Как создавать понятные логические (L3) схемы сети. Локальная сеть: Общие правила построения сети и ее основные компоненты Принципиальная схема локальной сети

Доброго времени суток.

В этой статье мы разберем, что такое локальная сеть, зачем она нужна, как организовывается и каких типов бывает. Такая сеть может пригодиться и вам, поэтому не проходите мимо.

Определение

Локальной сетью считается та, что объединяет несколько компьютеров на небольшой территории. Данное понятие в переводе на английский выглядит как Local Area Network, поэтому его часто сокращенно называют LAN.

Сеть может располагаться в пределах одной квартиры, офиса, компьютерного класса, небольшой организации или ее отдела. Этим я хочу сказать, что обычно она не включает в себя много компов и они не находятся на большом удалении друг от друга.

Допустим, вы можете организовать домашнюю сеть, если имеете стационарный компьютер, ноутбук, принтер, пару мобильных гаджетов, умный телевизор и т. п. Такой вариант удобен и, к примеру, для предприятия, где есть 10-20 компьютеров, находящихся на разных этажах. Или к примеру /частном доме.

Зачем нужна локальная сеть?

LAN может понадобиться для:

Передачи данных между устройствами без участия внешних накопителей (флешек, дисков и пр.);
Открытия доступа к интернету для всех участников сети, если он подключен только к одному компьютеру;
Управления портативными устройствами с разных компов. Например, в пределах офиса с любого железа можно печатать на одном принтере;
Организации голосовых и видеоконференций;
Игр по сети.

Типы локальных сетей

Их всего два:

Одноранговая сеть. Все участники имеют равные права, то есть самостоятельно решают, к каким файлам открывать доступ, а к каким - нет. Применяется в случаях объединения небольшого количества ПК.
На основе сервера. Актуальный вариант, когда компов больше 10. Увеличивает производительность сети. Суть в том, что для хранения общей информации, подключения периферийных девайсов (сканеров, принтеров и пр.), определения маршрутов отправки информации и централизованного управления всей сетью выделяется одна машина - сервер - а все остальные подпитываются к ней.

Также есть два способа построения сети: при помощи проводов или без них. Рассмотрим каждый отдельно.

Проводное соединение

Используется витая пара либо оптический кабель, который подключаются к на ПК. Такие устройства есть в любом железе, которому не больше 10-15 лет, - они интегрируются в материнскую плату.

Проводное объединение обеспечивает наиболее стабильную и быструю передачу данных. В современных вариантах пропускная способность составляет 100 Мбит/с и выше через витую пару. От 10 Гбит/с по оптоволокну. Для такого подключения чаще всего применяется технология Ethernet.

Когда совокупность компьютеров большая или необходимо с одного сервера раздавать интернет, могут быть использованы хабы (коммутаторы). Они имеют несколько разъемов для подключения проводов. В их функции входит ретрансляция входящего в один порт сигнала по другим интерфейсам.

Структура сети

Есть несколько топологий подключения компьютеров по проводам:

Линейная шина - последовательное соединение ПК от одного к другому.
Тип «звезда» - все участники сети питаются от одного сервера.
Кольцо - структура соединения понятна из названия. В данном случае тоже распределяются ресурсы сервера среди всех машин, но если одна выйдет из строя, то другие работать не будут.

Снежинка - самая гибкая топология, потому что позволяет соединять оборудование по наиболее удобному принципу, как правило, с учетом его функциональности.

Беспроводной способ

Имеется в виду объединение по радиоволнам. Самый распространенный сейчас вариант - это . Однако возможно подключение также через Bluetooth и GPRS. В любом случае скорость будет ниже, чем при соединении по проводам. В среднем, по вай-фаю она составляет 10 Мбит/с и выше.

Для создания сетки без участия проводов нужно, чтобы в компьютерах был специальный модуль. В современных ноутбуках он обычно встроен, а для ПК можно купить внешнее устройство. Также необходим единый сетевой шлюз (роутер), к которому будет подведен проводной интернет. А участники сети будут получать его по радиоволнам.

