Лекции 1, 2, 3. Инфокоммуникационные сети Инфокоммуникационные сети информационные коммуникационные сети
 Скачать 1.03 Mb.
|
|
Инфокоммуникационные сети Инфокоммуникационные сети - информационные коммуникацион- ные сети) явились результатом эволюции компьютерных технологий. Сего- дня уже никому не нужно объяснять, насколько эффективнее можно исполь- зовать имеющиеся в распоряжении компьютеры и периферийные устройства, если объединить оборудование в сеть. Инфокоммуникационная сеть (информационно-вычислительная сеть, сеть передачи данных, компьютерная сеть)представляет собой си- стему взаимосвязанных программных и аппаратных компонентов, предна- значенных для передачи, сбора, хранения и обработки информации. Основная цель сети – обеспечить пользователям совместное использо- вание ресурсов всех имеющихся в сети компьютеров. Информационно-вычислительная сеть - это сложный комплекс взаи- мосвязанных и согласованно функционирующих программных и аппаратных компонентов. Информационная сеть строится на основе коммуникационных сетей. К коммуникационным сетям относятся: компьютерные сети, телефонные сети, сети сотовой связи, и сети кабельного телевидения. Изучение сети в целом предполагает знание принципов работы ее от- дельных элементов: компьютеров; коммуникационного оборудования; операционных систем; сетевых приложений. Концепция вычислительных сетей является логическим результатом эволюции компьютерной технологии. Первые компьютеры 50-х годов - большие, громоздкие и дорогие - предназначались для очень небольшого числа избранных пользователей. Часто эти монстры занимали целые здания. Такие компьютеры не были предназначены для интерактивной работы поль- зователя, а использовались в режиме пакетной обработки. Разработка сетевых технологий началась с решения более простой зада- чи - доступа к компьютеру с терминалов, удаленных от него на многие сотни, а то и тысячи километров. Терминалы соединялись с компьютерами через телефонные сети с помощью модемов. Такие сети позволяли многочислен- ным пользователям получать удаленный доступ к разделяемым ресурсам не- скольких мощных компьютеров класса суперЭВМ. Затем появились системы, в которых наряду с удаленными соединениями типа терминал-компьютер были реализованы и удаленные связи типа компьютер-компьютер. Компью- теры получили возможность обмениваться данными в автоматическом режи- ме, что, собственно, и является базовым механизмом любой вычислительной сети. Используя этот механизм, в первых сетях были реализованы службы обмена файлами, синхронизации баз данных, электронной почты и другие, ставшие теперь традиционными сетевые службы. Таким образом, хронологически первыми появились глобальные вы- числительные сети. Именно при построении глобальных сетей были впер- вые предложены и отработаны многие основные идеи и концепции совре- менных вычислительных сетей. Такие, например, как многоуровневое по- строение коммуникационных протоколов, технология коммутации пакетов, маршрутизация пакетов в составных сетях. Первые локальные сети В начале 70-х годов произошел технологический прорыв в области про- изводства компьютерных компонентов - появились большие интегральные схемы. Их сравнительно невысокая стоимость и высокие функциональные возможности привели к созданию мини-компьютеров, которые стали реаль- ными конкурентами мэйнфреймов. Закон Гроша перестал соответствовать действительности, так как десяток мини-компьютеров выполнял некоторые задачи (как правило, хорошо распараллеливаемые) быстрее одного мэйн- фрейма, а стоимость такой мини-компьютерной системы была меньше. Даже небольшие подразделения предприятий получили возможность по- купать для себя компьютеры. Мини-компьютеры выполняли задачи управле- ния технологическим оборудованием, складом и другие задачи уровня под- разделения предприятия. Таким образом, появилась концепция распределе- ния компьютерных ресурсов по всему предприятию. Однако при этом все компьютеры одной организации по-прежнему продолжали работать авто- номно. Но шло время, потребности пользователей вычислительной техники росли, им стало недостаточно собственных компьютеров, им уже хотелось получить возможность обмена данными с другими близко расположенными компьютерами. В ответ на эту потребность предприятия и организации стали соединять свои мини-компьютеры вместе и разрабатывать программное обеспечение, необходимое для их взаимодействия. В результате появились первые локальные вычислительные сети. Они еще во многом отличались от современных локальных сетей, в первую очередь - своими устройствами со- пряжения. На первых порах для соединения