Основным оборудованием ЛВС являются кабели с оконечным приемо-передающим оборудованием, сетевые адаптеры, модемы, концентраторы, коммутаторы, маршрутизаторы, мосты, рабочие станции (pc), серверы. Самый простой пример сетевого оборудования - это модем, или модулятор-демодулятор. Модем предназначен для получения из телефонной линии аналогового сигнала, который обрабатывается (самим же модемом) и передается компьютеру в виде информации, которая понятна компьютеру. Компьютер же обрабатывает полученную информацию и по мере необходимости, выводит результат на экран монитора. Обычно выделяют активное и пассивное сетевое оборудование.
Под активным оборудованием подразумевается оборудование , за которым следует некоторая «интеллектуальная» особенность. То есть маршрутизатор, коммутатор (свитч) и т.д. являются активным сетевым оборудованием (АСО). Напротив - повторитель (репитер) и концентратор (хаб) не являются АСО, так как просто повторяют электрический сигнал для увеличения расстояния соединения или топологического разветвления и ничего «интеллектуального» собой не представляют. Но управляемые свитчи относятся к активному сетевому оборудованию, так как могут быть наделены некоей «интеллектуальной особенностью».
Под пассивным сетевым оборудованием подразумевается оборудование, не наделенное «интеллектуальными» особенностями. Например - кабельная система: кабель (коаксиальный и витая пара (UTP/STP)), вилка/розетка (RG58, RJ45, RJ11, GG45), повторитель (репитер), патч-панель, концентратор (хаб), балун (balun) для коаксиальных кабелей (RG-58) и т.д. Также, к пассивному оборудованию можно отнести монтажные шкафы и стойки, телекоммуникационные шкафы. Монтажные шкафы разделяют на: типовые, специализированные и антивандальные. По типу монтажа: настенные и напольные и другие.
Самое важное сетевое оборудование, которое позволяет передавать данные по среде передачи - это сетевые адаптеры, или сетевые карты (сетевухи) . На разные виды сетей бывают разные сетевые адаптеры. На то они и адаптеры, то есть адаптированное к той или иной среде передачи оборудование для передачи данных.
Сетевая плата, также известная как сетевая карта, сетевой адаптер, Ethernet-адаптер, NIC (англ. network interface controller) - периферийное устройство, позволяющее компьютеру взаимодействовать с другими устройствами сети. В настоящее время сетевые платы интегрированы в материнские платы для удобства и удешевления всего компьютера в целом.
По конструктивной реализации сетевые платы делятся на:
Внутренние - отдельные платы, вставляющиеся в PCI, ISA или PCI-E слот;
Внешние, подключающиеся через USB или PCMCIA интерфейс, преимущественно использующиеся в ноутбуках;
Встроенные в материнскую плату.
На 10-мегабитных сетевых платах для подключения к локальной сети используются 3 типа разъёмов:
8P8C для витой пары;
BNC - коннектор для тонкого коаксиального кабеля;
15-контактный разъём трансивера для толстого коаксиального кабеля.
Эти разъёмы могут присутствовать в разных комбинациях, иногда даже все три сразу, но в любой данный момент работает только один из них.
На 100-мегабитных платах устанавливают только разъём для витой пары (8P8C, ошибочно называемый RJ-45).
Рядом с разъёмом для витой пары устанавливают один или несколько информационных светодиодов, сообщающих о наличии подключения и передаче информации.
Одной из первых массовых сетевых карт стала серия NE1000/NE2000 фирмы Novell, а также немало в конце 1980-х было советских клонов сетевых карт с разъемом BNC, которые выпускались с различными советскими компьютерами и отдельно .
Сетевой адаптер (Network Interface Card (или Controller), NIC) вместе со своим драйвером реализует второй, канальный уровень модели открытых систем в конечном узле сети - компьютере. Более точно, в сетевой операционной системе пара адаптер и драйвер выполняет только функции физического и МАС-уровней, в то время как LLC-уровень обычно реализуется модулем операционной системы, единым для всех драйверов и сетевых адаптеров. Собственно так оно и должно быть в соответствии с моделью стека протоколов IEEE 802. Например, в ОС Windows NT уровень LLC реализуется в модуле NDIS, общем для всех драйверов сетевых адаптеров, независимо от того, какую технологию поддерживает драйвер.
Сетевой адаптер совместно с драйвером выполняют две операции: передачу и прием кадра . Передача кадра из компьютера в кабель состоит из перечисленных ниже этапов (некоторые могут отсутствовать, в зависимости от принятых методов кодирования):
Прием кадра данных LLC через межуровневый интерфейс вместе с адресной информацией МАС - уровня. Обычно взаимодействие между протоколами внутри компьютера происходит через буферы, расположенные в оперативной памяти. Данные для передачи в сеть помещаются в эти буферы протоколами верхних уровней, которые извлекают их из дисковой памяти либо из файловой кэш - памяти с помощью подсистемы ввода/вывода операционной системы.
Оформление кадра данных МАС - уровня, в который инкапсулируется кадр LLC (с отброшенными флагами 01111110), заполнение адресов назначения и источника, вычисление контрольной суммы.
Формирование символов кодов при использовании избыточных кодов типа 4В/5В. Скрэмблирование кодов для получения более равномерного спектра сигналов. Этот этап используется не во всех протоколах - например, технология Ethernet 10 Мбит/с обходится без него.
Выдача сигналов в кабель в соответствии с принятым линейным кодом - манчестерским, NRZ1. MLT-3 и т. п.
Прием кадра из кабеля в компьютер включает следующие действия:
Прием из кабеля сигналов, кодирующих битовый поток.
Выделение сигналов на фоне шума. Эту операцию могут выполнять различные специализированные микросхемы или сигнальные процессоры DSP. В результате в приемнике адаптера образуется некоторая битовая последовательность, с большой степенью вероятности совпадающая с той, которая была послана передатчиком.
Если данные перед отправкой в кабель подвергались скрэмблированию, то они пропускаются через дескрэмблер, после чего в адаптере восстанавливаются символы кода, посланные передатчиком.
Проверка контрольной суммы кадра. Если она неверна, то кадр отбрасывается, а через межуровневый интерфейс наверх, протоколу LLC передается соответствующий код ошибки. Если контрольная сумма верна, то из МАС - кадра извлекается кадр LLC и передается через межуровневый интерфейс наверх, протоколу LLC. Кадр LLC помещается в буфер оперативной памяти.
В качестве примера классификации адаптеров используем подход фирмы 3Com. Фирма 3Com считает, что сетевые адаптеры Ethernet прошли в своем развитии три поколения.
В сетевых адаптерах первого поколения применяется метод многокадровой буферизации. При этом следующий кадр загружается из памяти компьютера в буфер адаптера одновременно с передачей предыдущего кадра в сеть. В режиме приема, после того как адаптер полностью принял один кадр, он может начать передавать этот кадр из буфера в память компьютера одновременно с приемом другого кадра из сети.
В сетевых адаптерах второго поколения широко используются микросхемы с высокой степенью интеграции, что повышает надежность адаптеров. Кроме того, драйверы этих адаптеров основаны на стандартных спецификациях. Адаптеры второго поколения обычно поставляются с драйверами, работающими как в стандарте NDIS (спецификация интерфейса сетевого драйвера), разработанном фирмами 3Com и Microsoft и одобренном IBM, так и в стандарте ODI (интерфейс открытого драйвера), разработанном фирмой Novell.
