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.
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.
Топология сети
Топология — физическое расположение компьютеров, кабелей и других компонентов сети. Все сети строятся на основе трех базовых топологий: шина, звезда, кольцо.
Топология шина — компьютеры подключены вдоль одного кабеля (сегмента).
Топология звезда — все компьютеры с помощью сегментов кабеля подключаются к центральному компоненту, именуемому концентратором (hub).
Топология кольцо — компьютеры подключаются к кабелю, замкнутому в кольцо.
Аппаратные средства сетевых технологий
Сетевая карта – техническое устройство, преобразовывающее данные из формата, в каком они хранятся в компьютере, в формат, пригодный для передачи по кабелю, и обеспечивают физическое соединение с сетью.
- Неэкранированная витая пара
- Экранированная витая пара
- Тонкий коаксиальный кабель (RG 58)
- Толстьй коаксиальный кабель (RG 8 и 11)
- Оптоволоконный кабель (одномодовый и многомодовый).
Повторитель – устройство сетевого взаимодействия, усиливающее сигнал для передачи его на большие расстояния (более 300 м).
Концентратор – устройство сетевого взаимодействия, связывающее сетевые сегменты в центральном пункте (используется в сетях с топологией звезда).
Модем – устройство, выполняющее модуляцию и демодуляцию информационных сигналов при передаче их из ЭВМ в канал связи и при приеме в ЭВМ из канала связи.
Мост – устройство, соединяющее две сети, использующие одинаковые методы передачи данных.
Коммутатор – устройство, позволяющее разделить общую разделяемую среду не несколько независимых сегментов передачи данных.
Маршрутизатор (роутер) – устройство, соединяющее сети разного типа, но использующее одну сетевую операционную систему. Задача этого устройства – отправить сообщение адресату в нужную сеть (при сложной конфигурации сети).
Шлюз – более широкое понятие, чем маршрутизатор. Шлюзом называется любое устройство, которое подключено к нескольким сетям при помощи нескольких сетевых интерфейсов, имеет в каждой сети свой адрес сетевого уровня и занимается продвижением пакетов между этими сетями.
Межсетевой экран (firewall, брандмауэр) – специальное программное обеспечение, установленное на маршрутизаторе или шлюзе, выполняющем функцию маршрутизатора, и позволяющее контролировать доступ пользователей к тем или иным ресурсам сети.
Прокси – сервер – сервер – посредник, ускоряющий работу межсетевого экрана при подключении сети к Internet.
Технологии построения локальных сетей
Ethernet — это самый распространенный на сегодняшний день стандарт локальных сетей. Для передачи данных в Ethernet используется метод коллективного доступа с опознаванием несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD). В каждый момент времени сеть может использовать только один компьютер.
Token Ring, также как и Ethernet, характеризует разделяемая среда передачи данных, представляющая в данном случае кольцо. По кольцу передается маркер (служебная информация специального формата), причем всегда в одном направлении. Получив маркер, компьютер анализирует его и при отсутствии у него данных для передачи обеспечивает его продвижение к следующему компьютеру.
Оптоволоконный интерфейс распределенных данных (FDDI Fiber Distributed Data Interface) во многом основывается на технологии Token Ring, развивая и совершенствуя ее основные идеи. Сеть FDDI строится на основе двух оптоволоконных колец, которые образуют основной и резервный пути передачи данных.
Функционирование сетей передачи данных
Организация взаимодействия между устройствами в сети является сложной задачей. Для ее решения была разработана модель взаимодействия открытых систем (OSI, Open System Interconnection), разбивающая задачу на несколько взаимосвязанных подзадач, именуемых в дальнейшем уровнями.
Физический. Имеет дело с передачей битов по физическим каналам связи. Здесь определяются характеристики электрических сигналов, проводов, разъемов.
Канальный. Позволяет пересылать данные между любыми двумя узлами в пределах одной топологии. Реализует механизмы обнаружения ошибок.
Сетевой. Позволяет оптимальным образом передавать информацию между сетями, в том числе и основанными на разных топологиях.
Транспортный. Обеспечивает передачу данных с той степенью надежности, которая требуется. Модель OSI определяет пять классов сервиса, предоставляемых транспортным уровнем.
Сеансовый. Устанавливает, поддерживает и закрывает логический сеанс связи. Фиксирует, какая из сторон является активной в настоящий момент.
Представительный. Обеспечивает согласование представления (форматов, кодировок) данных прикладных процессов.
Прикладной. Состоит из набора протоколов, с помощью которых пользователь получает доступ к разделяемым ресурсам.
Формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты, лежащие на одном уровне, но в разных узлах называются протоколом. Набор протоколов, достаточный для организации сетевого взаимодействия, называется стеком протоколов. Наиболее популярными являются следующие стеки: TCP / IP, IPX/SPX, NetBIOS / SMB.