Как передаются данные?

Чтобы организовать локальную сеть, мало лишь физически соединить машины, нужно еще выполнить настройку. Их работа контролируется программами. Чтобы компы понимали друг друга, используется единый и понятный для них язык - сетевой протокол.

Он бывает разных видов, но наибольшее распространение получили пакетные протоколы. Что это значит? Передаваемые данные разбиваются на блоки, которые помещаются в пакет. Он также содержит сведения о получателе и адресате. Каждый компьютер с определенной периодичностью коннектится к сети и проверяет проходящие пакеты: те, что предназначены для него, забирает.

Как железо понимает, что тот или иной пакет адресован именно ему? Каждая машина имеет IP-адрес, уникальный в рамках одной сети. Он задается в процессе настройки Windows или другой системы, которую вы используете.

Конец статьи:).

На моём блоге вам всегда рады.

Рассмотрим типичный небольшой офис. Предположим, что в нем работают несколько менеджеров (пусть их будет три), секретарь, бухгалтер и директор. На каждом рабочем месте установлен компьютер, также в офисе есть один выделенный канал в интернет с постоянным реальным ip адресом (например 195.34.10.134) и доменное имя myoffice.ru.

Теперь определимся, что мы хотим сделать.

объединить все компьютеры в локальную сеть (LAN);
организовать печать со всех рабочих мест на сетевой принтер;
подключить и настроить Интернет - канал;
организовать доступ в Интернет со всех компьютеров локальной сети.;
защитить локальную сеть от внешних вторжений;
установить и настроить сетевые сервисы: WEB-сервер, почтовый сервер, файловый, FTP, прокси и т.д.;
организовать удаленный модемный доступ к офисной сети из дома с возможностью использования офисного интернет-канала

Теперь приступим к проектированию структуры сети.

Поставленую задачу построения простой локальной сети мы будем решать на базе стека (набора) протоколов TCP/IP.

Сначала выберем диапазон IP адресов для нашей локальной сети. Остановимся на зарезервированных для использования в частных сетях адресах: 192.168.0.0-192.168.255.255. Для нашей локальной сети используем адресацию 192.168.20.0/24, где "/24" - сокращенная форма записи маски подсети 255.255.255.0. В каждой такой сети (класса "С") может использоваться до 254 уникальных хостов, чего нам вполне достаточно. Постоянный ip адрес (195.34.10.134) в сети интернет нам по условию задачи предоставлен провайдером.

В простом случае наша сеть может иметь следующую топологию:

Как видно из рисунка 1, большая часть сетевых сервисов размещена на одном компьютере, который через один сетевой интерфейс подключен к сети интернет, через другой - к локальной сети офиса, а через модемное соединение - к домашнему компьютеру. Каждому сетевому интерфейсу этого компьютера соответствует свой ip адрес: 195.34.10.134 - в сети интернет, 192.168.20.1 - в локальной сети, 192.168.40.1 - при удаленном соединении. Таким образом этот компьютер выполняет роль и маршрутизатора и файерволла и серверов: web, почтового, базы данных и пр. (Маршрутизатор - в нашем случае играет роль шлюза в Интернет. Вы можете спросить: нафиг он нужен, чем занимается? Отвечу как чайник: маршрутзатор занимается маршрутизацией... пакетов между подсетями, но в нашем случае он будет просто "раздавать" Интернет всем компьютерам в нашей локальной сети). Но такая структура имеет недостатки: во-первых, опасно "класть все яйца в одну корзину" (такая сеть весьма уязвима для атак и не очень надежна - проигравший теряет все), во-вторых, в ней не оптимально распределяется нагрузка, а в-третьих, ее неудобно администрировать - любой сбой или неисправность основного сервера практически полностью парализует работу всей локальной сети. Несмотря на недостаки этого варианта, мы в дальнейшем в основном будем использовать именно его, т.к. мы здесь рассматриваем самые простые и дешевые решения для маленьких контор и дома. Следующие две схемы приведены лишь для ознакомления, и в них можно не вникать.

