20. Компьютерные сети, Аппаратные средства компьютерных сетей. Топология локальных сетей. Характеристики каналов (линий) связи.
Многообразие компьютерных сетей можно классифицировать по группе признаков:
1) Территориальная распространенность; 2) Ведомственная принадлежность;
3) Скорость передачи информации; 4) Тип среды передачи; 5) Топология;
6) Организация взаимодействия компьютеров.
По территориальной распространенности сети могут быть локальными, глобальными, и региональными.
Локальные — это сети, перекрывающие территорию не более 10 м2
Региональные — расположенные на территории города или области
Глобальные на территории государства или группы государств, например, всемирная сеть Internet.
По принадлежности различают ведомственные и государственные сети.
Ведомственные принадлежат одной организации и располагаются на ее территории.
Государственные сети — сети, используемые в государственных структурах.
По скорости передачи: низкоскоростные (до 10 Мбит/с), среднескоростные (до 100 Мбит/с), высокоскоростные (свыше 100 Мбит/с);
По типу среды передачи:
проводные ; коаксиальные, на витой паре, оптоволоконные ; беспроводные ;
с передачей информации по радиоканалам, в инфракрасном диапазоне.
Топологии компьютерных сетей
Линейная сеть. Содержит только два оконечных узла, любое число промежуточных узлов и имеет только один путь между любыми двумя узлами.
Кольцевая сеть Сеть, в которой к каждому узлу присоединены две и только две ветви.
Звездообразная сеть Сеть, в которой имеется только один промежуточный узел.
Общая шина В этом случае подключение и обмен данными производится через общий канал связи, называемый общей шиной.
Одноранговые сети Все компьютеры одноранговой сети равноправны. Любой пользователь сети может получить доступ к данным, хранящимся на любом компьютере.
Иерархические сети При ее установке заранее выделяются один или несколько компьютеров, управляющих обменом данных по сети и распределением ресурсов. Такой компьютер называют сервером.
Под топологией понимается описание свойств сети, присущих всем ее гомоморфным преобразованиям, т.е. Таким изменениям внешнего вида сети, расстояний между ее элементами, их взаимного расположения, при которых не изменяется соотношение этих элементов между собой. Топология компьютерной сети во многом определяется способом соединения компьютеров друг с другом. Конфигурация лс делится на два основных класса: широковещательные и последовательные. В широковещательных конфигурациях каждый пк передает сигналы, которые могут быть восприняты остальными пк (“общая шина”, “дерево”, “звезда с пассивным центром”). В последовательных конфигурациях каждый физический подуровень передает информацию только одному пк (произвольная, иерархическая, “кольцо”, “цепочка”, “звезда с интеллектуальным центром”, “снежинка” и др.). Наиболее оптимальной с точки зрения надежности является полносвязная сеть, т.е. Сеть, в который каждый узел сети связан со всеми другими узлами, однако при большом числе узлов такая сеть требует большого количества каналов связи и труднореализуема из-за технических сложностей и высокой стоимости. Поэтому практически все сети являются неполносвязными. Хотя при заданном числе узлов в неполносвязной сети может существовать большое количество вариантов соединения узлов сети, на практике обычно используется три наиболее широко распространенные (базовые) топологии лвс: “звезда”, “общая шина” и “кольцо”: шинная, когда все узлы сети подключаются к одному незамкнутому каналу, обычно называемому шиной; кольцевая, когда все узлы сети подключаются к одному замкнутому кольцевому каналу.; звездообразная, когда все узлы сети подключаются к одному центральному узлу, называемому хостом или хабом. Сети могут быть также смешанной топологии (гибридные), когда отдельные части сети имеют разную топологию.
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.
8.1. Аппаратные средства лвс
1. Рабочие станции (PC)– это, как правило, персональные ЭВМ, которые являются рабочими местами пользователей сети.
Требования, предъявляемые к составу PC, определяются характеристиками решаемых в сети задач, принципами организации вычислительного процесса, используемой ОС и некоторыми другими факторами. Иногда в PC, непосредственно подключенной к сетевому кабелю, могут отсутствовать накопители на магнитных дисках. Такие PC называют бездисковыми рабочими станциями.Однако в этом случае для загрузки в PC операционной системы с файл-сервера нужно иметь в сетевом адаптере этой станции микросхему дистанционной загрузки. Последняя поставляется отдельно, намного дешевле накопителей и используется как расширение базовой системы ввода-вывода BIOS. В микросхеме записана программа загрузки ОС в оперативную память PC. Основнымпреимуществомбездисковых PC является низкая стоимость, а также высокая защищенность от несанкционированного проникновения в систему пользователей и компьютерных вирусов.Недостатокбездисковой PC заключается в невозможности работать в автономном режиме (без подключения к серверу), а также иметь свои собственные архивы данных и программ.
