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.
Аппаратное обеспечение локальных сетей
Для передачи информации по каналам связи необходимо преобразовывать компьютерные сигналы в сигналы физических сред.
Например, при передаче информации по оптоволоконному кабелю представленные в компьютере данные будут преобразованы в оптические сигналы, для чего используют специальные технические устройства — сетевые адаптеры.
Сетевые адаптеры (сетевые карты) — технические устройства, выполняющие функции сопряжения компьютеров с каналами связи.
Сетевые адаптеры должны соответствовать каналам связи. Для каждого вида канала нужен свой тип сетевого адаптера. Адаптер вставляют в свободное гнездо материнской платы компьютера и соединяют кабелем с сетевым адаптером другого компьютера. На сетевых картах выставляют адреса компьютеров в сети, без которых невозможна передача. Когда информация циркулирует по сети, любой сетевой компьютер отбирает из нее лишь ту, что предназначена именно для него. Определяется она в соответствии с адресом компьютера.
Коннекторы (соединители) для подключения кабелей к компьютеру; разъёмы для соединения отрезков кабеля.
Трансиверы повышают уровень качества передачи данных по кабелю, отвечают за приём сигналов из сети и обнаружение конфликтов.
Хабы (концентраторы) и коммутирующие хабы (коммутаторы) расширяют топологические, функциональные и скоростные возможности компьютерных сетей. 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.
Повторители (репитеры) усиливают сигналы, передаваемые по кабелю при его большой длине.
Для соединения локальных сетей используются следующие устройства, которые различаются между собой по назначению и возможностям:
Мост (англ. Bridge) — связывает две локальные сети. Передаёт данные между сетями в пакетном виде, не производя в них никаких изменений. Ниже на рисунке показаны три локальные сети, соединённые двумя мостами.
Здесь мосты создали расширенную сеть, которая обеспечивает своим пользователям доступ к прежде недоступным ресурсам. Кроме этого, мосты могут фильтровать пакеты, охраняя всю сеть от локальных потоков данных и пропуская наружу только те данные, которые предназначены для других сегментов сети.
Маршрутизатор (англ. Router) объединяет сети с общим протоколом более эффективно, чем мост. Он позволяет, например, расщеплять большие сообщения на более мелкие куски, обеспечивая тем самым взаимодействие локальных сетей с разным размером пакета.
Маршрутизатор может пересылать пакеты на конкретный адрес (мосты только отфильтровывают ненужные пакеты), выбирать лучший путь для прохождения пакета и многое другое. Чем сложней и больше сеть, тем больше выгода от использования маршрутизаторов.
Мостовой маршрутизатор (англ. Brouter) — это гибрид моста и маршрутизатора, который сначала пытается выполнить маршрутизацию, где это только возможно, а затем, в случае неудачи, переходит в режим моста.
Шлюз (англ. GateWay), в отличие от моста, применяется в случаях, когда соединяемые сети имеют различные сетевые протоколы. Поступившее в шлюз сообщение от одной сети преобразуется в другое сообщение, соответствующее требованиям следующей сети. Таким образом, шлюзы не просто соединяют сети, а позволяют им работать как единая сеть. C помощью шлюзов также локальные сети подсоединяются к мэйнфреймам — универсальным мощным компьютерам.
1.1.2. Аппаратное обеспечение сетей
Передающая среда включает: сетевые кабели, коннекторы (соединители), сетевые интерфейсные адаптеры.
Сетевые кабели по используемым материалам делятся на медные и оптоволоконные. В свою очередь по конструкции и эксплуатационным параметрам среди медных кабелей выделяются «витая пара»; состоящий из четырех пар переплетенных друг с другом и между собой изолированных проводов, и «тонкий коаксиальный», состоящий из двух изолированных между собой концентрических проводников, внешний из которых имеет вид трубки.
Оптоволоконные кабели обеспечивают более высокую скорость передачи данных и используются, как правило, для соединения отдельных сегментов сети в общую (корпоративную) сеть организации.
Конструкции медных кабелей задают схемы построения сегментов сети. При построении сегмента сети по схеме «звезда» с хостом в качестве центральной точки, соединенной лучами со всеми остальными сетевыми устройствами, используется кабель «витая пара». При построении сегмента сети по схеме «шина» где каждое сетевое устройство, включая хост, соединено только с двумя соседними, используется «тонкий коаксиальный» кабель.
