Техническое обеспечение компьютерных сетей

Сетевые адаптеры различаются по типу и разрядности используемой в компьютере внутренней шины данных - ISA, EISA, PCI, MCA.

Сетевые адаптеры различаются также по типу принятой в сети сетевой технологии - Ethernet, Token Ring, FDDI и т.п. Как правило, конкретная модель сетевого адаптера работает по определенной сетевой технологии (например, Ethernet). В связи с тем, что для каждой технологии сейчас имеется возможность использования различных сред передачи данных (тот же Ethernet поддерживает коаксиальный кабель, неэкранированную витую пару и оптоволоконный кабель), сетевой адаптер может поддерживать как одну, так и одновременно несколько сред. В случае, когда сетевой адаптер поддерживает только одну среду передачи данных, а необходимо использовать другую, применяются трансиверы и конверторы.

Трансивер (приемопередатчик, transmitter+receiver) - это  часть сетевого адаптера, его оконечное  устройство, выходящее на кабель. В  первом стандарте Ethernet, работающем на толстом коаксиале, трансивер располагался непосредственно на кабеле и связывался с остальной частью адаптера, располагавшейся внутри компьютера, с помощью интерфейса AUI (attachment unit interface). В других вариантах Ethernet'а оказалось удобным выпускать сетевые адаптеры (да и другие коммуникационные устройства) с портом AUI, к которому можно присоединить трансивер для требуемой среды.

Вместо  подбора подходящего трансивера можно использовать конвертор, который  может согласовать выход приемопередатчика, предназначенного для одной среды, с другой средой передачи данных (например, выход на витую пару преобразуется в выход на коаксиальный кабель). 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.

4.3 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 Ethernet, 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.

Репитер в виде платы имеет только коаксиальные разъемы и поэтому может соединять  только сегменты на тонком коаксиальном кабеле. Однако он стоит дешевле, и  не требует отдельной розетки  для подключения электропитания.

Один из недостатков встраиваемого в рабочую станцию репитера заключается в том, чтобы для обеспечения круглосуточной работы сети станция с репитером также должна работать круглосуточно. При выключении питания связь между сегментами сети будет нарушена.

Функции репитера заключаются в физическом разделении сегментов сети и обеспечении восстановления пакетов, передаваемых из одного сегмента сети в другой.

Репитер повышает надежность сети, так как  отказ одного сегмента (например, обрыв  кабеля) не сказывается на работе других сегментов. Однако через поврежденный сегмент данные проходить не могут.

4.4 Серверы

Для обеспечения функционирования локальной  сети часто выделяется специальный  компьютер – сервер, или несколько  таких компьютеров. На дисках серверов располагаются совместно используемые программы, базы данных и т.д. Остальные компьютеры локальной сети часто называются рабочими станциями. На тех рабочих станциях, где требуется обрабатывать только данные на сервере, часто для экономии, не устанавливают жестких дисков. В сетях, состоящих более чем из 20-25 компьютеров, наличие сервера обязательно – иначе, как правило, производительность сети будет неудовлетворительной. Сервер необходим и при совместной интенсивной работе с какой-либо базой данных.

Иногда  серверам назначается определенная специализация (хранение данных, программы, обеспечение модемной и факсимильной связи, вывод на печать и т.д.). Серверы, как правило, не используются в качестве рабочих мест пользователей. Серверы, обеспечивающие работу с ценными данными, часто размещаются в изолированном помещении, доступ в которое имеют только специально уполномоченные люди.

4.5 Модемы И Факс-Модемы

Для всех пользователей, желающих использовать глобальные электронные сети типа Internet, работать с электронной почтой, получать извне офиса доступ к локальной сети своей, посылать и получать факсы с помощью компьютера и т.д., необходим модем или факс-модем. Модем – это устройство для обмена информацией с другими компьютерами через телефонные сети. Факс-модем – устройство, сочетающее возможности модема и средства для обмена факсимильными изображениями с другими факс-модемами и обычными телефаксными аппаратами. Большинство современных модемов являются факс-модемами. Некоторые модемы обладают голосовыми возможностями и могут, например, использоваться в качестве автоответчика.

