Krótko o LAN-ie

Sieć LAN jest jednym z prekursorów szeroko pojętego łączenia ze sobą jednostek roboczych i urządzeń sieciowych w celu wspólnej pracy. W tym artykule chciałbym pokrótce przybliżyć tajniki tej technologii

Wstęp

Obecnie używając komputerów, trudno wyobrazić sobie brak jego połączenia z Internetem, lub innymi urządzeniami funkcjonalnymi. Standard Wi-Fi pozwala na bezprzewodową komunikację pomiędzy poszczególnymi elementami osprzętu, pozwalając na umieszczenie w sieci znacznej liczby laptopów, urządzeń mobilnych, drukarek czy konsol do gier. Zanim jednak pojawiło się to rozwiązanie, jednym z najpopularniejszych sposobów na współdzielenie plików i korzystanie z jednego urządzenia przez wiele komputerów na raz opierało się na rozwiązaniu kablowym LAN. W tym artykule przedstawię ogólną specyfikację sieci, jej ewolucję oraz najczęściej używane topologie podłączeń.

Czym zatem jest LAN?

LAN, to akronim od angielskiego złożenia (Local Area Network – w języku polskim przyjęła się nazwa „sieć lokalna”). Jest to sieć komputerowa, łącząca urządzenia w celu komunikowania się ze sobą na niewielkim obszarze. Z tego powodu używana jest w takich miejscach jak domy, szkoły, pracownie komputerowe czy biura.  W przeciwieństwie do sieci WAN (Wide Area Network – sieć rozległa), sprzęt połączony w systemie sieci lokalnej charakteryzuje się wyższymi zakresami prędkości przy przesyłaniu pakietów danych, mniejszym topograficznym obszarem oddziaływania i odbierania informacji sieciowych, jak również brakiem konieczności wydzielania i dzierżawienia linii oferowanych przez operatorów telekomunikacyjnych. Dzięki temu, komputery spięte w jedną sieć lokalną działają sprawniej i bez konieczności ponoszenia dodatkowych opłat abonamentowych, jednak ich działanie jest ograniczone najczęściej do obszaru jednego budynku lub pomieszczenia. Jak powszechnie wiadomo, aby połączyć ze sobą wszystkie komputery znajdujące się w sieci, konieczne jest zastosowanie odpowiednio ustandaryzowanego okablowania i portów wejściowych. Obecnie jednym z najbardziej rozpowszechnionych systemów podłączeń, obecnym w ponad 85% wszystkich sieci LAN jest system Ethernet. To rozwiązanie technologiczne obejmuje swoim zakresem ujednolicenie typów okablowania jakimi przesyłane są dane pomiędzy urządzeniami, jak również zawiera w sobie specyfikację dotyczącą ramek i protokołów używanych przy połączeniach z Siecią. Warto jednak pamiętać, iż mimo swojego rozpowszechnienia, Ethernet nie jest jedynym standardem używanym w sieciach lokalnych. Wyróżnia się również takie technologie, jak Arcnet, Token Ring, czy FDDI. Obecnie na prowadzenie jednak wysuwa się bezprzewodowe łączenie urządzeń w Sieci przy pomocy systemu Wi-Fi.

Historia rozwoju sieci lokalnej

Sieć LAN ma długą i bogatą historię rozwoju technologicznego, od najprostszych połączeń między dwoma komputerami, do ustandaryzowanych połączeń wielu setek komputerów jednocześnie. Co ciekawe, głównym centrum rozwoju nie były laboratoria badawcze, a kampusy  i pracownie uniwersyteckie. Całość procesu zyskała na sile w latach 60, kiedy to znacznie wzrosło zapotrzebowanie na informatyzację i dostęp do komputerów w sferze badawczej i naukowej. Rok 1970 przyniósł przełom w wytworzeniu szybkich i stabilnych technologii, pozwalających na połączenia między komputerami. Sukces ten miał miejsce w laboratorium badania promieniowania imienia Lawrence’a Berkeleya w Kalifornii. Tam przedstawiono w działaniu prekursora połączenia lokalnego, sieć ochrzczoną nazwą „ośmiornica”. Niedługo potem, w roku 1973 w laboratorium badawczym firmy Xerox opracowano podstawy pod działanie standardu nazwanego Ethernet, który okazał się jednym z kamieni milowych w dalszym rozwoju komunikacji pomiędzy urządzeniami. Sukces opracowanego rozwiązania technologicznego przyniósł za sobą kolejnych konkurentów, którzy pragnęli osiągnąć jeszcze większe prędkości przesyłowe danych przy jednoczesnym zwiększeniu zasięgu działania. Najbliżej osiągnięcia sukcesu była w 1977 korporacja ARCET, jednak proponowane przez nią standardy połączeń przyjęły się w dość niewielkim zakresie. Ewoluowały także systemy zarządzania i konfiguracji sieci. We wczesnych latach 70 standardem używanym dość powszechnie była technologia CP/M, jednak 10 lat później została wyparta przez technologię systemów sterujących opartych na systemie operacyjnym DOS. Późne lata 80 i 90 przyniosły dalszy rozwój połączeń sieci lokalnej. Wprowadzono na przykład obsługę protokołów TCP/IP przy łączeniu z Internetem, a do użytku codziennego w infrastrukturze sieci weszły przejściówki, zabezpieczenia danych przy pomocy systemu Firewall, użycie routerów, mierników przeciążeń czy czujników dostępności i aktywności sieci LAN.

