Как вы уже, наверное, знаете, сеть — это совокупность объектов, имеющих определенные общие признаки и определенным образом связанных между собой. Эта связь может быть непосредственной или опосредованной. Объекты объединяются в сети для экономии ресурсов. Компьютеры также могут образовывать сети. Компьютерная сеть — это совокупность компьютеров, объединенных каналами связи и обеспеченных коммуникационным оборудованием и программным обеспечением для совместного использования данных и оборудования.

Компьютеры в сети отличаются по функциям, которые они выполняют. Компьютер, который предоставляет ресурсы в сеть, называют сервером, компьютер, эти ресурсы использует, — клиентом (или рабочей станцией). Наибольшей глобальной компьютерной сетью является Интернет. Она предоставляет пользователям всего мира возможности общения, поиска и просмотра информационных материалов на своих ресурсах.

Какие бывают компьютерные сети?

Компьютеры в сети могут соединяться между собой по-разному, в зависимости от типа компьютеров, расстояния, на котором они находятся, и функций, которые на них возлагаются. Поэтому различают следующие виды сетей:

Вид сети	Cвойства
Локальные компьютерные сети (англ. Local Area Networks — LAN)	Сосредоточенные на территории радиусом не более 1-2 км, локальные компьютерные сети построены с использованием дорогих высококачественных линий связи, позволяющих достигать высоких скоростей обмена данными порядка 10000 Мбит/с, данные передаются в цифровом формате, то есть в форме, в которой они хранятся и обрабатываются в компьютере.
Глобальные компьютерные сети (англ. Wide Area Networks — WAN)	Объединяют компьютеры, рассредоточенные на расстоянии сотен и тысяч километров. Более низкие, чем в локальных сетях, скорости передачи данных (единицы и десятки мегабит в секунду). Форма передачи данных по глобальным сетям не совпадает с формой их представления в памяти компьютера. Поэтому для подключения компьютера к глобальной сети необходимо иметь устройство, например оптический модем, который осуществляет преобразование данных на входе и выходе компьютера. Для устойчивой передачи дискретных данных применяются более сложные методы и оборудование, чем в локальных сетях.
Беспроводные локальные компьютерные сети (англ. Wireless Local Area Network — WLAN)	Локальные сети на основе технологии беспроводной связи Wi-Fi, основанной на стандартах IEEE 802.11. Такая сеть связывает два или более устройств с помощью беспроводной связи для формирования локальной сети (LAN) в пределах ограниченной области, например дома, в школе, в компьютерной лаборатории, учебном заведении, офисном или общественном здание и т.д. Это дает пользователям возможность передвигаться по территории сохраняя подключение к сети. Через шлюз WLAN также может обеспечить подключение сети Интернет. Беспроводные локальные сети стали популярными для использования в домашних условиях из-за простоты установки и использования. Они также популярны в коммерческих объектах, которые предлагают беспроводной доступ своим сотрудникам и клиентам.
Региональные компьютерные сети (англ. Metropolitan Area Networks — MAN)	Занимают промежуточное положение между локальными и глобальными сетями. При достаточно больших расстояниях между узлами (десятки километров) они качественные линии связи и достигают высоких скоростей обмена, иногда даже более высоких, чем в классических локальных сетях. Как и в случае локальных сетей, при построении сети уже имеющиеся линии связи не используются, а прокладываются заново.
Персональные компьютерные сети (англ. Personal Area Network — PAN)	Объединяет персональное электронное оборудование пользователя (телефоны, карманные персональные компьютеры, ноутбуки, гарнитуры и т.д.) преимущественно через беспроводную связь Bluetooth или Wi-Fi, предусматривает ограниченное количество абонентов (до 8 участников) и небольшой радиус действия (до 30 м)
Нательная компьютерная сеть (Body Area Network — BAN)	Объединяет надеваемые или имплантированные компьютерные устройства, такие как умные часы, мониторы пульса и давления, умные кардиостимуляторы и т.п. Особое внимание уделяется надежности и бесперебойности связи медицинских приборов.

Компьютерные сети могут соединять различное количество компьютеров и охватывать различные по величине территории. Сеть, соединяющая компьютеры, расположенные в пределах кабинета, помещения, одного или нескольких домов, называют локальной. Локальные сети создаются в учебных заведениях, банках, других организациях. В локальной сети может быть от двух до нескольких сотен компьютеров. Главной особенностью локальной сети сравнительно короткие, скоростные, качественные линии связи.

Локальные компьютерные сети

Локальные сети (Local Area Network — LAN) состоят из компьютеров, сосредоточенных на небольшой территории и которые, как правило, принадлежат одной организации. За счет того, что расстояния между отдельными компьютерами небольшие, появляются широкие возможности для использования телекоммуникационного оборудования, обеспечивающего высокую скорость и качество передачи данных. Кроме того, в локальных сетях, как правило, используются простые способы взаимодействия отдельных компьютеров сети. Локальная вычислительная сеть строится на базе среды передачи данных, которая предоставляет собой структурированную кабельную систему (СКС) здания. Для предоставления пользователю сетевых сервисов к кабельной системе подключается активное сетевое оборудование (коммутаторы, маршрутизаторы и т.д.).

В зависимости от технологии передачи данных различают:

• локальные сети с маршрутизацией данных;
• локальные сети с селекцией данных.

В зависимости от используемых физических средств соединения локальные сети подразделяются на кабельные и беспроводные.

Локальная компьютерная сеть представляет собой совокупность серверов и рабочих станций. Обработка данных в компьютерных сетях распределена обычно между двумя объектами: клиентом и сервером. Клиент — задача, рабочая станция или пользователь компьютерной сети. В процессе обработки данных клиент может сформировать запрос на сервер для выполнения сложных процедур, таких как запрос файла, поиска в базе данных и т.д.

Архитектура клиент-сервер может использоваться как в одноранговых локальных сетях, так и в сетях с иерархической структурой (выделенный сервер).

Одноранговая сеть — в которой каждый компьютер (рабочая станция) имеет одинаковые права, то есть все компьютеры равноправны. В одноранговых сетях возможно дополнительно создать подсети, так называемые рабочие группы с соответствующими именами.

Равноправие компьютеров в такой сети означает, что каждый владелец компьютера, имеющего доступ к сети, может самостоятельно управлять ресурсами и данными, находящимися на компьютере. Разрешить пользоваться ресурсами и данными того или иного компьютера означает предоставить общий доступ пользователям, находящимся в той же группе, что и данный компьютер, а также можно установить пароль доступа и права доступа к ресурсу. В связи с этим каждый владелец компьютера несет ответственность за сохранность и работоспособность конкретного ресурса и рабочей станции в целом. Компьютер, находящийся в локальной сети, но при этом не входит в ту или иную группу пользователей, не сможет воспользоваться общим ресурсом, выделенным для данной группы пользователей.

Иерархическая сеть — в которой один из компьютеров выполняет функции хранения данных (выделенный сервер), предназначенных для использования всеми другими рабочими станциями локальной сети, управление взаимодействием рабочих станций и ряд сервисных функций. Создание и эксплуатация иерархической сети требует соответствующих профессиональных навыков и постоянного администрирования сети соответствующим специалистом — системным администратором.

Предоставление ресурсов в иерархической сети в отличие от одноранговой осуществляется в соответствии с правами того или иного пользователя. Для полноценного использования ресурсов сети пользователи должны быть зарегистрированы администратором в сети с определенными правами доступа, согласно которым выделенный сервер определять ресурсы и данные, которые доступны конкретному пользователю. Вход в локальные компьютерные сети пользователем осуществляется на основе идентификации его сервером в соответствии с логином и паролем.

Создание сети с выделенным сервером, аккумулирует большой объем общей информации, позволяет снизить требования к техническим характеристикам других компьютеров в сети, что способствует уменьшению суммарных расходов на покупку всего оборудования.

Достоинства иерархической сети:

• надежная система защиты;
• высокое быстродействие;
• отсутствие ограничений на число рабочих станций.

Недостатки иерархической сети:

• высокая стоимость, так как необходимо выделять мощный компьютер под выделенный сервер и поддерживать работу сети, прибегнув к услугам системного администратора;
• меньшая гибкость по сравнению с одноранговых сетями.
• Комбинируя перечисленные выше виды локальных сетей, можно получить сети более сложных видов, принципов организации и функционирования:
• комбинирование одноранговой и иерархической сети, где рабочие станции взаимодействуют как по принципу функционирования временной сети, так и по принципам функционирования иерархических сетей;
• иерархическая сеть с несколькими выделенными серверами (файловый сервер, сервер печати и т.д.);
• иерархическая сеть, функционирование которой основано на иерархии серверов, когда сервер нижнего уровня подключаются к серверам более высокого уровня.

Сервер является ядром локальной сети и обеспечивает доступ пользователей к информационной системе. Все отдельные рабочие станции и любые совместно используемые периферийные устройства, например принтеры, подсоединяются к файл-серверу.

Каждая рабочая станция представляет собой обычный персональный компьютер, работающий под управлением собственной дисковой операционной системы, содержит плату сетевого интерфейса и физически соединена кабелями с файл-сервером.

К преимуществам локальных компьютерных сетей можно отнести:

• возможность совместного использования ресурсов сети (файлов, принтеров, модемов и т.д.);
• оперативный доступ к любой информации сети;
• надежные средства резервирования и хранения информации;
• защита информации от несанкционированного доступа;
• возможность использования современных технологий, в частности, системы электронного документооборота, сетевых баз данных, приема / передачи факсов, доступа в Интернет.

Глобальные компьютерные сети

Сети, соединяющих компьютерные сети и отдельные компьютеры, размещенные в разных городах и странах, частях света, называют глобальными (WAN). В глобальных сетях часто используются существующие линии связи, например телефонные, телеграфные, сотовые линии.

Наиболее известной глобальной сетью является Интернет. Интернет также называют сетью сетей. Существуют еще и другие глобальные сети. Например, сети банковских систем, сети авиакомпаний, научных организаций.

Интернет — всемирная система взаимосвязанных компьютерных сетей. Интернет состоит из большого количества локальных и глобальных сетей, связанных между собой с использованием различных проводных и беспроводных технологий. Интернет составляет физическую основу для размещения огромного количества информационных ресурсов и услуг, например www и электронная почта.

Как создают компьютерную сеть?

Компьютерные сети состоят из узлов, которыми могут быть компьютер, принтер или другое устройство, связанное с сетью. Компьютеры разделяют на два типа: рабочие станции, на которых работают пользователи, и серверы, обслуживающие эти станции.

Компьютерная сеть — это совокупность компьютеров и других устройств, соединенных каналами передачи данных. В компьютерных сетях используются кабельные (с помощью телефонных линий, оптоволоконных каналов, сетевых кабелей) или беспроводные каналы (с помощью сотовой, спутниковой связи, Wi-Fi, радиоволны и т.п.).

Компьютеры в сети могут иметь различное назначение. Например, к компьютеру, входящему в сеть, могут быть присоединены периферийные устройства. Для того чтобы использовать одно из них, указанному компьютеру направляется запрос. В ответ на эти запросы компьютеры предоставляют услуги по доступу к собственным или сетевым ресурсам.

Сетевое взаимодействие заключается в передаче запросов от одних компьютеров сети к другим компьютерам и устройствам и получении в ответ доступа к определенным ресурсам сети. Те компьютеры, которые предоставляют доступ к собственным и сетевых ресурсов другим компьютерам, называют серверами, а те, что пользуются услугами серверов, — клиентами или клиентскими компьютерами.

Основными компонентами аппаратной составляющей компьютерной сети есть рабочие станции, серверы, сетевые платы, оборудование для обеспечения передачи данных по различным каналам связи.

Серверы используются для объединения и распределения ресурсов компьютерной сети между клиентами (рабочими станциями).

Как мы уже писали, компьютеры, которые одновременно могут выполнять функции сервера и рабочей станции при работе в сети, образуют одноранговую компьютерную сеть, то есть такую, где всем узлам сети предоставлен одинаковый приоритет, при этом ресурсы каждого узла доступны другим узлам сети.

В компьютерных сетях сервер может быть выделен (если он выполняет только функции сервера). Сеть типа «клиент-сервер» — это сеть, в которой одни компьютеры выполняют функцию серверов, а другие — клиентов.

Для работы в компьютерной сети каждому узлу сети необходима сетевая плата (сетевой адаптер), к которой подсоединяют сетевой кабель.

Сетевая плата

Сетевая плата — это плата расширения, которая вставляется в разъем материнской платы компьютера. Все чаще сетевые платы интегрируются в материнскую плату. Также распространены беспроводные сетевые карты, обеспечивающие соединения компьютеров в сеть WLAN (беспроводная локальная компьютерная сеть) по стандарту Wi-Fi (IEEE 802.11).

Функции сетевой платы:

• подготовка данных, поступающих от компьютера, к передаче с помощью сетевого кабеля;
• передача данных на другой компьютер;
• управления потоком данных между компьютером и средой передачи;
• прием данных с кабеля и перевод в форму, понятную для центрального процессора компьютера.

Данные в сетях передаются по каналам связи. Канал связи — это оборудование, с помощью которого осуществляется соединение компьютеров в сеть. Соединение может быть образовано с использованием кабелей для передачи сигналов или с помощью беспроводных средств. От вида каналов связи зависит скорость обмена данными в сети.

Каналы связи можно сравнивать с транспортными системами грузовых или пассажирских перевозок. Транспортировка пассажиров может осуществляться по воздуху (самолетами, аэростатами и другими воздушными средствами), железной дорогой или по (лодки, теплоходы и т.д.), по суше (автомобили, поезда, конные экипажи, верблюжьи караваны и т.д.). В зависимости от среды транспортировки подбирают и подходящее средство передвижения.

Компьютеры внутри локальной сети соединяются с помощью кабелей, передающих сигналы. Кабели классифицируются в зависимости от возможных значений скорости передачи данных и частоты возникновения сбоев и ошибок. Чаще всего используются кабели трех основных категорий:

• витая пара;
• коаксиальный кабель;
• оптоволоконный кабель.

