Программные и аппаратные компоненты компьютерных сетей
Наряду с автономной работой значительное повышение эффективности использования компьютеров может быть достигнуто объединением их в компьютерные сети (network).
Под компьютерной сетью в широком смысле слова понимают любое множество компьютеров, связанных между собой каналами связи для передачи данных.
Существует ряд веских причин для объединения компьютеров в сети. Во-первых, совместное использование ресурсов позволяет нескольким ЭВМ или другим устройствам осуществлять совместный доступ к отдельному диску (файл-серверу), дисководу CD-ROM, стримеру, принтерам, плоттерам, к сканерам и другому оборудованию, что снижает затраты на каждого отдельного пользователя.
Во-вторых, кроме совместного использования дорогостоящих периферийных устройств имеется возможность аналогично использовать сетевые версии прикладного программного обеспечения. В-третьих, компьютерные сети обеспечивают новые формы взаимодействия пользователей в одном коллективе, например при работе над общим проектом.
В-четвертых, появляется возможность использовать общие средства связи между различными прикладными системами (коммуникационные услуги, передача данных и видеоданных, речи и т.д.). Особое значение имеет организация распределенной обработки данных. В случае централизованного хранения информации значительно упрощаются процессы обеспечения ее целостности, а также резервного копирования.
2. Основные программные и аппаратные компоненты сети
Компьютерная сеть— это сложный комплекс взаимосвязанных и согласованно функционирующих программных и аппаратных компонентов.
Изучение сети в целом предполагает знание принципов работы ее отдельных элементов:
Весь комплекс программно-аппаратных средств сети может быть описан многослойной моделью. В основе любой сети лежит аппаратный слой стандартизованных компьютерных платформ, т.е. система конечного пользователя сети, в качестве которого может выступать компьютер или терминальное устройство (любое устройство ввода-вывода или отображения информации). Компьютеры в узлах сети иногда называют хост-машинами или просто хостами.
В настоящее время в сетях широко и успешно применяются компьютеры различных классов — от персональных компьютеров до мэйнфреймов и суперЭВМ. Набор компьютеров в сети должен соответствовать набору разнообразных задач, решаемых сетью.
Второй слой — это коммуникационное оборудование. Хотя компьютеры и являются центральными элементами обработки данных в сетях, в последнее время не менее важную роль стали играть коммуникационные устройства.
Кабельные системы, повторители, мосты, коммутаторы, маршрутизаторы и модульные концентраторы из вспомогательных компонентов сети превратились в основные наряду с компьютерами и системным программным обеспечением как по влиянию на характеристики сети, так и по стоимости. Сегодня коммуникационное устройство может представлять собой сложный специализированный мультипроцессор, который нужно конфигурировать, оптимизировать и администрировать.
Третьим слоем, образующим программную платформу сети, являются операционные системы (ОС). От того, какие концепции управления локальными и распределенными ресурсами положены в основу сетевой ОС, зависит эффективность работы всей сети.
При проектировании сети важно учитывать, насколько просто данная операционная система может взаимодействовать с другими ОС сети, насколько она обеспечивает безопасность и защищенность данных, до какой степени она позволяет наращивать число пользователей, можно ли перенести ее на компьютер другого типа и многие другие соображения.
Самым верхним слоем сетевых средств являются различные сетевые приложения, такие как сетевые базы данных, почтовые системы, средства архивирования данных, системы автоматизации коллективной работы и др.
Очень важно представлять диапазон возможностей, предоставляемых приложениями для различных областей применения, а также знать, насколько они совместимы с другими сетевыми приложениями и операционными системами.
Аппаратные компоненты локальных компьютерных сетей
Любая компьютерная сеть представляет собой довольно сложный комплекс программных и аппаратных средств, осуществляющих связь компьютеров и других устройств между собой.
В основе аппаратной части локальной сети лежат стандартизованные компьютерные платформы различных классов — от персональных компьютеров до мэйнфреймов и суперЭВМ. Использование тех или иных компьютерных платформ, а также прочих аппаратных средств обосновывается набором задач, на решение которых ориентирована создаваемая сеть.
Кроме того, к аппаратной составляющей компьютерной сети относятся кабельные системы линий связи и коммуникационное оборудование, позволяющее объединять отдельные сегменты сети и организовывать информационные потоки.
Сетевые адаптеры
Сетевой адаптер (Network Interface Card — NIC) — это периферийное устройство компьютера. Именно сетевой адаптер непосредственно взаимодействует со средой передачи данных, которая прямо или через коммуникационное оборудование связывает его с другими компьютерами.
В зависимости от технологии построения сети, с которой работает адаптер, они делятся на Ethernet-адаптеры, Token Ring-адаптеры, FDDI-адаптеры и т. д.
Как правило, сетевые адаптеры выполняются в виде отдельной платы, вставляемой в слоты расширения системной шины компьютера. Плата сетевого адаптера обычно имеет также один или несколько внешних разъемов для подключения к ней кабеля сети.
К основным функциям сетевых адаптеров относятся:
- гальваническая развязка компьютера и кабеля локальной сети;
- кодирование и декодирование данных;
- опознавание принимаемых кадров (передача на компьютер только тех пакетов, которые адресованы данной рабочей станции);
- буферизация передаваемой и принимаемой информации в буферной памяти адаптера;
- организация доступа к сети в соответствии с принятым методом доступа к среде передачи данных.