2. Серверыв ЛВС выполняют функции распределения сетевых ресурсов. Обычно его функции возлагают на достаточно мощный ПК, мини-ЭВМ, большую ЭВМ или специальную ЭВМ-сервер. В одной сети может быть один или несколько серверов. Каждый из серверов может быть отдельным или совмещенным с PC. В последнем случае не все, а только часть ресурсов сервера оказывается общедоступной.
При наличии в ЛВС нескольких серверов каждый из них управляет работой подключенных к нему PC. Совокупность компьютеров сервера и относящихся к нему PC часто называют доменом.Иногда в одном домене находится несколько серверов. Обычно один из них является главным, а другие – выполняют роль резерва (на случай отказа главного сервера) или логического расширения основного сервера.
Важнейшими параметрами, которые должны учитываться при выборе компьютера-сервера, являются тип процессора, объем оперативной памяти, тип и объем жесткого диска и тип дискового контроллера. Значения указанных характеристик, так же как и в случае PC, существенно зависят от решаемых задач, организации вычислений в сети, загрузки сети, используемой ОС и других факторов.
Оперативная память в сервере используется не только для собственно выполнения программ, а и для размещения в ней буферов, дискового ввода вывода. Определив оптимально количество и размер буферов, можно существенно ускорить выполнение операций ввода-вывода.
Объем выбираемого накопителя должен быть достаточным для размещения на нем необходимого программного обеспечения (особенно при бездисковых PC), а также совместно .используемых файлов и баз данных.
3. Линии передачи данных соединяют PC и серверы в районе размещения сети друг с другом. В качестве линий передачи данных чаще всего выступаюткабели. Наибольшее распространение получили кабели на витой паре (рис. 8.1,а) и коаксиальный кабель (рис. 8.1,б). Более перспективным и прогрессивным является оптоволоконный кабель. В последнее время стали появляться беспроводные сети, средой передачи данных в которых является радиоканал. В подобных сетях компьютеры устанавливаются на небольших расстояниях друг от друга: в пределах одного или нескольких соседних помещений.
а) б) Рис. 8.1. Сетевые кабели: а – кабель на основе скрученных пар (витая пара);б – коаксиальный кабель
4. Сетевые адаптеры (интерфейсные платы) используются для подключения компьютеров к кабелю (рис. 8.2).Функцией сетевого адаптера является передача и прием сетевых сигналов из кабеля. Адаптер воспринимает команды и данные от сетевой операционной системы (ОС), преобразует эту информацию в один из стандартных форматов и передает ее в сеть через подключенный к адаптеру кабель.
Рис. 8.2. Сетевой адаптер
Используемые сетевые адаптеры имеют три основные характеристики: тип шины компьютера, к которому они подключаются (ISA, EISA, Micro Channel и пр.), разрядность (8, 16, 32, 64) и топологияобразуемой сети (Ethernet, Arcnet, Token-Ring).
К дополнительному оборудованиюЛВС относят источники бесперебойного питания, модемы, трансиверы, репитеры, а также различные разъемы (коннекторы, терминаторы).
Источники бесперебойного питания(ИБП) служат для повышения устойчивости работы сети и обеспечения сохранности данных на сервере. При сбоях по питанию ИБП, подключаемый к серверу через специальный адаптер, выдает сигнал серверу, обеспечивая в течение некоторого времени стабильное напряжение. По этому сигналу сервер выполняет процедуру завершения своей работы, которая исключает потерю данных. Основным критерием выбора ИБП является мощность, которая должна быть не меньше мощности, потребляемой подключаемым к ИБП сервером.
Трансивер –это устройство подключения PC к толстому коаксиальному кабелю. Репитерпредназначен для соединения сегментов сетей. Коннекторы(соединители) необходимы для соединения сетевых адаптеров компьютеров с тонким кабелем, а также для соединения кабелей друг с другом. Терминаторыслужат для подключения к открытым кабелям сети, а также для заземления (так называемые терминаторы с заземлением).
Модемиспользуется в качестве устройства подключения ЛВС или отдельного компьютера к глобальной сети через телефонную связь.