Аппаратные средства для построения компьютерных сетей

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.

Источник

Тема 20. Аппаратные средства компьютерных сетей

В настоящее время процесс обработки информации в любой отрасли просто немыслим без постоянного обмена ею между компьютерами. Наиболее эффективно и быстро этот обмен осуществляется посредством так называемых компьютерных сетей. Разновидности сетей будут рассмотрены позже, а пока остановимся подробнее на том, как осуществляется связь между отдельными вычислительными машинами. Суть связи состоит в непрерывном обмене информацией. Обобщённая структура автоматизированной системы передачи информации (не только между компьютерами) представлена на рис. 20.1.

СП
канал
	источник	потребитель
передатчик			приёмник
	информации	связи		информации

помехи Рис. 20.1. Структура автоматизированной системы передачи информации В систему передачи (СП) не входят источник и потребитель информации. Они являются абонентами системы. Как видно из рис. 20.1, система передачи информации включает в себя канал связи , передатчик и приёмник . Передатчик преобразует информацию в сигнал, используемый в данном канале связи, а приёмник осуществляет обратное преобразование. Поскольку в общем случае канал связи подвержен влиянию помех, в задачу приёмника входит ещё и коррекция ошибок. Канал связи (КС) организуется в линии связи (ЛС). Линия связи представляет собой физическую среду для распространения сигнала. В одной линии связи может быть организовано несколько каналов связи. Основной характеристикой канала связи является его пропускная способность , которая представляет собой максимальный объём информации, который может быть передан по каналу связи в единицу времени. Измеряется пропускная способность в битах в секунду (бит/с). Следует отметить, что пропускная способность зависти как от качества самой линии связи (полоса пропускаемых частот, наличие помех), так и от способа передачи данных по каналу. Каналы связи можно проклассифицировать по нескольким признакам. Основными являются следующие. 1. По физической природе каналы связи подразделяются на: механические – для передачи материальных носителей; акустические – для передачи информации с помощью звуковых волн; оптические – для передачи информации посредством световых лучей; электрические – для передачи информации с помощью электрических сигналов. В современных системах передачи информации используют оптические и электрические каналы связи, которые, в свою очередь, бывают двух видов: проводные (электрические кабели и световоды); беспроводные (радио- и инфракрасные каналы). 2. По форме представления информации каналы связи бывают: аналоговые (узкополосные) – в них информация передаётся в виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины; цифровые (широкополосные) – здесь информация представлена в виде дискретных импульсных сигналов той или иной природы. 3. В зависимости от пропускной способности принимают следующее подразделение каналов связи: низкоскоростные – скорость передачи данных до 200 бит/с. Это телеграфные каналы связи; среднескоростные – скорость передачи данных от 300 бит/с до 56 000 бит/с. Это аналоговые телефонные каналы связи; высокоскоростные – скорость передачи данных в них превышает 56 000 бит/с. 4. В зависимости от направления передачи информации : симплексные – передающие информацию только в одном направлении; полудуплексные – передающие информацию в обоих направлениях , но попеременно;
дуплексные – передающие информацию одновременно в обоих направлениях. Вернёмся к структуре, представленной на рис. 20.1. Функции передатчика и приёмника в случае обеспечения связи между компьютерами выполняют два вида устройств: модем – при передаче информации через какую-либо существующую телекоммуникационную сеть (например, телефонную, телевизионную); сетевой адаптер – при передаче информации через локальную компьютерную сеть. Модемы Модем (МОдулятор – ДЕМодулятор) – это устройство прямого и обратного преобразования сигналов к виду, принятому для использования в определённом канале связи. Модемы бывают аналоговые и цифровые . Предназначены они для одноимённых разновидностей каналов передачи информации. 1. Аналоговые модемы Основной задачей аналоговых модемов является: при передаче – преобразование цифрового кода (широкополосный сигнал) в аналоговый (узкополосный) сигнал; при приёме – обратное преобразование сигнала и фильтрация помех. Преобразование цифрового кода в аналоговый сигнал обычно связано с модуляцией . Модуляция – это изменение какого-либо параметра сигнала (модулируемый сигнал) в соответствии с текущим значением передаваемых данных (модулирующий сигнал). Соответственно, демодуляция – обратное преобразование. В современной технологии связи чаще всего применяют три вида модуляции: Частотная ( FSK – Frequency Shift Keying ) – в функции модулирующего сигнала изменяется частота модулируемого (обычно синусоидального) сигнала при постоянной его амплитуде (рис. 20.2, а); Фазовая ( PSK – Phase Shift Keying ) – при неизменной частоте и амплитуде в функции модулирующего воздействия меняется фаза сигнала (рис. 20.2, б); Квадратурно-амплитудная ( QAM – Quadrature Amplitude Modulation ) – в соответствии с модулирующим сигналом изменяются одновременно амплитуда и фаза модулируемой синусоиды (рис. 20.2, в). Данный вид модуляции заменил амплитудную , которая сильно подвержена влиянию помех.