Для построения локальных сетей сейчас наиболее широко используется витая пара. Внутри такой кабель состоит из двух или четырех пар медного провода, скрученных между собой. Витая пара подключается к компьютеру с помощью разъема, который очень напоминает телефонный разъем. Витая пара способна обеспечивать работу сети на скоростях 1, 10, 100, 1000 Мбит/с.

Самый простой коаксиальный кабель состоит из медной жилы, изоляции, ее окружает, экрана в виде металлической оплетки и внешней оболочки. По центральному проводу кабеля передаются сигналы, в которые предварительно были преобразованы данные. Такой провод может быть как моно-, так и многожильным.

В основе оптоволоконного кабеля содержатся оптические волокна, данные по которым передаются в виде импульсов света. Электрические сигналы по оптоволоконному кабелю не передаются, он не распространяет электромагнитное излучение, поэтому сигнал нельзя перехватить, что практически исключает несанкционированный доступ к данным. Оптоволоконный кабель используют для транспортировки больших объемов данных на максимально доступных скоростях. Сейчас широко используется скорость 1000 Мбит/с, приобретает все большее распространение скорость 10 Гбит/с и выше. Главным недостатком такого кабеля является его хрупкость: его легко повредить, а монтировать и соединять можно только с помощью специального оборудования.

Аппаратное и программное обеспечение сетей

Конструктивно компьютерная сеть представляет собой совокупность компьютеров, которые объединены каналами связи и обеспечена аппаратным и программным сетевым оборудованием. На каждом клиенте сети устанавливается программа-клиент. На серверах сети устанавливают программу-сервер, которая предоставляет услуги программам-клиентам.

Проще всего построить локальную сеть из двух компьютеров (прямое соединение). Для этого нужен специальный кабель («патч-корд», максимальная длина до 100 м), чтобы соединить их сетевые адаптеры (карты), и соответствующие настройки на обоих компьютерах.

Чтобы построить локальную сеть с большим количеством компьютеров, нужно специальное устройство — сетевой коммутатор («свитч») или сетевой концентратор («хаб»). К нему (а следовательно, и к локальной сети) подсоединяют компьютеры и другие сетевые устройства, которые укомплектованы сетевыми адаптерами: принтеры, сканеры и т.п. Внешние устройства, в составе которых нет сетевых карт, подсоединяют к сети через компьютер.

Для построения локальной сети или для передачи данных между различными локальными сетями и их подключения к Интернету используют также маршрутизаторы (роутеры).

Как передаются данных от одного компьютера к другому?

К программному обеспечению компьютерных сетей относятся прежде всего сетевые операционные системы (ОС).

Сетевая ОС — это ОС со встроенными сетевыми средствами (протоколами, уровнями). Сетевая ОС должна быть многопользовательской — то есть с разделением ресурсов компьютера в соответствии с учетной записью пользователя.

Каждый компьютер в сети в значительной степени автономен, поэтому под сетевой операционной системой в широком смысле понимают совокупность операционных систем отдельных компьютеров, взаимодействующих с целью обмена сообщениями и разделения ресурсов по единым правилам — протоколам. Сетевой протокол в компьютерных сетях — основанный на стандартах набор правил, определяющий принципы взаимодействия компьютеров в сети. Протокол также задает общие правила взаимодействия различных программ, сетевых узлов или систем и создает таким образом единое пространство передачи.

Протоколы устанавливаются в дипломатии во время общения дипломатов и других официальных лиц для того, чтобы избежать недоразумений. Есть определенные правила этикета, хотя они имеют различия в разных странах мира, правила (протоколы) проведение олимпийских игр, правила переезда перекрестка на автомобильных дорогах и тому подобное.

Выбор протоколов зависит от типа сети. Процесс передачи данных от одного компьютера к другому состоит из нескольких этапов (уровней). Этот процесс включает следующие операции: получение данных от программы пользователя, их сжатие, шифрование, формирование пакетов, на которые разбивается сообщение, установления сеанса связи между компьютером, передающим данные, и тем, что их принимает, транспортировки данных по каналам аппаратуры связи, выбор наиболее эффективного маршрута передачи данных и на последнем этапе — формирование выходного документа из пакетов данных. На каждом этапе используются отдельные протоколы, их совокупность представляет собой набор протоколов.

Протоколы передачи данных — это специальные программы, определяющие правила, по которым кодируются и передаются данные в сети и обеспечивают взаимодействие сети и пользователя. Набором протоколов Интернета является TCP / IP (от англ. Transmission Control Protocol / Internet Protocol).

Протоколы также помогают не допускать ошибок при передаче и получении данных.

В сети Интернет используют такие протоколы доступа к сетевым службам передачи данных:

• НТТР (от англ. Hyper Text Transfer Protocol) — протокол передачи гипертекста;
• FTP (от англ. File Transfer Protocol) — протокол передачи файлов со специального файлового сервера на компьютер пользователя;
• РОР (от англ. Post Office Protocol) — стандартный протокол почтового соединения. Серверы РОР обрабатывают входную электронную почту, а протокол РОР предназначен для обработки запросов на получение почты от клиентских почтовых программ;
• SMTP (от англ. Simple Mail Transfer Protocol) — протокол, который задает набор правил для передачи электронной почты;
• TELNET (от англ. Terminal Network) — протокол удаленного доступа;
• DNS (от англ. Domain Name System) — преобразование доменных имен в IP-адреса;
• TCP (от англ. Transmission Control Protocol) — управление передачей и целостностью пакетов данных;
• DTN (от англ. Delay-Tolerant Networking) — протокол, нечувствительный к большим задержкам сигнала, предназначен для обеспечения сверхдальней космической связи;
• PPP (от англ. Point-to-Point Protocol) — протокол для установления прямой защищенной связи между двумя узлами сети, причём он может обеспечить аутентификацию соединения, шифрование и сжатие данных.

Протокол НТТР используется при пересылке веб-страниц с одного компьютера на другой.

FTP дает возможность абоненту обмениваться двоичными и текстовыми файлами с любым компьютером сети. Установив связь с удаленным компьютером, пользователь может скопировать файл с удаленного компьютера на свой или скопировать файл со своего компьютера на удаленный.

Сервер SMTP возвращает или подтверждение о приеме почтового сообщения, или сообщение об ошибке, или запрашивает дополнительные данные.

Протокол TELNET дает возможность абоненту работать на любом компьютере сети Интернет как на своем собственном, то есть запускать программы, менять режим работы и тому подобное. На практике возможности лимитируются уровнем доступа, заданным администратором удаленной машины.

Сетевые службы и приложения

Предоставление пользователям общий доступ к определенному типу ресурсов, например, к файлам, называют также предоставлением сервиса (в этом случае файлового сервиса). Конечно сетевая операционная система поддерживает несколько видов сетевых сервисов для своих пользователей — файловый сервис, сервис печати, сервис электронной почты, сервис удаленного доступа и т. п. Программы, реализующие сетевые сервисы, относятся к классу распределенных программ.

Однако в сети могут выполняться и распределенные пользовательские приложения. Распределенный приложение также состоит из нескольких частей, каждая из которых выполняет какую-то определенную законченную работу по решению прикладной задачи. Например, одна часть приложения, выполняемый на компьютере пользователя, может поддерживать специализированный графический интерфейс, вторая — работать на мощном выделенном компьютере и заниматься статистической обработкой введенных пользователем данных, третья — заносить полученные результаты в базу данных на компьютере с установленной стандартной СУБД. Распределенные приложения полного мере используют потенциальные возможности распределенной обработки, предоставляемых вычислительной сетью, и поэтому часто называются сетевыми приложениями.

Не всякий приложение, выполняемое в сети, является распределенным. Значительная часть истории локальных сетей связана именно с использованием обычных нераспределенных приложений. Рассмотрим, например, как происходила работа пользователя с известной в свое время СУБД dBase. Файлы базы данных, с которыми работали все пользователи сети, располагались на файловом сервере. Сама же СУБД хранилась на каждом клиентском компьютере в виде единого программного модуля. Программа dBase была рассчитана только на обработку данных, расположенных на том же компьютере, что и сама программа. Пользователь запускал dBase на своем компьютере и программа искала данные на локальном диске, совершенно не принимая во внимание существование сети. Чтобы обрабатывать с помощью dBase данные, расположенные на удаленном компьютере, пользователь обращался к услугам файловой службы, доставляла данные с сервера на клиентский компьютер и создавала для СУБД эффект их локального хранения.

Большинство приложений, используемых в локальных сетях в середине 80-х годов, были обычными нераспределенными приложениями. И это понятно: они были написаны для автономных компьютеров, а потом просто были перенесены в сетевую среду. Создание же распределенных приложений, хотя и сулило много преимуществ (снижение сетевого трафика, специализация компьютеров), оказалось делом совсем не простым. Нужно было решать множество дополнительных проблем: на сколько частей разбить приложение, какие функции возложить на каждую часть, как организовать взаимодействие этих частей, чтобы в случае сбоев и отказов оставшиеся, корректно завершали работу и т. д.

Адресация узлов сети

При объединении трех и более компьютеров важным аспектом становится их адресация.

К адресации узлов и схемы ее назначения выдвигается несколько требований:

1. Адрес должен быть уникальным в сети любого масштаба.
2. Схема назначения адресов должна быть легкой и не допускать дублирования.
3. Адреса в больших сетях должны быть иерархическими для удобства и скорости доставки информации.
4. Адресация должна быть удобной как для пользования так и для администрирования.
5. Адрес должен быть компактным, чтобы не перегружать память коммуникативного оборудования.

Эти требования трудно совместить в одной схеме, поэтому на практике часто используют одновременно несколько схем адресации и компьютер может иметь несколько адресов-имен.

Каждая из этих адресов используется, когда она в данном случае является более удобной. Существуют вспомогательные протоколы, которые по адресу одного типа могут определить адреса других типов.

Классификация сетевой адресации:

• Уникальный адрес. Используется для идентификации отдельных узлов.
• Групповой адрес. Идентифицирует сразу несколько узлов. Данные, которые направлены на групповой адрес, доставляются к каждому узлу группы.
• Широковещательный адрес. Данные по широковещательным адресам направляются ко всем узлам сети.
• Адрес произвольной рассылки. Используется в новом протоколе IPv6. Он задает группу адресов, данные доставляются не до всех узлов, а только к заданным.

Распространенные схемы адресации:

Аппаратные адреса. Как правило, это адрес, что прописана в сетевых адаптерах компьютеров и сетевого оборудования. Это так называемый МАС-адрес, который имеет формат в 6 байтов и обозначается двоичным или шестнадцатеричном кодом, например 11A0173BFD01.

МАС-адреса не нужно назначать, потому что они либо уже являются встроенными в устройство на стадии производства или автоматически генерируются при каждом запуске оборудования. В МАС-адресации отсутствует любая иерархия и при изменении оборудования (например, сетевого адаптера) меняется и адрес компьютера, или при наличии нескольких сетевых адаптеров, компьютер имеет несколько МАС-адресов.

Числовые адреса, IP-адреса. Это уникальный числовой адрес, однозначно идентифицирующий узел, группу узлов или целую сеть. IP-адрес имеет длину 4 байта (4×8 = 32 бита). Для удобства IP-адрес записывается в виде 4 чисел (октетов), разделенных точками 192.168.1.15. Мы рассмотрим IP адресацию подробнее при изучении сети интернет.

Какие ресурсы относятся к глобальной сети?

Каждый компьютер имеет аппаратные, программные и информационные ресурсы. Аналогичные по типу ресурсы есть в каждой компьютерной сети, в том числе и Интернет.

Аппаратные ресурсы глобальной сети — это подключенные к Интернету компьютеры, каналы передачи данных и сетевое оборудование.

Все аппаратные компоненты Интернета могут действовать в единой глобальной сети как на постоянной, так и на временной основе. Физический выход из строя или временное отключение отдельных участков Интернета, неработоспособность отдельных компьютеров, принадлежащих к глобальной сети, никак не влияют на возможность функционирования самой сети в целом.

Подсоединив свой компьютер к Интернету, пользователь использует аппаратные ресурсы того компьютера, который обеспечивает это подключение. Он выделяет для решения задач пользователя часть мощности своего процессора, часть оперативной памяти и во многих случаях — часть своего пространства на жестких дисках или накопителях другого типа.

Программные ресурсы Интернета составляют программы, с помощью которых обеспечивается функционирование сети.

Работу пользователя глобальной сети обслуживают тысячи программ, работающих на серверах и рабочих станциях. Все эти программы кому-то принадлежат по праву собственности (их производителям) и по праву на использование (тем, у кого они установлены). Без таких программ использовать различные ресурсы Интернета невозможно. Одни программы устанавливаются у пользователя на рабочей станции, которая подсоединяется к Интернету, другие программы устанавливаются на узловых компьютерах-серверах, обеспечивающих определенные услуги в глобальной сети.

Как формируются адреса ресурсов Интернета?

Каждый ресурс Интернета (аппаратный, программный, информационный) имеет свой адрес.

Для того чтобы в сети можно было обмениваться данными, каждый компьютер получает уникальный адрес, который называется IP-адресом (от англ. Internet Protocol address). По международному стандарту, любой IP-адрес компьютера состоит из четырех частей, разделенных точками:

***.***.***.*** где *** — число диапазона от 0 до 255.

Такой адрес содержит номер сети и номер компьютера пользователя в ней.

Итак, чтобы обратиться к определенному компьютеру в сети, следует указать его IP-адрес.

Такая система адресации удобна для компьютеров, но неудобна для человека. В сети Интернет используется также более наглядный способ — доменный способ адресации, когда все пространство адресов абонентов (пользователей Интернета) делится на области, которые называются доменами. Этот способ базируется на доменных именах серверов, сокращенно DNS (от англ. Domain Name Server), состоящие из сокращений слов, записанных латинскими символами. Так же как IP-адрес, доменное имя однозначно определяет положение сервера в сети. При обращении к компьютеру его доменным именем оно будет автоматически преобразовано в соответствующую ему IP-адрес. Например, российская поисковая система Яндекс имеет IP-адрес 5.255.255.70, которому соответствует доменное имя yandex.ru.

