Тема 9. Локальные и глобальные сети ЭВМ

компьютерных сетей. Типы сетей. Топология сетей. Сетевые компоненты.

и особенно данным для любого пользователя сети. Это называется совместным

использованием ресурсов.
2. Обеспечение высокой надежности при помощи альтернативных источников информации.
3. Экономия средств. Небольшие компьютеры обладают значительно лучшим соотношением цена—производительность, нежели большие.
4. Масштабируемость, т.е. способность увеличивать производительность системы по мере роста нагрузки.
5. Ускорение передачи информации. Компьютерная сеть является мощным средством связи между удаленными друг от друга пользователями. Если один из них изменяет документ, находящийся на сервере, в режиме on-line, остальные могут немедленно увидеть эти изменения.

сети. Короткие сообщения, называемые пакетами, посылаемые одной машиной, принимаются всеми

машинами. Поле адреса в пакете указывает, кому направляется сообщение. При получении пакета машина проверяет его адресное поле. Если пакет адресован этой машине, она обрабатывает пакет. Пакеты, адресованные другим машинам, игнорируются.
Сети с передачей от узла к узлу состоят из большого количества соединенных пар машин. В такой сети пакету необходимо пройти через ряд промежуточных машин, чтобы добраться до пункта назначения. Часто при этом существует несколько возможных путей от источника к получателю.

Существуют два типа технологии передачи:
широковещательные сети;
сети с передачей от узла к узлу.

Local Area Network) называют сети, размещающиеся, как правило, в одном

здании или на территории какой-либо организации размерами до нескольких километров. Их часто используют для предоставления совместного доступа компьютеров к ресурсам и обмена информацией. Обычные ЛВС имеют пропускную способность канала связи от 10 до 100 Мбит/с, небольшую задержку - десятые доли мкс и очень мало ошибок.

Сети можно разделить на локальные, муниципальные (региональные) и глобальные.

версиями локальных сетей и обычно используют схожие технологии. Такая сеть

может объединять несколько предприятий корпорации или город. Муниципальная сеть может поддерживать передачу цифровых данных, звука и включать в себя кабельное телевидение. Обычно муниципальная сеть не содержит переключающих элементов для переадресации пакетов во внешние линии, что упрощает структуру сети.

целую страну или даже континент. Они объединяют множество машин, предназначенных

для выполнения приложений. Эти машины называются хостами. Хосты соединяются коммуникационными подсетями или просто подсетями. Задачей подсети является передача сообщений от хоста хосту, подобно тому, как телефонная система переносит слова говорящего слушающему.

одноранговой сети все компьютеры равноправны. Каждый компьютер функционирует и как

клиент, и как сервер.
Одноранговые сети, как правило, объединяют не более 10 компьютеров. Отсюда их другое название — рабочие группы. Одноранговые сети относительно просты, дешевле сетей на основе сервера, но требуют более мощных компьютеров. Требования к производительности и уровню защиты сетевого программного обеспечения (ПО) ниже, чем в сетях с выделенным сервером. Поддержка одноранговых сетей встроена во многие операционные системы (ОС), поэтому для организации одноранговой сети дополнительного ПО не требуется.

Типы сетей

и не используется в качестве клиента или рабочей станции. Он

специально оптимизирован для быстрой обработки запросов от сетевых клиентов и обеспечивает защиту файлов и каталогов.
Сети на основе сервера, в отличие от одноранговых сетей, способны поддерживать тысячи пользователей. При этом к характеристикам компьютеров и квалификации пользователей предъявляются более мягкие требования, чем в одноранговых сетях.

Большинство сетей работают на основе выделенного сервера.

кольцо, ячеистая.
Выбор той или иной топологии влияет на состав необходимого

сетевого оборудования, возможности расширения сети и способ управления сетью.

все компьютеры.
С — сервер, К — компьютер, Т — терминатор
В

сети с топологией шина данные в виде электрических сигналов передаются всем компьютерам сети, но принимает их тот, адрес которого совпадает с адресом получателя, зашифрованном в этих сигналах. Причем в каждый момент времени передачу может вести только один компьютер.

