ситуация:деньги, принятые в банке однимклерком и занесенные им на свой ПК,сразу же должны быть видны всемостальным. Решением подобных задачзанимается отдельная областькомпьютерной науки - теория управлениябазами данных.

Но вернемся,однако, к нашей не очень сложнойлокальной сети. Вы можетепредоставить в общее пользованиене только жесткий диск. Вместо того,чтобы оснащать принтером каждоерабочее место, вы покупаете одинхороший, мощный принтер,подключаете его к одному из ПК и разрешаете к немусетевой доступ. Тогда с любогодругого компьютера можно будет посети выходить на этот принтер ипечатать на нем так же, как будто онподключен к компьютеру напрямую.Если сразу несколько человекпопытаются печатать одновременно,их задания просто выстроятся вочередь и исполнятся одно задругим. Человек, сидящий закомпьютером, к которомуприсоединен принтер, в это времяможет выполнять любую работу,правда, его ПК, занятый печатью сдругих машин, будет работать чутьмедленнее. Естественно, в сетимогут быть и несколько различныхпринтеров -скажем, цветной, широкоформатный ит. д., - и с любогорабочего места можно будетпечатать на любом из них.

Кроме того, если увас есть факс-модем, его тоже, как ипринтер, можно предоставить в общеепользование, например, для отправкидокументов и писем по факсу.Упрощается и доступ к Интернету:нет необходимости покупать модемна каждую машину - лучше установить один,но хороший, и, используяспециальную программу, настроитьсистему так, чтобы обеспечитьработу с Интернетом всемкомпьютерам, входящим в вашу сеть.

В заключение хочузаметить, что мы рассказали опринципах работы простейшей, тоесть малой сети - с числомкомпьютеров не более, скажем,десяти. Но есть ЛВС, объединяющиесотни компьютеров, а подразделенияфирмы могут быть расположены вдесятках километров друг от друга.Например, компьютерная сетькомпании "Юганскнефтегаз"охватывает территорию в восемьсотквадратных километров. В таких ЛВСпринципы работы уже иные.Компьютеры в них делятся на двегруппы: серверы (от английского toserve - обслуживать) и собственнорабочие станции. Серверы порой неимеют ни монитора, ни клавиатуры,все общение с внешним миром ониосуществляют через сетевые платы.Их задача - обслуживать рабочиестанции, хранить и обрабатыватьданные, повышать скоростьобработки информации и т. д.

Создаютархитектуру подобных сетей,обслуживают ихвысококвалифицированныеспециалисты - системныеадминистраторы. Среди"компьютерных" профессийсистемные администраторы - этоэлитная группа, как, скажем, летчикисреди авиаторов вообще. Понятно,что со временем потребность в этихспециалистах будет возрастать.

С.КОНДРАТЬЕВ, инженер-программист.

ПРОВОДАИ ПЛАТЫ