 

Topologie sieciowe

Stacje robocze i urządzenia sieciowe mogą zostać połączone poprzez LAN na kilka różnorodnych sposobów, z których każdy charakteryzuje się pewnymi zaletami, posiadając również słabe strony. W tej części artykułu postaram się pokrótce omówić najbardziej rozpowszechnione topologie sieciowe.

Pierwszą z nich jest połączenie oparte na standardzie gwiazdy, w której wszystkie jednostki robocze połączone są z jednym wspólnym punktem przesyłowym, zbierającym wszystkie dane i pakiety pilików oraz wysyłającym rozporządzenia do poszczególnych elementów sieci lokalnej. Urządzeniem pełniącym taką funkcję jest zazwyczaj koncentrator, lub specjalnie skonfigurowany komputer osobisty. W takim połączeniu głównym atutem jest bardzo niska awaryjność całego systemu, gdyż awaria lub przerwanie połączeń sieciowych powoduje brak odpowiedzi lub wyłączenie się jednego stanowiska komputerowego, lub urządzenia sieciowego. Pozostałe stacje robocze połączenia gwiaździstego działają dalej bez większych przeszkód. Dodatkowo użytkownicy i administratorzy wyrażają się pochlebnie o tej topologii, ze względu na możliwość błyskawicznego usuwania problemów (dzięki łatwej identyfikacji problemów i wysokich możliwościach konfiguracji) oraz relatywnie wysokie prędkości uzyskiwanego transferu danych przy jednoczesnej pracy wszystkich jednostek. Głównymi wadami są natomiast znaczne ilości okablowania, których należy użyć w celu właściwego podłączenia całej sieci oraz wysoka zależność połączenia od koncentratora. W przypadku jego awarii, automatycznie przestają działać wszystkie jednostki do niego podłączone.

Kolejnym, i jednym z najbardziej rozpowszechnionych rozwiązań łączenia sieci, jest tak zwana magistrala lub połączenie metodą topologii szynowej. W takim systemie LAN, każda ze stacji roboczych i urządzeń sieciowych podłączona jest do głównego przewodu, czyli magistrali szynowej.  W tym przypadku, tak jak i we wcześniejszej koncepcji rozmieszczenia, znajdują się istotne zalety, ale również problematyczne wady. Jednym z największych plusów zastosowania magistrali jest brak konieczności używania nadmiernej ilości okablowania. Szynowy LAN wymaga najmniejszej ilości połączeń bezpośrednich, a także pozwala na ich rozplanowanie w bardzo prostym i przejrzystym układzie. Za zastosowaniem magistrali przemawia również jej wysoka niezawodność, co pozwala na długie korzystanie bez większych problemów. Jednak zastosowanie tylko jednego kabla głównego, koncentrującego wszystkie sygnały urządzeń, może być problematyczne w przypadku awarii. Wystarczy nadmienić, że kiedy kabel koncentryczny ulegnie przerwaniu, uszkodzeniu czy spięciu, cała szynowa sieć LAN przestaje działać. Jako, że duże przeciążenia kierowane są w jednym miejscu, w przypadku nadmiernego korzystania z większości stacji roboczych, możliwe są także znaczne spowolnienia działania całego systemu, a awaria jednostek jest trudna w lokalizacji i właściwym naprawieniu.

Ostatnią z popularnie używanych topologii sieciowych jest połączenie w oparciu o plan pierścienia. W takim rozwiązaniu każda ze stacji roboczych podłączona jest do dwóch kolejnych, znajdujących się w najmniejszej odległości urządzeń sieciowych.  System pierścieniowego budowania sieci LAN wiąże się głównie ze znacznym obniżeniem kosztów użytkowania, jak i samej instalacji sieci, ze względu na zauważalnie niższe zużycie kabli i urządzeń pomocniczych (rozdzielacze, przejściówki), zwłaszcza w porównaniu do struktury gwieździstej. Mimo tej zalety, problematycznym jest właściwa diagnostyka i zapewnienie właściwego działania całej sieci w przypadku awarii spowodowanej uszkodzeniem kabli lub jednostek roboczych. Całkowite przerwanie lub spalenie się kabla skutkuje jednak unieruchomieniem działania całej sieci i wiąże się z dosyć kosztownymi pracami naprawczymi. Z tego względu, mimo wyższych kosztów początkowych, jednym z najczęściej wybieranych rozwiązań topologicznych jest gwieździsta sieć LAN.

 

Podsumowanie

Sieć LAN osiągnęła szczyt swojego rozwoju w latach 90, wraz z dopracowaniem standardów Ethernet i wprowadzeniem protokołów sieciowych. Obecnie jest wypierana przez rozwiązania telekomunikacyjne oparte o bezprzewodowe łączenie urządzeń Wi-Fi, jednak opracowane topologie sieciowe i urządzenia wspomagające działanie LAN używane są również obecnie w szkołach, pracowniach komputerowych czy biurach. Wprowadzone połączenie z Internetem poprzez ADSL oraz dedykowane łącza symetryczne, znacznie zwiększające funkcjonalność i możliwości rozbudowy całej infrastruktury przesunęły ją o krok bliżej rozwiązania znanego jako WAN (Wide Area Network), jednak ten system łączenia komputerów opiszę w jednym z kolejnych artykułów.