В сетевых адаптерах третьего поколения (к ним фирма 3Com относит свои адаптеры семейства EtherLink III) осуществляется конвейерная схема обработки кадров. Она заключается в том, что процессы приема кадра из оперативной памяти компьютера и передачи его в сеть совмещаются во времени. Таким образом, после приема нескольких первых байт кадра начинается их передача. Это существенно (на 25-55 %) повышает производительность цепочки «оперативная память - адаптер - физический канал - адаптер - оперативная память». Такая схема очень чувствительна к порогу начала передачи, то есть к количеству байт кадра, которое загружается в буфер адаптера перед началом передачи в сеть. Сетевой адаптер третьего поколения осуществляет самонастройку этого параметра путем анализа рабочей среды, а также методом расчета, без участия администратора сети. Самонастройка обеспечивает максимально возможную производительность для конкретного сочетания производительности внутренней шины компьютера, его системы прерываний и системы прямого доступа к памяти.
Адаптеры третьего поколения базируются на специализированных интегральных схемах (ASIC), что повышает производительность и надежность адаптера при одновременном снижении его стоимости. Компания 3Com назвала свою технологию конвейерной обработки кадров Parallel Tasking, другие компании также реализовали похожие схемы в своих адаптерах. Повышение производительности канала «адаптер-память» очень важно для повышения производительности сети в целом, так как производительность сложного маршрута обработки кадров, включающего, например, концентраторы, коммутаторы, маршрутизаторы, глобальные каналы связи и т.п., всегда определяется производительностью самого медленного элемента этого маршрута. Следовательно, если сетевой адаптер сервера или клиентского компьютера работает медленно, никакие быстрые коммутаторы не смогут повысить скорость работы сети.
Выпускаемые сегодня сетевые адаптеры можно отнести к четвертому поколению . В современные адаптеры обязательно входит ASIC, выполняющая функции MAC - уровня (MAC-PHY), скорость развита до 1 Гбит/сек, а также есть большое количество высокоуровневых функций. В набор таких функций может входить поддержка агента удаленного мониторинга RMON, схема приоритета кадров, функции дистанционного управления компьютером и т.п. В серверных вариантах адаптеров почти обязательно наличие мощного процессора, разгружающего центральный процессор. Примером сетевого адаптера четвертого поколения может служить адаптер компании 3Com Fast EtherLink XL 10/100.
Кабель - это элемент передачи электронного сигнала по проводам . Любые кабеля состоят из металлических жил (проводов), которые проводят электрический ток. Провод - это своего рода среда передачи электронного сигнала. При монтаже кабеля необходимо придерживаться методов правильной прокладки кабеля. Кабель нельзя сгибать под острым углом (пусть лучше угол будет закругленный), чтобы снизить вероятность к микроповреждениям. Сетевое оборудования очень чувствительно к таким повреждениям. Нельзя многократно сгибать и разгибать кабель. Это тоже приводит к нарушению его микроструктуры и, как следствие, скорость передачи данных будет ниже обычного, и сеть будет чаще выходить из строя.
В компьютерных салонах можно найти кабели, которые уже изначально предназначены для небольших расстояний.
При монтаже беспроводных сетей учитывается только наличие на компьютере слота PCI или PCMCIA на ноутбуках, или разъема USB, куда собственно сетевой адаптер и подключается. Дело в том, что среда передачи данных у беспроводных сетей - это радиосвязь. Тут уже не надо протягивать провода.
Разъемы, или как их еще очень часто называют порты, используемые при создании стационарных кабельных компьютерных сетей, на сегодняшний день, бывают трех видов: разъем RJ-11, разъем RJ-45 и разъем BNC.
Разъем RJ-11 более известен как разъем для подключения телефона. Кабель под такой стандарт состоит из четырех проводков. Такие разъемы используются на телефонных аналоговых или цифровых ADSL - модемах. В стандартном варианте в разъеме RJ-11 используется всего два проводка: те, которые посередине.
Разъем RJ-45 - это стандартный широко распространенный сетевой разъем, используемый в современных сетевых адаптерах и тому подобном оборудовании, имеет восемь контактов. Наличие его на материнской плате свидетельствует о том, что в материнскую плату интегрирована сетевая карта. Пользователю, имеющему возможность подключится к компьютерной локальной сети, не составит особого труда подключится к ней через этот порт.
И, наконец, разъем BNC, в настоящее время практически не применяется. Появился в 70-х годах, когда компьютерные сети только создавались. Его можно встретить на телевизорах, так как этот разъем используется для подключения кабеля антенны к телевизору. Именно на таких кабелях раньше строились компьютерные сети. Сейчас подобных сетей уже практически нет. Однако кабель широко используется в быту при подключении антенны к телевизору и в радиовещательной аппаратуре, а так же при создании беспроводных компьютерных сетей (тоже для подключения антенны).
К такому оборудованию можно отнести такие элементы сетевого оборудования, как маршрутизаторы, декодеры для спутниковых антенн и модемы .
Маршрутизатор или роутер - сетевое устройство, на основании информации о топологии сети и определённых правил принимающее решения о пересылке пакетов сетевого уровня (уровень 3 модели OSI) между различными сегментами сети.
Обычно маршрутизатор использует адрес получателя, указанный в пакетах данных, и определяет по таблице маршрутизации путь, по которому следует передать данные. Если в таблице маршрутизации для адреса нет описанного маршрута, пакет отбрасывается.
Существуют и другие способы определения маршрута пересылки пакетов, когда, например, используется адрес отправителя, используемые протоколы верхних уровней и другая информация, содержащаяся в заголовках пакетов сетевого уровня. Нередко маршрутизаторы могут осуществлять трансляцию адресов отправителя и получателя, фильтрацию транзитного потока данных на основе определённых правил с целью ограничения доступа, шифрование/дешифрование передаваемых данных и т.д.
Маршрутизаторы помогают уменьшить загрузку сети, благодаря её разделению на домены коллизий или широковещательные домены, а также благодаря фильтрации пакетов. В основном их применяют для объединения сетей разных типов, зачастую несовместимых по архитектуре и протоколам, например для объединения локальных сетей Ethernet и WAN-соединений, использующих протоколы xDSL, PPP, ATM, Frame relay и т. д. Нередко маршрутизатор используется для обеспечения доступа из локальной сети в глобальную сеть. Интернет осуществляет функции трансляции адресов и межсетевого экрана.
В качестве маршрутизатора может выступать как специализированное (аппаратное) устройство, так и обычный компьютер, выполняющий функции маршрутизатора. Существует несколько пакетов программного обеспечения (в большинстве случаев на основе ядра Linux) с помощью которого можно превратить ПК в высокопроизводительный и многофункциональный маршрутизатор, например Quagga.
Чтобы объединить кабеля, разъемы, штекеры и сетевое оборудование вместе, используются инструменты, которые являются самыми необходимыми для любого системного администратора. Естественно инструментов может быть и больше, но в нашем случае рассмотрим только самое основное, без чего невозможно работать ни одному системному администратору.
При создании крупных вычислительных сетей для каких-либо учреждений необходимо, чтобы системный администратор был в курсе последних расценок на сетевое оборудование, это важно на тот случай, когда необходимо будет предоставить предварительные расчеты на покупаемое для сети оборудование. Расценки на оборудование и прочий товар администратора волновать не должно, он берет на себя роль человека, который будет заниматься исключительно созданием самой компьютерной сети.
Итак, в инструментарий системного администратора входит: клещи RJ-45, канцелярский нож, комплект "джеков" RJ-45, прозвонка (цифровой прибор), патч-корд, длиной 1,0 - 1,5 метров, комплект болтиков для монтажа оборудования в системном корпусе, универсальная отвертка, калькулятор. А теперь по порядку про каждый элемент в отдельности.
Клещи RJ-45: используются для обжима витой пары, их наличие обязательно, если вы собираетесь проводить монтаж сети.
Для построения простейшей локальной сети достаточно иметь сетевые адаптеры и кабель подходящего типа. Но даже в этом случае необходимы дополнительные устройства, например, повторители сигналов, позволяющие преодолеть ограничения на максимальную длину кабельного сегмента.