Концентраторы
- с фиксированным количеством портов;
- как модульные устройства на основе шасси;
- со стековой конструкцией.
- прозрачный мост;
- маршрутизация по источнику.
Аппаратные компоненты сетей
Для соединения устройств в сети используется специальное оборудование.
Сетевые кабели (см. выше).
Сетевой адаптер, также известный как сетевая плата, сетевая карта, Ethernet-адаптер, NIC – периферийное устройство, непосредственно взаимодействующее со средой передачи данных, которая прямо или через другое коммуникационное оборудование позволяет компьютеру взаимодействовать с другими устройствами сети. В настоящее время, особенно в персональных компьютерах, сетевые платы довольно часто интегрированы в материнские платы для удобства и удешевления всего компьютера в целом. К разъемам адаптеров подключается сетевой кабель.
Модем – устройство для передачи данных по телефонным линиям связи. Цифровые сигналы, вырабатываемые компьютером, нельзя напрямую передавать по телефонной сети, потому что она предназначена для передачи человеческой речи – непрерывных сигналов звуковой частоты. Модем обеспечивает преобразование цифровых сигналов в переменный ток частоты звукового сигнала, которое называется модуляцией, а также обратное преобразование, которое называется демодуляцией. Отсюда название устройства модем – модулятор/демодулятор.
Модемы бывают внутренние и внешние. Внутренний модем выполняется в виде платы расширения, размещаемой в корпусе компьютера, подключаемой напрямую к системной шине и использующей общий источник питания компьютера. Внешний модем выполняется в виде отдельного устройства, подключаемого к одному из портов – последовательному или параллельному, и питаемый от собственного сетевого источника. Внешний модем также имеет индикаторы режимов работы в виде набора светодиодов или жидкокристаллического дисплея
Повторители усиливают или регенерируют пришедший на него сигнал и ретранслирующий его на входы других сегментов сети. Одной из первых задач, которая стоит перед любой технологией транспортировки данных, является возможность их передачи на максимально большое расстояние. Физическая среда накладывает на этот процесс своё ограничение – рано или поздно мощность сигнала падает, и приём становится невозможным. Но ещё большее значение имеет то, что искажается «форма сигнала» — закономерность, в соответствии с которой мгновенное значение уровня сигнала изменяется во времени. Это происходит в результате того, что провода, по которым передаётся сигнал, имеют собственную ёмкость и индуктивность. Электрические и магнитные поля одного проводника наводят ЭДС в других проводниках (длинная линия).
Концентраторы (хабы, hub) и коммутаторы (switch) – сетевые устройства, предназначенные для объединения нескольких устройств в общий сегмент сети. Устройства подключаются при помощи витой пары, коаксиального кабеля или оптоволокна.
Концентраторы не отличаются интеллектом. Они не знают ничего о передаваемых пакетах. Принцип работы концентраторов можно сравнить с принципом работы раций в такси. Когда оператор передает сообщение по рации, все водители, настроенные на данный канал, будут его слышать. Когда ваш компьютер отсылает сетевой пакет через концентратор, тот просто дублирует полученный пакет на все имеющиеся порты. Это означает, что все компьютеры, подключенные к концентратору, могут видеть этот пакет, хотя получателем пакета является только один компьютер. Однако в соответствии с сетевым протоколом на полученный сигнал среагирует только один компьютер, который является «адресатом» посланного пакета.
В отличие от концентраторов, коммутаторы обрабатывают пакеты более интеллектуально. Коммутаторы следят за передаваемыми сетевыми пакетами. Коммутатор может распознать, откуда и куда посылается пакет, а еще коммутатор знает, какие компьютеры подключены к какому порту. Когда ваш компьютер отправляет сетевой пакет через коммутатор, пакет будет получен только его «адресатом». Иными словами, концентратор работает как рация, а коммутатор – скорее как телефон. Если вы звоните кому-то по телефону, ответить вам может только один человек.
И хотя концентраторы и коммутаторы выполняют одинаковую работу – соединяют несколько компьютеров, у коммутаторов эта работа получается лучше по двум причинам: эффективность и безопасность. Поскольку коммутатор отправляет пакеты только одному получателю, он не занимает полосу отправкой таких пакетов всем сетевым устройствам. Это повышает эффективность работы и позволяет справляться с высокими сетевыми нагрузками. Коммутаторы также обеспечивают высокую безопасность, поскольку отсылаемый пакет сможет «увидеть» только один сетевой компьютер, являющийся его получателем.
Для соединения локальных сетей используются следующие устройства:
Мосты (bridge) – связывают две локальные сети. Они передают данные между сетями в пакетном виде, не производя в них никаких изменений. Кроме того, мосты могут фильтровать пакеты, охраняя всю сеть от локальных потоков данных и пропуская наружу только те данные, которые предназначены для других сегментов сети.
Маршрутизатор (router) – устройство, соединяющее сети одного или разных типов по одному протоколу обмена данными, анализируя адреса отправителей и получателей маршрутизаторы направляют данные по оптимально выбранному маршруту;
Шлюз (gateway) – устройство для организации обмена данными между сетями с разными протоколами обмена данными.
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями: