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.
Понятие компьютерной сети, каналы связи
Все существующие компьютерные сети основываются именно на этом простом принципе. Причем, характер обмена информацией (совместное использование программного обеспечения, обмен данными и т. д.) и разновидность канала передачи данных (телефонная линия, коаксиальный или симметричный кабель, радиоканал и т. д.) значения не имеют. Компьютерные сети могут быть реализованы в самых разнообразных вариантах назначения и взаимного соединения.
Первоначально рождение компьютерных сетей было вызвано практической потребностью в совместном использовании данных. Компьютер – отличный инструмент для создания документов, таблиц, точного вычерчивания диаграмм, обработки графических и звуковых материалов, но сам по себе он не предназначен для передачи информации. В случае отсутствия сети приходится распечатывать документы на бумагу в нужном количестве экземпляров или копировать их на дискеты. При редактировании одного документа несколькими пользователями трудно собрать все изменения в одном окончательном варианте документа.
При наличии компьютерной (вычислительной) сети все обстоит значительно проще. Компьютеры, входящие в состав сети могут совместно использовать:
Понятие канала связи, разновидности каналов связи
Одним из главных компонентов вычислительной сети является физическая среда передачи данных, т. е. канал связи между отдельными ЭВМ. Канал связи – это любая физическая среда, пригодная для использования с целью передачи информации от одного компьютера к другому. Качество канала связи оценивается по множеству параметров и характеристик, среди которых наиважнейшими являются скорость передачи информации и максимально допустимая протяженность канала связи. Рассмотрим подробнее некоторые из применяемых в настоящее время каналов передачи данных.
Витой кабель называют также витой парой. Такой кабель представляет собой два свитых друг c другом изолированных медных провода, помещенных в защитную оболочку. Иногда в оболочку помещают сразу несколько витых пар. Завивка проводов в паре необходима для защиты от взаимных влияний за счет электромагнитных излучений и от помех, создаваемых работой других электрических и электронных приборов. Максимальная длина канала связи на основе витого кабеля составляет около 100 м, скорость передачи данных – от нескольких мегабит/сек (традиционный телефонный кабель) до нескольких сотен мегабит/сек (кабель, состоящий из четырех витых пар медного провода).
Коаксиальный кабель – кабель, состоящий из медной жилы, окружающей ее изоляции, экрана в виде металлической оплетки и внешней оболочки. Примером коаксиального кабеля может служить обычный антенный кабель телевизора. Еще недавно этот тип кабеля был самым распространенным при прокладке каналов связи в локальных компьютерных сетях. Он считался простым в монтаже, надежным и относительно недорогим. Коаксиальный кабель весьма помехоустойчив, т. к. внешняя металлическая оплетка экранирует электромагнитные помехи, не давая им влиять на передаваемую по жиле информацию. Коаксиальный кабель может быть тонким (диаметром около 0,5 см) и толстым (диаметром около 1 см). Разумеется, тонкий кабель способен передавать информацию без серьезных искажений на меньшее расстояние, чем толстый. Конкретные значения расстояний, на которые можно передавать информацию по коаксиальному кабелю зависят от множества факторов, например – от типа сетевого протокола передачи информации. Скорость передачи информации по коаксиальному кабелю достигает 25 Мбит/cек.
Оптоволоконный кабель
Оптоволокно – тонкая стеклянная жила, покрытая слоем стекла с иным, чем у нее коэффициентом преломления света. Разумеется, по оптоволокну электрический ток течь не может, информация здесь передается в виде световых импульсов. Оптоволоконные линии считаются хорошо защищенными от помех, т. к. не содержат токоведущих частей. Они характерны также очень малым затуханием сигнала и искажениями. Скорость передачи данных по оптоволоконному кабелю также очень высока – до нескольких гигабит в секунду. Световой импульс распространяется без искажений на многие километры.
