5.3.Аппаратное обеспечение и топология сети
Для передачи информации по каналам связи необходимо преобразовывать компьютерные сигналы в сигналы физических сред, то есть сделать возможным их передачу по электрическим, оптическим, телефонным путям. Например, при передаче информации по оптоволоконному кабелю компьютерные данные будут преобразованы в оптические сигналы. Для этого используют специальные технические устройства – сетевые адаптеры.
Сетевые адаптеры – технические устройства, выполняющие функции сопряжения компьютеров с каналами связи. Сетевые адаптеры должны соответствовать каналам связи. Для каждого вида канала связи нужен свой тип сетевого адаптера. Адаптер вставляют в свободное гнездо материнской платы компьютера и соединяют кабелем с сетевым адаптером другого компьютера. На сетевых картах выставляются адреса компьютеров в сети, без чего невозможна передача. Когда информация циркулирует по сети, каждый сетевой компьютер отбирает из общего потока лишь те данные, которые предназначены для него.
Также, можно отметить еще одно устройство, относящееся к аппаратному обеспечению глобальных компьютерных сетей – это модем. Модем – это устройство, производящее модуляцию (преобразование цифровых сигналов в аналоговые) и демодуляцию (преобразование аналоговых сигналов в цифровые).
Что же касается топологии глобальной компьютерной сети, то глобальная сеть охватывает значительную географическую территорию: область, страну или даже целый континент. Она объединяет компьютеры, которые называются хостами. Хосты соединяются коммуникационными подсетями. Задачей подсети является передача сообщений от хоста к хосту и, таким образом в глобальных сетях коммуникативный аспект отдален от прикладного, что значительно увеличивает структуризацию сети, а следовательно, упрощает ее разработку и обслуживание.
5.4.Протоколы глобальной сети Интернет
Сеть Internet отличается от других сетей своими протоколами и в первую очередь протоколами TCP/IP.
Протокол — это набор правил, определяющий характер взаимодействия пользователей, последовательность выполнения ими действий при обмене информацией. Термин TCP/IP означает все, что связано с протоколами взаимодействия между компьютерами в сети. Свое название протокол TCP/IP получил от двух типов протоколов связи. Первый тип — это Transmission Control Protocol (TCP). Второй тип — это Internet Protocol (IP). В сети Internet используется большое число и других протоколов, однако эту сеть часто называют TCP/IP сетью, так как эти два протокола являются важнейшими. В Internet существует семь уровней взаимодействия между компьютерами: физический, логический, сетевой, транспортный, уровень сеансов связи, представительский и прикладной. Каждому уровню соответствует набор соответствующих правил взаимодействия — свой набор протоколов.
Протоколы физического уровня определяют вид и характеристики линий связи между компьютерами. В Internet используются практически все известные в настоящее время способы связи, начиная от простого провода и до волоконно-оптических линий связи.
Протоколы логического уровня разрабатываются для каждого типа линий связи и регламентируют управление передачей информации по каналу.
Протоколы сетевого уровня отвечают за передачу данных между устройствами в разных сетях, осуществляют маршрутизацию пакетов в сети.
Протоколы транспортного уровня управляют передачей данных из одной программы в другую.
Протоколы уровня сеансов связи обеспечивают установку, поддержание и уничтожение соответствующих каналов.
Аппаратное и программное обеспечение компьютерных сетей
Для объединения компьютеров на физическом уровне существует множество различных устройств, каждое из которых имеет свое предназначение. Рассмотрим наиболее часто встречающиеся.
Сетевой адаптер (NIC) – устройство для подключения компьютера к сетевому кабелю. Он, как и любая плата расширения, рассчитан на определенный тип системной (или локальной) шины компьютера. Таким образом, NIC может использовать 8- или 16-разрядный разъем интерфейса ISA, 32-разрядные разъемы EISA, VESA или PCI. На крепежной панели сетевого адаптера может находиться до трех типов разъемов: RJ-45, BNC и AUХ. Однако даже универсальная плата (со всеми тремя разъемами) одновременно может подключаться только к одной кабельной системе. На плате NIC имеется гнездо, предназначенное для микросхемы ПЗУ, содержимое которой используется при загрузке операционной системы из сети для бездисковых рабочих станций, то есть компьютеров, которые не имеют встроенных жестких дисков
Для разделения системных ресурсов компьютера (портов ввода-вывода, прерываний, каналов прямого доступа к памяти) платы сетевых адаптеров могут иметь набор специальных перемычек (jumpers). Современные NIC позволяют модифицировать системные ресурсы программным способом (без перемычек) и даже автоматически, если компьютер отвечает требованиям Plug and Play, то есть «включай и работай». Для портативных компьютеров используются сетевые карты, выполненные в стандарте PCMCIA (PC Cards) или как внешние устройства (pocket-адаптеры), которые подключаются к стандартному параллельному порту.
Существуют также сетевые адаптеры для периферийных устройств, например плата JetDirect для лазерных принтеров Hewlett-Packard – ее использование предусмотрено в мощных последних моделях.
Повторитель – устройство, действующее на физическом уровне, предназначенное для компенсации затухания в среде передачи данных путем усиления сигналов в целях увеличения расстояния их распространения. Одной из разновидностей повторителей являются конверторы среды. Они позволяют преобразовывать сигналы, например при соединении коаксиального и оптоволоконного кабелей, при переходе из одной среды передачи в другую.
