Компьютерные сети

     Для соединения двух отрезков кабеля можно воспользоваться баррел-коннектором (barrel connector). Но злоупотреблять ими не стоит, так как сигнал при этом ослабевает. Лучше купить один длинный кабель, чем соединять несколько коротких отрезков. При большом количестве ``стыковок'' нередко происходит искажение сигнала.

     Для соединения двух отрезков кабеля служит репитер (repeater). В отличие от коннектора, он усиливает сигнал перед передачей его в следующий сегмент. Поэтому предпочтительнее использовать репитер, чем баррел-коннектор или даже один длинный кабель: сигналы на большие расстояния пойдут без искажений. 

     Топология типа «кольцо» 

     При топологии «кольцо» компьютеры подключаются к кабелю, замкнутому в кольцо (рис.1.2). Поэтому у кабеля просто не может быть свободного конца, к которому надо подключать терминатор. Сигналы передаются по кольцу в одном направлении и проходят через каждый компьютер. В отличие от пассивной топологии «шина», здесь каждый компьютер выступает в роли репитера, усиливая сигналы и передавая их следующему компьютеру. Поэтому, если выйдет из строя один компьютер, прекращает функционировать вся сеть.  

     Передача маркера 

     Один из принципов передачи данных в кольцевой сети носит название передачи маркера. Суть его такова. Маркер последовательно, от одного компьютера к другому, передается до тех пор, пока его не получит тот, который «хочет» передать данные. Передающий компьютер изменяет маркер, помещает адрес получателя в данные и посылает их по кольцу.

     Данные проходят через каждый компьютер, пока не окажутся у того, чей адрес совпадает с адресом получателя, указанным в данных. После этого принимающий компьютер посылает передающему сообщение, где подтверждает факт приёма данных. Получим подтверждение, передающий компьютер создаёт новый маркер и возвращает его в сеть.

     На первый взгляд кажется, что передача маркера отнимает много времени, однако на самом деле маркер передвигается практически со скоростью света. В кольце диаметром 200 метров маркер может циркулировать с частотой 10 000 оборотов в секунду. 

     Топология типа «звезда» 

     При топологии «звезда» все компьютеры с помощью сегментов кабеля подключаются к центральному компоненту, именуемому концентратором (рис. 1.3). Сигналы от передающего компьютера поступают через концентратор ко всем остальным. Эта топология возникла на заре вычислительной техники, когда компьютеры были подключены к центральному, главному, компьютеру.

     В сетях с топологией «звезда» подключение кабеля и управление конфигурацией сети централизованны. Но есть и недостаток: так как все компьютеры подключены к центральной точке, для больших сетей значительно увеличивается расход кабеля. К тому же, если центральный компонент выйдет из строя, нарушится работа всей сети. А если выйдет из строя только один компьютер (или кабель, соединяющий его с концентратором), то лишь этот компьютер не сможет передавать или принимать данные по сети. На остальные компьютеры в сети это не повлияет.

 

      Сетевые устройства 

     Повторитель (repeater) 

     Усиливает сигнал сетевого кабеля, который затухает на расстоянии более 100 м. Он работает на физическом уровне стека протоколов, не требует программного обеспечения и представляет собой обычно автономное устройство, не дающее непроизводительных издержек при передаче данных. Таким образом, с помощью наращивания сегментов общая протяженность сети может достигать 500 м. Компьютеры, связанные повторителем считаются принадлежащими одному сегменту. Количество компьютеров в сегменте не должно превышать 50.  

     Мост 

     Это устройство уровня связи данных, объединяющее две или более сети с одной или разной топологией. Обычно это компьютер с несколькими сетевыми платами, к каждой из которых подсоединен свой сегмент ЛВС. Основной задачей моста служит обеспечение прозрачной связи между абонентами различных сетей.  

     Коммутатор (коммутирующий концентратор, switch) 

     Сочетают в себе функции многопортового повторителя и высокоскоростного моста. Их упрощенной «неинтеллектуальной» версией исполнения являются концентраторы (хабы), которые просто на физическом уровне соединяют сегменты сети «звездой» и рассылают все пакеты на все порты. 

     Маршрутизатор 

     Требует более высокого уровня протоколов архитектуры связи, чем мост или коммутатор. Он связывает сегменты сети через сетевой уровень. Например, инструкции по маршрутизации пакетов содержатся в сетевом уровне IP. Маршрутизатор отличается от моста тем, что он может считывать адрес рабочей станции и адрес ЛВС в пакете. Благодаря этому маршрутизатор может фильтровать пакеты и перенаправлять их по наилучшему маршруту, который определяет по таблице маршрутизации.  

     Шлюз 

     Обычно работает на самом высоком уровне стека протоколов и обеспечивают взаимодействие систем и сетей, которые используют несовместимые протоколы. Примерами межсистемных продуктов являются пакеты электронной почты. Они позволяют обмениваться почтовыми файлами пользователей на самых различных системах. 

     Сетевой адаптер 

     PC подключается к сети с помощью сетевой карты, которая устанавливается в один из свободных слотов материнской платы. Сетевые карты являются посредниками между PC и сетью и передают данные по системе шин к CPU и RAM сервера или рабочей станции. Большинство сетевых карт имеют гнездо для установки микросхемы ПЗУ удаленной загрузки (Remote Boot ROM), что необходимо для бездисковых станций.

     Выпускаются 16- и 32-разрядные сетевые карты для различных компьютерных архитектур: ISA, EISA, PCI, MCA.