Моде́м (акроним, составленный из слов модулятор  и демодулятор) — устройство, применяющееся  в системах связи для физического  сопряжения информационного сигнала  со средой его распространения, где  он не может существовать без адаптации.

Модулятор в модеме осуществляет модуляцию  несущего сигнала при передаче данных, то есть изменяет его характеристики в соответствии с изменениями  входного информационного сигнала, демодулятор осуществляет обратный процесс при приёме данных из канала связи. Модем выполняет функцию оконечного оборудования линии связи. Само формирование данных для передачи и обработки принимаемых данных осуществляет т. н. терминальное оборудование (в его роли может выступать и персональный компьютер).

Модемы различаются  по исполнению (внешние или внутренние), по принципу работы (аппаратные или  программные), по типу сети, к которой  производится подключение, а также  по поддерживаемым протоколам передачи данных.

Наибольшее  распространение получили внутренние программные, внешние аппаратные и встроенные модемы.

По исполнению различают:

внешние — подключаются через COM-, LPT-[1], USB- или Ethernet-порт, обычно имеют отдельный блок питания (существуют и USB-модемы с питанием от шины USB).

внутренние  — дополнительно устанавливаются внутрь системного блока или ноутбука (в слот ISA, PCI, PCI-E, PCMCIA, AMR/CNR).

встроенные  — являются частью устройства, куда встроены (материнской платы, ноутбука или док-станции).

 

По принципу работы модемы бывают:

аппаратные — все операции преобразования сигнала, поддержка физических протоколов обмена производятся встроенным в модем вычислителем (например, с использованием DSP или микроконтроллера). Также в аппаратном модеме присутствует ПЗУ, в котором записана микропрограмма, управляющая модемом.

программные (софт-модемы, host based soft-modem) — все операции по кодированию  сигнала, контролю ошибок и управлению протоколами реализованы программно и производятся центральным процессором  компьютера. В модеме находятся только входные/выходные аналоговые цепи и преобразователи (ЦАП и АЦП), а также контроллер интерфейса (например USB).

полупрограммные (controller based soft-modem) — модемы, в которых  часть функций модема выполняет  компьютер, к которому подключён  модем.

По типу сети и соединения:

Модемы для  телефонных линий:

Модемы для  коммутируемых телефонных линий  — наиболее распространённый в XX веке и 2000-х годах тип модемов. Используют коммутируемый удалённый доступ.

ISDN — модемы  для цифровых коммутируемых телефонных  линий.

DSL — используются для организации выделенных (некоммутируемых) линий средствами обычной телефонной сети. Отличаются от коммутируемых модемов тем, что используют другой частотный диапазон, а также тем, что по телефонным линиям сигнал передается только до АТС. Обычно позволяют одновременно с обменом данными осуществлять использование телефонной линии для переговоров.

Кабельные модемы — используются для обмена данными  по специализированным кабелям —  к примеру, через кабель коллективного  телевидения по протоколу DOCSIS.

Радиомодемы —  работают в радиодиапазоне, используют собственные наборы частот и протоколы:

Беспроводные  модемы — работают по протоколам сотовой  связи (GPRS, EDGE, 3G, LTE) или Wi-Fi. Часто имеют  исполнения в виде USB-брелка. В качестве таких модемов также часто используют терминалы мобильной связи.

Спутниковые модемы — используются для организации  спутникового Интернета. Принимают  и обрабатывают сигнал, полученный со спутника.

PowerLine-модемы (стандарт HomePlug) — используют технологию  передачи данных по проводам бытовой электрической сети.

