Виды и типы локальных сетей (LAN): классификация и особенности

Локальную сеть встречают в каждом офисе, дома и на производстве, но мало кто задумывается, что скрывается за аббревиатурой LAN. Какие есть типы сетей и почему их вообще делят на категории? От выбора архитектуры зависят скорость обмена данными, отказоустойчивость и стоимость обслуживания. Локальную компьютерную сеть обозначают именно так, чтобы подчеркнуть её главное свойство: она живёт в границах одной площадки, а не растягивается через города. В статье разберём виды локальных сетей по способу управления, масштабу, технологии подключения и топологии, покажем, из каких узлов состоит инфраструктура, а в конце сравним LAN с WAN и VLAN, чтобы стало понятно, где заканчивается одна сеть и начинается другая.

Локальная сеть объединяет кабелем или радиоканалом группу устройств в пределах одного здания или небольшой территории: они обмениваются данными без обязательного выхода во внешний интернет. Сервер, рабочие станции, принтеры и камеры видеонаблюдения подключаются к общему коммутатору или точке доступа и получают доступ к разделяемым ресурсам: папкам, базам данных, приложениям.

Такая инфраструктура нужна почти любому бизнесу: без неё сотрудники не смогут одновременно печатать на одном принтере, обращаться к общей базе клиентов или пользоваться корпоративной почтой без задержек. Даже небольшая локальная сеть экономит время на пересылке файлов и снижает нагрузку на внешний интернет-канал, потому что обмен внутри офиса идёт напрямую, без выхода за пределы здания.

Единой схемы деления не существует: локальные сети делятся на группы сразу по нескольким независимым признакам, и один и тот же LAN может одновременно относиться к нескольким категориям. Типы построения сетей эксперты обычно группируют по трём независимым осям: способу управления, масштабу и технологии подключения, а топологию рассматривают отдельно. Виды локальных сетей стоит учитывать ещё на этапе проектирования, потому что смена архитектуры после запуска обходится дороже, чем закладка запаса на старте.

Классификация помогает администратору быстро понять, какое оборудование понадобится и как заложить бюджет на обслуживание. Типы соединения локальных сетей закладываются ещё на этапе проектирования кабельной инфраструктуры, поэтому ошибку в выборе архитектуры потом сложно и дорого исправлять.

Ниже разберём три главных признака: способ управления сетью, её масштаб и технологию подключения устройств.

Одноранговая сеть устроена так, что все узлы равноправны: каждый компьютер одновременно выступает и клиентом, и источником ресурсов для соседей. Такая схема подходит для небольшой квартиры или домашнего офиса, где достаточно расшарить принтер и пару папок между тремя-четырьмя машинами. Настройка занимает минуты, а специального администратора не требуется: достаточно один раз открыть общий доступ к нужным папкам и принтеру.

Клиент-серверная модель устроена иначе: один или несколько мощных серверов хранят данные и раздают их обычным рабочим станциям. Клиент отправляет запрос, сервер его обрабатывает и возвращает результат. Такой подход проще администрировать централизованно: права доступа, резервное копирование и обновления настраиваются в одном месте, а не на каждой машине по отдельности.

Небольшая локальная сеть из пяти устройств дома и сеть из трёхсот компьютеров на заводе устроены совершенно по-разному, хотя обе технически остаются LAN. Домашняя сеть обычно обходится одним роутером с Wi-Fi, а корпоративная требует ярусной структуры: несколько коммутаторов, отдельный сегмент для серверной, резервные каналы связи.

К малому масштабу относят квартиру, небольшой магазин или кабинет на два-три рабочих места, где хватает одного сетевого устройства и минимального набора настроек. Крупные локальные сети, наоборот, встречаются в бизнес-центрах, на предприятиях и в учебных заведениях, где счёт узлов идёт на сотни и тысячи, а без сегментирования сеть быстро превращается в источник постоянных сбоев. Между этими полюсами лежит целый диапазон промежуточных вариантов, и точную границу задаёт не число устройств само по себе, а то, справляется ли выбранное оборудование с реальной нагрузкой.

Средний масштаб охватывает офисы на 50–150 сотрудников: здесь уже нужен управляемый коммутатор, отдельная серверная стойка и хотя бы базовая схема резервного электропитания, потому что простой всей сети обходится бизнесу слишком дорого.

Проводные локальные сети строят на витой паре или оптоволокне: кабель Ethernet соединяет устройства напрямую и обеспечивает стабильную скорость без помех от соседних роутеров. Такая сеть предсказуема и подходит там, где важна максимальная пропускная способность: серверные, студии видеомонтажа, промышленные линии.