Основная функция повторителя (repeater) это повторение сигналов, поступающих на один из его портов, на всех остальных портах (Ethernet) или на следующем в логическом кольце порте (Token Ring, FDDI) синхронно с сигналами-оригиналами. Повторитель улучшает электрические характеристики сигналов и их синхронность, и в следствие этого появляется возможность увеличивать расстояние между самыми удаленными в сети станциями.
Многопортовый повторитель часто называют концентратором (hub, concentrator), потому что данное устройство реализует не только функцию повторения сигналов, но и концентрирует в одном устройстве функции объединения компьютеров в сеть. Практически во всех современных сетевых стандартах концентратор является обязательным элементом сети, который соединяет отдельные узлы в сеть.
Отрезки кабеля, которые соединяют два компьютера или какие либо два других сетевых устройства называются физическими сегментам. Следовательно, концентраторы и повторители, являются средством физической структуризации сети.
Сетевой концентратор или хаб (жарг. от англ. hub - центр деятельности) - сетевое устройство, предназначенное для объединения нескольких устройств Ethernet в общий сегмент сети . Устройства подключаются при помощи витой пары, коаксиального кабеля или оптоволокна. Термин концентратор (хаб) применим также к другим технологиям передачи данных: USB, FireWire и пр.
Концентратор работает на физическом уровне сетевой модели OSI, повторяет приходящий на один порт сигнал на все активные порты. В случае поступления сигнала на два и более порта одновременно возникает коллизия, и передаваемые кадры данных теряются. Таким образом, все подключённые к концентратору устройства находятся в одном домене коллизий. Концентраторы всегда работают в режиме полудуплекса, когда все подключённые устройства Ethernet разделяют между собой предоставляемую полосу доступа .
Многие модели концентраторов имеют простейшую защиту от излишнего количества коллизий, возникающих по причине одного из подключённых устройств. В этом случае они могут изолировать порт от общей среды передачи. Cетевые сегменты, основанные на витой паре, гораздо стабильнее в работе сегментов на коаксиальном кабеле, поскольку в первом случае каждое устройство может быть изолировано концентратором от общей среды, а во втором случае несколько устройств подключаются при помощи одного сегмента кабеля, и, в случае большого количества коллизий, концентратор может изолировать лишь весь сегмент.
В последнее время концентраторы используются достаточно редко, вместо них получили распространение коммутаторы - устройства, работающие на канальном уровне модели OSI и повышающие производительность сети путём логического выделения каждого подключённого устройства в отдельный сегмент, домен коллизии.
Обозначим следующие характеристики сетевых концентраторов :
Количество портов - разъёмов для подключения сетевых линий, обычно выпускаются концентраторы с 4, 5, 6, 8, 16, 24 и 48 портами (наиболее популярны с 4, 8 и 16). Концентраторы с большим количеством портов значительно дороже. Однако концентраторы можно соединять каскадно друг к другу, наращивая количество портов сегмента сети. В некоторых для этого предусмотрены специальные порты.
Скорость передачи данных - измеряется в Мбит/с, выпускаются концентраторы со скоростью 10, 100 и 1000. Кроме того, в основном распространены концентраторы с возможностью изменения скорости, обозначаются как 10/100/1000 Мбит/с. Скорость может переключаться как автоматически, так и с помощью перемычек или переключателей. Обычно, если хотя бы одно устройство присоединено к концентратору на скорости нижнего диапазона, он будет передавать данные на все порты с этой скоростью.
Тип сетевого носителя - обычно это витая пара или оптоволокно, но существуют концентраторы и для других носителей, а также смешанные, например для витой пары и коаксиального кабеля.
Рабочие станции (РС) формируются в ЛВС на базе персональных компьютеров (ПК) и используются для решения прикладных задач, выдачи запросов в сеть на обслуживание, приема результатов удовлетворения запросов, обмена информацией с другими рабочими станциями. Ядром РС является ПК, от которого зависит конфигурация рабочей станции.
Серверы сети - это аппаратно-программные системы, выполняющие функции управления распределением сетевых ресурсов общего доступа, но могут работать и как обычные компьютеры.
Сервер создается на базе мощного компьютера, гораздо более мощного, чем компьютеры рабочих станций .
В ЛКС может быть несколько различных серверов для управления сетевыми ресурсами, однако всегда имеется один (или несколько) файл-сервер (сервер без данных) для управления внешними запоминающими устройствами (ЗУ) общего доступа и организации распределенных баз данных. В заключение следует отметить, что в ЛВС важная роль в организации взаимодействия описанного выше сетевого оборудования принадлежит протоколу канального уровня , который ориентирован на вполне определенную топологию сети.
Оборудование для локальной сети - это солидный список различных взаимосвязанных элементов и устройств, необходимых для функционирования и . Прежде всего это сетевые серверы, рабочие станции, маршрутизаторы, коммуникаторы, кабели, мосты. Все это и многое другое в целом обеспечивает высокопродуктивное и бесперебойное функционирование сети, поэтому нельзя сказать, что то или иное оборудование для локальной сети является наиболее важным, нежели другое.
Основные виды оборудования для локальной сети и его функциональные задачи
В профессиональной среде принято выделять несколько наиболее важных ключевых узлов локальной компьютерной сети:
- Серверы. Это самые мощные компьютеры, «мозг» ЛВС. В их основные задачи входит хранение файлов, обеспечение разделенного доступа к данным, отслеживание безопасности системы, управление сетью и пр.
- Кабели и провода. Это «кровеносная система» ЛВС, по которой электрические компьютерные сигналы передаются к другим «органам» сети. Без проводов не может функционировать ни одна компьютерная сеть. Конечно, существует и беспроводной способ передачи данных, однако это те же проводные пути, только виртуальные. К тому же, ни одному профессионалу не придет в голову строить сеть на основе Wi-Fi, которые изначально являются лишь «прикладным» способом создания связи между рабочими станциями.
- Распределительные шкафы, розетки, патч-панели - это своеобразные «депо» для скопления (коммутации) проводов.
- IP-телефония. Если еще буквально несколько лет назад телефоны классифицировались в телефонную сеть, то теперь это не просто примитивное устройство, но и своего рода компьютер. Вот почему современные телефоны с расширенными функциями, например, видеотелефоны или мини-АТС, заняли свое отдельное место в списке оборудования для локальной сети.
- Активное оборудование - коммутаторы, модемы, шлюз и т. д. - устройства для разделения или усиления сигнала, выхода в Интернет и т. п.
- Оконечное оборудование - это компьютеры пользователей и периферические устройства (принтеры, сканеры, факсы и т. д.) - подключаемые к сети компоненты, нуждающиеся в постоянном обслуживании.
- И, наконец, к оборудованию для локальной сети относятся устройства, обеспечивающие бесперебойное электропитание основных составляющих сети.
Специалисты компании «Флайлинк» разработают и
Цель: знакомство с оборудованием локальных компьютерных сетей, их видами и характеристиками.
Задачи урока
Обучающие:
- познакомить студентов со структурой локальных сетей;
- познакомить с оборудованием локальных сетей.
Развивающие:
- формировать навыки выделения топологии сети;
- расширение кругозора;
- умение слушать объяснение преподавателя, вести конспект.
Воспитательные
- прививать интерес к предмету.
- формировать навыки самостоятельности и дисциплинированности, основ коммуникативного общения.
Оборудование: ЛВС класса, компьютер, проектор, презентация по теме.
Ход урока:
1. Введение
Занятие сопровождается демонстрацией презентации (Приложение 1).
Преподаватель: Здравствуйте! Тема сегодняшнего занятия «Оборудование локальных сетей» (Слайд1) . Записать тему в тетрадь
2. Изучение нового материала
Преподаватель: Компьютерные сети представляют собой вариант сотрудничества людей и компьютеров, обеспечивающего ускорение доставки и обработки информации. Соединенные в сеть компьютеры обмениваются информацией и совместно используют периферийное оборудование и устройства хранения информации. В зависимости от расстояния между компьютерами сети бывают: локальные, региональные и глобальные (слайд 2 ). Сегодня поговорим более подробно о локальных сетях.
