Компьютерные сети

 В настоящее  время существует несколько вариаций  кабелей типа «витая пара»:  экранированная витая пара и  неэкранированная витая пара. При  производстве  экранированной витой  пары свитые между собой проводники снаружи окружаются дополнительной металлической оболочкой - экраном. Эта дополнительная оболочка обеспечивает защиту полезного сигнала, передающегося по витой паре от внешних электромагнитных помех. Неэкранированная витая пара не имеет дополнительного внешнего металлического экрана. Для соединения кабелей на основе неэкранированной витой пары используются разъемы RJ-45. Внешне они очень похожи на разъемы, используемые для подключения телефонного кабеля.

 Коаксиальный  кабель. Этот кабель представляет  собой медный проводник, по  которому передается полезный  сигнал. Проводник окружен изоляцией,  поверх которой укладывается  медная фольга или сетка, представляющая  собой экран, защищающий центральный  сигнальный провод от внешних  электромагнитных помех. Благодаря  использованию такой конструкции  экран обеспечивает высокую степень  защиты полезного сигнала от  внешних помех, что позволяет  без существенных потерь осуществлять  передачу сигнала на достаточно  большие расстояния. Существующие  коаксиальные кабели подразделяют  на два типа: тонкий и толстый.

 Тонкий коаксиальный  кабель внешне очень похож  на современные кабели, используемые  для подключения телевизионных  антенн. Такой кабель не настолько  гибок и удобен при монтаже,  как неэкранированная витая пара, но тоже достаточно часто используется  для построения локальных сетей.  Разъемы, используемые для подключения  тонкого коаксиального кабеля, называются  ВМС-разъемами.

 Толстый коаксиальный  кабель очень похож на тонкий, но только он большего диаметра. Увеличение диаметра кабеля позволяет обеспечить его большую помехоустойчивость и соответственно гарантирует возможность передачи полезного сигнала на большие расстояния, чем тонкий коаксиальный кабель. Из-за более сложного процесса монтажа толстого кабеля (плохо гнется и требует специализированных разъемов) он распространен гораздо меньше.

 Оптический  кабель. Он используется для передачи  сигнала в виде световых импульсов.  Оптический кабель обеспечивает  очень низкие потери полезного  сигнала и за счет этого  позволяет передавать данные  на очень большие расстояния (в  настоящее время до нескольких  десятков километров). В дополнение  к этому благодаря использованию  света в качестве сигнала обеспечивается  полная защищенность от внешних  электромагнитных помех. На рис. 8 представлена конструкция оптического  кабеля ОК-М.

 В качестве  проводника в таких кабелях  используется стеклянное или  пластиковое волокно, защищенное  снаружи изоляцией для обеспечения  физической сохранности. Оптическое  волокно является относительно  дорогой средой передачи (по сравнению  с витой парой и коаксиальным  кабелем), но в настоящее время  активно используется для построения  высокоскоростных и протяженных  линий связи.

  Беспроводные среды  передачи данных

 В беспроводных  средах передачи сигналы могут  передаваться с использованием  различного рода излучений, например, радиоволны, микроволновое излучение,  инфракрасное излучение и т.п.  В сети полезный сигнал всегда  передается в виде волн с  использованием той или иной  среды передачи. Например, при использовании  кабельных сред передачи сигнал  передается в форме электромагнитных  волн определенной частоты. В  случае использования оптического  кабеля сигнал передается в  виде световых волн (это те  же электромагнитные волны, но  только гораздо большей частоты). При передаче сигналов с использованием  атмосферы используются электромагнитные  волны, передающиеся на частоте  радиоволн, СВЧ - или инфракрасного  излучения.

Устройства  приема/передачи данных

Устройства приема/передачи данных подключаются к среде передачи, формируют сигнал в среде при  его передаче отправляющим компьютером  и принимают его из среды передачи на принимающей стороне. Все устройства приема/передачи характеризуются по типу используемой среды передачи и  отличаются скоростью передачи данных и выполняемыми ими дополнительными  функциями. Примерами таких устройств  могут служить: сетевые карты, повторители, концентраторы, коммутаторы, радиоприемники/передатчики, приемники/передатчики инфракрасного  излучения и т.п.