компьютеров друг с другом ис- пользовались самые разнообразные нестандартные устройства со своим спо- собом представления данных на линиях связи, своими типами кабелей и т. п. Эти устройства могли соединять только те типы компьютеров, для которых были разработаны. Компьютерные сети относятся к распределенным (или децентрализован- ным) вычислительным системам. Поскольку основным признаком распреде- ленной вычислительной системы является наличие нескольких центров об- работки данных, то наряду с компьютерными сетями к распределенным си- стемам относят также мультипроцессорные компьютеры и многомашинные вычислительные комплексы. Коммуникационные устройства сети К коммуникационным устройствам относятся: кабельные системы, сетевые адаптеры, модемы, повторители, концентраторы, трансиверы, мосты, коммутаторы, маршрутизаторы, шлюзы и др.. Сегодня коммуникационное оборудование может представлять собой сложный специализированный мультипроцессор, который нужно конфигу- рировать, оптимизировать и администрировать. Кабельная система является фундаментом любой сети; она представля- ет собой набор стандартных кабелей, разъемов, коннекторов, розеток для подключения компьютеров, кроссовых панелей и шкафов. Структурированная кабельная система позволяет проектировщику сети строить нужную ему конфигурацию, которую при необходимости можно из- менить – добавить компьютер, сегмент, коммутатор или другое сетевое обо- рудование. Структурированная кабельная система при продуманной организации может стать единой средой для передачи не только компьютерных данных в локальной вычислительной сети, но и организации локальной телефонной сети, передачи видеоинформации и даже передачи сигналов от датчиков по- жарной безопасности или охранных систем. Использование такой кабельной системы дает предприятию много преимуществ. Структурированная кабельная система состоит из трех подсистем: горизонтальной (в пределах этажа), вертикальной (между этажами) и подси- стемы кампуса (в пределах какой – либо территории с несколькими здания- ми). Для каждой подсистемы выбирается наиболее подходящий для нее вид кабеля. Для создания компьютерных сетей используются три основных вида ка- беля: - кабели на основе скрученных пар медных проводов – «витая пара», ко- торые могут быть неэкранированными и экранированными (рис.1, рис.2); - коаксиальные кабели с медной жилой (рис.3), - волоконно-оптические кабели (рис.4). В настоящее время при построении компьютерных сетей коаксиальный кабель уже не используется. Современные локальные сети чаще всего стро- ятся на основе неэкранированной витой пары, наиболее распространенной и сравнительно недорогой. Для горизонтальной кабельной подсистемы применение неэкранирован- ной витой пары является оптимальным и рациональным решением. Для вертикальной прокладки и подсистемы кампуса рекомендуется ис- пользовать оптоволоконные линии связи. Рис. 1. Неэкранированная витая пара Рис. 2. Экранированная витая пара Рис. 3. Коаксиальный кабель Рис. 4. Волоконно-оптический кабель Неэкранированная витая пара или кабель UTP (Unshielded Twisted Pair) представляет собой кабель, состоящий из двух или более пар скрученных между собой проводников, покрытых изоляцией и заключенных в общую защитную полимерную «рубашку». Каждый проводник в таком кабеле имеет свою уникальную расцветку и номер. Маркировка кабеля обычно содержит сведения о категории, например, «CATEGORY 5 UTP». Витая пара делится на 8-м категорий, которые разли- чаются по пропускной способности. В современных сетях чаще всего ис- пользуются кабели категории 5 и 5Е. Экранированная витая пара (FTP, STP, FFTP,FSTP и др.) поставляется в различных форматах. Она хорошо защищает передаваемые данные от внеш- них помех, но наличие заземляемого экрана удорожает кабель и усложняет его прокладку. Этот кабель обычно используется при условиях: там, где есть значительные электромагнитные индукции в окружающей среде, такие как, вызванные мощными электродвигателями (например, в шахтах лифтов), лю- минесцентного освещения, тяжелого промышленного оборудования и т.