Локальная компьютерная сеть - это сеть, объединяющая компьютеры, расположенные на небольших расстояниях – внутри одного здания или в нескольких зданиях, расположенных недалеко друг от друга. (слайд 3 )
Локальную сеть еще называют ЛВС - локальная вычислительная сеть, но это название скорее относится к временам, когда компьютеры называли вычислительными машинами, но иногда эта аббревиатура еще используется.
Обычно локальные сети устраиваются внутри какой-либо организации, предприятия или учебного заведения. Например, если в компьютерном классе компьютеры объединены в сеть, то эта сеть будет называться локальной.
Состав сети:
- компьютеры,
- сетевые кабели (каналы связи),
- сетевое оборудование (записать в тетрадь).
Преподаватель: для чего нужны каналы связи?
Студенты: каналы связи - это физическая среда (кабели или окружающее пространство), по которой передается информация между компьютерами.
Преподаватель: Рассмотрим подробнее, какие каналы связи существуют. (слайд 6 -нарисовать схему в тетради).
(В процессе объяснения следующего материала преподавателем студенты кратко записывают в тетрадь основную информацию)
В настоящее время распространение получили два основных типа сетей с использование проводных и беспроводных каналов связи.
1. Локальные сети, коммутация в которых выполняется посредством проводного или, (редко), оптоволоконного кабеля. Такой тип сетей сочетает в себе надежность и высокую скорость работы, позволяет связывать между собой даже довольно удаленные компьютеры.
Витая пара – вид кабеля связи, представляет собой одну или несколько пар изолированных проводников, скрученных между собой (с небольшим числом витков на единицу длины), покрытых пластиковой оболочкой. Свивание проводников производится с целью повышения связи проводников одной пары (электромагнитная помеха одинаково влияет на оба провода пары) и последующего уменьшения электромагнитных помех от внешних источников (слайды 7, 8, 9 ).
Коаксиальный кабель – вид электрического кабеля. Состоит из двух цилиндрических проводников, соосно вставленных один в другой. Чаще всего используется центральный медный проводник, покрытый пластиковым изолирующим материалом, поверх которого идёт второй проводник - медная оплётка или алюминиевая фольга с оплёткой из медных лужёных проволок.
Коаксиальный кабель обеспечивает передачу данных на большие расстояния, использовался при построении компьютерных сетей (пока не был вытеснен витой парой).
Используется в сетях кабельного телевидения, для систем связи, авиационной, космической техники, компьютерных сетей, бытовой техники и т. д.
Благодаря совпадению центров обоих проводников потери на излучение практически отсутствуют; одновременно обеспечивается хорошая защита от внешних электромагнитных помех. (слайды 10, 11, 12)
Оптоволоконный кабель – это стеклянная или пластиковая нить, используемая для переноса света внутри себя посредством полного внутреннего отражения.
Оптоволокно может быть использовано как средство для дальней связи и построения компьютерной сети, вследствие своей гибкости, позволяющей даже завязывать кабель в узел. Основное преимущество этого типа кабеля – чрезвычайно высокий уровень помехозащищенности и отсутствие излучения. Несанкционированное подключение очень сложно.
Основные недостатки оптоволоконного кабеля – это сложность его монтажа, небольшая механическая прочность и чувствительность к ионизирующим излучениям. (слайд 13, 14, 15 )
2. Беспроводные локальные сети.
Этот тип сетей, чаще всего, организуется с использованием технологии WI-FI. Преимуществом таких сетей является сравнительная простота их развертывания, для радиосигнала не нужно вести провода, сверлить стены и перекрытия. Не всем может понравиться сплетение проводов на полу или короба с проводкой идущие по стенам, как это бывает в случае применения кабеля. Но у беспроводной технологии есть и свои минусы. Например, радиосигнал чувствителен к помехам, может плохо работать во время осадков. Скорость передачи данных в беспроводных сетях обычно ниже, чем в сетях с использованием кабеля.
Стандартом беспроводной связи для
локальных сетей является технология Wi-Fi
. Wi-Fi –
(аббревиатура от "Wireless Fidelity" – беспроводная высокая точность)
– это набирающий обороты формат передачи цифровых данных по радиоканалам.
Технология Wi-Fi постоянно совершенствуется, что позволяет передавать больший
поток данных, обеспечивает более надежную связь и защиту.
Последнее время Wi-Fi технологиями снабжаются ноутбуки, сотовые телефоны, КПК,
игровые приставки и даже компьютерные мыши.
Применения Wi-Fi достаточно универсальны, она может быть использована там,
где нежелательно или нет возможности сделать проводную сеть. Wi-Fi
обеспечивает подключение в двух режимах: точка-точка (для подключения двух ПК)
и инфраструктурное соединение (для подключения несколько ПК к одной точке
доступа). Скорость обмена данными до 11 Mбит/с при подключении точка-точка и до
54 Мбит/с при инфраструктурном соединении. Скорость зависит от количества
подключенных компьютеров и от расстояния до точки доступа.
Радиоканалы Bluetooht - Bluetooth - название, данное новому стандарту современной технологии беспроводной передачи данных, использующему радиоволны на близком расстоянии, заменяющему кабель для соединения мобильных и/или установленных электронных устройств. Этот стандарт позволяет соединять друг с другом при минимальном пользовательском участии практически любые устройства: мобильные телефоны, ноутбуки, принтеры, цифровые фотоаппараты и даже холодильники, микроволновые печи, кондиционеры. Соединить можно все, что соединяется, то есть имеет встроенный микрочип Bluetooth. Изначально технология Bluetooth создавалась лишь для радиосвязи, и никаких планов по созданию беспроводных локальных сетей на ее основе не было. Но такие проекты вскоре появились, и теперь существует понятие Bluetooth-сети. это технология передачи данных на короткие расстояния (не более 10 м) и может быть использована для создания домашних сетей. Скорость передачи данных не превышает 1 Мбит/с. (слайд 17 )
Каналы связи обладают следующими характеристиками (слайды 18, 19 - записать в тетрадь ).
- Пропускная способность (скорость передачи данных): Мбит, Кбит в секунду
- Надежность (способность передавать информацию без искажения и потерь)
- Стоимость
Сравнительная характеристика представлена в таблице (Приложение 2).
Все компьютеры в локальной сети соединены линиями связи. Геометрическое расположение линий связи относительно узлов сети и физическое подключение узлов к сети называется физической топологией. В зависимости от топологии различают сети: шинной, кольцевой, звездной. (слайд 20 ).
Топология Шина (слайд 21 ). При построении сети по шинной схеме каждый компьютер присоединяется к общему кабелю, на концах которого устанавливаются терминаторы.
Сигнал проходит по сети через все компьютеры, отражаясь от конечных терминаторов.
Преимущества сетей шинной топологии:
- отказ одного из узлов не влияет на работу сети в целом;
- сеть легко настраивать и конфигурировать;
- сеть устойчива к неисправностям отдельных узлов.
Недостатки сетей шинной топологии:
- разрыв кабеля может повлиять на работу всей сети;
- ограниченная длина кабеля и количество рабочих станций;
- трудно определить дефекты соединений
Топология Кольцо (слайд 22 ). Эта топология представляет собой последовательное соединение компьютеров, когда последний соединён с первым.
Каждый компьютер работает как повторитель, усиливая сигнал и передавая его дальше.
Принимающая рабочая станция распознает и получает только адресованное ей сообщение. В сети с топологией типа физическое кольцо используется маркерный доступ, который предоставляет станции право на использование кольца в определенном порядке. Данную сеть очень легко создавать и настраивать. К основному недостатку сетей топологии кольцо является то, что повреждение линии связи в одном месте или отказ ПК приводит к неработоспособности всей сети. Как правило, в чистом виде топология “кольцо” не применяется из-за своей ненадёжности, поэтому на практике применяются различные модификации кольцевой топологии.