Теперь немного изменим топологию сети, чтобы устранить часть недостатков (см. рис.2).

Здесь маршрутизатор выполняет только роль шлюза в интернет и файерволла, а сетевые сервисы размещены внутри локальной сети, в идеале - каждый на отдельном компьютере. Теперь выход из строя одного сервера не парализует другие. Но в этой сетевой топологии тоже имеется недостаток: рабочие станции и серверы находятся в одном и том же сегменте сети, что потенциально снижает ее надежность и производительность.

Поэтому, может быть, будет лучше интернет-серверы выделить в отдельный сегмент (см. рис.3).

В этом случае локальная сеть находится в одном сегменте сети, а интернет-серверы - в другом.

Могут быть и другие топологии локальной сети, все зависит от конкретных целей и условий, но для упрощения задачи мы остановимся на первой сетевой топологии (Рис.1), несмотря на ее недостатки, т.к. для экспериментов - это не принципиально.

Теперь пришло время подумать на каком оборудовании и программном обеспечении (ПО) следует реализовать нашу простую локальную сеть. Конкретные реализации будут описаны в следующих статьях, здесь же затронем общие вопросы.

Прошло то время, когда руководство компаний могло не задумываться о легальности устанавливаемых программ. Сейчас нарушения в области авторских прав относятся к тяжким преступлениям, поэтому от греха подальше (с целью минимизации рисков) будем рассматривать только лицензионное программное обеспечение. Оптимизация затрат при переходе на лицензионные программы для маленьких организаций будут рассмотренны в отдельной статье 146УК (шутка:)))).

В качестве шлюза в Интернет можно использовать:

компьютер с Windows (дорогое решение);
компьютер с FreeBSD/Linux;
аппаратный роутер (самое простое и дешевое решение - от 50$).

От некоторых крутых гуру, работающих в крупных организациях, скорее всего услышите рекомендацию на сервер поставить MS Windows 2003 Server, на него поставить ISA (для организации Интернет доступа), почтовый сервер MS Exchange, на клиентские компьютеры поставить Windows XP Pro и завести их в домен, а 1С использовать в терминальном режиме.

В принципе это функционально оптимальный вариант... для крупных организаций, но мы то не монстры, мы - маленькая конторка на 3-10 ПК. Посчитайте по прайс-листу партнеров Microsoft во сколько тысяч (десятков тысяч) долларов вам обойдется такое решение. Поэтому в следующих статьях будут рассматриваться в основном дешевые варианты, где на сервере (шлюзе) будут использоваться бесплатные FreeBSD или Linux, а на клиентских машинах Windows XP HomeEdition (или Professional)... а то и Linux Ubuntu.

В связи с большой площадью территории, большим количеством зданий, цехов, подразделений и пользователей (около 1500 пользователей) для повышения производительности, отказоустойчивости сети необходимо разделить ее на логически независимые объекты, которые будут объединены между собой узловыми сетевыми устройствами. В тоже время разделение большой сети на более мелкие обеспечит возможность более простого ее администрирования. Таким образом, топология ЛВС предприятия будет выполнена в виде иерархической звезды. В качестве технологии канального уровня будет использоваться семейство высокоскоростных версий Ethernet.

Для обеспечения разделения ответственности между коммутаторами будет использована типовая архитектура, состоящая из: коммутаторов уровня ядра сети, коммутаторов уровня распределения и уровня доступа. От коммутаторов, установленных на уровне ядра сети, требуется высокая производительность и отказоустойчивость. Так как именно от них будет зависеть работоспособность всей сети. Коммутаторы распределения будут расположены по территории предприятия, ближе к группам коммутаторов доступа, к которым уже и подключаются конечные пользователи ресурсов ЛВС. Непосредственно к коммутатору ядра сети подключаются коммутаторы серверных шкафов, которые обслуживают, так называемые SAN (Storage area network), локальные сети внутри серверных шкафов.