 Сетевые карты  (Network Adapters). Сетевая карта - это устройство, устанавливаемое в компьютер и предоставляющее ему возможность взаимодействия с сетью. В настоящее время выпускается большое количество разнообразных сетевых карт. Наиболее часто встречающиеся карты имеют вид печатной платы, устанавливаемой в разъем расширения материнской платы компьютера. Многие производители сейчас встраивают сетевые карты прямо в материнские платы.

 В настоящее  время производителями выпускается  огромное количество сетевых  карт различных типов, позволяющих  использовать любые из существующих  сред передачи: витая пара, коаксиальный  или оптический кабель, радиоволны  или инфракрасное излучение.

 Для соединения  сетевой карты и среды передачи  данных применяются разъемы, зависящие  от используемой среды передачи  данных. Например, для тонкого коаксиального  кабеля используются разъемы  BNC, для витой пары пятой категории  - разъемы RJ-45.

 Повторители  (Repeaters). Повторители используются для увеличения расстояния, на которое может передаваться сигнал в используемой среде передачи данных. Реальность физических процессов такова, что передающийся в той или иной среде полезный сигнал при прохождении от передатчика к приемнику, постепенно затухает. Это затухание сигнала происходит из-за возникающих в процессе передачи помех (сопротивление среды передачи, интерференция сигналов от разных источников и т.п.). Для того чтобы гарантировать успешное прохождение сигнала при больших расстояниях между передатчиком и приемником, необходимо использование повторителей. Повторитель подключается к среде передачи между передатчиком и приемником, играя роль посредника при передаче сигнала. Полезный сигнал, отправленный передатчиком, движется по среде передачи, постепенно затухая. Достигнув повторителя, сигнал усиливается повторителем до прежнего уровня и отправляется дальше по среде передачи. Таким образом, с применением повторителей можно обеспечить прохождение сигнала на расстояния в несколько раз большие, чем при использовании только передатчика и приемника, подключенных к среде передачи. 

 В настоящее  время в сетях достаточно редко  используются повторители, сделанные  в виде отдельных устройств.  Как правило, функции усиления  сигнала реализуются во всех  более сложных устройствах сети. Например, фактически все сетевые  карты, концентраторы, коммутаторы  реализуют в себе возможности  повторителей.

 Концентраторы  и коммутаторы (Concentrators and Switches). Концентраторы (Hub) и коммутаторы (Switch) предоставляют возможность физического соединения в единую среду передачи всех кабелей, используемых для подключения сетевых карт компьютеров. Отличие между этими двумя устройствами заключается в том, что во время передачи пакета данных концентраторы отправляют их сразу на все компьютеры, что значительно уменьшает пропускную способность канала. Коммутатор (свич) имеет встроенную память, в которой хранится информация о том, к какому порту подключен какой компьютер. Поэтому во время передачи пакета он отправляется на определенный порт. Кроме того, Switch позволяет использовать в сети контроллеры с разной скоростью передачи, при этом общая пропускная способность не будет опускаться до уровня контроллера с минимальной скоростью.

 Модемы (Modems). Модемы используются для преобразования цифровых сигналов (используемых компьютером) в аналоговые (как правило, звуковых частот) и обратно - из аналоговых в цифровые. Термин «модем» происходит от объединения двух терминов, описывающих процессы преобразования сигнала из цифрового вида в аналоговый - «модуляция» и обратно - «демодуляция». Преобразование в аналоговый сигнал позволяет передавать его по аналоговым линиям передачи данных, например телефонным линиям.

 Микроволновые  приемопередатчики (Microwave Transmitters). Микроволновые приемопередатчики чаще называют приемопередатчиками спутниковой связи. Такие средства связи предназначены для передачи данных на большие расстояния между компьютерами, находящимися в различных географических регионах или странах. Передатчик передает направленный поток микроволн в атмосферу, а приемник принимает его и передает следующему в цепочке приемопередатчику или преобразует полученный сигнал в другой вид для передачи по другой среде передачи данных. Такие преобразования происходят до тех пор, пока сигнал не достигнет точки назначения.

 В настоящее  время спутниковая связь из-за  дороговизны используется чаще  всего для передачи данных  на большие расстояния.