Разветвитель – пассивное устройство для соединения более двух кабельных сегментов.
Мосты представляют собой устройства для соединения сегментов сети. Эти устройства могут обладать свойством самообучения, то есть по мере прохождения через мост кадров он заполняет две таблицы адресами станций, отправляющих сообщения, физически располагая их по разные стороны от моста и записывая в разные таблицы.
Сегменты сети, которые соединяются мостом, могут использовать как одинаковые, так и разные канальные протоколы. В последнем случае мост переводит кадр одного формата в кадр другого формата.
Мосты автоматически адаптируются к изменению конфигурации сети и могут соединять сети с различными протоколами сетевого уровня. К сожалению, эти устройства не могут распределять нагрузку, используя альтернативные пути в сети, что приводит иногда к перегрузке трафика (потока информационного обмена в линии связи).
Шлюзы – устройства, оперирующие на верхних уровнях модели OSI – сеансовом, представления и приложений. (Для стандартизации сетей Международной организацией по стандартизации (International Standards Organization, ISO) была предложена модель архитектуры вычислительной сети OSI (Open System Interconnection – связь открытых сетей). Эта модель, которой стараются придерживаться большинство пользователей, разделяет коммуникационные функции в сети на семь уровней. Сообщение, передающееся через компьютерную сеть, соответствует в модели OSI уровню приложений, в процессе прохождения по сети доходит до физического уровня и далее в обратном порядке до достижения прикладной программы на другой рабочей станции через ее уровень приложений. Ниже будут подробно рассмотрены все 7 уровней этой модели.) Шлюзы представляют метод подсоединения сетевых сегментов и компьютерных сетей к центральным ЭВМ. Необходимость в применении шлюзов появляется, когда объединяют две системы с совершенно различной архитектурой для перевода потока данных, проходящих между этими системами.
Маршрутизаторы – устройства для соединения сегментов сети, действующие на сетевом уровне модели OSI и использующие маршрутную информацию сетевого уровня. Маршрутизаторы обмениваются между собой информацией о топологии, состоянии сети, работоспособности каналов и доступности узлов в целях выбора оптимального пути для передачи пакета. Такой процесс выбора маршрута по адресу абонентской системы, которая принимает пакет, называют маршрутизацией. Различают однопротокольные и многопротокольные маршрутизаторы, которые могут поддерживать одновременно несколько протоколов, например IPX/SPX, TCP/IP и другие. Так как встречаются протоколы, которые не содержат информации сетевого уровня, то маршрутизаторам приходится выполнять и функции моста. Поэтому современные многопротокольные маршрутизаторы называют «мостами-маршрутизаторами». Среди достоинств маршрутизаторов следует отметить возможность выбора маршрута, разбиение длинных сообщений на несколько коротких и использование альтернативных путей для их передач, приводящее к выравниванию трафиков по параллельным путям, тем самым позволяющее соединять сети с пакетами разной длины и облегчающее объединение сетей.
Модемом называется устройство, способное осуществлять модуляцию и демодуляцию информационных сигналов (модуляция-демодуляция). Собственно, работа модулятора модема заключается в том, что поток битов из компьютера преобразуется в аналоговые сигналы, пригодные для передачи по телефонному каналу связи. Демодулятор модема выполняет обратную задачу. Данные, подлежащие передаче, преобразуютcя в аналоговый cигнал модулятором модема «передающего» компьютера. Принимающий модем, находящийcя на противоположном конце линии, «cлушает» передаваемый cигнал и преобразует его обратно в цифровой с помощью демодулятора. Режим работы, когда передача данных осуществляется только в одном направлении, называется полудуплексом (half duplex), в обе cтороны – дуплексом (full duplex). Модемы могут отличаться друг от друга, например, по методам модуляции. Наиболее известны три метода модуляции: FSK (Frequency Shift Keying), PSK (Phase Shift Keying) и QAM (Quadrature Amplitude Modulation). FSK является разновидностью частотной модуляции (ЧМ), а PSK – фазовой (ФМ). В методе квадратурной амплитудной модуляции QAM одновременно изменяются фаза и амплитуда сигнала, что позволяет передавать большее количество информации. В современных модемах используется так называемая модуляция с решетчатым кодированием TCQAM (Trellis Coded QAM), или просто TCM.
Одной из основных характеристик модема является скорость модуляции (modulation speed). Она определяет физическую скорость передачи данных без учета исправления ошибок и сжатия данных, единицей измерения которой является количество бит в секунду (бит/с). Модемы бывают внешними и встраиваемыми.
Программное обеспечение компьютерных сетей обеспечивает организацию коллективного доступа к вычислительным и информационным ресурсам сети, а также динамическое распределение ресурсов сети.
Программное обеспечение компьютерных сетей включает:
- общее программное обеспечение базовое ПО отдельных ЭВМ, входящих в состав сети;
- специальное программное обеспечение прикладные программные средства, отражающие специфику предметной области пользователей;
- сетевое программное обеспечение комплекс программных средств, поддерживающих и координирующих взаимодействие всех ресурсов сети.
Особая роль отводится сетевому программному обеспечению, функции которого реализуются в виде распределенной операционной системы сети.