Предприятие разделено на 5 зон, каждая из которых будут обслуживаться от своего коммутатора уровня распределения. Зоны выбраны в зависимости от месторасположения и количества пользователей. Схема ЛВС предприятия отображена на рисунке 2.

Логически такая крупная сеть должна быть разделена на несколько сетей более мелкого размера. При такой реализации подходе повысится производительность сети, так как широковещательный и другой «сорный трафик» не будет распространяться по все сети, занимая пропускную способность сети. В случае возникновения сбоев в работе сети, таких как широковещательных шторм, из строя выйдет только небольшой логический фрагмент сети, проблему в котором можно будет выявить и исправить значительно быстрее. То есть в таком случае обеспечивается удобство администрирования сети. При проведении каких-либо работ по перестройки сети, можно будет это делать по частям, что упрощает работу сетевых администраторов и позволяет вывести из эксплуатации небольшое количество пользователей на время проведения работ.

Рисунок 2 - Топология ЛВС предприятия

Для разделения сети на будет использована технология virtual local area network (VLAN). На каждое подразделение, а иногда на группу более мелких подразделений, будет организована своя виртуальная сеть. Так же будут созданы несколько vlan-ов для соединения коммутаторов ядра сети и уровня распределения. В каждой такой сети будет использованы уникальные сетевые адреса. Виртуальные сети для размещения подразделений в свои уникальные vlanы будут использоваться порты коммутаторов уровней ядра и распределения. Это будет сделано в ходе конфигурирования активных сетевых устройств.

Как видно из схемы для связи коммутаторов ядра и распределения будут использоваться несколько логических каналов. Будет реализована топология ядра сети «звезда + кольцо». От коммутатора ядра звездой расходятся каналы до коммутаторов распределения, они выделены на схеме голубым цветом. Таким образом получается «звезда». Эти каналы будут выделены в отдельный vlan, который будет использоваться только для связи магистральных коммутаторов.

Желтым цветом выделены каналы, которые будут связывать магистральные коммутаторы в «кольцо». Ранее было недопустимо создание петель в сетях Ethernet. Но требования к надежности сети привели к тому что стали разрабатываться технологии, способные поддерживать избыточные связи в сети, для резервирования каналов. Ethernet Ring Protection Switching (ERPS) одна из технологий которые позволяют организовывать отказоустойчивые топологии сети. Выбрана была она, а не Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP), за быстрое время восстановления работоспособности сети в случае выхода одного из каналов из строя. Для протокола RSTP время сходимости составляет менее 10 секунд, в то время как для ERPS - менее 50 миллисекунд. Это так же будет отдельный vlan, используемый только магистральными коммутаторами.

Для объединения всех виртуальных сетей и нахождения маршрутов между ними будет использована динамическая маршрутизация. А именно протокол Open Shortest Path First version 2 (OSPFv2). Каждый из магистральных коммутаторов будет иметь возможность работы на 3 уровне модели OSI, то есть будет являться коммутатором уровня L3. В домене протокола OSPF будет выделена одна магистральная зона - backbone. В ней будут находиться только маршрутизаторы (встроенные в коммутаторы L3), которые будут обмениваться между собой сведениями о подключенных к ним виртуальным сетям. В этом протоколе необходимо выделение корня домена OSPF - Designated root (DR), и необходимо наличие резервного корня - Backup designated root (BDR). В качестве DR будет использоваться коммутатор уровня ядра, в качестве BDR - один из коммутаторов уровня распределения.

Каждый коммутатор уровня доступа пользователей будет использоваться в своем конкретном vlanе, выделенном для него на коммутаторе уровня распределения. В некоторых случаях такие коммутаторы могут быть использованы для подключения к ним коммутаторов на меньшие количества портов, но для логики работы сети это не имеет значения.

Таким образом организуется производительная, отказоустойчивая и легко масштабируемая архитектура локальной вычислительной сети.