Сетевые устройства и средства коммуникаций

 

Т Е О  Р И Т И Ч Е С К А  Я   Ч А С Т Ь 
 

Содержание: 

      1. Введение.

2. Основные  понятия.

3. Сетевые  устройства и средства коммуникаций.

4. Топологии  вычислительных сетей.

5. Типы  построения сетей по методам  передачи информации.

6. Сетевые  операционные системы для локальных сетей.

7. Организация  сети.

      8. Заключение.

 

1. Введение. 

      На  сегодняшний день в мире существует более 130 миллионов компьютеров и  более 80% из них объединены в различные  информационно-вычислительные сети от малых локальных сетей в офисах до глобальных сетей типа Internet, FidoNet, FREEnet и т.д. Всемирная тенденция к объединению компьютеров в сети обусловлена рядом важный причин, таких как ускорение передачи информационных сообщений, возможностью быстрого обмена информацией между пользователями, получению и передачи сообщений (факсов, Е-Мail писем, электронных конференций и т.д.) не отходя от рабочего места, возможностью мгновенного получения любой информации из любой точки земного шара, а так же обмену информацией между компьютерами разных фирм производителей работающих под разным программным обеспечением.

      Применение  на практике таких огромных потенциальных  возможностей, которые несет в  себе вычислительная сеть и тот новый  потенциальный подъем, который при  этом испытывает информационный комплекс значительно ускоряет производственные процессы.

      На  базе уже существующего компьютерного  парка и программного комплекса, отвечающей современным научно-техническим  требованиям возникает необходимость  в разработке принципиального решения  вопроса по организации ИВС (информационно-вычислительной сети) с учетом возрастающих потребностей и возможностью дальнейшего постепенного развития сети в связи с появлением новых технических и программных решений.    
 

2. Основные понятия. 

      Для создания единого информационного пространства, способного охватить всех пользователей предприятия и предоставления им информационно созданную в разное время и в разном программном обеспечении используют локальную вычислительную сеть (ЛВС). Под ЛВС понимают совместное подключение нескольких отдельных компьютерных рабочих мест (рабочих станций) к единому каналу передачи данных. Самая простая сеть (англ. Network) состоит как минимум из двух компьютеров, соединенных друг с другом кабелем. Это позволяет им использовать данные совместно. Все сети (независимо от сложности) основываются именно на этом простом принципе. Рождение компьютерных сетей было вызвано практическими потребностями - иметь возможность для совместного использования данных.

      Понятие локальная вычислительная сеть (англ. LAN-Lokal Area Network) относится к географически ограниченным (территориально или производственно) аппаратно-программным реализациям, в которых несколько компьютерных систем связанны друг с другом с помощью соответствующих средств коммуникаций. Благодаря такому соединению пользователь может взаимодействовать с другими рабочими станциями, подключенными с этой ЛВС.

      Существует  два основных типа сетей: одноранговые и сети на основе сервера. В одноранговой сети все компьютеры равноправны  т.е. нет иерархии среди компьютеров и нет выделенного (англ. dedicated) сервера. Как правило, каждый компьютер функционирует и как клиент, и как сервер; иначе говоря, нет отдельного компьютера, ответственного за администрирование всей сети. Все пользователи самостоятельно решают, какие данные на своем компьютере сделать общедоступным по сети. На сегодняшний день одноранговые сети бесперспективны. Если к сети подключено более 10 пользователей, то одноранговая сеть, где компьютеры выступают в роли и клиентов, и серверов, может оказаться недостаточно производительной. Поэтому большинство сетей используют выделенные серверы. Выделенным называется такой сервер, который функционирует только как сервер (исключая функции клиента или рабочей станции). Они специально оптимизированы для быстрой обработки запросов от сетевых клиентов и для управления защитой файлов и каталогов. Сети на основе сервера стали промышленным стандартом. Существуют и комбинированные типы сетей, совмещающие лучшие качества одноранговых сетей и сетей на основе сервера.