Доменное имя строится по иерархическому принципу, аналогично структуре имен папок файловой структуры. Идентификаторы (имена) доменов позволяют определить, какой организации принадлежит адрес и в какой стране эта организация расположена.

Имена для доменов верхнего уровня выдает информационный центр Интернета (InterNIC), остальные имен фиксируют те организации, которым такие права делегированы. Идентификаторы доменов верхнего уровня являются стандартными, в доменном имени они записываются справа. Они позволяют определить тип организации, которой принадлежит ресурс, или страну, в которой эта организация расположена.

По направлению деятельности (для США — домены верхнего уровня)

Географические — по странам

Города, организации, учреждения и отдельные лица регистрируют доменные имена второго уровня внутри доменов верхнего уровня. Например .msk.ru и .spb.ru — доменные имена Москвы и Санкт-Петербурга, .gov.ru — домен органов государственной власти Российской федерации.

Информационные ресурсы, хранящиеся на серверах, также имеют адрес, который может содержать название протокола для доступа к информационному ресурсу, тип ресурса, адрес сервера, на котором он хранится, название папки и имя файла соответствующего документа и тому подобное. Такие сведения называются URL-адресом (от англ. Uniform Resource Locator — унифицированный локатор ресурса), которую часто называют адресом ресурса или просто адресом.

К примеру, рассмотрим полный адрес (URL) статьи на нашем сайте: «https://www..html», здесь мы видим протокол ресурса: https , тип ресурса: www , адрес сервера: сайт , название папки: nauka-i-tehnika , имя файла документа: klassifikatsiya-kompyuterov.html .

Как подключиться к Интернету?

Для подключения компьютера к сети Интернет необходимо иметь коммуникационное оборудование (это может быть модем, кабельный модем, адаптер, устройство обслуживания канала и данных для выделенных линий и т.п.), канал связи и специальные коммуникационные программы. Также следует выбрать организацию, которая обслуживает пользователей, обеспечивает их определенным набором услуг, необходимых для использования ресурсов Интернет. Такие организации называют провайдерами.

Интернет-провайдер, или провайдер — организация, которая предоставляет услуги доступа в Интернет и другие связанные с Интернетом услуги. К услугам, которые предоставляет интернет-провайдер, могут относиться:

• доступ в Интернет по коммутируемым и выделенным каналам;
• беспроводной доступ в Интернет
• выделение дискового пространства для хранения и обеспечения работы сайтов (хостинг)
• поддержка работы почтовых ящиков или виртуального почтового сервера;
• размещение оборудования клиента на «территории» провайдера;
• аренда выделенных и виртуальных серверов;
• резервирования данных и тому подобное.

Все провайдеры Интернета предоставляют почти одинаковый комплект услуг, однако может отличаться качество соединения, скорость передачи данных в зависимости от технологии связи и т.п., поэтому цены на услуги провайдеров разные. Выбор конкретного провайдера — это задача, в котором следует учитывать влияние многих факторов, в частности:

• пропускную способность канала, с помощью которого провайдер подключается к глобальной сети, и уровень загрузки этого канала;
• цену подключения, ежемесячную абонентскую плату. Этот показатель может отличаться в разных провайдеров в 1,5-2 раза, но цена в основном зависит от качества связи;
• качество каналов, обслуживающих провайдера.

В зависимости от желаний и финансовых возможностей пользователь выбирает один из способов доступа к Интернету:

• постоянное соединение через выделенный канал связи;
• подключение к телефонной линии;
• доступ с помощью сетей кабельного телевидения;
• доступ средствами беспроводных каналов связи.

Высокую скорость передачи данных в глобальных сетях обеспечивают технологии DSL, соединение с помощью сетей кабельного телевидения, Wi-Fi, WiMAX, спутниковая связь и др. Они позволяют в реальном времени передавать аудио- и видеофайлы и пользоваться интерактивными программами для коммуникации.

Выделенные линии обеспечивают круглосуточное подключение компьютера к сети. Преимущественно прокладываются специальные мощные линии, позволяющие быстро и качественно передавать данные в цифровом формате; это могут быть оптоволоконные линии или витая пара. Этот способ гарантирует надежную связь и постоянную пропускную способность. Иногда в местах, где нет возможности проложить такие линии, используют обычные телефонные линии.

Услуги DSL предлагаются телефонными станциями дополнительно к обычной телефонной связи. Варианты DSL различаются скоростью входящего и исходящего потоков данных, а также максимальным расстоянием, на которую возможно передачи сигнала (например, не далее чем 5300 м от телефонной станции для АDSL). Каждый пользователь может выбрать нужный вариант, исходя из требуемых характеристик доступа и стоимости услуг.

Компании кабельного телевидения также предоставляют услуги подключения к Интернету теми же каналами, по которым передаются телевизионные сигналы. Для такой связи нужен кабельный модем, подключенный к сети постоянно.

Кабельная технология предусматривает одностороннее (только от телевизионной компании к пользователю) или двустороннюю передачу данных с пропускной способностью до 1 Гбит/с. Преимуществом такого соединения является достаточно низкая цена.

Беспроводные средства коммуникации по сравнению с кабельными основном имеют более низкую скорость передачи данных, однако в некоторых ситуациях у них есть преимущества. В частности, если установить постоянное соединение по кабелям невозможно, а также если пользователь путешествует или находится в командировке в другом месте или стране.

DSL — от англ. Digital Subscriber Line — цифровая абонентская линия.
WiMAX — стандарт беспроводной связи, обеспечивает широкополосную связь на значительные расстояния со скоростью, сравнимой с кабельным соединением.
Wi-Fi — от англ. Wireless Fidelity — беспроводная надежность.

Совокупное название беспроводных технологий для доступа в Интернет с мобильных устройств — мобильный Интернет. Однако его могут использовать как мобильные устройства, так и стационарные.

Сейчас развивается уже четвертое поколение мобильной связи 4G (от англ. Fourth generation — четвертое поколение) и разрабатывается и тестируется технология 5G, которую планируют внедрять около 2020 года. 3G и 4G — это мобильные технологии беспроводной связи, к которым относятся не только радиосвязь, но и высокоскоростной доступ в Интернет с каналом передачи данных. Каждое поколение связи имеет свои технологии, требующие нового оборудования, обслуживания, а часто и наличии свободных частот. Все эти требования увеличивают время между разработкой и внедрением сети примерно на 10 лет. Так, сети 3g начали разрабатывать еще в 1990-х, а внедрены в некоторых странах они были только в 2000-х годах; 4g разрабатывают с 2000-х, а их внедрение началось только с 2010 года, в России их внедрение продолжается до сих пор.

Согласно спецификации Международного союза электросвязи сети ЗG должны иметь следующие параметры:

• минимальная скорость передачи данных 2 Мбит / с для стационарных объектов и пользователей, которые перемещаются с низкой скоростью;
• минимальная скорость передачи данных 348 Кбит / с для пользователей, которые перемещаются с высокой скоростью.

Сети четвертого поколения 4G должны иметь следующие параметры:

• протоколы пакетной передачи данных
• минимальная скорость передачи данных 1 Гбит / с для стационарных объектов и пользователей, которые перемещаются с низкой скоростью;
• минимальная скорость передачи данных 100 Мбит / с для пользователей, которые перемещаются с высокой скоростью.

Современным стандартом беспроводной высокоскоростной передачи данных для мобильных устройств, который внедряется в различных странах мира, является LTE (от англ. Long Term Evolution — долгосрочное развитие), маркетинговое название — 4G LTE. Скорость загрузки по стандарту LTE в теории достигает 326,4 Мбит/с.

Одной из современных технологий беспроводной связи является Wi-Fi, что обеспечивает передачу цифровых данных по радиоканалам. Для этого в определенной зоне устанавливают точки доступа, которые соединяют кабельную и беспроводную сети. Технология обеспечивает гарантированную связь с точкой доступа на расстоянии 50-200 м и может одновременно поддерживать несколько десятков активных пользователей. Скорость передачи данных при таком соединении достигает 300 Мбит/с и выше.

В 2016 космическая корпорация Илона Маска SpaceX подала заявку в Федеральную комиссию связи СЕЛА о запуске на орбиту 4425 спутников для раздачи высокоскоростного интернета. Сейчас на орбите находится около 1400 активных спутников и еще 2600 неактивных. Таким образом, SpaceX планирует запустить больше спутников, чем сейчас имеется на орбите. Ожидается, что после создания полной орбитальной группировки каждый человек на Земле сможет пользоваться беспроводным спутниковым Интернетом на скорости до 1 Гбит/с. Проект оценивается в 10 млрд долларов.

Спутниковая связь — это один из видов радиосвязи, использующая искусственные спутники Земли как ретрансляторы, то есть они принимают сигналы с Земли, восстанавливают и усиливают их, и снова пересылают на Землю.

Итоги

Из этой статьи вы узнали, что компьютерная сеть — это совокупность компьютеров, которые могут оказывать друг другу доступ к своим аппаратным (дискам, принтерам, сканерам и т.п.) и программным (программы, данные и т.п.) ресурсам. Компьютеры в сети отличаются функциями, которые на него возложены. Например, компьютер, который предоставляет ресурсы для общего пользования, называют сервером, компьютер, который эти ресурсы использует, называют рабочей станцией, компьютер, который связывает локальные сети между собой и с глобальными сетями, называют шлюзом и т.п..

Наибольшей глобальной компьютерной сетью является Интернет. Она предоставляет пользователям всего мира возможности общения, поиска и просмотра информационных материалов на своих ресурсах. Вам стало известно, как осуществлять простой поиск в Интернете по ключевым словам с использованием поисковых систем, как хранить и обрабатывать найденные сведения.

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

МЕЖДУНАРОДНЫЙ ИНСТИТУТ ДИСТАНЦИОННОГО ОБРАЗОВАНИЯ

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

ПО УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ: Компьютерные сети

Виды компьютерных сетей

Компьютерные сети можно классифицировать по различным признакам.

I . По принципам управления :

1. Одноранговые - не имеющие выделенного сервера. В которой функции управления поочередно передаются от одной рабочей станции к другой;

2. Многоранговые - это сеть, в состав которой входят один или несколько выделенных серверов. Остальные компьютеры такой сети (рабочие станции) выступают в роли клиентов.

II . По способу соединения :

1. "Прямое соединение "- два персональных компьютера соединяются отрезком кабеля. Это позволяет одному компьютеров (ведущему) получить доступ к ресурсам другого (ведомого);

2. "Общая шина " - подключение компьютеров к одному кабелю;

3. "Звезда " - соединение через центральный узел;

4. "Кольцо " - последовательное соединение ПК по двум направлениям.

III . По охвату территории :

1. Локальная сеть (сеть, в которой компьютеры расположены на расстоянии до километра и обычно соединены при помощи скоростных линий связи.) - 0,1 - 1,0 км; Узлы ЛВС находятся в пределах одной комнаты, этажа, здания.

2. Корпоративная сеть (в пределах находятся в пределах одной организации, фирмы, завода). Количество узлов в КВС может достигать нескольких сотен. При этом в состав корпоративной сети обычно входят не только персональные компьютеры, но и мощные ЭВМ, а также различное технологическое оборудование (роботы, сборочные линии и т.п.).

Корпоративная сеть позволяет облегчить руководство предприятием и управление технологическим процессом, установить четкий контроль за информационными и производственными ресурсами.

3. Глобальная сеть (сеть, элементы которой удалены друг от друга на значительное расстояние) - до 1000 км.

В качестве линий связи в глобальных сетях используются как специально проложенные (например, трансатлантический оптоволоконный кабель), так и существующие линии связи (например, телефонные сети). Количество узлов в ГВС может достигать десятков миллионов. В состав глобальной сети входят отдельные локальные и корпоративные сети.

4. Всемирная сеть - объединение глобальных сетей (Internet).

ТОПОЛОГИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ

Топология сети – геометрическая форма и физическое расположение компьютеров по отношению к друг другу. Топология сети позволяет сравнивать и классифицировать различные сети. Различают три основных вида топологии:

1) Звезда;

2) Кольцо;

ШИННАЯ ТОПОЛОГИЯ

Эта топология использует один передающий канал на базе коаксиального кабеля, называемый "шиной". Все сетевые компьютеры присоединяются напрямую к шине. На концах кабеля-шины устанавливаются специальные заглушки - "терминаторы" (terminator). Они необходимы для того, чтобы погасить сигнал после прохождения по шине. К недостаткам топологии "Шина" следует отнести следующее:

Данные, предаваемые по кабелю, доступны всем подключенным компьютерам;

В случае повреждения "шины" вся сеть перестает функционировать.

ТОПОЛОГИЯ «КОЛЬЦО»

Для топологии кольцо характерно отсутствие конечных точек соединения; сеть замкнута, образуя неразрывное кольцо, по которому передаются данные. Эта топология подразумевает следующий механизм передачи: данные передаются последовательно от одного компьютера к другому, пока не достигнут компьютера-получателя. Недостатки топологии "кольцо" те же, то и у топологии "шина":

Общедоступность данных;

Неустойчивость к повреждениям кабельной системы.

ТОПОЛОГИЯ «ЗВЕЗДА»

В сети с топологией "звезда" все компьютеры соединены со специальным устройством, называемым сетевым концентратором или "хабом" (hub), который выполняет функции распределения данных. Прямые соединения двух компьютеров в сети отсутствуют. Благодаря этому, имеется возможность решения проблемы общедоступности данных, а также повышается устойчивость к повреждениям кабельной системы. Однако функциональность сети зависит от состояния сетевого концентратора.

Методы доступа к несущей в компьютерных сетях

В различных сетях существуют различные процедуры обмена данными между рабочими станциями.

Международный институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (Institute of Electrical and Electronics Engineers - IEEE) разработал стандарты (IEEE802.3, IEEE802.4 и IEEE802.5), которые описывают методы доступа к сетевым каналам данных.

Наибольшее распространение получили конкретные реализации методов доступа: Ethernet, ArcNet и Token Ring. Эти реализации основаны соответственно на стандартах IEEE802.3, IEEE802.4 и IEEE802.5.