д. Экранирование может быть исполнено за счет фольги или оплетки про- волокой. Экранированный кабель имеет больший диаметр, чем UTP. Кроме того экранированный кабель имеет больший радиус изгиба, чем UTP. Подключение экранированных кабелей является более сложным и тру- доемким процессом, чем обычных UTP, нужно использовать специальные разъемы и схемы заземления. В экранированных кабельных системах вилки и розетки, как правило, сделаны из металла. Если витая пара изготовлена для наружного применения, то ее покры- вают черной изоляцией, которая обладает большей защитой от ультрафиоле- та и повышенной влажности. По своим техническим характеристикам витая пара значительно уступает волоконно-оптическим линиям связи. В настоящее время оптическое волокно считается самой совершенной физической средой для передачи любого типа трафика, а также самой перспективной средой для передачи больших потоков информации на значительные расстояния. Стремительное внедрение в информационные сети оптических линий связи является следствием преимуществ, вытекающих из особенностей рас- пространения сигнала в оптическом волокне (данный вопрос подробно рас- смотрен в лабораторной работе №3). Непосредственное подключение компьютера к сети реализуется с помо- щью сетевого адаптера (сетевой карты, рис. 5). Данное устройство совместно с драйвером выполняют две операции: передачу и прием кадра информации, т.е. обеспечивают двунаправленный обмен данными между персональным компьютером и локальной сетью (кадр – это единица данных, которыми об- мениваются компьютеры в локальной сети). Так же как и модем, видеоадаптер или звуковая карта, сетевые адаптеры подключаются к персональному компьютеру (ПК) через один из стандартных портов и настраиваются аналогично прочему оборудованию. Рис. 5. PCI адаптер 10/100 Мбит/с Для увеличения длины сегментаиспользуются специальные устройства - повторители (репитеры). Они присоединяются непосредственно к инфор- мационной сети на максимально допустимом расстоянии от ближайшей точ- ки подключения, например, для сетей класса 100BaseT, использующих витую пару, оно составляет 100м. Функции репитера – это повторение, усиление и очистка от посторонних помех, проходящих по сети сигналов. Репитеры (рис. 6) оснащены двумя, а иногда и большим числом сетевых портов. Рис. 6. Репитер для витой пары При необходимости преобразования информационного сигнала из од- ной физической среды в другую (например, электрический сигнал витой па- ры в оптический для оптоволокна) используются трансиверы,конвертеры (Media Converter, рис. 7) и специализированные мосты (bridge 100 BaseTХ/100BaseFХ). Рис. 7. Медиа-конвертер Ethernet Для объединения рабочих станций в сеть можно использовать концен- тратор (hub) (рис.8); основная его функция – это повторение кадра инфор- мации на всех портах. Концентратор является «центральным» звеном в ло- кальных сетях, имеющих топологию физических связей типа «звезда». Кон- центратор объединяет отдельные физические сегменты сети в единую разде- ляемую среду [1]. Рис. 8. Концентратор (hub) Современные локальные сети чаще всего строятся на основе коммута- торов. Основная особенность данных устройств состоит в том, что они яв- ляются коммуникационными мультипроцессорами, каждый порт коммутато- ра оснащен специализированным процессором, который обрабатывает поток данных независимо от процессоров других портов. За счет этого общая про- изводительность коммутатора на много выше производительности других коммуникационных устройств, имеющих один процессорный блок. Это устройство предназначено для объединения компьютеров в сеть и для связи небольших локальных сетей (рис. 9). Коммутатор (switch, switching hub) при- нимает решение о продвижении пакетов на основании заголовков протоколов 2-го (канального) уровня модели OSI 1 , то есть протоколов типа Ethernet или FDDI. Рис. 9. Коммутатор (switch) D-Link D- DES-1024D (24 порта) Кабельная система, повторители, концентраторы и сетевые адаптеры представляют собой тот минимум оборудования, с помощью которого можно создать небольшую локальную сеть или базовые фрагменты сетей, которые затем должны объединяться друг с другом с помощью мостов, коммутаторов, маршрутизаторов и шлюзов. Мост (bridge) – электронное устройство, которое обеспечивает взаимо- связь локальных сетей (рис. 10). Данное устройство изолирует трафик одной подсети от трафика другой, повышая общую производительность передачи данных. Сетевые мосты бывают простые – для соединения однотипных се- тей и сложные – со специальными функциями. В последнем случае мостом может быть достаточно мощный компьютер. Рис. 10. Сетевой мост (Network bridge) 1 Модель OSI (Open System Interconnection) стандартизирует взаимодействие открытых систем. Опре- деляет 7 уровней взаимодействия: 7- прикладной, 6- представительный, 5- сеансовый, 4- транспортный, 3- сетевой, 2- канальный и 1- физический [1]. В крупных сетях со сложной топологией связей используются маршру- тизаторы и шлюзы. Маршрутизатор (роутер, router) – это электронное устройство (специ- ализированный сервер), определяющее оптимальный путь (маршрут) следо- вания пакета сообщений в компьютерных