Топология Звезда (слайд 23 ). Каждый компьютер подсоединяется к сети при помощи отдельного соединительного кабеля.
Преимущества сетей топологии звезда:
- легко подключить новый ПК;
- имеется возможность централизованного управления;
- сеть устойчива к неисправностям отдельных ПК и к разрывам соединения отдельных ПК.
Недостатки сетей топологии звезда:
- отказ хаба влияет на работу всей сети;
- большой расход кабеля.
Для соединения компьютеров в локальную сеть используется коммуникационное оборудование.
Сетевые платы (адаптер, сетевой адаптер)- это платы расширения, вставляемые в порты расширения на системной плате компьютера. О сновная функция - передача и прием информации по сети. (слайд 24 )
Коцентратор (Hub) - сетевое устройство, предназначенное для объединения компьютеров (устройств) в общий сегмент сети. Устройства подключаются при помощи витой пары, коаксиального кабеля или оптоволокна. устройство, соединяющее параллельно компьютеры в локальной сети. Также оно играет роль повторителя, препятствующего затуханию сигнала, что позволяет увеличить максимальную общую длину кабеля между компьютерами Концентраторы – это аппаратные устройства множественного доступа, которые объединяет в одной точке отдельные физические отрезки кабеля, образуют общую среду передачи данных или физические сегменты сети. (слайд 25 )
Мост (dridge) - устройство сопряжения локальных сетей. Позволяет всем компьютерам одной локальной сети свободно работать с компьютерами другой локальной сети. (слайд 26 )
Маршрутизатор (router) - устройство, используемое для организации крупных локальных сетей. Обеспечивает трафик между локальными сетями, имеющими разные сетевые адреса. Маршрутизаторы помогают уменьшить загрузку сети, благодаря её разделению на домены коллизий и широковещательные домены, а также благодаря фильтрации пакетов. В основном их применяют для объединения сетей разных типов, зачастую несовместимых по архитектуре и протоколам, например для объединения локальных сетей Ethernet и WAN-соединений, использующих протоколы xDSL, PPP, ATM, Frame relay и т. д. Нередко маршрутизатор используется для обеспечения доступа из локальной сети в глобальную сеть Интернет, осуществляя функции трансляции адресов и межсетевого экрана. (слайд 27 )
Повторитель (repeater) - устройство, позволяющее избежать затухания сигнала при очень большой длине соединительных кабелей. Повторитель улучшает электрические характеристики сигналов и их синхронность, и за счет этого появляется возможность увеличивать общую длину кабеля между самыми удаленными в сети станциями. Обычно это устройство устанавливается в середине линии связи, что бы обеспечить устойчивую двустороннюю связь. Бывают как пассивные, так и активные повторители, а также преобразующие повторите ли, которые применяются для соединения, например, "витой пары" с оптоволокном. Роль повторителя может играть специально настроенный компьютер. (слайд 28 )
Переключатель (switch) - устройство, переключающее линию связи между всеми компьютерами, причем этот делается в реальном времени, что позволяет устранить снижение производительности из-за встречных потоков данных. Также оно играет роль повторителя, препятствующего затуханию сигнала.
При построении локальных сетей самыми распространенными являются две технологии - Ethernet и Token Ring .
Технология Ethernet была разработана Робертом Меткалфом (Bob Metcalfe) и Дэвидом Боггсом (David Boggs) в Исследовательском центре Palo Alto (PARC) американской корпорации XEROX в начале 70-х.
Первая локальная сеть, созданная по этой технологии объединила компьютеры Xerox Alto и лазерный принтер. Скорость передачи данных была 2.94 Мбит/с
В июле 1976 года Меткалф и Боггс опубликовали в журнале "Communications of the Association for Computing Machinery" (ACM) статью "Ethernet: Распределение пакетов в локальной компьютерной сети" .13 декабря 1977 года корпорация XEROX получила патент на технологию, а также название Ethernet.
В 1995 году на основе Ethernet была реализована технология, позволяющая обмениваться данными по локальной сети со скоростью 100 Мбит/с Эту технологию назвали Fast Ethernet (Быстрый Ethernet).
В 1998 году была реализована технология Gigabit Ethernet со скоростью передачи информации 1000 Мбит/с.
Технология Token Ring была разработана корпорацией IBM в 70-х годах. В настоящее время эта технология по популярности уступает только Ethernet.
Самостоятельная работа студентов по группам.
Преподаватель : Вам предлагается сравнить различные технологии локальных сетей (Ethernet, Token Ring, FDDI, ArcNet). Для этого вся группа разбивается на команды. Каждая команда занимается поиском информации об отдельной технологии. Результат представить в виде презентаций.
Студенты выполняют самостоятельную работу и затем показывают результат на проекторе.
В ходе показа презентаций все студенты заполняют таблицу.
Используемые материалы
1. Е.И.Гребенюк, Н.А.Гребенюк «Технические средства информатизации» - М.: Изд. центр «Академия», 2007
2. Л.З. Шауцукова «Информатика 10-11» - М.: «Просвещение», 2004
3. http://lessons-tva.info/ - Обучение в Интернет
Локальная сеть внутри компании или квартиры позволяет объединить несколько устройств в единую систему. При помощи такой сети удобно обмениваться файлами, документами. Локально-вычислительная сеть (ЛВС) также существенно экономит время, если подсоединить к ней принтеры, факсы и другие устройства общего пользования.
Особенности сетевого оборудования локальных вычислительных сетей
Сетевым оборудованием называют все устройства, которые составляют локальную вычислительную сеть.
Сетевое оборудование условно можно разделить на два типа:
- Активное сетевое оборудование. Оно преобразовывает, обрабатывает получаемую и передаваемую информацию. Сюда относят принт-серверы, сетевые карты и маршрутизаторы.
- Пассивное сетевое оборудование. Кабели, коннекторы, сетевые розетки, усилители сигналов ничего не делают с информацией, они лишь способствуют физической передаче сигнала.
В зависимости от структуры ЛВС конфигурация оборудования, необходимая для ее создания, будет неодинаковой.
Оборудование для беспроводной локальной сети
Беспроводная локальная сеть - это сеть будущего. Она и сейчас становится все более популярным вариантом оснащения офисов и особенно квартир. Большим ее преимуществом является отсутствие необходимости протягивать провода от устройства к устройству. Минусом до недавнего времени считалась скорость передачи данных. Но сейчас это уже не проблема.
В локальной сети с беспроводным подключением должен быть хотя бы один компьютер или сервер, который раздает сигнал другим устройствам. Сам он может быть подключенным к сети через сетевую карту и шнур или через модем 3G/4G-типа. Дальнейшая передача сигнала от основной точки доступа может осуществляться при помощи ряда устройств.
Wi-Fi-роутеры позволяют подключиться к сети при помощи кабели и при помощи радиосигнала передавать информацию на другие устройства. Обычно они имеют несколько выходов для разводки кабельного сигнала, в некоторых ситуациях это позволяет увеличить число подключаемых устройств. Или же решить вопросы с такими из них, в которых нет датчика для обработки беспроводного сигнала.
UCB-адаптеры. Этот вид устройств подключается к компьютерам или ноутбукам, принтерам, не имеющим встроенного датчика для обработки Wi-Fi-сигнала. Он может служить заменой кабелю и позволяет использовать внутри беспроводной локальной сети даже устаревшие устройства.
Антенны Wi-Fi-точек доступа нужны в большом офисе или помещении, если сигнала от основного роутера или коммутатора не хватает на всю площадь.
От общей структуры сети зависит перечень остального оборудования. Но если ЛВС беспроводного типа делается на основании нового оборудования, то, как правило, можно существенно сэкономить на разного рода переходниках и адаптерах. Ведь в последнее время каждый принтер, факс-аппарат или фотокамера имеют датчики для передачи информации по Bluetooth или при помощи Wi-Fi-соединения.
