Техническое обеспечение компьютерных сетей

 

3.8 UltraNet

 

 Думаю, немногим  представится возможность встретить  эту технологию "живьем". Она  используется для работы с вычислительными системами класса суперкомпьютеров и "большими" машинами. UltraNet представляет собой аппаратно-программный комплекс, способный обеспечить скорость обмена информацией между устройствами, подключенными к нему, до 1 Гбит/с. Эта технология использует топологию "звезда" с концентратором в центральной точке сети. UltraNet отличается достаточно сложной физической реализацией и совершенно нескромными ценами на оборудование – под стать ценам на суперкомпьютеры. Для инициализации и управления сетью UltraNet даже используются компьютеры класса Intel 386, которые подключаются к концентратору. Другими элементами сети UltraNet являются сетевые процессоры и канальные адаптеры. Также в состав сети могут входить мосты и роутеры для соединения ее с сетями, построенными по другим технологиям (Ethernet, Token Ring). В качестве среды передачи могут использоваться коаксиальный кабель и оптоволокно. Хосты, подключаемые к UltraNet, могут находится друг от друга на расстоянии до 30 км. Возможны также соединения и на большие расстояния путем подключения через высокоскоростные каналы WAN.

 

3.9 Banyan Vines

 

 Эта технология  разработана компанией Banyan Virtual Network System (VINES). В качестве методов доступа  к среде может использовать  общеизвестные – Ethernet, Token Ring (и другие, применяемые уже в WAN). На более высоком уровне Banyan VINES используют модифицированные протоколы XNS, разработанные корпорацией Xerox в конце 1970-начале 1980 годов. К слову сказать, XNS послужили основой еще для очень многих реализаций протоколов, получивших гораздо большее распространение, чем собственно XNS. Протоколы высокого уровня Banyan VINES довольно сильно напоминают TCP/IP, но плюс к традиционным чертам TCP/IP, имеют целый ряд дополнений, призванных улучшить, расширить, и сделать более удобным все, что можно сделать таковым. Кроме того, имя "Banyan VINES" носит сетевая OC. Сложно сказать, почему эта весьма интересная технология не получила широкого распространения, по крайней мере на местной почве – вероятно, просто она не оказалась в нужное время в нужном месте.

3.10 WI-FI

 

Wi-Fi- технология  беспроводной связи. Название  это расшифровывается как Wireless Fidelity (с англ. - беспроводная точность). Предназначена для доступа на  коротких дистанциях и, в то  же время, на достаточно больших скоростях. Существует три модификации этого стандарта - IEEE 802.11a, b и g, их отличие друг от друга в скорости передачи данных и расстоянии на которое они могут передавать данные. Максимальная скорость работы 11/ 54/ 320 Мбит/c соответственно, а расстояние передачи порядка 100 метров. Технология удобна тем, что не требует больших усилий объединения компьютеров в сеть, позволяет избежать неудобств возникающих при проложении кабеля. В настоящее время услугами можно воспользоваться в кафе, аэропортах, парках и др

3.11 USB Сеть

 

USB сеть. Предназначена  в основном для пользователей  ноутбуков, т.к. при отсутствии  сетевой карты в ноутбуке она  может обойтись довольно дорого. Удобство в том, что сеть  может быть создана без использования  сетевых карт и концентраторов, универсальность, возможность подключать любой компьютер.

Скорость передачи данных 5-7 Мбит/с.Локальная сеть через  электрические провода. 220В. Электрические  сети не идут ни в какое сравнение  с локальными и глобальными сетями. Электрическая розетка есть в каждой квартире, в каждой комнате. По дому можно протянуть десятки метров кабелей, соединив между собой все компьютеры, принтеры и прочие сетевые устройства.

Но тогда  каждый компьютер станет "рабочим  местом", стационарно расположенным в помещении. Перенести его - значит переложить сетевой кабель. Можно установить дома беспроводную сеть IEEE 802.11b, но могут возникнуть проблемы с проникновением сигнала через стены и перекрытия, к тому же это лишнее излучение, которого в современной жизни итак хватает. А есть и иной способ - использовать уже существующие электрические провода и розетки, установленные в стенах. Единственное, что для этого потребуется - соответствующие адаптеры. Скорость сетевого подключения через электрические провода составляет 14 Мбит/с. Дальность действия - примерно 500 метров.

Но стоит  учитывать, что распределительная  сеть - трёхфазная, а к домам подводится по одной фазе и нулю, равномерно нагружая каждую из фаз. Так что, если один пользователь подключен к одной  фазе, а второй - к другой, то воспользоваться подобной системой не удастся.