сетях (рис. 11). Это устройство обеспечивает связь между различными сетями, используя сетевые (логиче- ские) адреса. Сети могут находиться на значительном расстоянии, и путь, по которому передается пакет, может проходить через несколько маршрутиза- торов. Рис. 11. Маршрутизатор (Broadband Router) LinkSys WRT54G При необходимости объединить сети с разными типами системного и прикладного программного обеспечения используется шлюз (Gateway). Шлюз (рис. 12) выполняет преобразование форматов и размеров пакетов, преобразование протоколов, преобразование данных, мультиплексирование. Обычно реализуется на основе компьютера с большим объемом памяти. Так же шлюзом называется программа, при помощи которой можно пе- редавать информацию между двумя сетевыми системами, использующими различные протоколы обмена данными. Рис. 12. Шлюз D- Link DSA-3100 Сетевые адаптеры Сегодня самыми распространенными классами локальных сетей Ethernet являются классы 100BaseTХ и 1000BaseT. Сетевые карты, рассчитанные на работу с такими сетями, комплектуется разъемами RJ-45 (рис.13). Рис. 13. Разъем RJ-45 для локальных сетей 100BaseTХ Разъем RJ-45 имеет вид углубления прямоугольной формы с небольшим пазом для замка сетевой вилки, в нижней части гнезда расположено восемь контактов, соединяющихся с соответствующими контактами вилки сетевого кабеля. Сетевые адаптеры, оборудованные разъемом только какого-либо одного типа, принято называть моноинтерфейсными. Существуют также комбинированные сетевые карты (рис. 14), на кото- рых присутствуют разъемы разных типов. Рис. 14. Комбинированная сетевая карта Для создания беспроводных сетей выпускаются специальные беспро- водные сетевые карты (рис. 15). Рис. 15. Беспроводная сетевая карта Linksys PCI При построении компьютерных сетей на основе волоконно-оптических линий связи используются сетевые карты с оптическим интерфейсом (рис. 16). Рис. 16. Сетевая карта PCI с волоконно-оптическим интерфейсом Другой критерий, согласно которому принято классифицировать сетевые карты, подразумевает различие всех имеющихся на рынке сетевого оборудо- вания адаптеров по порту (слоту), посредством которого сетевая карта со- единяется с компьютером. Существует несколько основных вариантов, и первый из них – это сетевые адаптеры, подключаемые к материнской плате ПК через шину ISA (Industry Standard Architecture). Основной отличительной особенностью сетевых карт этого типа является удлиненная нижняя часть платы, на которой расположены контакты для соединения с портом (кон- тактная площадка на других сетевых адаптерах заметно короче). Материн- ские платы современной конфигурации уже не поддерживают шину ISA, считающуюся к настоящему времени «устаревшей». На смену сетевым картам ISA пришли сетевые карты, подключающиеся к шине PCI (Peripheral Component Interconnect), слот PCI имеется на материн- ских платах почти всех современных компьютеров. Как и сетевые карты ISA, адаптеры PCI могут быть либо моноинтерфейсными или комбинированными. Следует отметить, что большинство компьютеров последних моделей выпускаются с разъемами ввода/вывода PCI Express, отличными от привыч- ных PCI-разъемов и уже есть тенденция отказа от PCI в пользу PCI Express. На сегодняшний день технология PCI Express становится наиболее по- пулярным решением для подсистемы ввода/вывода клиентских, серверных и коммуникационных платформ. В клиентских системах использование гига- битного Ethernet отнимает практически все ресурсы шины PCI, что понижает производительность остальных адаптеров ввода/вывода в системе. Переход на технологию PCI Express позволит увеличить пропускную способность до 10-20 Гбит/с для каждого разъема, что обеспечит работу 10-гигабитного се- тевого оборудования без блокировок. В формате PCI Express (рис. 17) выпус- кают сложные сетевые карты для кабельных и беспроводных сетей. Рис. 17. Гигабитный сетевой PCI Express-адаптер Для серверов выпускаются специализированные сетевые адаптеры, ко- торые отличаются высокой производительностью, надежностью и наличием сетевых интерфейсов (рис. 18). Рис. 18. Сетевой адаптер для сервера К внешним сетевым адаптерам относятся сетевые адаптеры, подключае- мые к шине USB (Universal Serial Bus) (рис.19). Такие сетевые адаптеры реа- лизованы в виде внешнего устройства, присоединяющегося к USB-порту компьютера посредством специального кабеля и не требующие отдельного питания. Практически все они ориентированы на использование в локальных се- тях стандартов 100BaseT/1000BaseT и оборудованы разъемом 8P8C (RJ-45) для витой пары. Сетевые адаптеры USB практически не требуют настройки (за исключе- нием необходимости