Оборудование для создания локальной сети
Большинство пользователей все еще отдает предпочтение проводным локальным сетям. В этом есть свой резон. Чаще всего такое решение позволяет выиграть в скорости и производительности. Легко представить себе высокоскоростную беспроводную сеть в квартире, где живут пять человек и где используется несколько устройств одновременно. На предприятии или в офисе необходимо объединить воедино сотни или тысячи компьютеров. И тут без профессионального телекоммуникационного оборудования обойтись сложно.
В общем виде создание ЛВС требует использования нескольких типов оборудования:
- Сервера. Это самая дорогостоящая часть. Для маленькой сети серверным можно сделать обычный компьютер. Большая сеть потребует использовать профессиональное серверное оборудование, которое можно купить или арендовать.
- Кабели и провода для соединения отдельных компьютеров в единую систему.
- Коммутаторы, распределители, шлюзы. Это пассивное и активное сетевое оборудование, которое распределяет или преобразует сигнал.
- Конечные устройства (компьютеры, ноутбуки, планшеты, принтеры).
Некоторые компании делают собственные серверные комнаты и обслуживают локальную сеть на своих мощностях. Такое решение стоит дорого, зато позволяет быть уверенными в том, что система безопасности сети, ее производительность находится в собственных руках.
Поставщики услуг для создания ЛВС в корпоративных системах предлагают и другие решения:
- аренда серверов или их части (co-location);
- облачный сервис, позволяющий хранить данные на распределенной системе серверов, он стоит дешевле аренды серверов.
Производители оборудования для локальной сети
Среди производителей сетевого оборудования есть несколько крупных имен. К ним можно отнести компании:
- D-Link Systems;
- 3Com Corporation;
- Cisco;
- Sagem.
Кабельную продукцию производят многие телекоммуникационные и компьютерные компании.
Есть производители, которые создают широкий спектр решений, например, Cisco. Есть такие, которые специализируются на отдельных направлениях. Можно привести в пример французское предприятие Nexans, которое выпускает кабель, в том числе сетевой, особенно устойчивый к перепаду температур.
Оптовые поставщики оборудования для локальной сети
Вендоры, занимающиеся поставкой телекоммуникационного оборудования, делятся на три типа.
- поставщики комплексных решений под ключ. К ним относятся компании Cisco и HP;
- компании, специализирующиеся на определенном направлении, на проводных или беспроводных типах ЛВС. К этому типу предприятий относятся Avaya, Dell и Extreme Networks;
- поставщики узкой группы оборудования, отдельных компонентов для сетей. Сюда эксперты относят бренды Allied Telesis, D-Link, Brocade, Juniper Network.
Раньше корпоративные заказчики предпочитали оснащение офисов сетями под ключ, они обращались к первой группе вендоров для решения своих задач. Это существенно экономило время, но не всегда давало им лучшие решения за их деньги.
Вторая группа вендоров заняла свою нишу за счет предложений по оптимизации и снижению издержек на создание и обслуживание сетей. Так, компания Avaya работает над повышением пропускной способности беспроводных сетей, а Dell пытается разрабатывать универсальные коммутаторы, совместимые с различными брендами сетевого оборудования.
Поиск оптимального решения конкретной задачи может привести заказчика в любую из трех типов компании. Всем им находится место на растущем рынке.
Примеры современного сетевого оборудования для локальных вычислительных сетей демонстрируются на ежегодной выставке «Связь».
Читайте другие наши статьи:Модель взаимосвязи открытых систем
Топология сетей
При физическом соединении двух или более компьютеров образуется компьютерная сеть . В общем случае, для создания компьютерных сетей необходимо специальное аппаратное обеспечение - сетевое оборудование и специальное программное обеспечение - сетевые программные средства.
Уже сейчас есть сферы человеческой деятельности, которые принципиально не могут существовать без сетей (например работа банков, крупных библиотек и т. д. Сети также используются при управлении крупными автоматизированными производствами, газопроводами, электростанциями и т.п. Для передачи данных компьютеры используют самые разнообразные физические каналы, которые обычно называются средой передачи .
Назначение всех видов компьютерных сетей определяется двумя функциями:
· обеспечение совместного использования аппаратных и программных ресурсов сети;
· обеспечение совместного доступа к ресурсам данных.
Например, все участники локальной сети могут совместно использовать одно общее устройство печати - сетевой принтер или, например, ресурсы жестких дисков одного выделенного компьютера - файлового сервера. Аналогично можно совместно использовать и программное обеспечение. Если в сети имеется специальный компьютер, выделенный для совместного использования участниками сети, он называется файловым сервером .
Группы сотрудников, работающих над одним проектом в рамках локальной сети, называются рабочими группами . В рамках одной локальной сети могут работать несколько рабочих групп. У участников рабочих групп могут быть разные права для доступа к общим ресурсам сети. Совокупность приемов разделения и ограничения прав участников компьютерной сети называется политикой сети . Управление сетевыми политиками называется администрированием сети . Лицо, управляющее организацией работы участников локальной компьютерной сети, называется системным администратором
1.1. Основные характеристики и классификация компьютерных сетей
По территориальной распространенности сети могут быть локальными, глобальными, и региональными.
Локальная сеть (LAN - Local Area Network) - сеть в пределах предприятия, учреждения, одной организации.
Региональная сеть (MAN - Metropolitan Area Network) - сеть в пределах города или области.
Глобальная сеть (WAN - Wide Area Network) – сеть на территории государства или группы государств.
По скорости передачи информации компьютерные сети делятся на низко-, средне- и высокоскоростные:
· низкоскоростные сети - до 10 Мбит/с;
· среднескоростные сети- до 100 Мбит/с;
· высокоскоростные сети - свыше 100 Мбит/с.
По типу среды передачи сети разделяются на:
· проводные (на коаксиальном кабеле, на витой паре, оптоволоконные);
· беспроводные с передачей информации по радиоканалам или в инфракрасном диапазоне.
По способу организации взаимодействия компьютеров сети делят на одноранговые и с выделенным сервером (иерархические сети).
Все компьютеры одноранговой сети равноправны. Любой пользователь сети может получить доступ к данным, хранящимся на любом компьютере.
Главное достоинство одноранговых сетей – это простота установки и эксплуатации. Главный недостаток состоит в том, что в условиях одноранговых сетей затруднено решение вопросов защиты информации. Поэтому такой способ организации сети используется для сетей с небольшим количеством компьютеров и там, где вопрос защиты данных не является принципиальным.
В иерархической сети при установке сети заранее выделяются один или несколько серверов - компьютеров, управляющих обменом данных по сети и распределением ресурсов. Любой компьютер, имеющий доступ к услугам сервера называют клиентом сети или рабочей станцией .
Сервер в иерархических сетях - это постоянное хранилище разделяемых ресурсов. Сам сервер может быть клиентом только сервера более высокого уровня иерархии. Серверы обычно представляют собой высокопроизводительные компьютеры, возможно, с несколькими параллельно работающими процессорами, винчестерами большой емкости и высокоскоростной сетевой картой.
Иерархическая модель сети является наиболее предпочтительной, так как позволяет создать наиболее устойчивую структуру сети и более рационально распределить ресурсы. Также достоинством иерархической сети является более высокий уровень защиты данных. К недостаткам иерархической сети, по сравнению с одноранговыми сетями, относятся:
1. Необходимость дополнительной ОС для сервера.
2. Более высокая сложность установки и модернизации сети.
3. Необходимость выделения отдельного компьютера в качестве сервера
По технологии использования сервера различают сети с архитектурой файл -сервер и сети с архитектурой клиент -сервер . В первой модели используется файловый сервер, на котором хранится большинство программ и данных. По требованию пользователя ему пересылаются необходимая программа и данные. Обработка информации выполняется на рабочей станции .