     На внешней стороне карты имеются разъемы для подключения кабелей:

     - BNC - разъем для подключения тонкого коаксиального кабеля Ethernet (RG-58) (сетевая среда 10Base2)

     - AUI - разъем для подключения толстого кабеля Ethernet (сетевая среда 10Base5)

     - RJ-45 (UTP) - разъем для подключения витой пары (сетевая среда 10BaseT, 100BaseTX)

     - ST - разъем для подключения оптоволоконного кабеля (сетевая среда 10BaseFX, 100BaseFX)

     Сетевые карты бывают 16- и 32-разрядными и имеют исполнение для различных компьютерных архитектур: ISA, EISA, PCI, MCA. 

     Кабели 

     В сети данные передаются по кабелям, соединяющим отдельные компьютеры различным образом в зависимости от топологии и вида сети (Ethernet, Arcnet, Token Ring). Витая пара - это два изолированных медных провода, скрученных между собой. Для Ethernet используется 8-жильный кабель, т.е. состоящий физически из 4-х витых пар. При этом различают неэкранированный (UTP) и экранированный (STP) кабели. Разъем соответствует стандарту RJ-45.

     Коаксиальный кабель состоит из центрального проводника (одножильного или многожильного) и внешней экранирующей оплетки. Для Ethernet применяют кабель с волновым сопротивлением 50 Ом. Существуют два варианта реализации Ethernet на коаксиальном кабеле: на тонком кабеле и на толстом. Для Ethernet на тонком кабеле рекомендуется использовать кабель RG-50. Толстый кабель "Yellow Ethernet" по своим показателям значительно превосходит тонкий.

     Оптоволоконный кабель (ВОК), проводящий световые волны, состоит из двух проводов, причем каждый из них может передавать данные только в одном направлении. Этот кабель изготовлен из стекла (или пластика), покрытого материалом, отражающим свет, и оболочкой из различных термопластических материалов. ВОК может быть одномодовым и многомодовым. Лазер или светодиод испускает пульсирующий пучок света в торец стеклянного сердечника, расположенного на одном конце кабеля.

     Этот пучок распространяется по кабелю в одномодовом или многомодовом режиме, который зависит от физических свойств ВОК. Оптическое волокно одномодового кабеля имеет сечение от 8 до 10 мкм, многомодового - 62,5 мкм, может варьироваться в пределах от 50 до 100 мкм. На другом конце кабеля установлен приемник, преобразующий импульсы света в электрический сигнал. Такие кабели обладают многими замечательными свойствами: они невосприимчивы к электромагнитному радиочастотному излучениям, позволяют передавать данные с очень высокой скоростью. Однако ВОК все еще значительно дороже медного кабеля, а установка требует участия специалистов очень высокой квалификации.

     Максимальная длина сегмента кабеля

     - Витая пара - 100 м;

     - Тонкий коаксиальный кабель - 185 м (максимальная длина кабелей всей сети при использовании дополнительного оборудования может достигать 925 м);

     - Толстый коаксиальный кабель - 500 м (общая длина кабелей сети при использовании специальных усилителей может составлять 2500 м);

     - Оптоволоконный кабель одномодовый -10 км;

     - Оптоволоконный кабель многомодовый - 2 км 

     Одноранговые сети 

     В одноранговой сети все компьютеры равноправны: нет иерархии среди компьютеров и нет выделенного (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 общедоступными по сети.

     Одноранговые сети называют также рабочими группами. Рабочая группа -- это небольшой коллектив, поэтому в одноранговых сетях чаще всего не более 20 компьютеров.

     Одноранговые сети относительно просты. Поскольку каждый компьютер является одновременно и клиентом, и сервером, нет необходимости в мощном центральном сервере или в других компонентах, обязательных для более сложных сетей.

     Одноранговые сети обычно дешевле сетей на основе сервера, но требуют более мощных (и более дорогих) компьютеров.

     В одноранговой сети требования к производительности и к уровню защиты для сетевого программного обеспечения, как правило, ниже, чем в сетях с выделенным сервером.

     Выделенные серверы функционируют исключительно в качестве серверов, но не клиентов или рабочих станций (workstation).

     В такие операционные системы, как Microsoft Windows NT Workstation, Microsoft Windows 9Х, Microsoft Windows 2000/XP, встроена поддержка одноранговых сетей. Поэтому, чтобы установить одноранговую сеть, дополнительного программного обеспечения не требуется.

     Реализация и целесообразность применения

     Одноранговая есть характеризуется рядом стандартных решений:

     - компьютеры расположены на рабочих столах пользователей;

     - пользователи сами выступают в роли администраторов и обеспечивают защиту информации;

     - для объединения компьютеров в сеть применяется простая кабельная система.

     Одноранговая сеть вполне подходит там, где:

     - количество пользователей не превышает 20 человек;

     - пользователи расположены компактно;

     - вопросы зашиты данных не являются критичными;

     - в обозримом будущем не ожидается значительного расширения фирмы и, следовательно, сети.

     Если эти условия выполняются, то, вероятнее всего, выбор одноранговой сети будет правильным. Поскольку в одноранговой сети каждый компьютер функционирует и как клиент, и как сервер, пользователи должны обладать достаточным уровнем знаний, чтобы работать и как пользователи, и как администраторы своего компьютера. 

     Сети на основе сервера 

     Если к сети подключено более 20 пользователей, то одноранговая сеть, где компьютеры выступают в роли и клиентов, и серверов, может оказаться недостаточно производительной. Поэтому большинство сетей использует 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, и именно они будут приводиться обычно в качестве примеров.