Техническое обеспечение компьютерных сетей

 

 

 

 

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.

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.

 

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 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.

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 тира 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.

Модемы бывают внутренними (в  виде электронной платы, подключаемой к шине ISA компьютера), внешними –  в виде отдельного устройства, и  в виде РС-карты для подключения  к портативному компьютеру. Модемы отличаются друг от друга максимальной скоростью передачи данных (2400, 9600, 14400, 19200, 28800, 33600 Б/с) и поддерживаемыми  протоколами связи. Большинство  современных модемов работает со скоростью 14400-33600 Б/с и поддерживает средства исправления ошибок и сжатия данных (стандарты V.42 и V.42bis). Для устойчивой работы на отечественных телефонных линиях импортные модемы должны быть соответствующим образом адаптированы.

Существует ряд принципов  построения ЛВС на основе выше рассмотренных  компонентов. Такие принципы еще  называют топологиями.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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».

 

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. 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.

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.

 

2. Кольцевая топология

При кольцевой топологии  сети рабочие станции связаны  одна с другой по кругу, 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.

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.

Основная проблема при кольцевой  топологии заключается в том, что каждая рабочая станция должна активно участвовать в пересылке  информации, и в случае выхода из строя хотя бы одной из них вся  сеть парализуется. Неисправности в  кабельных соединениях локализуются легко.

Подключение новой рабочей  станции требует краткосрочного выключения сети, мак как во время  установки кольцо должно быть разомкнуто. Ограничения на протяженность вычислительной сети не существует, мак как оно, в конечном счете, определяется исключительно расстоянием между двумя рабочими станциями.

 

3. Шинная топология

При шинной топологии среда  передачи информации представляется в  форме коммуникационного пути, доступного для всех рабочих станций, к которому они все должны быть подключены. Все рабочие станции могут  непосредственно вступать в контакт  с любой рабочей станцией, имеющейся  в сети.

Рабочие станции в любое  время, без прерывания работы всей вычислительной сети, могут быть подключены к ней  или отключены. Функционирование вычислительной сети не зависит от состояния отдельной рабочей станции.

В стандартной ситуации для  шинной сети Ethernet часто используют тонкий кабель или Cheapernet – кабель с тройниковым соединителем. Отключение и особенно подключение к такой сети требуют разрыва шины, что вызывает нарушение циркулирующего потока информации и зависание системы.

Новые технологии предлагают пассивные  штепсельные коробки, через которые  можно отключать и/или подключать рабочие станции во время работы вычислительной сети.