Беспроводные сети работают по стандарту Wi-Fi: устройство обменивается данными с точкой доступа по радиоканалу, а провода нужны только для подключения самой точки доступа к остальной инфраструктуре. Мобильность здесь важнее максимальной скорости, поэтому Wi-Fi выбирают там, где устройства должны свободно перемещаться: переговорные комнаты, склады, кафе.

Топология описывает не физическое расположение кабелей в помещении, а логическую схему связей между узлами. От выбранной топологии зависят отказоустойчивость сети и то, насколько просто добавить новое устройство, не останавливая работу остальных. Четыре базовые схемы (шина, звезда, кольцо и сетка) встречаются в чистом виде редко: на практике администраторы обычно комбинируют их элементы под конкретное здание и бюджет.

Все узлы подключаются к одному общему кабелю, который тянется через всё здание. Сигнал идёт по кабелю в обе стороны, и каждое устройство слушает канал, забирая только предназначенные ему пакеты. Схема дешёвая в реализации и требует минимум кабеля на каждого нового участника.

Схема «звезда» строится вокруг центрального коммутатора или концентратора: каждое устройство подключается к нему отдельным кабелем, а узлы между собой напрямую не связаны. Это самая распространённая схема в современных офисах: отказ одного кабеля выводит из строя только одно рабочее место, а не всю сеть, и добавить новый узел можно без остановки остальных.

Кольцевая топология соединяет каждый узел ровно с двумя соседями, и данные идут по замкнутому маршруту в одном направлении, пока не дойдут до адресата. Задержка при этом предсказуема, а нагрузка на канал распределяется равномерно между всеми участниками сети.

Ячеистая топология, или mesh, соединяет узлы множеством дублирующих связей: при обрыве одного канала трафик автоматически находит обходной маршрут. За высокую отказоустойчивость приходится платить количеством кабеля и портов на коммутаторах, поэтому mesh чаще встречается в дата-центрах и беспроводных системах с несколькими точками доступа.

Древовидная топология объединяет несколько сетей типа «звезда» в иерархическую структуру с корневым коммутатором на вершине. Такая схема удобна для крупных офисов с несколькими этажами: на каждом этаже свой локальный узел, а все они подключаются к общему магистральному коммутатору, что упрощает как расширение, так и поиск неисправностей.

Из чего состоит локальная сеть на практике? В базовый набор оборудования обычно входят:

• коммутатор: распределяет трафик между устройствами внутри сети;
• маршрутизатор: связывает локальную сеть с интернетом и другими сетями;
• кабели или точки доступа: физическая среда передачи данных, проводная или беспроводная;
• сетевые адаптеры: присваивают каждому устройству MAC- и IP-адрес для работы в сети;
• источник бесперебойного питания и PoE-коммутаторы: поддерживают оборудование при сбоях электропитания.

Коммутатор распределяет трафик внутри сети, передавая пакеты только на нужный порт, а не рассылая их всем подряд, как делал устаревший концентратор. Маршрутизатор соединяет локальную сеть с внешним миром: именно через него пакеты уходят в интернет и возвращаются обратно, а внутренним узлам присваиваются IP-адреса.

Каждое устройство в сети получает MAC-адрес, уникальный идентификатор сетевой карты, который используется на канальном уровне, и IP-адрес, по которому его находят на уровне сети. Обмен данными идёт по протоколу TCP/IP, а для конкретных задач применяются отдельные протоколы: HTTP для веб-страниц, SMTP для почты, DHCP для автоматической раздачи адресов.

Кабель остаётся основой большинства офисных сетей: витая пара категории 5e или 6 выдерживает скорость до 1–10 Гбит/с на расстояние до 100 метров. Там, где кабель тянуть неудобно или дорого, ставят точку доступа Wi-Fi, и узел подключается к сети уже без проводов. На больших площадях один кабель редко доходит до всех точек сразу, поэтому сеть делят на сегменты и в ключевых местах ставят промежуточные коммутаторы или дополнительные точки доступа, чтобы сигнал не терял в качестве на дальних участках.

Отдельного внимания заслуживает электропитание оборудования: коммутаторы с поддержкой PoE подают питание на точки доступа и камеры прямо по сетевому кабелю, избавляя от прокладки лишней проводки. Для серверной стойки дополнительно ставят источник бесперебойного питания, чтобы короткое отключение электричества не обрушило всю инфраструктуру разом.

LAN ограничена одним зданием или территорией, а WAN, наоборот, объединяет сети из разных городов и стран через арендованные каналы связи или интернет-провайдеров. Мировая локальная сеть — понятие внутренне противоречивое, ведь как только сеть выходит за пределы одной площадки и начинает опираться на чужую инфраструктуру передачи данных, она перестаёт быть локальной и превращается в WAN. Разница между LAN и WAN становится особенно заметной в филиальной структуре: подключение соседних кабинетов остаётся локальной сетью, а связь между городами уже требует арендованных каналов провайдера.