установки соответствующих драйверов), работают до- статочно быстро, автоматически выбирают свободное аппаратное прерыва- ние, что позволяет избежать конфликтов с другим оборудованием. Рис. 19. Сетевой адаптер USB Современные модели материнских плат имеют встроенный сетевой адаптер стандарта 100BaseT/1000BaseT. Отличительной особенностью таких плат является смонтированный на них разъем 8P8C. Драйверы интегриро- ванного сетевого адаптера обычно входят в комплект поставки драйверов ма- теринской платы. В принципе, ничто не мешает пользователю отключить встроенный сетевой адаптер в настройках персонального компьютера и ис- пользовать любую другую сетевую карту, например устройство PCI или USB. Практически все современные сетевые адаптеры поддерживают стандарт Plug-And-Play, позволяющий операционной системе выполнять автомати- ческую настройку подключаемых к компьютеру устройств. После установки таких сетевых карт, включения питания компьютера и загрузки Windows, на экране, как правило, появляется сообщение «обнаружено новое устройство» с предложением указать источник для копирования драйверов, которые по- ставляются обычно на дискете вместе с сетевой картой. В некоторых случаях может не потребоваться даже этого, операционная система самостоятельно определяет и настраивает сетевые адаптеры, используя для этого стан- дартные драйверы Microsoft. После установки драйверов и перезагрузки компьютера сетевой адаптер фактически готов к работе. Монтаж «витой пары» Для подключения компьютера к сетевой розетке или к коммуникацион- ному устройству используется специальный коммутационный шнур. Коммутационный шнур, патч-корд (англ.: patch - кусок, cord - ка- бель, шнур, patching cord – соединительный шнур) – одна из составных ча- стей структурированной кабельной системы. Представляет собой небольшой отрезок кабеля «витая пара» чаще всего длиной от 1 до 10 м, на обоих концах которого смонтирован разъем (коннектор) (рис.20). Для изготовления одного провода patch cord потребуется, помимо отрезка кабеля, два защитных кол- пачка, два разъема 8Р8С и обжимной инструмент для этих разъемов. Рис. 20. Кабель «patch cord» Обжимной инструмент (кримпер) для разъемов 8Р8С (RJ-45) имеет спе- циальный вырез в форме разъема (в некоторых случаях рабочая часть ин- струмента имеет дополнительный вырез под разъем RJ-11, используемый в телефонии), помимо этого многие модели оснащены режущей кромкой для ровной обрезки кабеля «витая пара» (рис.21). Рис. 21. Обжимной инструмент (кримпер) для разъемов 8Р8С Защитные колпачки внешне напоминают небольшие полые изнутри чех- лы, повторяющие своей формой очертания разъема 8Р8С, выполнены они из мягкого пластика или резины различных цветов (рис. 22). Рис.22. Защитные колпачки Многообразие расцветок защитных колпачков дает возможность впо- следствии определять, к какому именно компьютеру ведет тот или иной шнур, подключенный к концентратору. Защитные колпачки призваны предохранять место соединения кабеля с разъемом 8Р8С от изгибов и заломов. Существует два типа защитных колпачков: литые – они надеваются на кабель до монтажа коннектора 8Р8С и позже сдвигаются по направлению к разъему до нужной позиции, и разборные – они состоят из двух половинок, оснащенных замком, и могут надеваться на разъем уже после окончания его монтажа. Коннектор 8Р8С представляет собой полый прозрачный пластиковый корпус с фиксирующим замком, внутри которого расположено восемь по- движных металлических контактов (рис.23). В новом, необжатом коннекторе контакты выходят за пределы корпуса, после обжима они вдавливаются внутрь, прорезая наружный изолирующий слой на проводниках, располо- женных внутри кабеля «витая пара», и замыкаясь на проводящую жилу. Рис. 23. Коннекторы RJ-45 Исходя из незначительных отличий в конструкции, различают два типа разъемов 8Р8С: с контактной вставкой и без таковой (разъем 8Р8С без кон- тактной вставки показан на рисунке 23). Разъем с контактной вставкой (рис. 24) несколько отличается по своему устройству от стандартного разъема 8Р8С: он состоит из двух независимых элементов - вставки и собственно корпуса разъема. Последовательность мон- тажа таких разъемов иная по сравнению с обычными: сначала проводники кабеля «витая пара» до упора вставляются в контактную вставку, затем вставка заводится до щелчка в корпус разъема, после чего разъем обжимает- ся. Рис. 24. Коннектор 8Р8С с контактной вставкой Верхняя кромка подвижных контактов разъема 8Р8С – острая, она име- ет, как правило, два или три зубца. При обжиме разъема контакты утапли- ваются внутрь его корпуса, при этом верхняя кромка прорезает