Метод доступа Ethernet

Этот метод доступа, разработанный фирмой Xerox в 1975 году, пользуется наибольшей популярностью. Он обеспечивает высокую скорость передачи данных и надежность.

Для данного метода доступа используется топология "общая шина". Поэтому сообщение, отправляемое одной рабочей станцией, принимается одновременно всеми остальными станциями, подключенными к общей шине. Но сообщение предназначено только для одной станции (оно включает в себя адрес станции назначения и адрес отправителя). Та станция, которой предназначено сообщение, принимает его, остальные игнорируют.

Метод доступа Ethernet является методом множественного доступа с прослушиванием несущей и разрешением конфликтов, называемых коллизиями (CSMA/CD -Carter Sense Multiple Access with Collision Detection).

Перед началом передачи рабочая станция определяет, свободен канал или занят. Если канал свободен, станция начинает передачу.

Ethernet не исключает возможности одновременной передачи сообщений двумя или несколькими станциями. Аппаратура автоматически распознает такие конфликты. После обнаружения конфликта станции задерживают передачу на некоторое время. Это время небольшое и для каждой станции свое. После задержки передача возобновляется.

Реально конфликты приводят к уменьшению быстродействия сети только в том случае, если работает несколько десятков или сотен станций.

Метод доступа ArcNet

Этот метод разработан фирмой Datapoint Corp. Он тоже получил широкое распространение, в основном благодаря тому, что оборудование ArcNet дешевле, чем оборудование Ethernet или Token-Ring.

ArcNet используется в локальных сетях с топологией "звезда". Один из компьютеров создает специальный маркер (сообщение специального вида), который последовательно передается от одного компьютера к другому.

Если станция желает передать сообщение другой станции, она должна дождаться маркера и добавить к нему сообщение, дополненное адресами отправителя и назначения. Когда пакет дойдет до станции назначения, сообщение будет "отцеплено" от маркера и передано станции.

Метод доступа Token-Ring

Метод доступа Token-Ring был разработан фирмой IBM и рассчитан на кольцевую топологию сети.

Этот метод напоминает ArcNet, так как тоже использует маркер, передаваемый от одной станции к другой. В отличие от ArcNet при методе доступа Token-Ring имеется возможность назначать разные приоритеты разным рабочим станциям.

Среды передачи данных, их характеристики

Коаксиальный кабель

Коаксиальный кабель был первым типом кабеля, использованным для соединения компьютеров в сеть. Кабель данного типа состоит из центрального медного проводника, покрытого пластиковым изолирующим материалом, который, в свою очередь, окружен медной сеткой и/или алюминиевой фольгой. Этот внешний проводник обеспечивает заземление и защиту центрального проводника от внешней электромагнитной интерференции. При прокладке сетей используются два типа кабеля - "Толстый коаксиальный кабель" (Thicknet) и "Тонкий коаксиальный кабель" (Thinnet). Сети на основе коаксиального кабеля обеспечивают передачу со скоростью до 10 Мбит/с. Максимальная длина сегмента лежит в диапазоне от 185 до 500 м в зависимости от типа кабеля.

"Витая пара"

Кабель типа "витая пара" (twisted pair), является одним из наиболее распространенных типов кабеля в настоящее время. Он состоит из нескольких пар медных проводов, покрытых пластиковой оболочкой. Провода, составляющие каждую пару, закручены вокруг друг друга, что обеспечивает защиту от взаимных наводок. Кабели данного типа делятся на два класса - "экранированная витая пара" ("Shielded twisted pair") и "неэкранированная витая пара" ("Unshielded twisted pair"). Отличие этих классов состоит в том, что экранированная витая пара является более защищенной от внешней электромагнитной интерференции, благодаря наличию дополнительного экрана из медной сетки и/или алюминиевой фольги, окружающего провода кабеля. Сети на основе "витой пары" в зависимости от категории кабеля обеспечивают передачу со скоростью от 10 Мбит/с – 1 Гбит/с. Длина сегмента кабеля не может превышать 100 м (до 100 Мбит/с) или 30 м (1 Гбит/с).

Оптоволоконный кабель

Оптоволоконные кабели представляют собой наиболее современную кабельную технологию, обеспечивающую высокую скорость передачи данных на большие расстояния, устойчивую к интерференции и прослушиванию. Оптоволоконный кабель состоит из центрального стеклянного или пластикового проводника, окруженного слоем стеклянного или пластикового покрытия и внешней защитной оболочкой. Передача данных осуществляется с помощью лазерного или светодиодного передатчика, посылающего однонаправленные световые импульсы через центральный проводник. Сигнал на другом конце принимается фотодиодным приемником, осуществляющим преобразование световых импульсов в электрические сигналы, которые могут обрабатываться компьютером. Скорость передачи для оптоволоконных сетей находится в диапазоне от 100 Мбит/c до 2 Гбит/с. Ограничение по длине сегмента составляет 2 км.

1) В зависимости от охватываемой территории:

– Локальные;

– Региональные;

– Глобальные.

абоненты локальной сети расположены на ограниченной территории, то есть предприятии, учреждения, здания;

Расстояние между абонентами не более 15 км. расположенными на ограниченной территории, то есть предприятии, учреждения, здания;

Региональные сети связывают абонентов в различных городах, районах, небольших странах на расстоянии 10-100 км.

Абоненты глобальных сетей взаимодействуют на базе телефонных линий связи, радиосвязи, спутниковой связи. не имеют явно выраженных границ.

Объединение всех этих сетей позволяет создавать многосетевые иерархии, обеспечивая доступ к неограниченным информационным ресурсам (Internet).

2) По принципу организации данных:

– Последовательные;

– Широковещательные.

В последовательных сетях передача данных осуществляется последовательно от одного к другому. Каждый узел ретранслирует принятые данные дальше.

Практически все сети (локальные, региональные глобальные) относятся к этому типу.

В широковещательных сетях в каждый момент времени передачу может вести только один узел, остальные только принимают информацию (локальные сети, использующие один общий канал связи – моноканал или одно общее пассивное коммутирующее устройство).

3) По геометрии построения (топологии):

– Шинные (линейные) используют линейный моноканал передачи данных, к которому все узлы подсоединены через интерфейсные платы посредством относительно коротких соединительных линий. Данные от передающего узла по шине распространяются в обе стороны.

Принимает сообщение только тот узел, которому оно адресовано. Используется в сетях Internet и построенным на адаптерах Novell Net Ware.

– Кольцевые (петлевые). В каждом узле имеется интерфейсная и приёмно-передающая аппаратура позволяющая управлять прохождением данных в сети. Передача выполняется только в одном направлении. Принимающий узел распознаёт и получает только адресованное сообщение. Широко распространена в сетях Token Ring.

Достоинства топологии типа «кольцо»: резервирование связей между ПК; возможность организации обратной связи, т.е. данные после оборота вновь возвращаются к узлу источнику.

Недостаток : выход из строя первой станции приводит к нарушению работы всего коль

– Радиальные (звёздообразные): основа данных сетей сервер, к которому подсоединяются рабочие станции по своей линии связи. Сервер ретранслирует, переключает и маршрутизирует информационный поток в сети. Каждый компьютер с помощью отдельного кабеля подключается к концентратору, который направляет передаваемую одному или всем остальным узлам сети. В роли концентратора может выступать компьютер, многовходовый повторитель, коммутатор, маршрутизатор.

Недостатки последовательных радиальных сетей:

– большая загруженность сервера;

– полная потеря работоспособности сети при его отказе;

– большая протяжённость линий связи;

– отсутствие гибкости в выборе пути передачи данных;

– высокая стоимость;

– ограничение наращивания числа узлов сети количеством портов концентратора.

– применяется в офисах с явно выраженным централизованным управлением.

Широковещательные радиальные сети с пассивным центром: вместо центрального сервера устанавливается коммутирующее устройство обычно концентратор, обеспечивающий подключение одного передающего канала по всем остальным сразу.

Ядро ИВС, т.е. коммутационная подсеть, связывает рабочие станции и серверы друг с другом. Звеньями этой подсети являются узлы коммутации, связанные между собой магистральными каналами связи, обладающими высокой пропускной способностью.

В больших сетях коммутационную подсеть называют сетью передачи данных. Звенья абонентской подсети подключаются к узлам коммутационным абонентским каналам связи.

4) В зависимости от используемой коммутационной среды:

– сети с моноканалом: данные следуют по одному пути, но прочитать данные сможет только абонент, чей адрес указан в пакете (сети с селекцией информации);

– иерархические, полносвязанные, со смешанной топологией: при передаче требуется маршрутизация данных (сети с маршрутизацией информации).

Полносвязанная топология соответствует сети, в которой каждый компьютер непосредственно связан со всеми остальными. Используется в сетях, объединяющих небольшое количество компьютеров. Её отличает логическая простота (достоинство) и громоздкость и неэффективность (недостатки).

Неполносвязанная топология – для обмена информацией между двумя компьютерами может потребоваться промежуточная передача данных через другие узлы сети.

Ячеистая топология получается из полносвязанной путём удаления некоторых возможных связей, характерна для крупных сетей.

Частными случаями неполносвязанной топологии является звезда, кольцо, смешанная топология, общая шина и ячеистая топология.

Структура сети с несколькими концентраторами, иерархически соединёнными между собой связями типа «звезда», называют деревом.

Эта топология распространена в глобальных и локальных сетях.

Смешанная топология характеризуется наличием произвольных связей между компьютерами, отдельные фрагменты сети имеют типовые топологии (кольцо, звезда, общая шина).

5) По качеству канала связи.

Локальные сети отличаются от глобальных малым расстоянием между узлами сети.

Узел сети (связи) – точка сопряжения двух и более каналов связи.

В узлах сетей ЭВМ располагается аппаратура, выполняющая обработку данных. Малые расстояния между узлами сети в локальных вычислительных сетях (ЛВС) позволяют использовать качественные каналы связи. В отличии от локальных сетей в глобальных сетях в значительной мере используются уже существующие линии связи, то есть многие глобальные сети строятся на основе телефонных и телеграфных каналов общего назначения, тогда как в локальных сетях они прокладываются заново.

6) По сложности методов передачи и использованной аппаратуры

Так как надежность связи глобальных сетей ниже, чем локальных, то для них необходимо использование более сложные методы помехоустойчивости кодирования. Соответственно в локально вычислительных сетях (ЛВС) в силу более высокого качества каналов связи можно применять более простые процедуры передачи данных.

7) По скорости обмена данными.

Одним из отличий локальных вычислительных сетей (ЛВС) от глобальных является наличие высокоскоростных каналов связи между узлами. В локально вычислительных сетях (ЛВС) скорость передачи достигает 100 Мбит/сек и сравнима со скоростью работы узлов. Для глобальных сетей характерны более низкие скорости передачи данных и только в магистральных каналах, объединяющих локальные сети в глобальные имеются скорости нескольких Гбит/сек.

8) По объему предлагаемых услуг: как локальные, так и глобальные сети обеспечивают широкий ассортимент услуг.

9) По оперативности выполнения запросов: скорость прохождения пакета через локальную сеть значительно выше, чем у глобальной сети.

10) По методу коммутации.

Важной особенностью локально вычислительных сетей является неравномерное распределение нагрузки, такой трафик называется пульсирующим . Из-за такого трафика в локально вычислительных сетях для связи узлов применяется метод коммутации пакетов, который в условиях пульсирующего трафика оказываются более эффективным, чем метод коммутации каналов.

11) По масштабируемости

Под этим термином в сетях понимается возможность наращивания узлов и уменьшения протяженности локальных сетей в широких пределах без уменьшения производственных сетей.

Вопросы для самопроверки

1. Какие задачи позволяют решать информационные сети?

2. В чем отличие локальных и глобальных сетей?

3. Что обеспечивается при использовании информационных сетей на предприятиях?

4. Перечислить основные классификационные признаки компьютерных сетей.

5. Перечислить существующие виды компьютерных сетей.

6. В чем специфика ЛВС?

7. Перечислите особенности региональных и глобальных сетей.

8. Что такое узел сети?

9. Провести сравнительный анализ характеристик ЛВС и глобальных сетей.

10. Что такое масштабируемость информационной сети?

Типы сетей.

Часто при организации связи между двумя компьютерами за одним компьютером закрепляется роль поставщика ресурсов (программ, данных и т.д.), а за другим - роль пользователя этих ресурсов . В этом случае первый компьютер называется сервером , а второй - клиентом или рабочей станцией. Работать можно только на компьютере-клиенте под управлением специального программного обеспечения.

Сервер (англ. serve - обслуживать) - это высокопроизводительный компьютер с большим объёмом внешней памяти, который обеспечивает обслуживание других компьютеров путем управления распределением дорогостоящих ресурсов совместного пользования (программ, данных и периферийного оборудования).

Клиент (иначе, рабочая станция) - любой компьютер, имеющий доступ к услугам сервера.

Существует два основных типа сетей: одноранговые и сети на основе сервера .

В одноранговой сети все компьютеры равноправны: нет иерархии среди компьютеров и нет выделенного (англ. 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 общедоступным по сети. На сегодняшний день одноранговые сети бесперспективны, поэтому в данной работе они не рассматриваются. Если к сети подключено более 10 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. Практически все услуги сети построены на принципе клиент-сервер . Сети на основе сервера стали промышленным стандартом. Существуют и комбинированные типы сетей, совмещающие лучшие качества одноранговых сетей и сетей на основе сервера.

Все программное обеспечение сети также можно поделить на клиентское и серверное. При этом программное обеспечение сервера занимается предоставлением сетевых услуг, а клиентское программное обеспечение обеспечивает передачу запросов серверу и получение ответов от него.

В производственной практики ЛВС играют очень большую роль. Посредством ЛВС в систему объединяются персональные компьютеры, расположенные на многих удаленных рабочих местах, которые используют совместно оборудование, программные средства и информацию. Рабочие места сотрудников перестают быть изолированными и объединяются в единую систему.

Преимущества сетей

Рассмотрим преимущества, получаемые при сетевом объединении персональных компьютеров в виде внутрипроизводственной вычислительной сети.

● Разделение ресурсов.