Беспроводные компьютерные сети
Кроме компьютерных сетей, построенных на основе проводных линий связи, существуют также т. н. беспроводные сети, в которых в качестве среды передачи информации используется радиоканал, инфракрасное излучение, лазер. Беспроводная сеть может быть применена тогда, когда у пользователей нет постоянного рабочего места, компьютер работает в изолированном помещении или в помещении, где прокладка кабеля запрещена (памятники архитектуры и истории).[13]
Как следует из названия, средой передачи данных здесь служат электромагнитные волны (радиоволны). Для работы в радиосети к компьютеру необходимо подключить трансивер – приемопередающее устройство. В настоящее время существует множество видов радиосетей, различающихся уровнем помехозащищенности, скоростью передачи данных, протяженностью канала связи .
Первые радиосети обеспечивали весьма низкую скорость передачи информации, имели очень ограниченную дальность связи, т. е. не оправдывали себя. В настоящее же время беспроводные решения становятся все более популярными в связи с совершенствованием стандартов и аппаратных средств их поддержки.
Из нескольких стандартов компьютерных радиосетей наиболее популярным сейчас является стандарт IEEE 802.11, имеющий версии a и b, различающиеся скоростью передачи информации по радиоканалу. В стандарте IEEE 802.11a она не превышает 54 Мбит/сек., а в IEEE 802.11b – 11 Мбит/сек [29].
Такая скорость конечно невелика, однако ее вполне достаточно для решения следующих задач:
· совместное использование периферийных устройств (принтеров, сканеров, дисководов CD-ROM и др.);
· передача рабочих файлов (документов, таблиц, графиков, диаграмм, фотографий и т. д.) от одного компьютера к другому;
· обеспечение общего доступа к архивам драйверов, дистрибутивам программ, справочной информации;
· обеспечение высокоскоростного доступа в сеть Internet (если сервер ЛВС имеет подключение к Internet по высокоскоростному каналу).
Оборудование беспроводных локальных сетей состоит из двух компонентов: адаптеров для подключения непосредственно персонального компьютера к ЛВС (рис. 4.1) и узлов доступа – устройств, устанавливающих связь между беспроводными адаптерами и проводной ЛВС.
 |
| Рис. 4.1. Адаптер радиосети Proxim 802.11a PC Cards |
Как и любому другому способу объединения компьютеров в сеть, радиосетям присущи достоинства и недостатки.
Достоинства радиосетей по сравнению с проводными:
· отсутствие сетевых кабелей, свобода перемещения пользователя в пределах радиуса действия адаптера;
· отсутствие необходимости содержания и технического обслуживания каналов связи;
· простота установки и настройки адаптеров радиосети;
· незаменимость в случае необходимости быстрого развертывания сети или невозможности прокладки проводной сети (в зданиях, являющихся памятниками архитектуры, на выставках и презентациях и т. д.).
Недостатки радиосетей:
· малый радиус действия адаптеров радиосети;
· зависимость от электромагнитных помех;
· относительно низкая скорость передачи информации;
· сложность и высокая стоимость оборудования радиосетей.
Очевидно, что беспроводные устройства имеют серьезные недостатки, существенно ограничивающие область их применения. Тем не менее, обзоры в сети Internet, вопросы пользователей и дискуссии в конференциях Internet и Fidonet говорят об увеличении интереса к беспроводным технологиям соединения компьютеров в сети и о доступности данного оборудования для обычного пользователя ПК.
Инфракрасные беспроводные сети
В таких сетях для передачи информации используют инфракрасное (ИК) излучение. Инфракрасные сети не бывают слишком протяженными, т. к. помехи вносят осветительные лампы накаливания, солнечные лучи и многие другие источники света. Инфракрасным каналом можно соединить между собой, например, настольный компьютер (или сервер) и мобильный компьютер. Соединяемые ИК-каналом устройства должны находиться рядом друг с другом, т. е. в одном помещении на расстоянии не более 30 м и желательно в прямой видимости. Скорость передачи информации по ИК-каналу достигает 10 Мбит/сек.
Беспроводные сети с использованием лазеров
Лазерная технология весьма похожа на инфракрасную. В частности, она требует наличия прямой видимости между устройствами, объединяемыми в сеть. Однако лазерный канал передачи данных более защищен от воздействия помех за счет свойств, присущих лазерному излучению (постоянная длина волны излучения, малая степень рассеивания и т. д.).