изолирующий слой проводника и впивается в проводящую жилу. Практика показывает, что контакты с тремя зубцами обеспечивают более высокую надежность соеди- нения, но при этом двузубые контакты лучше режут изоляцию проводника. Обобщая можно сказать, что глобальных различий в качестве соединения при использовании этих двух типов разъемов нет. Порядок разводки проводов витой пары для разъемов 8Р8С зависит от назначения соединительной линии, технологии и стандарта передачи данных. Для восьмижильного кабеля существует две возможные схемы заделки по стандартам EIA/TIA-568А и ЕIА/ТIА-568В. Порядок заделки восьмижильного кабеля «витая пара» по стандарту EIA/TIA-568А следующий: 1 – зелено-белый проводник; 2 –зеленый проводник; 3 –оранжево-белый проводник; 4 – синий проводник; 5 – сине-белый проводник; 6– оранжевый проводник; 7 –коричнево-белый проводник; 8 –коричневый проводник. Порядок заделки восьмижильного кабеля «витая пара» по стандарту ЕIА/ТIА-568В: 1 –оранжево-белый проводник; 2– оранжевый проводник; 3 – зелено-белый проводник; 4 – синий проводник; 5 – сине-белый проводник; 6 –зеленый проводник; 7 –коричнево-белый проводник; 8 –коричневый проводник. Для подключения компьютеров к коммуникационным устройствам и для связи устройств друг с другом необходимо монтировать патч-корды оди- наково с обеих сторон по одной из приведенных выше схем. Такой вид мон- тажа называется прямым. Указанные схемы заделки кабеля в целом идентич- ны, однако следует понимать, что на обоих концах кабеля схема должна быть одинаковой, за исключением случая, когда посредством кабеля «витая пара» напрямую соединяется два компьютера. Выбор конкретного порядка следования проводников зависит от уже ис- пользуемой в локальной сети схемы заделки. Компьютерная сеть в СГУГиТ построена в соответствии со стандартом ЕIА/ТIА-568В и поэтому необходимо придерживаться данной стандартной схемы. В случае если используется четырехжильный кабель «витая пара», схема его заделки и расположение в разъеме будут несколько отличаться от опи- санного выше. Проводники располагаются в следующем порядке: оранжево- белый, оранжевый, сине-белый, синий, причем первые три подключаются к контактам разъема с 1 по 3, а последний – к контакту 6 (рис.25). Рис. 25. Схема заделки четырехжильного кабеля «витая пара» Для соединения двух компьютеров в сеть по технологии Fast Ethernet 100BaseTХ без использования каких-либо коммуникационных устройств, таких как коммутаторы, потребуется специальным образом смонтированный кабель «витая пара». Такой монтаж кабеля принято называть перекрестным (cross-over), его длина не должна превышать 100м. Порядок следования про- водников в разъемах для восьмижильного кабеля должен соответствовать стандарту EIA/TIA-568А с одного конца отрезка кабеля и стандарту ЕIА/ТIА- 568В с другого. Такой перекрестный монтаж кабеля необходим для того, чтобы передатчик одного устройства соединить с приемником другого и наоборот. В коммутаторах, маршрутизаторах и подобном оборудовании конструктивно заложена перекрестная разводка, поэтому для их соединения с компьютером используется прямой вариант кабеля. Следует отметить, что большинство современных сетевых устройств способно автоматически определить метод обжима кабеля и подстроиться под него. Физическая и логическая структуризация сети При проектировании и построении информационных сетей необходимо различать физическую структуризацию сети и логическую структуризацию сети. Под физической структурой (топологией) понимается конфигурация связей, образованных отдельными частями кабеля (вспомним типовые топо- логии сетей: общая шина, кольцо, звезда или полносвязная сеть). Под логической структурой (топологией) понимается конфигурация информационных потоков между компьютерами сети, т. е. это конфигурация логических связей. Логические связи представляют собой маршруты переда- чи данных между узлами сети и образуются путем соответствующей настройки коммуникационного оборудования. Конфигурация физических связей может отличаться от конфигурации логических связей между узлами сети. Логическая структуризация сети – это процесс разбиения сети на сег- менты с локализированным трафиком, который осуществляется при исполь- зовании специального оборудования (мостов, коммутаторов и маршрутиза- торов). Типовыми топологиями физических связей являются: полносвязная, яче- истая, общая шина, кольцевая топология и топология типа звезда. При полносвязной топологии каждый компьютер сети связан со всеми остальными (рис.1). Преимущество такой топологии - высокая надежность и производитель- ность сети. Недостаток очевиден – каждый компьютер должен иметь большое ко- личество коммуникационных портов для связи с другими компьютерами. При увеличении размера сети этот вариант оказывается громоздким и неэф- фективным. Рис. 1. Пример полносвязной топологии. Ячеистая топология получается из полносвязной путем удаления неко- торых возможных связей между компьютерами. Непосредственно связаны только те компьютеры, между которыми происходит интенсивный обмен данными, а для обмена данными между компьютерами, не соединенными прямыми связями, используются транзитные передачи через промежуточные узлы. Рис. 2. Пример ячеистой топологии. Ячеистая топология допускает соединение большого количества ком- пьютеров и характерна, как правило, для глобальных сетей. Общая шина – это топология, которая основана на использовании коак- сиального кабеля, который, в настоящее время уже почти не используется (рис.2). При такой топологии компьютеры подключаются специальными разъемами и соединительными шнурами к одному отрезку коаксиального ка- беля. Основными преимуществами такой схемы были дешевизна и простота разводки кабеля по помещениям. А к недостаткам можно отнести низкую надежность: любой дефект кабеля полностью выводит сеть из рабочего со- стояния; так же недостатком является ее невысокая производительность, т.к. в каждый момент времени только один компьютер может передавать данные в сеть. Рис.3. Пример топологии – общая шина. Топология звезда самая распространенная топология на сегодняшний день. Каждый компьютер в топологии «звезда» подключается отдельным ка- белем к общему устройству – концентратору (либо коммутатору), который находится в центре сети (рис.4). В функции концентратора входит направле- ние передаваемой компьютером информации одному или всем остальным компьютерам сети. Преимущество этой топологии - большая надежность, по сравнению с другими топологиями. К недостаткам можно отнести ограничение количества узлов в сети ко- личеством портов концентратора (или коммутатора). Иногда имеет смысл строить сеть с несколькими концентраторами, иерархически соединенными между собой связями типа звезда. Рис. 4. Пример топологии – звезда. В сетях с кольцевой конфигурацией данные передаются по кольцу от одного узла к другому, как правило, в одном направлении. Если компьютер распознает данные как «свои», то он копирует их себе во внутренний буфер. Кольцо удобно для организации обратной связи – данные, сделав полный оборот, возвращаются к узлу – источнику. Поэтому этот узел может контро- лировать процесс доставки данных адресату. Недостатком топологии является ее низкая надежность; при поврежде- нии кабеля на любом участке сети или неполадках в узле - из строя выходит вся сеть. Рис. 5. Пример кольцевой топологии. Небольшие сети имеют, как правило, типовую топологию. Крупные сети состоят из множества таких топологий связанных между собой. Структуризация сети В сетях с небольшим (10-30) количеством компьютеров чаще всего ис- пользуется одна из типовых топологий – общая шина, кольцо, звезда или полносвязная сеть. Крупные сети строятся путем объединения в сеть отдельных сегментов и подсетей, для которых характерны типовые топологии базовых технологий. Для их объединения всегда используется оборудование, обеспечивающее ло- кализацию трафика, - мосты, коммутаторы, маршрутизаторы и шлюзы (лока- лизацией трафика – это распространение трафика, предназначенного для компьютеров некоторого сегмента сети, только в пределах сегмента). Единицы передаваемых по сети данных Для именования единиц передаваемых по сети данных используют сле- дующие названия: трафик, поток, сегмент, дейтаграмма, пакет, кадр, ячейка и др. Единицей данных может быть: бит, байт, октет, сообщение, блок дан- ных. Для передачи по сети они упаковываются в файлы, пакеты, кадры, ячейки; могут так же передаваться и без упаковки. Кадр – это самостоятельный и независимый набор данных, передавае- мый по сети, он имеет фиксированный формат и наряду с полем данных со- держит различную служебную информацию, например адрес получателя и адрес отправителя. Кадр – это единица данных, которыми обмениваются компьютеры в локальных сетях Ethernet. Пакет данных – это единица информации, которая формируется из пото- ка данных протоколами транспортного уровня. Представляет собой – ко- нечный объем информации, получаемый от прикладных программ и транс- лируемый в сеть, помимо самих данных, предназначенных для передачи, мо- жет содержать некоторую дополнительную информацию, например, иденти- фикатор программы, для которой предназначены передаваемые данные, кон- трольную сумму, необходимую для проверки целостности