Разделение ресурсов позволяет экономно использовать ресурсы, например, управлять периферийными устройствами, такими как печатающие устройства, внешние устройства хранения информации, модемы и т.д. со всех подключенных рабочих станций.

● Разделение данных .

Разделение данных предоставляет возможность доступа и управления базами данных с периферийных рабочих мест, нуждающихся в информации.

● Разделение программных средств.

Разделение программных средств предоставляет возможность одновременного использования централизованных, ранее установленных программных средств.

● Разделение ресурсов процессора .

При разделении ресурсов процессора возможно использование вычислительных мощностей для обработки данных другими системами, входящими в сеть. Предоставляемая возможность заключается в том, что на имеющиеся ресурсы не “набрасываются” моментально, а только лишь через специальный процессор, доступный каждой рабочей станции.

● Многопользовательский режим.

Многопользовательские свойства системы содействуют одновременному использованию централизованных прикладных программных средств, обычно заранее установленных на сервере приложения (англ. Application Server).

Все ЛВС работают в одном стандарте, принятом для компьютерных сетей – в стандарте Open Systems Interconnection (OSI ).

Протокол передачи данных

При передаче файлов требуется, чтобы оба компьютера, связывающиеся друг с другом, договорились об общем протоколе. Протоколом называется набор правил и описаний, которые регулируют передачу информации.

Для борьбы с ошибками, возникающими при передаче файлов, в большинстве современных протоколов имеются средства исправления ошибок. Конкретные методы в каждом протоколе свои, но принципиальная схема исправления ошибок одна и та же. Она заключается в том, что передаваемый файл разбивается на небольшие блоки - пакеты, а затем каждый принятый пакет сравнивается с посланным, чтобы удостовериться в их адекватности. Каждый пакет содержит дополнительный контрольный байт. Если принимающий компьютер после некоторых логических действий получит иное значение этого байта, он сделает вывод, что при пересылке пакета произошла ошибка, и запросит повторение передачи этого пакета. Несмотря на то что такая процедура уменьшает объем полезной информации, передаваемой в единицу времени, проверка на наличие ошибок и их исправление обеспечивают надежность передачи файла.

Наиболее совершенным и распространенным протоколом из всех доступных на сегодняшний день является TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol). Он обеспечивает сетевое взаимодействие компьютеров, работающих под управлением сетевой операционной системы, и возможность подключения к ним различных сетевых устройств. Все современные операционные системы поддерживают протокол TCP/IP, и почти все крупные сети используют его для обеспечения большей части своего трафика. Также протокол TCP/IP является стандартным для Интернета.

Базовая модель OSI (Open System Interconnection).

Для того чтобы взаимодействовать, люди используют общий язык. Если они не могут разговаривать друг с другом непосредственно, они применяют соответствующие вспомогательные средства для передачи сообщений. Похожие механизмы используются для передачи сообщений от отправителя к получателю.

Для того чтобы привести в движение процесс передачи информации через линии связи, необходимы машины с одинаковым кодированием данных и непосредственное соединение между ними. Для единого представления данных в линиях связи, по которым передается информация, сформирована Международная организация по стандартизации (англ. ISO – International Standards Organization).

ISO предназначена для разработки модели международного коммуникационного протокола, в рамках которой можно разрабатывать международные стандарты. Для наглядного пояснения разделим ее на семь уровней.

Международная организация по стандартизации (англ. ISO) разработала базовую модель взаимодействия открытых систем OSI (англ. Open Systems Interconnection) в 1984 году . Эта модель является международным стандартом для передачи данных.

Модель содержит семь отдельных уровней:

Уровень № 1 : физический – битовые протоколы передачи информации;

Уровень № 2 : канальный – формирование кадров, управление доступом к среде;

Уровень № 3 : сетевой – маршрутизация, управление потоками данных;

Уровень № 4 : транспортный – обеспечение взаимодействия удаленных процессов;

Уровень № 5 : сеансовый – поддержка диалога между удаленными процессами;

Уровень № 6 : представления данных – интерпретация передаваемых данных;

Уровень № 7 : прикладной – пользовательское управление данными.

Основная идея этой модели заключается в том, что каждому уровню отводится конкретная роль, в том числе и транспортной среде. Благодаря этому общая задача передачи данных разделяется на отдельные легко обозримые задачи. Необходимые соглашения для связи одного уровня с выше– и нижерасположенными называют протоколом.

Так как пользователи нуждаются в эффективном управлении, система вычислительной сети представляется как комплексное строение, которое координирует взаимодействие задач пользователей.

С учетом вышеизложенного можно вывести следующую уровневую модель с административными функциями, выполняющимися на пользовательском прикладном уровне.

Отдельные уровни базовой модели проходят в направлении вниз от источника данных (от уровня 7 к уровню 1) и в направлении вверх от приемника данных (от уровня 1 к уровню 7). Пользовательские данные передаются в нижерасположенный уровень вместе со специфическим для уровня заголовком до тех пор, пока не будет достигнут последний уровень.

На приемной стороне поступающие данные анализируются и, по мере надобности, передаются далее в вышерасположенный уровень, пока информация не будет передана в пользовательский прикладной уровень.

Уровень № 1. Физический (англ. physical ).

Определяет механический и электрический интерфейс с физическим носителем (т.е. коаксиальным кабелем или витой парой). Под этот уровень подходят физические устройства, управляющие передающим данные электрическим напряжением.

Уровень № 2. Канальный (англ. data link ).

Организует биты в “кадры”, физический уровень передает их в виде электрических импульсов. На этом уровне происходит отслеживание и исправление ошибок. Довольно часто уровень передачи данных (т.е. канальный уровень) подразделяется еще на два слоя, которые позволяют сгладить различие между физическими сетями, используемыми для соединений в локальных и глобальных сетях. Деление происходит на два подуровня: MAC (англ. Media Access Control – Управление передающей средой) и LLC (англ. Logical Link Control – Управление логической связью). Подуровень MAC предоставляет сетевым картам совместные доступ к физическому уровню. Уровень MAC напрямую связан с сетевой картой и отвечает за безошибочную передачу данных между двумя сетевыми картами. Подуровень LLC управляет передачей данных и определяет точки логического интерфейса (англ. Service Access Points – точки доступа к службам), которые другие компьютеры могут использовать для передачи информации из подуровня LLC в высшие уровни OSI .

Уровень № 3. Сетевой (англ. network ).

Использует предоставляемые нижележащим уровнем услуги связи для того, чтобы организовать передачу данных по сети. Сетевой уровень устанавливает правила связи компьютеров через многочисленные сегменты сети, включая “упаковку” сообщений в пакеты, снабженные адресами. Этот уровень отвечает за надежность передачи данных, основной его функцией является предоставление возможностей передачи данных для вышележащего транспортного уровня. Стандартными протоколами этого слоя являются CNLS , CONS , IP и IPX .

Уровень № 4. Транспортный (англ. transport ).

Отвечает за надежность обработки данных, вне зависимости от нижележащих уровней. Этот уровень управляет потоком данных в сети и контролем соединения между конечными адресами. К стандартным протоколам этого уровня относятся Transport Class 0, Class 1 и 4, относящиеся к модели OSI , TCP и SPX .

Уровень № 5. Сеансовый (англ. session ).

Выполняет функцию посредника между верхними уровнями, которые ориентированы на работу с приложениями, и нижними уровнями, ориентированными на коммуникации в реальном времени. Сеансовый уровень предоставляет возможности для управления и контроля данных в множестве одновременных соединений, контролируя диалог связанных по сети приложений. Этот уровень обеспечивает возможности запуска, приостановки, инициализации и перезапуска сети.

Уровень № 6. Представления данных (англ. presentation ).

Определяет форму, которую принимают данные при обмене между рабочими станциями. На компьютере–отправителе ПО этого уровня конвертирует данные из формата уровня приложений в промежуточный, распознаваемый остальными уровнями формат. На компьютере–получателе этот уровень совершает обратное преобразование данных. Уровень представления также управляет средствами защиты сети от несанкционированного доступа, предоставляя такие услуги, как кодирование данных. Кроме того, этот уровень устанавливает правила передачи данных и занимается сжатием передаваемой информации для повышения пропускной способности сети.

Уровень № 7. Прикладной (англ. application ).

Предоставляет конечным пользователям возможность пользоваться сетью. На этом уровне производятся высокоуровневые действия, управляемые компонентами локальной операционной системы. В отличие от остальных уровней модели OSI , этот уровень напрямую доступен конечным пользователям. В его функции входят передача данных, обработка сообщений, управление структурой каталогов, удаленное выполнение программ и эмуляция терминал.

Для передачи информации, по коммуникационным линиям данные преобразуются в цепочку следующих друг за другом битов (двоичное кодирование с помощью двух состояний: “0” и “1”).

Передаваемые алфавитно-цифровые знаки представляются с помощью битовых комбинаций. Битовые комбинации располагают в определенной кодовой таблице, содержащей 4-, 5-, 6-, 7- или 8-битовые коды.

Количество представленных знаков в ходе передачи данных зависит от количества битов, используемых в коде: код из 4 битов может представить максимум 16 алфавитно-цифровых знаков, 5–битовый код – 32 знака, 6–битовый код – 64 знака, 7–битовый – 128 знаков и 8–битовый код – 256 знаков.

При передаче информации, как между одинаковыми, так и между различными вычислительными системами применяют следующие коды.

На международном уровне передача символьной информации осуществляется с помощью 7–битового кодирования, позволяющего закодировать заглавные и строчные буквы английского алфавита, а также некоторые спецсимволы.

Национальные и специальные знаки с помощью 7–битового кода представить нельзя, для их передачи используют специальную шифровку и/или перекодировку информации. Для представления национальных знаков применяют наиболее употребимый 8–битовый код.

Для правильной и, следовательно, полной и безошибочной передачи данных необходимо придерживаться согласованных и установленных правил. Все они оговорены в протоколе передачи данных.

Протокол передачи данных требует следу ющей информации:

● Синхронизация

Под синхронизацией понимают механизм распознавания начала блока данных и его конца.

● Инициализация

Под инициализацией понимают установление соединения между взаимодействующими партнерами по сеансу связи.

● Блокирование

Под блокированием понимают разбиение передаваемой информации на блоки данных строго определенной максимальной длины (включая опознавательные знаки начала блока и его конца).

● Адресация

Адресация обеспечивает идентификацию различного используемого оборудования данных, которое обменивается друг с другом информацией во время взаимодействия.

● Обнаружение ошибок

Под обнаружением ошибок понимают установку битов четности и, следовательно, вычисление контрольных битов с целью проверки правильности передачи данных.

● Нумерация блоков

Текущая нумерация блоков позволяет установить ошибочно передаваемую или потерявшуюся информацию.

● Управление потоком данных

Управление потоком данных служит для распределения и синхронизации информационных потоков. Так, например, если не хватает места в буфере устройства данных или данные не достаточно быстро обрабатываются в периферийных устройствах (например, принтерах), сообщения и / или запросы накапливаются.

● Методы восстановления

После прерывания процесса передачи данных используют методы восстановления, чтобы вернуться к определенному положению для повторной передачи информации.

● Разрешение доступа

Распределение, контроль и управление ограничениями доступа к данным вменяются в обязанность пункта разрешения доступа (например, “только передача” или “только прием”).

Методы передачи данных в компьютерных сетях

При обмене данными между узлами сети используются три метода передачи данных:

• симплексная (однонаправленная) передача (телевидение, радио);
• полудуплексная (прием и передача информации осуществляются поочередно);
• дуплексная (двунаправленная), каждая станция одновременно передает и принимает данные.

Для передачи данных в сетях наиболее часто применяется последовательная передача. Широко используются следующие методы последовательной передачи: асинхронная и синхронная.

Рис. 1. Асинхронная и синхронная передача данных

При асинхронной передаче каждый символ передается отдельной посылкой (рис. 1). Стартовые биты предупреждают приемник о начале передачи. Затем передается символ. Для определения достоверности передачи используется бит четности (бит четности = 1, если количество единиц в символе нечетно, и 0 в противном случае. Последний бит «стопбит» сигнализирует об окончании передачи.

Преимущества: несложная отработанная система; недорогое (по сравнению с синхронным) интерфейсное оборудование.

Недостатки асинхронной передачи: третья часть пропускной способности теряется на передачу служебных битов (старт/стоповых и бита четности); невысокая скорость передачи по сравнению с синхронной; при множественной ошибке с помощью бита четности невозможно определить достоверность полученной информации.

Асинхронная передача используется в системах, где обмен данными происходит время от времени и не требуется высокая скорость передачи данных. Некоторые системы используют бит четности как символьный бит, а контроль информации выполняется на уровне протоколов обмена данными.

При использовании синхронного метода данные передаются блоками. Для синхронизации работы приемника и передатчика в начале блока передаются биты синхронизации. Затем передаются данные, код обнаружения ошибки и символ окончания передачи. При синхронной передаче данные могут передаваться и как символы, и как поток битов. В качестве кода обнаружения ошибки обычно используется циклический избыточный код обнаружения ошибок (CRC). Он вычисляется по содержимому поля данных и позволяет однозначно определить достоверность приятой информации.

Преимущества синхронного метода передачи информации: высокая эффективность передачи данных; высокие скорости передачи данных; надежный встроенный механизм обнаружения ошибок.

Недостатки: интерфейсное оборудование более сложное и соответственно более дорогое.

Сетевые устройства и средства коммуникаций.