      В производственной практики ЛВС играют очень большую роль. Посредством  ЛВС в систему объединяются персональные компьютеры, расположенные на многих удаленных рабочих местах, которые  используют совместно оборудование, программные средства и информацию. Рабочие места сотрудников перестают быть изолированными и объединяются в единую систему. Все ЛВС работают в одном стандарте принятом для компьютерных сетей - в стандарте Open Systems Interconnection (OSI). 
 

3. Сетевые устройства  и средства коммуникаций. 

      Для объединения компьютеров в локальную четь требуется вставить в каждый подключаемый к сети компьютер сетевой контроллер, который позволяет компьютеру получать информацию из локальной сети и передавать данные в сеть, а также соединить компьютеры кабелями, по которым происходит передача данных между компьютерами, а также другими подключенными к сети устройствами (принтерами, сканерами и т.д.). В некоторых типах сетей кабели соединяют компьютеры непосредственно, в других соединение кабелей осуществляется через специальные устройства – концентраторы (или хабы), коммутаторы и др. В небольших сетях обычно компьютеры сети соединяются кабелями с концентратором, который и передает сигналы от одних подключенных к нему компьютеров к другим.

      В качестве средств коммуникации наиболее часто используются  витая пара, коаксиальный кабель и оптоволоконные линии. При выборе тира кабеля учитывают следующие показатели:

      - Стоимость монтажа  и обслуживания;

      - Скорость передачи  информации;

      - Ограничения на величину расстояния передачи информации (без

      дополнительных усилителей-повторителей (репитеров));

      - Безопасность передачи данных.

      Главная проблема заключается в одновременном  обеспечении этих показателей, например, наивысшая скорость передачи данных ограничена максимально возможным расстоянием передачи данных, при котором еще обеспечивается требуемый уровень защиты данных. Легкая наращиваемость и простота расширения кабельной системы влияют на ее стоимость и безопасность передачи данных.

Кабели.

      Витая пара. 

      Наиболее  дешевым кабельным соединением является витое двухжильное проводное соединение часто называемое «витой парой» (англ. twisted pair). Она позволяет передавать информацию со скоростью до 10 Мбит/с, легко наращивается, однако является помехонезащищенной. Длина кабеля не может превышать 1000 м при скорости передачи 1 Мбит/с. Преимуществами являются низкая цена и беспроблемная установка. Для повышения помехозащищенности информации часто используют экранированную витую пару, т.е. витую пару, помещенную в экранирующую оболочку, подобно экрану коаксиального кабеля. Это увеличивает стоимость витой пары и приближает ее цену к цене коаксиального кабеля. 

      Коаксиальный  кабель. 

      Коаксиальный  кабель имеет среднюю цену, хорошо помехозащищен и применяется  для связи на большие расстояния (несколько километров). Скорость передачи информации от 1 до 10 Мбит/с, а в некоторых случаях может достигать 50 Мбит/с. Коаксиальный кабель используется для основной и широкополосной передачи информации. 

      Широкополосный  коаксиальный кабель. 

      Широкополосный коаксиальный кабель невосприимчив к помехам, легко наращивается, но цена его высокая. Скорость передачи информации равна 500 Мбит/с. При передачи информации в базисной полосе частот на расстояние более 1,5 км требуется усилитель, или так называемый репитер (англ. repeater - повторитель). Поэтому суммарное расстояние при передаче информации увеличивается до 10 км. Для вычислительных сетей с топологией тира «шина» или «дерево» коаксиальный кабель должен иметь на конце согласующий резистор (терминатор). 

      Ethernet-кабель. 

      Ethernet-кабель также является коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 50 Ом. Его называют еще толстый Ethernet (англ. thick) или желтый кабель (англ. yellow cable). Он использует 15-контактное стандартное включение. Вследствие помехозащищенности является дорогой альтернативой обычным коаксиальным кабелям. Средняя скорость передачи данных 10 Мбит/с. Максимально доступное расстояние сети Ethernet - около 3000 м. Ethernet-кабель, благодаря своей магистральной топологии, использует в конце лишь один нагрузочный резистор.  

      Cheapernet-кабель. 