MAN занимает промежуточное положение между LAN и WAN: это сеть в масштабах одного города, например, объединяющая филиалы банка на разных улицах через выделенные каналы или городского провайдера. Расстояние здесь больше, чем в обычном офисе, но инфраструктура всё ещё принадлежит одной организации.

VLAN отвечает не за расстояние, а за логическое разделение: администратор делит один физический коммутатор на несколько виртуальных сетей, чтобы бухгалтерия и производство не видели трафик друг друга, хотя физически подключены к одному оборудованию. Это удобно и с точки зрения безопасности, и с точки зрения нагрузки: широковещательные пакеты одного отдела не мешают работе другого.

Локальные сети бывают крошечными, из пары ноутбуков дома, и огромными, на тысячи узлов внутри целого кампуса. Локальная сеть пример которой знаком каждому: это домашний Wi-Fi-роутер, к которому подключены ноутбук, смартфон и телевизор. Здесь одноранговая архитектура работает без всякой настройки: устройства сами находят друг друга через общую точку доступа.

В офисе на 50–100 сотрудников обычно разворачивают клиент-серверную сеть звездообразной топологии: сервер хранит документы и почту, коммутаторы на каждом этаже собирают кабели от рабочих станций. На заводе или складе добавляется отдельный сегмент для датчиков и систем автоматизации, где важна низкая задержка и постоянное соединение, а не пиковая скорость.

Учебные заведения часто делят локальную сеть на VLAN по аудиториям и корпусам: студенческий Wi-Fi изолирован от административной сети, а компьютерные классы получают собственный сегмент с ограничением скорости на одно устройство. Такое разделение снижает риск, что случайная перегрузка в одной аудитории затронет работу бухгалтерии или деканата.

Какова одна из важнейших характеристик локальной сети при выборе архитектуры? Это соответствие масштабу задачи: избыточно сложная схема с резервированием и виртуальными сегментами для десяти рабочих мест только усложнит обслуживание и раздует бюджет.

Виды локальной сети стоит сравнивать по совокупности факторов: по цене оборудования и по стоимости обслуживания в перспективе нескольких лет. Локальные виды подключения, проводной и беспроводной, редко исключают друг друга: чаще их сочетают, подбирая пропорцию под конкретные помещения и задачи сотрудников. Итоговый выбор почти всегда складывается из бюджета, требований к скорости и планов по расширению штата на ближайшие годы.

Для дома или маленького офиса хватает одного роутера с Wi-Fi и топологии «звезда» без дополнительного оборудования. Средней компании стоит присмотреться к клиент-серверной модели с управляемыми коммутаторами и разделением на VLAN: так проще контролировать доступ по мере роста штата. Для производства или дата-центра оправдана ячеистая топология: цена дополнительных кабелей и портов окупается устойчивостью к авариям на отдельных участках.

Коротко о том, на что смотреть при выборе:

• число пользователей и устройств сейчас и через год-два;
• требования к скорости и задержке для ключевых приложений;
• бюджет на оборудование, лицензии и обслуживание;
• наличие в штате специалиста, готового администрировать сеть;
• насколько легко архитектура масштабируется без замены всего оборудования.

Локальная сеть ограничена одним зданием или территорией и работает без обязательного выхода во внешнюю сеть, тогда как интернет объединяет миллионы сетей по всему миру через провайдеров.

Два компьютера можно соединить напрямую кабелем или через простой коммутатор, но роутер удобнее: он сразу даёт доступ в интернет и раздаёт IP-адреса автоматически.

Ячеистая топология считается самой отказоустойчивой за счёт множества резервных маршрутов, но для большинства офисов достаточно топологии «звезда» с одним хорошим коммутатором.

Да, это стандартная практика: точка доступа Wi-Fi подключается к тому же коммутатору, что и проводные рабочие станции, и все устройства оказываются в одной локальной сети.

VLAN разделяет трафик разных отделов на одном физическом оборудовании: это повышает безопасность и снижает нагрузку на сеть без прокладки отдельных кабелей.

Домашний роутер обычно справляется с 30–50 устройствами, а корпоративная сеть на управляемых коммутаторах масштабируется до тысяч узлов при правильном сегментировании.

Одни сети строят без запаса, и любой обрыв кабеля отключает часть офиса, а другие закладывают резервные маршруты и дублирующее оборудование, чтобы авария на одном участке не останавливала работу целиком.