Шина (линейная шина)

к центральному устройству, называемому концентратором (hub). Сигналы от передающего компьютера

поступают через концентратор ко всем остальным.

Звезда

Концентраторы делятся на активные и пассивные. Активные регенерируют и передают сигналы так же, как репитеры. Их называют многопортовыми повторителями. Обычно они имеют от 8 до 12 портов для подключения компьютеров. К пассивным концентраторам относятся монтажные или коммутирующие панели. Они просто пропускают через себя сигнал, не усиливая и не восстанавливая его.

кольцу в одном направлении и проходят через каждый компьютер. В

отличие от пассивной топологии шина, здесь каждый компьютер выступает в роли репитера (повторителя), усиливая сигналы и передавая их следующему компьютеру. Поэтому выход из строя хотя бы одного компьютера приводит к падению сети.

Кольцо

Способ передачи данных по кольцу называется передачей маркера. Маркер (token) - это специальная последовательность бит, передающаяся по сети. В каждой сети существует только один маркер. Маркер передается по кольцу последовательно от одного компьютера к другому до тех пор, пока его не захватит тот компьютер, который хочет передать данные. Скорость движения маркера сопоставима со скоростью света. Так, в кольце диаметром 200 м маркер может циркулировать с частотой 477 376 об/с.

как каждый компьютер в такой сети соединен с каждым другим

отдельным кабелем.

Сигнал от компьютера-отправителя до компьютера-получателя может проходить по разным маршрутам, поэтому разрыв кабеля не сказывается на работоспособности сети. Основной недостаток — большие затраты на прокладку кабеля, что компенсируется высокой надежностью и простотой обслуживания. Ячеистая топология применяется в комбинации с другими топологиями при построении больших сетей.

Ячеистая топология

Звезда-шина — несколько сетей с топологией звезда объединяются при помощи

магистральной линейной шины (к концентратору подключены компьютеры, а сами концентраторы соединены шиной).
Звезда-кольцо - концентраторы подсоединены к главному концентратору, внутри которого физически реализовано кольцо.

экранированная (shielded);
- оптоволоконный кабель.
На сегодня подавляющая часть компьютерных сетей использует

для соединения сетевые кабели. Это среда передачи сигналов между компьютерами.

(спецификация 10Base5).
Тонкий - гибкий, диаметр 0,64 см (0,25"). Подключается непосредственно

к плате сетевого адаптера. Передает сигнал на 185 м практически без затухания. Волновое сопротивление — 50 ом.
Толстый — жесткий, диаметр 1,27 см (0,5"). Его иногда называют стандартный Ethernet. Жила толще, затухание меньше. Передает сигнал без затухания на 500 м. Используют в качестве магистрали, соединяющей несколько небольших сетей. Волновое сопротивление — 75 ом.
Для подключения к толстому коаксиальному кабелю применяется специальное устройство - трансивер. Он снабжен коннектором, который называется вампир или пронзающий ответвитель. К сетевой плате трансивер подключается с помощью кабеля с разъемом. Для подключения тонкого коаксиального кабеля используются BNC-коннекторы (British Naval Connector). Применяются BNC—Т-коннекторы для соединения сетевого кабеля с сетевой платой компьютера, BNC-баррел-коннекторы для сращивания двух отрезков кабеля, BNC-терминаторы для поглощения сигналов на обоих концах кабеля в сетях с топологией шина.

Коаксиальный кабель

Переплетение проводов позволяет избавиться от электрических помех, наводимых соседними проводами

и другими внешними источниками.
Неэкранированная витая пара (UTP) широко используется в ЛВС, максимальная длина 100 м.
Экранированная витая пара (STP) помещена в медную оплетку. Кроме того, пары проводов обмотаны фольгой. Поэтому STP меньше подвержены влиянию электрических помех и может передавать сигналы с более высокой скоростью и на большие расстояния.
Преимущества витой пары — дешевизна, простота при подключении. Недостатки — нельзя использовать при передаче данных на большие расстояния с высокой скоростью.