      Более дешевым, чем Ethernet-кабель является соединение Cheapernet-кабель (RG-58) или, как его часто называют, тонкий (англ. thin) Ethernet. Это 50-омный коаксиальный кабель со скоростью передачи информации в 10 Мбит/с. При соединении сегментов Cheapernet-кабеля также требуются повторители. Вычислительные сети с Cheapernet-кабелем имеют небольшую  стоимость и минимальные затраты при наращивании. Соединения сетевых плат производится с помощью широко используемых малогабаритных байонетных разъемов (СР-50). Дополнительное экранирование не требуется. Кабель присоединяется к ПК с помощью тройниковых соединителей (Т-connectors). Расстояние между двумя рабочими станциями без повторителей может составлять максимум 300 м, а минимум 0.5 м, общее расстояние для сети на Cheapernet-кабеля около 1000 м. Приемопередатчик Cheapernet расположен на сетевой плате как для гальванической развязки между адаптерами, мак и для усиления внешнего сигнала. 

      Оптоволоконные  линии. 

      Наиболее  дорогими являются оптопроводники, называемые также стекловолоконным кабелем. Скорость распространения информации по ним  достигает 100 Мбит/с, а на экспериментальных  образцах оборудования 200 Мбит/с. Допустимое удаление более 50 км. Внешнее воздействие помех практически отсутствует. На данный момент это наиболее дорогостоящее соединение для ЛВС. Применяются там, где возникают электромагнитные поля помех или требуется передача информации на очень большие расстояния без использования повторителей. Они обладают противоподслушивающими свойствами, так как техника ответвлений в оптоволоконных кобелях очень сложна. Оптопроводники объединяются в ЛВС с помощью звездообразного соединения. 

Таблица № 1.

Основные  показатели средств  коммуникации. 

  

Адаптеры. 

      Вне зависимости от используемого кабеля для каждой рабочей станции необходимо иметь сетевой адаптер. Сетевой  адаптер – это плата, которая вставляется в материнскую плату компьютера. Она имеет два разъема для подключения к сетевому кабелю.

      Сетевые адаптеры могут быть рассчитаны на архитектуру ISA/EISA или Micro Channel. Первая архитектура используется в серии компьютеров IBM AT и совместимых с ними, вторая – в мощных станциях на базе процессоров 80486, третья – в компьютерах PS/2 серии IBM. Конструктивно эти типы адаптеров отличаются друг от друга. Для ускорения работы на плате сетевого адаптера может находиться буфер. Размер этого буфера различен для адаптеров разных типов и может составлять от 8 Кб для 8-битовых адаптеров до 16 Кб и солее для 16- и 32-битовых адаптеров.

      Сетевые адаптеры Ethernet используют порты ввода/вывода и один канал прерывания. Некоторые адаптеры могут работать с каналами прямого доступа к памяти (DMA).

      На  плате адаптера может располагаться  микросхема постоянного запоминающего  устройства (ПЗУ) для создания так  называемых бездисковых рабочих  станций. Это компьютеры, в которых  нет ни винчестера, на флоппидисков. Загрузка операционной системы выполняется из сети, и выполняет ее программа, записанная в микросхеме дистанционной загрузки.

      Перед тем как вставить сетевой адаптер  в материнскую плату компьютера, необходимо с помощью переключателей (расположенных на плате адаптера) задать правильные значения для портов ввода/вывода, канала прерывания, базовый адрес ПЗУ дистанционной загрузки бездисковой станции.

   

Репитер. 

      Если  длина сети превышает максимальную длину сегмента сети, необходимо разбить  сеть на несколько (до пяти) сегментов, соединив их через репитер.

      Конструктивно репитер может быть выполнен либо в виде отдельной конструкции  со своим блоком питания, либо в виде платы, вставляемой в слот расширения материнской платы компьютера.

  Репитер в виде отдельной конструкции стоит дороже, но он может быть использован для соединения сегментов Ethernen, выполненных как на тонком, так и на толстом кабеле, мак как он имеет и коаксиальные разъемы, и разъемы для подключения трансиверного кабеля. С помощью этого репитера можно даже соединить в единую сеть сегменты, выполненные и на тонком, и на толстом кабеле.