В системах с архитектурой клиент-сервер обмен данными осуществляется между приложением-клиентом и приложением-сервером. Хранение данных и их обработка производится на мощном сервере, который выполняет также контроль за доступом к ресурсам и данным. Рабочая станция получает только результаты запроса .
К основным характеристикам сетей относятся:
Пропускная способность – максимальный объем данных, передаваемых сетью в единицу времени. Пропускная способность измеряется в Мбит/с.
Время реакции сети - время, затрачиваемое программным обеспечением и устройствами сети на подготовку к передаче информации по данному каналу. Время реакции сети измеряется миллисекундах.
1.2. Топология сетей
Топологией сети называется физическую или электрическую конфигурацию кабельной системы и соединений сети. В топологии сетей применяют несколько специализированных терминов:
· узел сети - компьютер, либо коммутирующее устройство сети;
· ветвь сети - путь, соединяющий два смежных узла;
· оконечный узел - узел, расположенный в конце только одной ветви;
· промежуточный узел - узел, расположенный на концах более чем одной ветви;
· смежные узлы - узлы, соединенные, по крайней мере, одним путём, не содержащим никаких других узлов.
Существует всего 5 основных типов топологии сетей:
1. Топология “Общая Шина”. В этом случае подключение и обмен данными производится через общий канал связи, называемый общей шиной:
Общая шина является очень распространенной топологией для локальных сетей. Передаваемая информация может распространяться в обе стороны. Применение общей шины снижает стоимость проводки и унифицирует подключение различных модулей. Основными преимуществами такой схемы являются дешевизна и простота разводки кабеля по помещениям. Самый серьезный недостаток общей шины заключается в ее низкой надежности: любой дефект кабеля или какого-нибудь из многочисленных разъемов полностью парализует всю сеть. Другим недостатком общей шины является ее невысокая производительность, так как при таком способе подключения в каждый момент времени только один компьютер может передавать данные в сеть. Поэтому пропускная способность канала связи всегда делится здесь между всеми узлами сети.
2. Топология “Звезда”. В этом случае каждый компьютер подключается отдельным кабелем к общему устройству, называемому концентратором , который находится в центре сети:
В функции концентратора входит направление передаваемой компьютером информации одному или всем остальным компьютерам сети. Главное преимущество этой топологии перед общей шиной - существенно большая надежность. Любые неприятности с кабелем касаются лишь того компьютера, к которому этот кабель присоединен, и только неисправность концентратора может вывести из строя всю сеть. Кроме того, концентратор может играть роль интеллектуального фильтра информации, поступающей от узлов в сеть, и при необходимости блокировать запрещенные администратором передачи.
К недостаткам топологии типа звезда относится более высокая стоимость сетевого оборудования из-за необходимости приобретения концентратора. Кроме того, возможности по наращиванию количества узлов в сети ограничиваются количеством портов концентратора. В настоящее время иерархическая звезда является самым распространенным типом топологии связей как в локальных, так и глобальных сетях.
3. Топология “Кольцо”. В сетях с кольцевой топологией данные в сети передаются последовательно от одной станции к другой по кольцу, как правило, в одном направлении:
Если компьютер распознает данные как предназначенные ему, то он копирует их себе во внутренний буфер. В сети с кольцевой топологией необходимо принимать специальные меры, чтобы в случае выхода из строя или отключения какой-либо станции не прервался канал связи между остальными станциями. Преимущество данной топологии - простота управления, недостаток - возможность отказа всей сети при сбое в канале между двумя узлами.
4. Ячеистая топология. Для ячеистой топологии характерна схема соединения компьютеров, при которой физические линии связи установлены со всеми рядом стоящими компьютерами:
В сети с ячеистой топологией непосредственно связываются только те компьютеры, между которыми происходит интенсивный обмен данными, а для обмена данными между компьютерами, не соединенными прямыми связями, используются транзитные передачи через промежуточные узлы. Ячеистая топология допускает соединение большого количества компьютеров и характерна, как правило, для глобальных сетей. Достоинства данной топологии в ее устойчивости к отказам и перегрузкам, т.к. имеется несколько способов обойти отдельные узлы.
5. Смешанная топология. В то время как небольшие сети, как правило, имеют типовую топологию - звезда, кольцо или общая шина, для крупных сетей характерно наличие произвольных связей между компьютерами. В таких сетях можно выделить отдельные произвольно подсети, имеющие типовую топологию, поэтому их называют сетями со смешанной топологией:
1.3. Модель взаимосвязи открытых систем
Основной задачей, решаемой при создании компьютерных сетей, является обеспечение совместимости оборудования по электрическим и механическим характеристикам и обеспечение совместимости информационного обеспечения (программ и данных) по системе кодирования и формату данных. Решение этой задачи относится к области стандартизации и основано на так называемой модели OSI (модель взаимодействия открытых систем - Model of Open System Interconnections). Модель OSI была создана на основе технических предложений Международного института стандартов ISO (International Standards Organization).
Согласно модели OSI архитектуру компьютерных сетей следует рассматривать на разных уровнях (общее число уровней - до семи). Самый верхний уровень - прикладной. На этом уровне пользователь взаимодействует с вычислительной системой. Caмый нижний уровень - физический. Он обеспечивает обмен сигналами между устройствами. Обмен данными в системах связи происходит путем их перемещения с верхнего уровня на нижний, затем транспортировки и, наконец, обратным воспроизведением на компьютере клиента в результате перемещения с нижнего уровня на верхний.
Для обеспечения необходимой совместимости на каждом из семи возможных уровней архитектуры компьютерной сети действуют специальные стандарты, называемые протоколами . Они определяют характер аппаратного взаимодействия компонентов сети (аппаратные протоколы ) и характер взаимодействия программ и данных (программные протоколы ). Физически функции поддержки протоколов исполняют аппаратные устройства (интерфейсы ) и программные средства (программы поддержки протоколов). Программы, выполняющие поддержку протоколов, также называют протоколами.
Каждый уровень архитектуры подразделяется на две части:
Спецификацию услуг;
Спецификацию протокола.
Спецификация услуг определяет, что делает уровень, а спецификация протокола - как он это делает, причем каждый конкретный уровень может иметь более одного протокола.
Рассмотрим функции, выполняемые каждым уровнем программного обеспечения:
1. Физический уровень осуществляет соединения с физическим каналом, так, отсоединения от канала, управление каналом. Определяется скорость передачи данных и топология сети.
2. Канальный уровень добавляет в передаваемые массивы информации вспомогательные символы и контролирует правильность передаваемых данных. Здесь передаваемая информация разбивается на несколько пакетов или кадров. Каждый пакет содержит адреса источника и места назначения, а также средства обнаружения ошибок.
3. Сетевой уровень определяет маршрут передачи информации между сетями, обеспечивает обработку ошибок, а так же управление потоками данных. Основная задача сетевого уровня - маршрутизация данных (передача данных между сетями).
4. Транспортный уровень связывает нижние уровни (физический, канальный, сетевой) с верхними уровнями, которые реализуются программными средствами. Этот уровень разделяет средства формирования данных в сети от средств их передачи. Здесь осуществляется разделение информации по определенной длине и уточняется адрес назначения.
5. Сеансовый уровень осуществляет управление сеансами связи между двумя взаимодействующими пользователями, определяет начало и окончание сеанса связи, время, длительность и режим сеанса связи, точки синхронизации для промежуточного контроля и восстановления при передаче данных; восстанавливает соединение после ошибок во время сеанса связи без потери данных.
6. Представительский - управляет представлением данных в необходимой для программы пользователя форме, производит компрессию и декомпрессию данных. Задачей данного уровня является преобразование данных при передаче информации в формат, который используется в информационной системе. При приеме данных данный уровень представления данных выполняет обратное преобразование.