а

б

в

— исходный сигнал — модулированный сигнал Рис. 20.2. Виды модуляции сигналов Важным понятием при обмене информацией между компьютерами является протокол передачи данных . Он представляет собой совокупность правил, регламентирующих формат данных и процедуры их передачи в канале связи, в частности, протоколом определяется используемый вид модуляции. Стандарты протоколов для аналоговых каналов связи устанавливаются организацией МККТТ – Международный консультативный комитет по телеграфии и телефонии
(недавно он был переименован в Международный союз телекоммуникаций). Наиболее известные стандарты протоколов, установленные МККТТ, приведены в табл. 20.1. Таблица 20.1 Наиболее известные стандарты протоколов, установленные МККТТ

Код	V.21	V.22	V.32	V.34	V.90	V.92
протокола
Год	1964	1982	1987	1994	1998	2001
появления
Максимальная	300	1 200	9 600	28 800	56 000	56 000
скорость
передачи,
бит/с
Вид	FSK	PSK	QAM	QAM	QAM	QAM
модуляции

Принцип работы аналогового модема удобнее всего рассмотреть с помощью его структурной схемы (рис. 20.3).

ПК	ЦСП	контроллер	КоДек	аналоговый
канал связи
Рис. 20.3. Структура аналогового модема

Основными элементами аналогового модема являются: ЦСП – цифровой сигнальный процессор. Он руководит процессом подготовки информации, производит её разбивку на пакеты в соответствии с протоколом передачи данных; Контроллер – устройство, осуществляющее сжатие информации и коррекцию ошибок (когда информация приходит по каналу связи); КоДек – кодер/декодер. Он выполняет очень важную функцию – перевод информации из цифровой формы в аналоговую или наоборот. По виду исполнения различают модемы: внутренние – подключаются к системной шине ПК; внешние – выполняются в виде отдельного устройства, подключаемого к ПК через порт COM или USB . Внешние модемы зачастую кроме основной выполняют ещё и функции факса или автоматического определителя номера. 2. Цифровые модемы Сразу следует отметить, что название модем для этих устройств является не совсем корректным, так как собственно модуляции они не осуществляют, а являются лишь передатчиками и приёмниками цифровой информации. Входным и выходным сигналом в них является последовательность импульсов. Каких-либо стандартов протоколов и скоростей передачи для цифровых модемов пока не разработано. Цифровые модемы различаются в зависимости от конкретной технологии цифровой связи. Выделяют две основные разновидности модемов для цифровых каналов связи: ISDN ( Integrated Services Digital Network – цифровая сеть с интеграцией услуг). Эти модемы бывают внутренними и внешними. Внутренние подключаются к шине PCI , внешние – к порту USB . Скорость передачи информации по базовому каналу составляет 64 Кбит/с (отправляется по 8 бит каждые 125 мкс), но при мультиплексировании каналов удаётся эту скорость в разы увеличивать.

xDSL ( Digital Subscriber Line – цифровая абонентская линия). Эти модемы обеспечивают высокоскоростную передачу данных на пути от абонента до АТС. Основные разновидности: HDSL , SDSL , ADSL . Наилучшими скоростными показателями отличается технология ADSL ( Asynchronous DSL ). Суть этой технологии заключается в разделении всего частотного диапазона сигнала на три части: à низкочастотный диапазон (до 4 кГц) – для передачи голоса; à среднечастотный диапазон (4 4 200 кГц) – для передачи информации от компьютера в сеть; à высокочастотный диапазон (200 кГц 4 1000 МГц) – для передачи информации от сети к компьютеру. Скорость передачи данных в таких каналах связи будет различаться в зависимости от направления передачи информации: до 384 Кбит/с при передаче и до 7 Мбит/с при приёме. Следует отметить, что с ростом расстояния от абонента до АТС скорости будут существенно снижаться. В зависимости от того, какая линия используется для передачи информации, различают следующие виды цифровых модемов: модемы для работы с сетями через коммуникации кабельного телевидения; модемы для работы через сеть сотовой связи; модемы для работы через оптоволоконные каналы; радиомодемы для приёма информации через спутник; модемы для обмена информацией через сеть электропитания (эта технология уже внедряется в США). Сетевые адаптеры Сетевая адаптер (сетевая карта) – это устройство, предназначенное для обмена информации между вычислительными машинами в локальной компьютерной сети. Основная функция сетевого адаптера – преобразование параллельного интерфейса, используемого внутри вычислительной машины в последовательный интерфейс передачи данных по каналу связи. Сетевые адаптеры обычно располагаются внутри системного блока компьютера и подключаются к системной шине ( PCI ). Дешёвые сетевые адаптеры основную часть своей работы перекладывают на центральный процессор ПК, что замедляет его работу, поэтому в мощных серверах обычно используются более дорогие адаптеры, имеющие свой собственный процессор. Основными характеристика сетевых адаптеров являются: установленная микросхема контроллера; разрядность (8-, 16-, 32или 64-битовые); скорость передачи данных (от 10 Мбит/с до 10 Гбит/с); тип подключаемого кабеля (коаксиальный кабель, витая пара, волоконно-оптический кабель); поддерживаемые технологии компьютерных сетей ( Ethernet , FDDI , Token Ring ). Устройства межсетевого интерфейса Создать компьютерную сеть, в которой компьютеры бы соединялись между собой напрямую (через сетевые адаптеры) сегодня достаточно сложно, а существующие подобные сети являются, пожалуй, исключением. Основными устройствами, которые обеспечивают взаимодействие компьютеров в сетях сегодня являются: повторители; концентраторы; мосты;

Источник