Для соединения устройств в сети используется специальное оборудование:

1. Сетевой интерфейсный адаптер или сетевая плата для приёма и передачи данных. В соответствии с определённым протоколом управляют доступом к среде передачи данных. Размещаются в системных блоках компьютеров, подключенных к сети. К разъёмам адаптеров подключается сетевой кабель.
2. Коннекторы (соединители) и терминаторы для подключения кабелей к компьютеру; разъёмы для соединения отрезков кабеля.
3. Трансиверы повышают уровень качества передачи данных по кабелю, отвечают за приём сигналов из сети и обнаружение конфликтов.
4. Хабы (концентраторы) и коммутирующие хабы (коммутаторы) расширяют топологические, функциональные и скоростные возможности компьютерных сетей.
5. Повторители (репитеры) усиливают сигналы, передаваемые по кабелю при его большой длине.
6. Сетевые кабели (наиболее часто используются витая пара, коаксиальный кабель и оптоволоконные линии).
   При выборе типа кабеля учитывают следующие показатели:

1. 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. Наибольшую известность в мире получили три вида локальных сетей: Ethernet (Fast Ethernet), Arcnet и Token Ring , которые различаются методами доступа к каналам передачи данных. Наиболее популярной сетевой технологией является технология Ethernet. Многие производители сейчас встраивают сетевые карты прямо в материнские платы.

Рис.2. Сетевая карта

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.

2. Являются механическими устройствами, предназначенными для сборки компонентов локальной компьютерной сети.

Коннекторы представляют собой разъемы, состоящие из двух частей - вилки и розетки, предназначенные для соединения отрезков кабеля или подсоединения кабеля к какому-либо устройству. Существующие типы коннекторов:

Коннекторы серии RJ для витых пар: RJ 45 – для сетевых кабелей и RJ 11, RJ 12 – для телефонных.

Коаксиальные коннекторы – для оконечивания коаксиальных кабелей, применяющихся обычно в телекоммуникационной сфере.

Оптические коннекторы, используемые с оптически-волоконными кабелями.

Терминаторы представляют собой те же разъемы с впаянным сопротивлением. Они подключаются к оконечным устройствам сети с шинной топологией для согласования длинной линии, которую образуют соединительные кабели. Сопротивление терминатора должно быть равно волновому сопротивлению кабеля. Один из двух терминаторов в сети должен быть заземлен.

В наиболее популярной технологии сети используют несколько типов коннекторов и терминаторов в зависимости от типа сети: на тонком (диаметр - 0,2 мм) или толстом (диаметр - 0,4 мм) кабеле или витой паре.

Для прокладки сети на тонком кабеле используют BNC-коннекторы, которые устанавливают на концах отрезков кабеля. С их помощью кабель подсоединяется с двух сторон к T-коннектору, который, в свою очередь, подсоединяется к внешнему разъему сетевой платы. T-коннекторы поставляются с сетевыми платами, BNC-коннекторы необходимо приобретать отдельно.

BNC-коннекторы бывают нескольких видов:

"Под пайку". Это, как правило, разъемы российского производства (отечественное название СР-50). Их сборка достаточно затруднительна и требует навыков радиомонтажника.

Обжимные BNC-коннекторы. Для их установки требуется специальный инструмент для зачистки кабеля и обжимные клещи.

Накручивающиеся BNC-коннекторы. Очень удобны в установке.

3. Трансивер - это специальное устройство, используемое для подключения PC к локальной компьютерной сети Ethernet , создаваемой на толстом кабеле . Такая сеть обладает гораздо лучшей защитой от электромагнитного излучения, чем сеть на тонком кабеле, и может иметь длину до 2,5 км (при использовании дополнительных устройств).

Трансивер подключается непосредственно к толстому сетевому кабелю, "прокусывая" его. От трансивера к PC идет специальный кабель, максимальная длина которого 50 м.

4. Хаб (Концентратор) является центральным устройством сети на витой паре, от него зависит ее работоспособность. Его необходимо подключать к сети электропитания и располагать в легкодоступном месте, чтобы можно было без проблем подключать кабели и следить за индикацией. Концентраторы выпускаются на разное количество портов, чаще всего на 8, 12, 16, 24.

Концентраторы можно объединять, образуя каскадную структуру сети. При этом надо придерживаться следующих правил:

не должно получаться закольцованных путей;

между любыми двумя станциями должно быть не более 4 концентраторов.

Рис.3. Хаб (концентратор)

Хаб с набором разнотипных портов позволяет объединять сегменты сетей с различными кабельными системами. К порту хаба можно подключать как отдельный узел сети, так и другой хаб или сегмент кабеля.

Коммутатор (фактически переключающий концентратор) - по схеме включения устройство, аналогичное концентратору, но имеет некоторые существенные отличия:

между любыми двумя станциями в сети нет ограничения четырьмя устройствами;

управляемый коммутатор может использоваться в закольцованной сети;

в управляемом коммутаторе можно управлять каждым портом в отдельности (ограничение пропускной способности, запрещение коммутации отдельных портов и пользователей);

в отличие от концентратора коммутатор передает пакеты (информацию) конкретно той станции сети, для которой они (пакеты) предназначены.

5. Репитеры - это устройства, используемые для "удлинения" локальных компьютерных сетей.

Например, максимальная длина сети Ethernet на тонком кабеле составляет 185 м, тогда как соединение сегментов сети по 185 м с помощью репитеров позволяет получить сеть общей длиной до 925 м (в сети не может быть больше 4 репитеров). Сегмент сети подключается к репитеру через Т-коннектор (разветвитель). К одному концу коннектора подключается сегмент, а на другом ставится терминатор.

Использование репитеров в сети Ethernet на толстом кабеле позволяет удлинить ее до 2,5 км. В этом случае репитеры подключаются к сетевому кабелю через трансивер.

Традиционный репитер имеет два порта, к которым подключаются соединяемые сегменты сети с помощью BNC-разъема для сети на тонком кабеле и 15-контактного DIX(AUI)-разъема для сети на толстом кабеле. Репитер, имеющий большее число портов, может объединять соответственно большее число сегментов сети.

Существуют совмещенные репитеры, каждый порт которых имеет две пары разъемов: BNC и DIX, но они не могут быть задействованы одновременно.

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.

Витая пара.

Наиболее дешевым кабельным соединением является витое двухжильное проводное соединение часто называемое “витой парой” (англ. twisted pair ). Этот кабель состоит из двух или более медных проводников, защищенных пластиковой изоляцией и свитых между собой (рис. 4). Свитые проводники снаружи защищаются еще одним слоем изоляции. Свивание проводников уменьшает искажение полезного сигнала, связанное с передачей электрического тока по проводнику. С точки зрения физики процесс такого искажения называется интерференцией сигналов .

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 безпроблемная 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.

Рис.4. Витая пара

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.

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 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 типа “шина” или “дерево” коаксиальный кабель должен иметь на конце согласующий резистор (терминатор).

Рис. 5. Коаксиальный кабель:

1 - центральный провод; 2 - изолятор; 3 - экран;4 - внешний изолятор и защитная оболочка

Е thernet -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 без повторителя не превышает 500 м., а общее расстояние сети Ethernet – около 3000 м. Ethernet-кабель, благодаря своей магистральной топологии, использует в конце лишь один нагрузочный резистор.

С heapern е t –кабель.

Более дешевым, чем Ethernet–кабель является соединение Cheapernet-кабель (RG –58) или, как его часто называют, тонкий (англ. thin ) Ethernet . Это также 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 (T – 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, так и для усиления внешнего сигнала

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. 6 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.

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. Они обладают противоподслушивающими свойствами, так как техника ответвлений в оптоволоконных кабелях очень сложна. Оптопроводники объединяются в JIBC с помощью звездообразного соединения.

Рис. 6. Конструкция оптического кабеля:

1 - оптическое волокно; 2,4- заполнитель; 3 - центральный силовой элемент (стальной трос); 5 - защитная оболочка

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.

Показатели трех наиболее типичных средств коммуникаций для передачи данных приведены в таблице № 1.

Таблица 1

Основные показатели средств коммуникации.

Показатели	Средства коммуникаций для передачи данных
	Двух жильная кабель,–витая пара	Коаксиальный кабель	Оптоволоконный кабель
Цена	Невысокая	Относительно высокая	Высокая
Наращивание	Очень простое	Проблематично	Простое
Защита от прослушивания	Незначительная	Хорошая	Высокая
Проблемы с заземлением	Нет	Возможны	Нет
Восприимчивость к помехам	Существует	Существует	Отсутствует

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

Топологии вычислительных сетей.

Компьютерную сеть представляют как совокупность узлов (компьютеров и сетевого оборудования) и соединяющих их ветвей (каналов связи). Ветвь сети - это путь, соединяющий два смежных узла. Различают узлы оконечные , расположенные в конце только одной ветви, промежуточные , расположенные на концах более чем одной ветви, и смежные - такие узлы соединены по крайней мере одним путём, не содержащим никаких других узлов. Компьютеры могут объединяться в сеть разными способами.

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 Rel Com . Вся информация между двумя периферийными рабочими местами проходит через центральный узел вычислительной сети.

Рис. 7. Структура топологии ЛВС в виде “звезды”.

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

Кабельное соединение довольно простое, так 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.

Кольцевая топология.

При кольцевой топологии сети рабочие станции связаны одна с другой по кругу, т.е. рабочая станция 1 с рабочей станцией 2, рабочая станция 3 с рабочей станцией 4 и т.д. Последняя рабочая станция связана с первой. Коммуникационная связь замыкается в кольцо.

Рис.8. Структура кольцевой топологии ЛВС.

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

Сообщения циркулируют регулярно по кругу. Рабочая станция посылает по определенному конечному адресу информацию, предварительно получив из кольца запрос. Пересылка сообщений является очень эффективной, так как большинство сообщений можно отправлять “в дорогу” по кабельной системе одно за другим. Очень просто 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 кратко срочного выключения сети, так как во время установки кольцо должно быть разомкнуто. Ограничения на протяженность вычислительной сети не существует, так как оно, в конечном счете, определяется исключительно расстоянием между двумя рабочими станциями.

Специальной формой кольцевой топологии является логическая кольцевая сеть. Физически она монтируется как соединение звездных топологий. Отдельные звезды включаются с помощью специальных коммутаторов (англ. Hub – концентратор), которые по-русски также иногда называют “хаб”. В зависимости от числа рабочих станций и длины кабеля между рабочими станциями применяют активные или пассивные концентраторы. Активные концентраторы дополнительно содержат усилитель для подключения от 4 до 16 рабочих станций. Пассивный концентратор является исключительно разветвительным устройством (максимум на три рабочие станции). Управление отдельной рабочей станцией в логической кольцевой сети происходит так же, как и в обычной кольцевой сети. Каждой рабочей станции присваивается соответствующий ей адрес, по которому передается управление (от старшего к младшему и от самого младшего к самому старшему). Разрыв соединения происходит только для нижерасположенного (ближайшего) узла вычислительной сети, так что лишь в редких случаях может нарушаться работа всей сети.

Рис. 9. Структура логической кольцевой цепи ЛВС.

Шинная топология.

При шинной топологии среда передачи информации представляется в форме коммуникационного пути, доступного дня 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.

Рис.10. Структура шинной топологии ЛВС.

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.

Благодаря тому, что рабочие станции можно подключать без прерывания сетевых процессов и коммуникационной среды, очень легко прослушивать информацию, т.е. ответвлять информацию из коммуникационной среды.

В ЛВС с прямой (не модулируемой) передачей информации всегда может существовать только одна станция, передающая информацию. Для предотвращения коллизий в большинстве случаев применяется метод разделения, согласно которому для каждой подключенной рабочей станции в определенные моменты времени предоставляется исключительное право на использование канала передачи данных. Поэтому требования к пропускной способности вычислительной сети при повышенной нагрузке повышаются, например, при вводе новых рабочих станций. Рабочие станции присоединяются к шине посредством устройств ТАР (англ. Terminal Access Point – точка подключения терминала). ТАР представляет собой специальный тип подсоединения к коаксиальному кабелю. Зонд игольчатой формы внедряется через наружную оболочку внешнего проводника и слой диэлектрика к внутреннему проводнику и присоединяется к нему.

В ЛВС с модулированной широкополосной передачей информации различные рабочие станции получают, по мере надобности, частоту, на которой эти рабочие станции могут отправлять и получать информацию. Пересылаемые данные модулируются на соответствующих несущих частотах, т.е. между средой передачи информации и рабочими станциями находятся соответственно модемы для модуляции и демодуляции. Техника широкополосных сообщений позволяет одновременно транспортировать в коммуникационной среде довольно большой объем информации. Для дальнейшего развития дискретной транспортировки данных не играет роли, какая первоначальная информация подана в модем (аналоговая или цифровая), так как она все равно в дальнейшем будет преобразована.

Основные характеристики трех наиболее типичных типологий вычислительных сетей приведены в таблице № 2.

Таблица 2

Основные характеристики топологий вычислительных сетей.

Характеристики	Топологии вычислительных сетей
	Звезда	Кольцо	Шина
Стоимость расширения	Незначительная	Средняя	Средняя
Присоединение абонентов	Пассивное	Активное	Пассивное
Защита от отказов	Незначительная	Незначительная	Высокая
Размеры системы	Любые	Любые	Ограниченны
Защищенность от прослушивания	Хорошая	Хорошая	Незначительная
Стоимость подключения	Незначительная	Незначительная	Высокая
Поведение системы при высоких нагрузках	Хорошее	Удовлетворительное	Плохое
Возможность работы в реальном режиме времени	Очень хорошая	Хорошая	Плохая
Разводка кабеля	Хорошая	Удовлетворительная	Хорошая
Обслуживание	Очень хорошее	Среднее	Среднее

Древовидная структура ЛВС.

Наряду с известными топологиями вычислительных сетей “кольцо”, “звезда” и “шина”, на практике применяется и комбинированная, на пример древовидна структура. Она образуется в основном в виде комбинаций вышеназванных топологий вычислительных сетей. Основание дерева вычислительной сети (корень) располагается в точке, в которой собираются коммуникационные линии информации (ветви дерева).

Вычислительные сети с древовидной структурой применяются там, где невозможно непосредственное применение базовых сетевых структур в чистом виде. Для подключения большого числа рабочих станций соответственно адаптерным платам применяют сетевые усилители и/или коммутаторы. Коммутатор, обладающий одновременно и функциями усилителя, называют активным концентратором.

На практике применяют две их разновидности, обеспечивающие подключение соответственно восьми или шестнадцати линий.

Устройство к которому можно присоединить максимум три станции, называют пассивным концентратором. Пассивный концентратор обычно используют как разветвитель. Он не нуждается в усилителе. Предпосылкой для подключения пассивного концентратора является то, что возможное максимальное расстояние до рабочей станции не должно превышать нескольких десятков метров.