 

 

 

 

 

 

4 СЕТЕВЫЕ УСТРОЙСТВА И СРЕДСТВА КОММУНИКАЦИЙ

 

Для объединения компьютеров в локальную сеть 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.

 

 

 

4.1 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. В приложении А рассмотрены основные показатели средств коммуникации.

Также оптоволоконные линии обладают противоподслушивающими свойствами, так как техника ответвлений в оптоволоконных кобелях очень сложна. Оптопроводники объединяются в ЛВС с помощью звездообразного соединения.

4.2 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.

Сетевой адаптер (Network Interface Card, NIC) - это периферийное устройство компьютера, непосредственно взаимодействующее  со средой передачи данных, которая прямо или через другое коммуникационное оборудование связывает его с другими компьютерами. Это устройство решает задачи надежного обмена двоичными данными, представленными соответствующими электромагнитными сигналами, по внешним линиям связи. Как и любой контроллер компьютера, сетевой адаптер работает под управлением драйвера операционной системы и распределение функций между сетевым адаптером и драйвером может изменяться от реализации к реализации.

В первых локальных сетях  сетевой адаптер с сегментом коаксиального кабеля представлял собой весь спектр коммуникационного оборудования, с помощью которого организовывалось взаимодействие компьютеров. Сетевой адаптер компьютера-отправи-теля непосредственно по кабелю взаимодействовал с сетевым адаптером компьютера-получателя. В большинстве современных стандартов для локальных сетей предполагается, что между сетевыми адаптерами взаимодействующих компьютеров устанавливается специальное коммуникационное устройство (концентратор, мост, коммутатор или маршрутизатор), которое берет на себя некоторые функции по управлению потоком данных.

Сетевой адаптер обычно выполняет  следующие функции:

Оформление передаваемой информации в виде кадра определенного формата. Кадр включает несколько служебных  полей, среди которых имеется адрес компьютера назначения и контрольная сумма кадра, по которой сетевой адаптер станции назначения делает вывод о корректности доставленной по сети информации.

Получение доступа к среде передачи данных. В локальных сетях в основном применяются разделяемые между группой компьютеров каналы связи (общая шина, кольцо), доступ к которым предоставляется по специальному алгоритму (наиболее часто применяются метод случайного доступа или метод с передачей маркера доступа по кольцу). В последних стандартах и технологиях локальных сетей наметился переход от использования разделяемой среды передачи данных к использованию индивидуальных каналов связей компьютера с коммуникационными устройствами сети, как это всегда делалось в телефонных сетях, где телефонный аппарат связан с коммутатором АТС индивидуальной линией связи. Технологиями, использующими индивидуальные линии связи, являются 100VG-AnyLAN, ATM и коммутирующие модификации традиционных технологий - switching Ethernet, switching Token Ring и switching FDDI. При использовании индивидуальных линий связи в функции сетевого адаптера часто входит установление соединения с коммутатором сети.

Кодирование последовательности бит кадра последовательностью  электрических сигналов при передаче данных и декодирование при их приеме. Кодирование должно обеспечить передачу исходной информацию по линиям связи с определенной полосой пропускания и определенным уровнем помех таким образом, чтобы принимающая сторона смогла распознать с высокой степенью вероятности посланную информацию. Так как в локальных сетях используются широкополосные кабели, то сетевые адаптеры не используют модуляцию сигнала, необходимую для передачи дискретной информации по узкополосным линиям связи (например, телефонным каналам тональной частоты), а передают данные с помощью импульсных сигналов. Представление же двоичных 1 и 0 может быть различным.

Преобразование  информации из параллельной формы в  последовательную и обратно. Эта  операция связана с тем, что для  упрощения проблемы синхронизации сигналов и удешевления линий связи в вычислительных сетях информация передается в последовательной форме, бит за битом, а не побайтно, как внутри компьютера.

Синхронизация битов, байтов и кадров. Для устойчивого  приема передаваемой информации необходимо поддержание постоянного синхронизма приемника и передатчика информации. Сетевой адаптер использует для решения этой задачи специальные методы кодирования, не использующие дополнительной шины с тактовыми синхросигналами. Эти методы обеспечивают периодическое изменение состояния передаваемого сигнала, которое используется тактовым генератором приемника для подстройки синхронизма. Кроме синхронизации на уровне битов, сетевой адаптер решает задачу синхронизации и на уровне байтов, и на уровне кадров.