7. Прикладной уровень взаимодействует с прикладными сетевые программами, обслуживающими файлы, а также выполняет вычислительные, информационно-поисковые работы, логические преобразования информации, передачу почтовых сообщений и т.п. Главная задача этого уровня - обеспечить удобный интерфейс для пользователя.
На разных уровнях обмен происходит различными единицами информации: биты, кадры, пакеты, сеансовые сообщения, пользовательские сообщения.
1.4. Сетевое оборудование
Основными компонентами сети являются рабочие станции , серверы , передающие среды (кабели ) и сетевое оборудование .
Рабочими станциями называются компьютеры сети, на которых пользователями сети реализуются прикладные задачи.
Серверы сети - это аппаратно-программные системы, выполняющие функции управления распределением сетевых ресурсов общего доступа. Сервером может быть любой подключенный к сети компьютер, на котором находятся ресурсы, используемые другими устройствами локальной сети. В качестве аппаратной части сервера используется достаточно мощные компьютеры.
Сети можно создавать с любым из типов кабеля.
1. Витая пара (TP - Twisted Pair)– это кабель, выполненный в виде скрученной пары проводов. Он может быть экранированным и неэкранированным. Экранированный кабель более устойчив к электромагнитным помехам. Витая пара наилучшим образом подходит для малых учреждений. Недостатками данного кабеля является высокий коэффициент затухания сигнала и высокая чувствительность к электромагнитным помехам, поэтому максимальное расстояние между активными устройствами в ЛВС при использовании витой пары должно быть не более 100 метров.
2. Коаксиальный кабель состоит из одного цельного или витого центрального проводника, который окружен слоем диэлектрика. Проводящий слой алюминиевой фольги, металлической оплетки или их комбинации окружает диэлектрик и служит одновременно как экран против наводок. Общий изолирующий слой образует внешнюю оболочку кабеля.
Коаксиальный кабель может использоваться в двух различных системах передачи данных: без модуляции сигнала и с модуляцией. В первом случае цифровой сигнал используется в таком виде, в каком он поступает из ПК и сразу же передается по кабелю на приемную станцию. Он имеет один канал передачи со скоростью до 10 Мбит/сек и максимальный радиус действия 4000 м. Во втором случае цифровой сигнал превращают в аналоговый и направляют его на приемную станцию, где он снова превращается в цифровой. Операция превращения сигнала выполняется модемом; каждая станция должна иметь свой модем. Этот способ передачи является многоканальным (обеспечивает передачу по десяткам каналов, используя для этого всего лишь один кабель). Таким способом можно передавать звуки, видео сигналы и другие данные. Длина кабеля может достигать до 50 км.
3. Оптоволоконный кабель является более новой технологией, используемой в сетях. Носителем информации является световой луч, который модулируется сетью и принимает форму сигнала. Такая система устойчива к внешним электрическим помехам и таким образом возможна очень быстрая, секретная и безошибочная передача данных со скоростью до 2 Гбит/с. Количество каналов в таких кабелях огромно. Передача данных выполняется только в симплексном режиме, поэтому для организации обмена данными устройства необходимо соединять двумя оптическими волокнами (на практике оптоволоконный кабель всегда имеет четное, парное кол-во волокон). К недостаткам оптоволоконного кабеля можно отнести большую стоимость, а также сложность подсоединения.
4. Радиоволны в микроволновом диапазоне используются в качестве передающей среды в беспроводных локальных сетях, либо между мостами или шлюзами для связи между локальными сетями. В первом случае максимальное расстояние между станциями составляет 200 - 300 м, во втором - это расстояние прямой видимости. Скорость передачи данных - до 2 Мбит/с.
Беспроводные локальные сети считаются перспективным направлением развития ЛС. Их преимущество - простота и мобильность. Также исчезают проблемы, связанные с прокладкой и монтажом кабельных соединений - достаточно установить интерфейсные платы на рабочие станции, и сеть готова к работе.
Выделяют следующие виды сетевого оборудования.
1. Сетевые карты – это контроллеры, подключаемые в слоты расширения материнской платы компьютера, предназначенные для передачи сигналов в сеть и приема сигналов из сети.
2. Терминаторы - это резисторы номиналом 50 Ом, которые производят затухание сигнала на концах сегмента сети.
3. Концентраторы (Hub ) – это центральные устройства кабельной системы или сети физической топологии "звезда", которые при получении пакета на один из своих портов пересылает его на все остальные. В результате получается сеть с логической структурой общей шины. Различают концентраторы активные и пассивные. Активные концентраторы усиливают полученные сигналы и передают их. Пассивные концентраторы пропускают через себя сигнал, не усиливая и не восстанавливая его.
4. Повторители (Repeater )- устройства сети, усиливает и заново формирует форму входящего аналогового сигнала сети на расстояние другого сегмента. Повторитель действует на электрическом уровне для соединения двух сегментов. Повторители ничего распознают сетевые адреса и поэтому не могут использоваться для уменьшения трафика.
5. Коммутаторы (Switch ) - управляемые программным обеспечением центральные устройства кабельной системы, сокращающие сетевой трафик за счет того, что пришедший пакет анализируется для выяснения адреса его получателя и соответственно передается только ему.
Использование коммутаторов является более дорогим, но и более производительным решением. Коммутатор обычно значительно более сложное устройство и может обслуживать одновременно несколько запросов. Если по какой-то причине нужный порт в данный момент времени занят, то пакет помещается в буферную память коммутатора, где и дожидается своей очереди. Построенные с помощью коммутаторов сети могут охватывать несколько сотен машин и иметь протяженность в несколько километров.
6. Маршрутизаторы (Router )- стандартные устройства сети, работающие на сетевом уровне и позволяющее переадресовывать и маршрутизировать пакеты из одной сети в другую, а также фильтровать широковещательные сообщения.
7. Мосты (Bridge )- устройства сети, которое соединяют два отдельных сегмента, ограниченных своей физической длиной, и передают трафик между ними. Мосты также усиливают и конвертируют сигналы для кабеля другого типа. Это позволяет расширить максимальный размер сети, одновременно не нарушая ограничений на максимальную длину кабеля, количество подключенных устройств или количество повторителей на сетевой сегмент.
8. Шлюзы (Gateway ) - программно-аппаратные комплексы, соединяющие разнородные сети или сетевые устройства. Шлюзы позволяет решать проблемы различия протоколов или систем адресации. Они действует на сеансовом, представительском и прикладном уровнях модели OSI.
9. Мультиплексоры – это устройства центрального офиса, которое поддерживают несколько сотен цифровых абонентских линий. Мультиплексоры посылают и получают абонентские данные по телефонным линиям, концентрируя весь трафик в одном высокоскоростном канале для передачи в Internet или в сеть компании.
10. Межсетевые экраны (firewall, брандмауэры) - это сетевые устройства, реализующие контроль за поступающей в локальную сеть и выходящей из нее информацией и обеспечивающие защиту локальной сети посредством фильтрации информации. Большинство межсетевых экранов построено на классических моделях разграничения доступа, согласно которым субъекту (пользователю, программе, процессу или сетевому пакету) разрешается или запрещается доступ к какому-либо объекту (файлу или узлу сети) при предъявлении некоторого уникального, присущего только этому субъекту, элемента. В большинстве случаев этим элементом является пароль. В других случаях таким уникальным элементом является микропроцессорные карточки, биометрические характеристики пользователя и т. п. Для сетевого пакета таким элементом являются адреса или флаги, находящиеся в заголовке пакета, а также некоторые другие параметры. Таким образом, межсетевой экран - это программный и/или аппаратный барьер между двумя сетями, позволяющий устанавливать только авторизованные межсетевые соединения. Обычно межсетевые экраны защищают соединяемую с Internet корпоративную сеть от проникновения извне и исключает возможность доступа к конфиденциальной информации.