Рис.6. Древовидная структура ЛВС

Архитектура сети

Важнейшая характеристика компьютерной сети - её архитектура. Архитектура сети - это реализованная структура сети передачи данных, определяющая её топологию, состав устройств и правила их взаимодействия в сети. В рамках архитектуры сети рассматриваются вопросы кодирования информации, её адресации и передачи, управления потоком сообщений, контроля ошибок и анализа работы сети в аварийных ситуациях и при ухудшении характеристик.

Наиболее распространённые архитектуры

Локальная сеть Token Ring

Этот стандарт разработан фирмой IBM. В качестве передающей среды применяется неэкранированная или экранированная витая пара (англ. UPT или SPT) или оптоволокно. Скорость передачи данных 4 Мбит/с или 16Мбит/с. В качестве метода управления доступом станций к передающей среде используется метод – маркерное кольцо (англ. То ken Ring ). Основные положения этого метода:

устройства подключаются к сети по топологии кольцо;

все устройства, подключенные к сети, могут передавать данные, только получив разрешение на передачу (маркер);

в любой момент времени только одна станция в сети обладает таким правом.

Типы пакетов.

В I ВМ То ken Ring используются три основных типа пакетов:

пакет “управление/данные” (англ. Data/Соmmand Frame);

пакет “маркер” (англ. Token );

пакет “сброса” (англ. Abort ).

Пакет “Управление/Данные” .

С помощью такого пакета выполняется передача данных или команд управления работой сети.

Пакет “Маркер”.

Станция может начать передачу данных только после получения такого пакета, В одном кольце может быть только один маркер и, соответственно, только одна станция с правом передачи данных.

Пакет “Сброса”.

Посылка такого пакета называет прекращение любых передач.

В сети можно подключать компьютеры по топологии звезда или кольцо.

Локальная сеть ArcNet .

ArcNet (англ. Attached Resource Computer Network ) – простая, недорогая, надежная и достаточно гибкая архитектура локальной сети. Разработана корпорацией Datapoint в 1977 году. Впоследствии лицензию на ArcNet приобрела корпорация S MC (англ. Standard Microsystems Corporation ), которая стала основным разработчиком и производителем оборудования для сетей ArcNet. В качестве передающей среды используются витая пара, коаксиальный кабель (RG–62) с волновым сопротивлением 93 Ом и оптоволоконный кабель. Скорость передачи данных – 2,5 Мбит/с, существует также расширенная версия – ArcNetplus – поддерживает передачу данных со скоростью 20 Мбит/с. При подключении устройств в ArcNet применяют топологии шина и звезда. Метод управления доступом станций к передающей среде – маркерная шина (англ. Token Bus ). Этот метод предусматривает следующие правила:

Все устройства, подключенные к сети, могут передавать данные

только получив разрешение на передачу (маркер);

В любой момент времени только одна станция в сети обладает таким правом;

Данные, передаваемые одной станцией, доступны всем станциям сети.

Основные принципы работы.

Передача каждого байта в ArcNet выполняется специальной посылкой ISU (англ. Information Symbol Unit – единица передачи информации), состоящей из трех служебных старт/стоповых битов и восьми битов данных. В начале каждого пакета передается начальный разделитель АВ (англ. Alert Burst ), который состоит из шести служебных битов. Начальный разделитель выполняет функции преамбулы пакета.

В ArcNet определены 5 типов пакетов:

Пакет ITT (англ. Information to Transmit) – приглашение к передаче . Эта посылка передает управление от одного узла сети к другому. Станция, принявшая этот пакет, получает право на передачу данных.

Пакет FBE (англ. Free Buffer Enquiries ) – запрос о готовности к приему данных. Этим пакетом проверяется готовность узла к приему данных.

Пакет данных. С помощью этой посылки производиться передача данных.

Пакет АСК (англ. ACKnowledgments ) – подтверждение приема. Подтверждение готовности к приему данных или подтверждение приема пакета данных без ошибок, т.е. в ответ на FBE и пакет данных.

Пакет NAK (англ. Negative AcKnowledgments ) – неготовность к приему. Неготовность узла к приему данных (ответ на FBE) или принят пакет с ошибкой.

В сети ArcNet можно использовать две топологии: “звезда” и “шина”.

Локальная сеть Ethernet

Спецификацию Ethernet в конце семидесятых годов предложила компания Xerox Corporation . Позднее к этому проекту присоединились компании Digital Equipment Corporation (DEC ) и Intel Corporation . В 1982 году была опубликована спецификация на Ethernet версии 2.0. На базе Ethernet институтом IEEE был разработан стандарт IEEE 802.3. Различия между ними незначительные.

Основные принципы работы.

На логическом уровне в Ethernet применяется топология шина:

все устройства, подключенные к сети, равноправны, т.е. любая станция может начать передачу в любой момент времени (если передающая среда свободна);

данные, передаваемые одной станцией, доступны всем станциям сети.

Таблица 3

Основные характеристики сетей по методам передачи информации.

Характеристики	Методы передачи информации
	Ethernet	Token Ring	ArcNet
Топология	Локальная типа “шина”	Кольцевая или типа “звезда”	Наборы сегментов типа “звезда”
Тип кабеля	RG –58	Экранированная или неэкранированная витая пара	RG –62 или RG –59
Импеданс	50 Ом
Сопротивление терминаторов	50 Ом, ± 2 Ом	100 – 200 Ом UTP , 150 Ом TP	RG –59: 75 Ом RG –62: 93 Ом
Максимальная длина кабеля в сегменте	185 м	45 – 200 м (в зависимости от используемого кабеля)	В зависимости от используемого кабеля, но в среднем: W–W: 120 м A–A: 606 м P–W или P–A: 30 м A–A: 0,3 м
Минимальный промежуток между соседними компьютерами	0,5 м	2,5 м
Максимальное количество соединенных сегментов		33 устройства MAU	Не поддерживает соединения сегментов
Максимальное количество компьютеров в сегменте		Неэкранированная витая пара: 72 рабочих станции на концентратор, при использовании экранированной витой пары – 260 рабочих станций на концентратор	В зависимости от используемого кабеля

Локальная сеть FDDI (Fiber Distributed Data Interface)

Локальная сеть c сетевой архитектурой высокоскоростной передачи данных по оптоволоконным линиям. Скорость передачи - 100 Мбит/сек. Топология - двойное кольцо или смешанная (с включением звездообразных или древовидных подсетей). Максимальное количество станций в сети - 1000. Очень высокая стоимость оборудования.

Локальная сеть АТМ (Asynchronous Transfer Mode)

Локальная сеть с дорогой архитектурой обеспечивает передачу цифровых данных, видеоинформации и голоса по одним и тем же линиям. Скорость передачи до 2,5 Гбит/сек. Линии связи оптические.

Сетевые операционные системы для локальных сетей.

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 95. 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 (англ. directory / name service ).

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

Первый – это Таблицы Объектов (англ. Bindery ). Используется в сетевых операционных системах NetWare 28б и NetWare 3. XX . 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.

Второй подход используется в LANServer и Windows NT Server – Структура Доменов (англ. Domain ). Все ресурсы сети и пользователи объединены в группы. Домен можно рассматривать как аналог таблиц объектов (англ. bindery ), только здесь такая таблица является общей для нескольких серверов, при этом ресурсы серверов являются общими для всего домена. Поэтому пользователю для того чтобы получить доступ к сети, достаточно подключиться к домену (зарегистрироваться), после этого ему становятся доступны все ресурсы домена, ресурсы всех серверов и устройств, входящих в состав домена. Однако и с использованием этого подхода также возникают проблемы при построении информационной системы с большим количеством пользователей, серверов и, соответственно, доменов, например, сети для предприятия или большой разветвленной организации. Здесь эти проблемы уже связаны с организацией взаимодействия и управления несколькими доменами, хотя по содержанию они такие же, как и в первом случае.

Третий подход – Служба Наименований Директорий или Каталогов (англ. Directory Name Services – DNS) лишенэтихнедостатков. Все ресурсы сети: сетевая печать, хранение данных, пользователи, серверы и т.п. рассматриваются как отдельные ветви или директории информационной системы. Таблицы, определяющие DNS, находятся на каждом сервере. Это, во–первых, повышает надежность и живучесть системы, а во-вторых, упрощает обращение пользователя к ресурсам сети. Зарегистрировавшись на одном сервере, пользователю становятся доступны все ресурсы сети. Управление такой системой также проще, чем при использовании доменов, так как здесь существует одна таблица, определяющая все ресурсы сети, в то время как при доменной организации необходимо определять ресурсы, пользователей, их права доступа для каждого домена отдельно.

В настоящее время наиболее распространенными сетевыми операционными системами являются NetWare 3. XX и 4. XX (Novell Inc .), Windows N Т Server 3.51 и 4.00 (Microsoft Corp .) и LAN Server (I ВМ Со r р.).

Рассмотрим более подробно возможности этих и некоторых других сетевых операционных систем и требования, которые они предъявляют к программному и аппаратному обеспечению устройств сети.

LAN Server, IВМ Соrр.

Отличительные черты:

использование доменной организации сети упрощает управление и доступ к ресурсам сети;

обеспечивает полное взаимодействие с иерархическими системами (архитектурой SNA).

Целостная операционная система с широким набором услуг. Работает на базе O S/2, поэтому сервер может быть невыделенным (англ. nondedicated ). Обеспечивает взаимодействие с иерархическими системами, поддерживает межсетевое взаимодействие.

Выпускаются две версии LAN Server : Entry и Advanced . Advanced в отличие от Entry поддерживает высокопроизводительную файловую систему (англ. High Performance File System – HPFS). Она включает системы отказоустойчивости (англ. Fail Tolerances ) и секретности (англ. Local Security ).

Серверы и пользователи объединяются в домены. Серверы в домене работают как единая логическая система. Все ресурсы домена доступны пользователю после регистрации в домене. В одной кабельной системе могут работать несколько доменов. При использовании на рабочей станции OS/2 ресурсы этих станций доступны пользователям других рабочих станций, но только одному в данное время. Администратор может управлять работой сети только с рабочей станции, на которой установлена операционная система OS/2. LAN Server поддерживает удаленную загрузку рабочих станций DOS, OS/2 и Windows (англ. Remote Interface Procedure Load – RIPL).

К недостаткам можно отнести:

сложная процедура установки NOS;

ограниченное количество поддерживаемых драйверов сетевых адаптеров.

Windows NT Server, Microsoft Corp.

Отличительные черты:

простота интерфейса пользователя;

доступность средств разработки прикладных программ и поддержка прогрессивных объектно-ориентированных технологий;

поддержка RISC –процессоров;

поддержка инсталлируемых файловых систем;

взаимодействие с Macintosh .

Всё это привело к тому, что эта операционная система становиться одной из самых популярных сетевых операционных систем.

Интерфейс Windows NT 4.0 аналогичен оконному интерфейсу Windows 95, инсталляция может занимать от 1 до 2 часов. Модульное построение системы упрощает внесение изменений и перенос на другие платформы, Windows NT разрабатывалась с учетом возможности поддержки таких высокопроизводительных RISC –процессоров, как PowerPC , DEC Alpha AXP и MIPS , еще одна возможность которая повышает ее переносимость, – возможность поддержки инсталлируемых файловых систем. В настоящее время поддерживаются FAT (англ. File Allocation Table – таблица размещения файлов, используется в DOS –системах), NTFS (англ. NT File System – файловая система NT , разработана специально для Windows NT ), CDFS (файловая система CD – ROM ), файловая система Macintosh и HPFS (англ. High Performance File System – файловая система высокой производительности, используется в OS /2; не поддерживается в Windows NT 4.0 напрямую – активизация поддержки HPFS требует выполнения специальных процедур). Обеспечивается защищенность подсистем от несанкционированного доступа и благодаря многозадачности с вытеснением от их взаимного влияния (если зависает один процесс, это не влияет на работу остальных). Есть поддержка удаленного доступа к сети (например, через модем или нуль модемный кабель) – Remote Access Service (англ. RAS ), поддерживается удаленная обработка заданий.

Windows NT предъявляет более высокие требования к производительности компьютера по сравнению с NetWare .

Организация сети.

Объединение локальных сетей отделов и “рабочих групп”, информационно связанных по функциональному взаимодействию при решении их производственных задач осуществляется по принципу “клиент–сервер” с последующим предоставлением сводной результирующей технологической и финансово-экономической информации на уровень АРМ руководителей предприятия (и объединения, в дальнейшем) для принятия управленческих решений.

Программно–структурная организация сети.

Предлагается решить данную задачу путем создания на основе Novell технологий и операционной системы Novell NetWare 4. XX корпоративную сеть предприятия по принципу “распределенная звезда”, работающую под управлением нескольких серверов и, поддерживая основные транспортные протоколы (T Level 5;

коммутирующие панели TP Patch Panel ;

соединители T – connector ;

концевые радиочастотные терминаторы.

Применение оптоволоконных линий связи оправдано значительным удалением производственных объектов и зданий друг от друга и высоким уровнем индустриальных помех. Кабели RG–58 используются при подключении к сети автоматизированных промышленных установок, также требующих защиты обрабатываемой на этих АРМах и передаваемой на другие АРМы технологической и другой информации от различного вида индустриальных помех. “Витая пара” 10Base– T Level 5 используется для подключения рабочих станций пользователей сети в местах, не требующих повышенных требований к защите среды передачи информации от помех. Novell NetWare 4.1 и Windows NT Server 4.00 соответственно. Серверы, кроме своего прямого назначения обработки и хранения информации, решают задачу маршрутизации и транспортировки информации, с одной стороны снижая нагрузку на основные информационные магистрали и с другой – обеспечивают прозрачный доступ к информации других серверов.

Серверы будут обслуживать около 60–ти рабочих станций, обрабатывающих различного вида технологическую информацию, а также свыше 40–ка рабочих станций в административно–управленческих и финансово–экономических подразделениях предприятия.