пакета, адреса по- лучателя и отправителя и др. Пакетная передача данных характерна для IP- сетей. Трафик – это общий суммарный поток информации в сети. Протокол передачи данных Протокол передачи данных – это совокупность правил и соглашений, определяющих параметры, форматы и процедуры обмена данными между физическими и логическими устройствами; другими словами, протокол – это стандарт, содержащий описание правил приема и передачи между несколь- кими компьютерами команд, файлов, текста, графики и иных данных. В компьютерных сетях используется большое количество протоколов, например, IP – протокол межсетевого взаимодействия, FTP – протокол фай- ловой службы, SNMP – протокол управления сетью, RIP – протокол маршру- тизации, TCP – протокол надежной доставки сообщений, SMTP – почтовый протокол почтовой службы, Telnet –протокол удаленного доступа, FDDI, Fast Ethernet – протоколы стандартных технологий и др. Модульность сети Модульность – важная и принципиальная особенность сетевой архитек- туры. Сеть состоит из огромного числа модулей – компьютеров, сетевых адап- теров, мостов, маршрутизаторов, модемов и т.д. Модуль – функциональная часть технического обеспечения системы, выполненная в одном блоке и имеющая узлы сопряжения с другими модуля- ми. Модули применяются для удобной эксплуатации, их можно быстро за- менить при выходе из строя и при модернизации. Модулем так же называется программа, взаимодействующая с драйве- ром, сетевыми прикладными программами или другими модулями. Локальные и глобальные сети Классифицируя информационные сети по территориальному признаку, различают: локальные, глобальные и городские сети. Локальные сети сосредоточены на ограниченной территории (не более 1- 2 км). Они построены с использованием высококачественных линий связи, которые позволяют, применяя простые методы передачи данных, достигать высоких скоростей обмена данными порядка 100Мбит/с и более. При построении локальных сетей линии связи всегда прокладываются заново, в то время как в глобальной сети часто используются уже существу- ющие не очень качественные линии связи (телефонные, телеграфные). Предоставляемые услуги отличаются широким разнообразием – это различные виды услуг файловой службы, услуги печати, услуги службы пе- редачи факсимильных сообщений, услуги баз данных, электронная почта и другие. Стандартные технологии 2 объединения компьютеров в локальную сеть – Token Ring, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, FDDI. Глобальные сети, которые также называют территориальными компью- терными сетями, служат для того, чтобы предоставлять свои сервисы боль- шому количеству конечных абонентов, разбросанных на большой террито- рии - в пределах области, региона, страны, континента или всего земного ша- ра. Чаще всего глобальная компьютерная сеть принадлежит телекоммуни- кационной компании, которая предоставляет службы своей сети в аренду. При отсутствии такой сети в нужном регионе предприятия самостоятельно создают глобальные сети, арендуя выделенные или коммутируемые каналы у телекоммуникационных или телефонных компаний. Для устойчивой передачи дискретных данных в глобальных сетях при- меняются более сложные методы и оборудование, чем в локальных сетях. Так же можно отметить более низкие, чем в локальных сетях, скорости передачи данных. Глобальные сети предоставляют в основном транспортные услуги, т.е. транзитом перенося данные между локальными сетями или компьютерами. Для абонентов сети поддерживаются службы прикладного уровня – это распространение публично-доступной аудио-, видео- и текстовой информа- ции, а также организация взаимодействия абонентов сети в реальном мас- штабе времени. Примером глобальной сети является самая популярная гло- бальная сеть- Internet. Городские сети – это сети масштаба города, они занимают промежуточ- ное положение между локальными и глобальными сетями. Разрыв между локальными и глобальными сетями постоянно сокращает- ся во многом из-за появления высокоскоростных территориальных каналов связи, не уступающим по качеству кабельным системам локальных сетей. В глобальных сетях появляются службы доступа к ресурсам, такие же удобные и прозрачные, как и службы локальных сетей. 2 Сетевая технология - это согласованный набор стандартных протоколов и реализующих их программно – аппаратных средств (сетевых адаптеров, драйверов, кабелей, разъемов и др.), достаточный для построения компьютерной сети. Наиболее популярные технологии локальных сетей - это Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, технология FDDI. Технологии территориальных сетей: X.25, frame relay, АТМ. |