в виде модулированных световых импульсов.
Оптоволоконные линии предназначены для перемещения

больших объемов данных на очень высоких скоростях, так как сигнал в них практически не затухает и не искажается.
Оптоволокно передает сигналы только в одном направлении, поэтому кабель состоит из двух волокон с отдельными коннекторами: одно — для передачи, другое — для приема.
Скорость передачи данных в настоящее время составляет от 100 Мбит/с. Между тем, получает все большее распространение скорость 1 Гбит/с, теоретически — до 200 Гбит/с. Расстояние — многие километры. Кабель не подвержен электрическим помехам. Существенным недостатком этой технологии является дороговизна и сложность в установке и подключении.
Типичная оптическая сеть состоит из лазерного передатчика света, мультиплексора/демультиплексора для объединения оптических сигналов с разными длинами волн, усилителей оптических сигналов, демультиплексоров и приемников, преобразующих оптический сигнал обратно в электрический. Все эти компоненты обычно собираются вручную.

собой дискретные электрические или световые импульсы. Цифровой сигнал использует всю

полосу пропускания кабеля (полоса пропускания — разница между максимальной и минимальной частотой, которую можно передать по кабелю). Устройство в сетях с немодулированной передачей посылает данные в обоих направлениях. Для того, чтобы избежать затухания и искажения сигнала в немодулированных системах, используют репитеры, которые усиливают и ретранслируют сигнал.
Модулированные системы передают данные в виде аналогового сигнала (электрического или светового), занимающего некоторую полосу частот. Если полосы пропускания достаточно, то один кабель могут одновременно использовать несколько систем (например, транслировать передачи кабельного телевидения и передавать данные). Каждой передающей системе выделяется часть полосы пропускания. Для восстановления сигнала в модулированных системах используют усилители. В модулированной системе устройства имеют раздельные тракты для приема и передачи сигнала, так как передача идет в одном направлении. Чтобы устройства могли и передавать, и принимать данные, используют разбиение полосы пропускания на два канала, которые работают с разными частотами для передачи и приема, или прокладку двух кабелей — для передачи и приема.

Для передачи по кабелю кодированных сигналов используют две технологии — немодулированную и модулированную передачу.

мобильные сети (переносные компьютеры).
Основные различия между ними - параметры

передачи.
ЛВС и расширенные ЛВС используют передатчики и приемники той организации, в которой функционирует сеть.
Для переносных компьютеров средой передачи служат общедоступные сети (например, телефонная или Internet).

Беспроводный сетевой адаптер с трансивером установлен в каждом компьютере, и пользователи работают так, будто их компьютеры соединены кабелем. Трансивер или точка доступа обеспечивает обмен сигналами между компьютерами с беспроводным подключением и кабельной сетью. Используются небольшие настенные трансиверы, которые устанавливают радиоконтакт с переносными устройствами.

Работа беспроводных ЛВС основана на четырех способах передачи данных: инфракрасном излучении, лазере, радиопередаче в узком диапазоне (одночастотной передаче), радиопередаче в рассеянном спектре.

или соединения, между компьютером и сетевым кабелем. Платы вставляются в

слоты расширения материнской платы всех сетевых компьютеров и серверов или интегрируются на материнскую плату.

Плата сетевого адаптера выполняет:
подготовку данных, поступающих от компьютера, к передаче по сетевому кабелю;
передачу данных другому компьютеру;
управление потоком данных между компьютером и кабельной системой;
прием данных из кабеля и перевод их в форму, понятную ЦП компьютера.

Плата сетевого должна также указать свое местонахождение или сетевой адрес, чтобы ее могли отличить от других плат сети.

проводит электронный диалог с принимающей платой, в результате которого они

устанавливают:
максимальный размер блока передаваемых данных;
объем данных, пересылаемых без подтверждения о получении;
интервал между передачами блоков данных;
интервал, в течение которого необходимо послать подтверждение;
объем данных, который может принять плата без переполнения буфера;
скорость передачи.

Для правильной работы платы должны быть корректно установлены следующие параметры:
номер прерывания (IRQ - interrupt query);
базовый адрес порта;
I/O Базовый адрес памяти;
тип трансивера.
Для обеспечения совместимости компьютера и сети плата должна соответствовать внутренней структуре компьютера (архитектуре шины данных) и иметь соответствующий соединитель, подходящий к типу кабельной системы.