Локальные компьютерные сети

Для связи с внешними (периферийными) устройствами компьютер имеет порты, через которые он способен передавать и принимать информацию. Если через эти порты соединить два или несколько компьютеров, то они смогут обмениваться информацией между собой. В этом случае они образуют компьютерную сеть.

Прямое кабельное соединение

Два компьютера, работающие в операционной системе Windows. можно соединить отрезком кабеля, подключен­ного к их параллельным или COM портам. В этом случае никакого дополни­тельного аппаратного и программного обеспечения такой «сети» не требуется. Роль аппаратного соединения выполняет стандарт­ный порт, а все программное обеспечение, необ­ходимое для управления соединением, уже есть в операционной системе.

При прямом соединении один из компьютеров назначается ведущим, а другой — ведомым. С ведущего компьютера можно получить доступ ко всем дискам и папкам ведомого компьютера, для которых разрешен совместный доступ. Оператор ведущего компьютера может управлять передачей данных с одного компьютера на другой.

Достоинством прямого соединения является его простота (не нужно никакого дополнительного аппаратного и программного обеспечения). Недостатком является сравнительно низкая скорость передачи данных. Поэтому прямое соединение редко применяют в организациях и учреждениях, но широко используют в быту. Практически все компьютерные игры, рассчитанные на несколько участников, могут работать в режиме прямого соединения.

Виды компьютерных сетей

Компьютерная сеть — представляет собой систему распределенной обработки информации, состоящую как минимум из двух компьютеров и других вычислительных устройств, таких как принтеры, факсимильные аппараты и модемы, взаимодействующих между собой с помощью специальных средств связи.

Компьютерные сети делятся на три основных класса:

  1. Локальные компьютерные сети (LAN – Local Area Network) – это сети, которые объединяют между собой компьютеры, находящиеся географически в одном месте. В локальную сеть объединяют компьютеры, расположенные физически близко друг от друга (в одном помещении или одном здании).
  2. Региональные компьютерные сети (MAN – Metropolitan Area Network) – это сети, которые объединяют между собой несколько локальных компьютерных сетей, расположенных в пределах одной территории (города, области или региона, например, Дальнего Востока).
  3. Глобальные вычислительные сети (WAN – Wide Area Network) – это сети, которые объединяют множество локальных, региональных сетей и компьютеров отдельных пользователей, расположенные на любом расстоянии друг от друга (Internet, FIDO).

Локальная сеть (LAN) используется для обслуживания рабочих групп. Рабочая группа — это группа лиц, работающая над одним проектом или просто сотрудники одного подразделения. Она связывает ПК и принтеры, обычно находящиеся в одном здании (или комплексе зданий).

Первые интерсети. Тенденции в развитии интерсетей.

История появления вычислительных сетей ведет свое начало от 60-х годов, когда были созданы первые компьютерные системы с раздвоенными ресурсами. Первая сеть с коммутацией пакетов было разработана в Англии в 1968 году в Национальной физической лаборатории.

Первая многоузловая сеть с коммутацией пакетов Arpanet вступила в действие в США в 1969 году. В 1971 создана сеть Alocha (Гавайи, США), в котором реализованы методы передачи пакетов по радиоканалам.

Модель сети Ethernet была разработана сотрудниками фирмы Xerox в 1974 – 1976 годах. Протокол этой сети был стандартизирован в 80-х годах.

Более подробная характеристика этих сетей будет рассмотрена далее.

В течение 1974 – 1982 годов рядом ведущих компьютерных фирм США разработаны архитектуры и сетевые технологии, повлиявшие на формирование современных сетей. Фирмой DEC в 1975 создана сеть Decnet, развивавшаяся вплоть до 1990.

В 1982 – 1988 годах университетами и фирмами США была создана сеть Bitnet, получившая всемирное распространение.

В настоящее время можно выделить два направления создания интерсетей – общедоступные и специализированные сети. Общедоступные сети – это вычислительные сети, предоставляющие услуги всем желающим за определенную плату. В основном, это услуги сетевого, а в отдельных случаях терминального доступа. Специализированными сетями являются академические сети.

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 функцииклиента 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.

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.

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

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.

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.