Коннекторыпредставляют собой разъёмы для подключения кабелей к компьютеру и для соединения отрезков кабеля. Конструкции коннекторов зависят от конструкции сетевых кабелей. Используются либо коаксиальные коннекторы для «тонкого коаксиального» кабеля, либо восьми штырьковые для кабеля «витая пара».
Сетевые интерфейсные адаптеры(сетевой интерфейс, сетевая карта) представляют собой выполненное на одной плате устройство соединяющее компьютеры и обеспечивающее приём и передачу данных по сети. В соответствии с определённым протоколом управляют доступом к среде передачи данных. Размещается в системных блоках компьютеров, подключенных к сети, и вставляются в свободный разъем системной платы компьютера. К разъёмам адаптеров подключается сетевой кабель.
Протяженность сети, расстояние между рабочими станциями, в первую очередь определяются физическими характеристиками передающей среды. При передаче данных в любой среде происходит затухание сигнала, что и приводит к ограничению расстояния. оборудование, Установив специальные коммуникационные устройства, можно расширить протяженность сети. К коммуникационным устройствам относятся следующие устройства.
Трансивер– приемопередатчик, повышающий уровень качества передачи данных по кабелю, отвечает за приём сигналов из сети и обнаружение конфликтов.
Повторитель (repeater)– устройство, обеспечивающее ретрансляцию и усиление сигналов, передаваемых по кабелю большой длины. Позволяет расширять сеть за счет подключения дополнительных сегментов кабеля.
Хаб (hub, концентратор линий)– устройство, состоящее из нескольких (от 4 до 24) портов, обеспечивающее разветвление одной входящей линии на несколько исходящих. Расширяет топологические, функциональные и скоростные возможности компьютерных сетей. Хаб с набором однотипных восьми штырьковые портов используется, как правило, для построения сетей по схеме «звезда» на «витой паре». Хаб с дополнительными коаксиальными портами позволяет подсоединять сегменты сетей на «тонком коаксиальном» кабеле. К порту хаба можно подключать как отдельный узел сети, так и другой хаб или сегмент кабеля.
Маршрутизатор (router)– устройство, объединяющее сети одного или разного типа, использующие общий протокол или одну сетевую ОС. Он позволяет, например, расщеплять большие сообщения на более мелкие фрагменты, обеспечивая тем самым взаимодействие локальных сетей с разным размером пакета. Маршрутизатор может пересылать пакеты на конкретный адрес (мосты только отфильтровывают ненужные пакеты), выбирать лучший путь для прохождения пакета и многое другое. Чем сложней и больше сеть, тем больше выгода от использования маршрутизаторов.
Коммутатор (switch)– устройство для соединения сетей или сегментов, поддерживающее множественную адресацию для своих портов. Коммутатор контролирует и управляет сетевым трафиком, анализируя адреса назначения каждого пакета. Коммутатор знает, какие устройства соединены с его портами, и направляет пакеты только на необходимые порты. Это дает возможность одновременно работать с несколькими портами, расширяя тем самым полосу пропускания. Коммутатор может передать адрес узла-получателя непосредственно узлу-отправителю, который пересылает пакеты по сети с минимальным временем задержки. Современные коммутаторы имеют встроенные средства маршрутизации.
Шлюз (gateway)– совокупность аппаратно-программных средств, которая обеспечивает передачу данных между несовместимыми сетями или приложениями в рамках одной сети. Межсетевые шлюзы согласуют различные протоколы передачи данных, несогласованные скорости передачи. Поступившее в шлюз сообщение от одной сети преобразуется в другое сообщение, соответствующее требованиям следующей сети. Таким образом, шлюзы не просто соединяют сети, а позволяют им работать как единая сеть. С помощью шлюзов также локальные сети подсоединяются к Интернет.
Периферийное оборудование: лазерные и струйные устройства печати, графопостроители, устройства факсимильной связи, – подключаются к сети либо через хост (файловый сервер), либо к отдельным рабочим станциям, либо к хабу через сетевой адаптер.