В качестве сетевых аппаратных средств серверов и рабочих станций используются следующие сетевые адаптерные карты:

NE–2000;

NE–3200;

SMC8634;

SMC8834;

Сетевые протоколы – IEEE 802.2, IEEE 802.3 CSMA/CD.

Транспортные протоколы – IPX/SPX – для NetWare– серверов , TCP/IP и NetBEUI – для Windows NT– сервера .

Для программно–аппаратного объединения сетевых сред NetWare и Windows NT Server необходимо использовать программный мост на базе совмещенного транспортного протокола IPX/ SPX , в дальнейшем возможен полный переход на сетевую интегрированную ОС Windows NT Server.

Наряду с сетевой ОС NetWare 4. XX для групп клиентов, функционально взаимосвязанных между собой при решении производственных задач, используется сетевая среда Artisoft LANtastic 6.0 и выше, Windows 3.11 for Workgroups и Windows 95 предоставляющие прозрачный доступ пользователям этих одноранговых сетей к информации друг друга. В то же время пользователи среды LANtastic 6.0 и выше, Windows 3.11 for Workgroups и Windows 95 являются клиентами NetWare –серверов и Windows NT –сервера, имея доступ к их ресурсам и информации на жестких дисках в соответствии со своими правами и привилегиями.

Таким образом, мы получили реально работающую корпоративную сеть, имеющую множество оригинально работающих узлов и принципов решений, данная задачи на сегодня является одной из самых интересных и передовых в мире в области информационных технологий. Эта сеть даст в дальнейшем возможность переходить на новые более мощные программные и аппаратные средства связи и коммуникаций, которые будут разработаны в мире, так как вся сеть реализована на основе OSI и полностью соответствует мировым стандартам.

Настройка сетевых средств Windows .

В настоящее время наиболее распространенной операционной системой для персональных компьютеров является система Windows. В состав этой операционной системы включены средства для создания одноранговых компьютерных сетей.

Настройка сетевой платы.

Процесс настройки сети следует начать с установки сетевой платы, причем сделать это можно как при установке самой операционной системы, так и позже, в процессе работы. Если сетевые адаптеры соответствуют стандарту plug-and-play, при загрузке операционная система автоматически распознает установленную сетевую плату и осуществляет настройку.

Если плата не поддерживает формат plug-and-play , запустите "Панель управления" и дважды щелкните на пиктограмме "Установка оборудования". Это приведет к запуску мастера установки оборудования. Щелкнув на кнопке "Далее", переходите к диалоговому окну, где Windows предложит осуществить автоматический поиск новых установленных устройств.

Целесообразно предоставить операционной системе возможность самой опознать аппаратные средства. Если это ей удастся, то не придется вручную вводить информацию об устройстве.

Если Windows не смогла опознать сетевой адаптер, то его установку и настройку придется выполнить вручную. После щелчка на кнопке "Далее" будет выведено диалоговое окно в котором необходимо указать тип устанавливаемого устройства, дважды щелкнув на строке "Сетевые платы".

В результате этого откроется следующее диалоговое окно, в котором необходимо выбрать изготовителя и модель сетевой платы из предложенного списка. Выбор осуществляется щелчком на соответствующей строке списка. После выбора сетевой платы Windows выводит диалоговое окно, в котором указываются параметры установленной платы.

Вид и объем выводимой информации зависит от типа платы. Если сетевая плата опознана в автоматическом режиме, то параметры, демонстрируемые в диалоговом окне, устанавлива ются Windows. Если система не опознает сетевую карту, то параметрам присваиваются значения по умолчанию, что довольно часто приводит к конфликтам с другими устройствами. В этом случае нужно, изменив параметры, устранить конфликты. После этого система производит установку программного обеспечения, необходимого для работы сетевой платы. Можно воспользоваться стандартным драйвером, имеющимся на дистрибутивном диске Windows. Если таковой отсутствует или по какой-либо причине не устраивает вас, используйте драйвер на диске, поставляемой вместе с адаптером (кнопка "Установить с диска").

Настройка сети.

Следующий шаг установка и конфигурация необходимых сетевых протоколов. Дважды щелкните на пиктограмме "Сеть" в "Панели управления". В окне "Сеть" представлены установленные компоненты сетевого программного обеспечения. Сопоставьте сетевой карте протоколы, необходимые для работы нужных вам клиентов (по умолчанию в Windows в качестве сетевого протокола устанавливаются NETBEUI и NetWare IPX/SPX). Для этого необходимо нажать кнопку "Добавить" на вкладке "Конфигурация".

В появившемся окне "Выбор типа компонента" нужно выбрать пункт "Протокол" и нажать кнопку "Добавить". Затем в окне "Выбор: Сетевой протокол" указывается, во-первых, фирма-изготовитель и, во-вторых, требующийся сетевой протокол, например, фирма Microsoft, протокол IPX/SPX. После этого нужно вернуться в окно "Сеть", a IPX/SPX будет уже фигурировать как поддерживаемый протокол. Чтобы начать процесс настройки, либо дважды щелкните на элементе списка, либо выберите его и щелкните на кнопке "Свойства", после чего появится диалоговое окно "Свойства".

Находясь в диалоговом окне "Свойства: IPX/SPX-совместимый протокол", можно получить доступ к трем вкладкам: "Привязка" Дополнительно" и "NetBIOS".

Вкладка "Привязка". На этой вкладке перечислены компоненты сети, использующие протокол. Если вы установили другие протоколы, то в списке будут указаны еще и дополнительные элементы. Выберите из списка только те элементы, которые используют протокол IPX/SPX. Минимизация количества привязок для каждого протокола позволяет значительно повысить эффективность работы сетевого ПО.

Вкладка "NetBIOS" позволяет включить поддержку протокола NetBIOS протоколом IPX/SPX, что позволит запускать приложения, использующие протокол NetBIOS.

Дополнительные настройки, такие как тип пакета, сетевой адрес, максимальное число подключений и другие, определяются на вкладке «Дополнительно».

Установка сетевых клиентов и служб.

Для подключения рабочей станции к сети необходимо установить соответствующие клиенты и службы. Так, например, для организации одноранговой сети Windows необходимо установить на каждой рабочей станции клиент для сетей Microsoft и службу доступа к файлам и принтерам для сетей Microsoft .

Для установки новых служб и клиентов необходимо нажать кнопку «Добавить» и воспользоваться знакомым уже окном «Выбор типа компонента» . В зависимости от вашего выбора появляется окно «Выбор: Клиент сети» или «Выбор: Сетевая служба» .

Кнопка «Доступ к файлам и принтерам» предназначена для вызова окна «Организация доступа к файлам и принтерам», с помощью которого указывается, можно ли делать общими (т.е. разделять между пользователями) ресурсы данного компьютера.

После установки клиенты и службы должны быть правильно настроены. Настройка клиента для сетей Microsoft производится с помощью окна «Свойства: Клиент для сетей Microsoft ” . Устанавливаются параметры входа в сеть - вход с восстановлением подключений сетевых ресурсов или быстрый вход, когда ресурсы подключаются по мере необходимости. При восстановлении подключений вход производится гораздо медленнее, особенно, если какой-либо сетевой ресурс в данный момент не готов к подключению.

После установки клиентов выбирается способ входа в сеть: либо обычный вход в Windows , либо с использованием одного из клиентов.

Если установлен вход в сеть с помощью клиента для сетей Microsoft , ннеобходимо ввести имя пользователя, пароль, после чего нажать кнопку «ОК». При нажатии кнопки «Отмена» будет произведен обычный вход в Windows , но сетевые ресурсы при этом будут недоступны.

Во время работы с окном «Сеть», если это еще не сделано, желательно установить на каждой рабочей станции в сети службы доступа к файлам и принтерам. Кроме того, воспользовавшись вкладкой «Компьютер», необходимо присвоить каждому компьютеру уникальное сетевое имя, при этом имя рабочей группы должно быть одним и тем же. В простой одноранговой сети на основе Windows все это сразу же позволит разделять ресурсы других компьютеров, например их диски и принтеры.

Совместное использование ресурсов: периферийных устройств, дисков, файлов.

С помощью вкладки «Управление доступом» устанавливается способ управления доступом к общим ресурсам. Имеются два варианта:

управление на уровне пользователей (к ресурсу получают доступ определенные пользователи или группы пользователей, причем список пользователей берется с указанного сервера)

или на уровне ресурсов (каждый ресурс имеет пароль доступа, подключиться может любой пользователь, знающий этот пароль).

В процессе работы с Windows при необходимости можно определить локальный ресурс вашего компьютера как общий в сети. Для этого необходимо воспользоваться вкладкой «Доступ окна Свойства данного ресурса». Открыть это окно можно различными способами:

1. Воспользовавшись окном «Мой компьютер» или «Проводник», выбрать нужный объект и вызвать команду «Файл/Свойства» вкладка «Доступ» или команду «Файл/Доступ» (открывается то же окно «Свойства», но сразу на нужной вкладке)

2. Воспользовавшись окном «Мой компьютер» или «Проводник», вызвать контекстное меню для нужного объекта и выбрать команду «Свойства», вкладка «Доступ» или команду «Доступ».

По умолчанию установлена опция «Локальный ресурс». После выбора альтернативного варианта - «Общий ресурс» - становятся доступными остальные поля. Поле «Сетевое имя» предназначено для указания имени, под которым ресурс будет известен в сети. По умолчанию это поле содержит «локальное» имя ресурса. В поле «Заметки» можно указать краткие сведения о ресурсе. С помощью поля «Тип доступа» можно указать, что удаленному пользователю разрешено делать с объектом. Для этого выбирается один из следующих вариантов доступа.

1. Только чтение – в поле «Пароль: Для чтения» можно установить пароль, содержащий от одного до восьми символов, хотя это не обязательно.

2. Полный доступ - необязательный пароль можно задать в поле «Пароль: Для полного доступа». Желательно разрешать только на короткое время и устанавливать пароль, иначе кто-либо может повредить ваши файлы.

3. Определяется паролем - можно условно разделить всех пользователей на две категории: тех кому вы доверяете, и тех, кто вызывает у вас сомнения. Первым можно сообщить пароль для полного доступа, но нужно помнить об имеющейся опасности потери данных. Второй категории можно сообщить пароль для чтения, если есть такая необходимость.

После того, как произведены все настройки, нажимается кнопка «ОК» или «Применить» С этого момента ресурс доступен в сети.

Получить доступ по сети к общему ресурсу можно, воспользовавшись окном «Сетевое окружение». Сначала необходимо найти ярлык, соответствующий компьютеру в сети, и выполнить на нем двойной щелчок. В окне отобразятся все ресурсы, которые имеются на данном компьютере и определены как общие. После этого выбирается нужный ресурс. Если производится управление доступом на уровне ресурсов, система попросит ввести пароль (если он, конечно, был установлен для данного объекта). Если же производится управление доступом на уровне пользователей, система проверит, имеет ли пользователь право обращаться к этому ресурсу. Если все проверки пройдут успешно, вы получаете возможность работать с нужным объектом.

Компьютерная сеть (англ. Computer NetWork, от net - сеть, и work - работа) - это система обмена информацией между компьютерами. Представляет собой совокупность трех компонент:

• • сети передачи данных (включающей в себя каналы передачи данных и средства коммутации);
  • компьютеров, взаимосвязанных сетью передачи данных;
  • сетевого программного обеспечения.

Пользователи компьютерной сети получают возможность совместно использовать её программные, технические, информационные и организационные ресурсы.

Компьютерная сеть представляет собой совокупность узлов (компьютеров, рабочих станций и др.) и соединяющих их ветвей .

Ветвь сети - это путь, соединяющий два смежных узла.

Узлы сети бывают трёх типов:

• • оконечный узел - расположен в конце только одной ветви;
  • промежуточный узел - расположен на концах более чем одной ветви;
  • смежный узел - такие узлы соединены по крайней мере одним путём, не содержащим никаких других узлов.

Компьютеры могут объединяться в сеть разными способами.

Наиболее распространенные виды топологий сетей:

Содержит только два оконечных узла, любое число промежуточных узлов и имеет только один путь между любыми двумя узлами.

Сеть, в которой к каждому узлу присоединены две и только две ветви.

Сеть, которая содержит более двух оконечных узлов и по крайней мере два промежуточных узла, и в которой между двумя узлами имеется только один путь.

Сеть, в которой имеется только один промежуточный узел.

Сеть, которая содержит по крайней мере два узла, имеющих два или более пути между ними.

Полносвязанная сеть. Сеть, в которой имеется ветвь между любыми двумя узлами. Важнейшая характеристика компьютерной сети - её архитектура.

Наиболее распространённые архитектуры:

• • Ethernet (англ. ether - эфир) - широковещательная сеть. Это значит, что все станции сети могут принимать все сообщения. Топология - линейная или звездообразная. Скорость передачи данных 10 или 100 Мбит/сек.
  • Arcnet (Attached Resource Computer Network - компьютерная сеть соединённых ресурсов) - широковещательная сеть. Физическая топология - дерево. Скорость передачи данных 2,5 Мбит/сек.
  • Token Ring (эстафетная кольцевая сеть, сеть с передачей маркера) - кольцевая сеть, в которой принцип передачи данных основан на том, что каждый узел кольца ожидает прибытия некоторой короткой уникальной последовательности битов - маркера - из смежного предыдущего узла. Поступление маркера указывает на то, что можно передавать сообщение из данного узла дальше по ходу потока. Скорость передачи данных 4 или 16 Мбит/сек.
  • FDDI (Fiber Distributed Data Interface ) - сетевая архитектура высокоскоростной передачи данных по оптоволоконным линиям. Скорость передачи - 100 Мбит/сек. Топология - двойное кольцо или смешанная (с включением звездообразных или древовидных подсетей). Максимальное количество станций в сети - 1000. Очень высокая стоимость оборудования.
  • АТМ (Asynchronous Transfer Mode ) - перспективная, пока ещё очень дорогая архитектура, обеспечивает передачу цифровых данных, видеоинформации и голоса по одним и тем же линиям. Скорость передачи до 2,5 Гбит/сек. Линии связи оптические.

2.23. Как соединяются между собой устройства сети?