Микросхемы  памяти:

ROM — энергонезависимая  память, в которой хранится микропрограмма  управления модемом — прошивка, которая включает в себя наборы  команд и данных для управления  модемом, все поддерживаемые коммуникационные протоколы и интерфейс с компьютером. Обновление прошивки модема доступно в большинстве современных моделей, для чего служит специальная процедура, описанная в руководстве пользователя. Для обеспечения возможности перепрошивки для хранения микропрограмм применяется флэш-память (EEPROM). Флэш-память позволяет легко обновлять микропрограмму модема, исправляя ошибки разработчиков и расширяя возможности устройства. В некоторых моделях внешних модемов она так же используется для записи входящих голосовых и факсимильных сообщений при выключенном компьютере.

NVRAM — энергонезависимая  электрически перепрограммируемая  память, в которой хранятся настройки  модема (профиль модема)[2]. Пользователь  может изменять установки, например, используя набор AT-команд.

RAM — оперативная  память модема, используется для  буферизации принимаемых и передаваемых  данных, работы алгоритмов сжатия  и прочего.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 ТОПОЛОГИИ  ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ

 

Термин  «топология сети» относится к  пути, по которому данные перемещаются по сети. Существуют три основных вида топологий: «звезда», «кольцо» и «общая шина».

5.1 Топология типа «Звезда»

Концепция топологии сети в виде звезды пришла из области больших  ЭВМ, в которой головная машина получает и обрабатывает все данные с периферийных устройств как активный узел обработки данных (рис. 5.1.1 Топология типа «звезда»). Этот принцип применяется в системах передачи данных, например, в электронной почте сети RelCom. Вся информация между двумя периферийными рабочими местами проходит через центральный узел вычислительной сети.

                            рис. 5.1.1 Топология типа «звезда»

Пропускная  способность сети определяется вычислительной мощностью узла и гарантируется  для каждой рабочей станции. Коллизий (столкновений) данных не возникает.

Кабельное соединение довольно простое, мак как  каждая рабочая станция связана  с узлом. Затраты на прокладку  кабелей высокие, особенно когда  центральный узел географически  расположен не в центре топологии.

При расширении вычислительных сетей не могут быть использованы ранее выполненные кабельные связи: к новому рабочему месту необходимо прокладывать отдельный кабель из центра сети.

Топология в виде «звезды» является наиболее быстродействующей из всех топологий  вычислительных сетей, поскольку передача данных между рабочими станциями проходит через центральный узел (при его хорошей производительности) по отдельным линиям, используемым только этими рабочими станциями. Частота запросов передачи информации от одной станции к другой невысокая по сравнению с достигаемой в других топологиях.

Производительность  вычислительной сети в первую очередь  зависит от мощности центрального файлового  сервера. Он может быть узким местом вычислительной сети. В случае выхода из строя центрального узла нарушается работа всей сети.

Центральный узел управления - файловый сервер реализует  оптимальный механизм защиты против несанкционированного доступа к  информации. Вся вычислительная сеть может управляться из ее центра.

5.2 Кольцевая Топология

При кольцевой топологии сети рабочие станции связаны одна с другой по кругу (рис.5.2.1 Кольцевая топология), т.е. рабочая станция 1 с рабочей станцией 2, рабочая станция3 с рабочей станцией 4 и т.д. Последняя рабочая станция связана с первой. Коммуникационная связь замыкается в кольцо.

                                       

                                    рис.5.2.1 Кольцевая топология

Прокладка кабелей от одной рабочей станции  до другой может быть довольно сложной  и дорогостоящей, особенно если географическое расположение рабочих станций далеко от формы кольца.

Сообщения циркулируют регулярно по кругу. Рабочая станция посылает по определенному  конечному адресу информацию, предварительно получив из кольца запрос. Пересылка  сообщений является очень эффективной, мак как большинство сообщений можно сделать кольцевой запрос на все станции. Продолжительность передачи информации увеличивается пропорционально количеству рабочих станций, входящих в вычислительную сеть.