Приемопередатчики инфракрасного и лазерного излучения (Infrared and Laser Transmitters). Приемопередатчики инфракрасного и лазерного излучения по принципам работы похожи на микроволновые системы: они используют атмосферу в качестве среды передачи данных. Но поскольку данные передаются в виде световых сигналов, а не радиоволн, то для успешной передачи данных необходимо обеспечивать отсутствие каких-либо помех на пути движения сигнала (передатчик и приемник должны находиться в зоне прямой видимости друг друга). Поэтому приемопередатчики инфракрасного и лазерного излучения используются для передачи сигналов на короткие дистанции и там, где ограничена возможность использования кабелей (например, при необходимости объединения нескольких филиалов, удаленных на расстояние нескольких сотен метров или единиц километров друг от друга). Поскольку инфракрасное и лазерное излучения лежат в области видимого спектра излучения, то существенные помехи на пути движения сигнала могут оказывать неблагоприятные погодные условия: дождь, туман, снег, смог и т.п. Одним из наиболее популярных сегодня видов использования приемопередатчиков инфракрасного излучения является подключение рабочих мест пользователей в офисах и обеспечение взаимодействия между периферийными устройствами и компьютером.

Программное обеспечение связи

 В процессе  обмена информацией между компьютерами  ключевую роль играет программное  обеспечение связи. Программа,  выполняющая предоставление соответствующего  набора сетевых услуг, рассматривается  в качестве сервера, а программы,  пользующиеся этими услугами, принято  называть клиентами. Программы  имеют распределенный характер, т.е. одна часть функций прикладной  программы реализуется в программе-клиенте,  другая - в программе-сервере, а  для их взаимодействия определяется  некоторый протокол. Для управления  взаимодействием между приложениями  пользователя и ресурсами компьютера  каждая рабочая станция в сети  должна иметь операционную систему.

 Существует  множество различных операционных  систем (ОС) пользователя, при использовании  которых приложения могут осуществлять  доступ к файлам на локальных  дисках, изображать информацию на  экране монитора, выполнять печать  документов на локальных принтерах  и т.п. Эти операционные системы  контролируют доступ приложений  к ресурсам компьютера, таким,  как память, средства хранения  данных, жесткие и гибкие диски,  и любым периферийным устройствам  (принтерам, факсам, модемам и  т.д.). ОС пользователя также предоставляет  базовые сетевые средства, предоставляя  возможность пользователям локальной  сети обмениваться информацией  между компьютерами.

 Основное  направление развития современных  сетевых операционных систем (англ. Network Operation System - NOS) - перенос вычислительных операций на рабочие станции, создание систем с распределенной обработкой данных. Это в первую очередь связано с ростом вычислительных возможностей персональных компьютеров и все более активным внедрением мощных многозадачных операционных систем: OS/2, Windows NT и Windows 98/XP. Кроме этого внедрение объектно-ориентированных технологий (OLE, ActiveX, ODBC и т.д.) позволяет упростить организацию распределенной обработки данных. В такой ситуации основной задачей NOS становится объединение неравноценных операционных систем рабочих станций и обеспечение транспортного уровня для широкого круга задач: обработка баз данных, передача сообщений, управление распределенными ресурсами сети.

 В современных  NOS применяют три основных подхода  к организации управления ресурсами  сети.

 Первый подход - это таблицы объектов (англ. Bindery). Используются в сетевых операционных системах Novell NetWare. Такая таблица находится на каждом файловом сервере сети. Она содержит информацию о пользователях, группах, их правах доступа к ресурсам сети (данным, сервисным услугам, печати через сетевой принтер и т.п.)- Такая организация работы удобна, если в сети только один сервер. В этом случае требуется определить и контролировать только одну информационную базу. При расширении сети, добавлении новых серверов объем задач по управлению ресурсами сети резко возрастает. Администратор системы вынужден на каждом сервере сети определять и контролировать работу пользователей. Абоненты сети, в свою очередь, должны точно знать, где расположены те или иные ресурсы сети, а для получения доступа к этим ресурсам - регистрироваться на выбранном сервере. Конечно, для информационных систем, состоящих из большого количества серверов, такая организация работы не подходит.