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.
Лекция 14. Локальные компьютерные сети
Компьютерная сетьпредставляет собой совокупность компьютеров, объединенных средствами передачи данных.
Основное назначение компьютерных сетей – обеспечение эффективного представления различных компьютерных услуг пользователям сети путем организации их доступа к ресурсам, распределенным в этой сети.
Принципы построения и функционирования аппаратного и программного обеспечения элементов сети определяются архитектурой компьютерной сети.
Архитектура – концепция, определяющая модель, структуру, выполняемые функции и взаимосвязь компонентов сложного объекта. Архитектура компьютерной сети определяет основные элементы сети; характер и топологию взаимодействия этих элементов; логическую, функциональную и физическую организацию технических, программных, организационных и информационных средств сети.
Рис. 15-1. Состав базовых компонентов компьютерной сети
Техническое обеспечение компьютерных сетей
Техническое обеспечение (hardware) — комплекс электронных, электрических и механических устройств, входящих в состав системы либо сети.
Техническое обеспечение включает компьютеры (ЭВМ) и логические устройства. К ним добавляются внешние устройства и диагностическая аппаратура. Вспомогательную, но при этом важную, роль играют энергетическое оборудование, батареи и аккумуляторы. Для обеспечения безопасности данных используют аппараты шифрования информации.
Техническое обеспечение предназначено для поддержки работы программного обеспечения. Оно представлено:
- персональный компьютер (ПК), называемый Рабочая станция (РС или WS(WorkStation));
- сервер (-ы);
- система передачи данных;
- периферийное оборудование сети.
- Элемент аппаратуры, предоставляющий совместно используемый сервис в сетевой среде.
- Программный компонент, предоставляющий общий функциональный сервис другим программным компонентам.
Рис. 15-2. Техническое обеспечение компьютерных сетей