7.2. Средства коммуникации в компьютерных сетях
В качестве средств коммуникации наиболее часто используются кабельные соединения (витая пара, коаксиальный кабель, оптоволоконные линии); радиоканалы наземной и спутниковой связи.
При выборе учитывают следующие показатели:
— стоимость монтажа и обслуживания;
— скорость передачи информации;
— ограничения на величину расстояния передачи информации (без дополнительных усилителей-повторителей (репитеров));
— безопасность передачи данных.
Главная проблема – в одновременном обеспечении этих показателей.
Витая пара
Наиболее дешевым кабельным соединением является витое двухжильное проводное соединение, часто называемое “витой парой” (UTP). Позволяет передавать данные со скоростью до 100 Мбит/с, легко наращивается. Длина кабеля не может превышать 1000 м для обеспечения минимальной скорости передачи в 1 Мбит/с.
Кабель витой пары очень чувствителен к электромагнитным помехам. Для повышения помехозащищенности информации часто используют экранированную витую пару (STP).
Кабели неэкранированной витой пары классифицируются по производительности передачи данных по 5 уровням. Категории 1 и 2 позволяют получать невысокое качество передачи и используются исключительно для передачи речевой информации. Категория 3 является минимальным требованием для сетей со скоростью передачи 10 Мбит/с. Категория 4 используется в сетях со скоростями до 16 Мбит/с, а категория 5 – до 100 Мбит/с. Кабели категории 5 наиболее долговечны и надежны.
Кабели экранированной витой пары также классифицируются по стандартам (Type1 – Type9). Основным типом является кабель Type1 стандарта IBM. По своим характеристикам соответствует параметрам кабеля UTP категории 5.
Для снижения связи отдельных пар кабеля (периодического сближения проводников различных пар) в кабелях UTP категории 5 и выше провода пары свиваются с различным шагом. Витая пара – один из компонентов современных структурированных кабельных систем. Используется в телекоммуникациях и в компьютерных сетях в качестве физической среды передачи сигнала во многих технологиях, таких как Ethernet, Arcnet и Token ring. В настоящее время, благодаря своей дешевизне и лёгкости в монтаже, является самым распространённым решением для построения проводных (кабельных) локальных сетей.
На рисунке 7.1 представлена витая пара категории 6 (между парами виден разделительный корд, у каждой пары свой шаг скрутки).
Коаксиальный кабель
Обеспечивает скорость до 10 Мбит/сек. На сегодня это далеко не самая распространенная, и не самая удобная технология.
Различают несколько разновидностей коаксиального кабеля.
Еthernet-кабель.
Первые сети Ethernet были построены на протоколе 10base5, использующей в качестве электрической среды передачи данных “толстый” (thick) Ethernet коаксиальный кабель или желтый кабель (yellow cable). Вследствие высокой помехозащищенности является дорогой альтернативой обычным коаксиальным кабелям. Максимально доступное расстояние без повторителей не превышает 500 м, а общее расстояние сети – около 3 км.
Сheapernеt-кабель.
Так, использовать “толстый” коаксиальный кабель практически оказалось не слишком удобно, и практически сразу появился более простой и дешевый вариант 10base2, использующий соединение Cheapernet-кабель или, как его часто называют, “тонкий” (thin) Ethernet коаксиальный кабель.
Рис. 7.2. “Тонкий” и “толстый” коаксиальный кабель
При соединении сегментов Сhеареrnеt-кабеля требуются повторители. Вычислительные сети с Cheapernet-кабелем имеют небольшую стоимость и минимальные затраты при наращивании.
Расстояние между двумя рабочими станциями без повторителей максимум 300 м, а общее расстояние – около 1 км.
9.Основы компьютерной коммуникации. Принципы построения сетей.
Только с появлением компьютеров развитие коммуникаций приобретает поистине небывалый размах. Новая среда позволяет обмениваться электронными копиями информации со сказочными скоростями и хранить их в виде, удобном для корректировки. Однако, чтобы пользоваться этими новыми средствами коммуникаций, необходимы определенные знания. Компьютеры соединяются между собой в глобальную систему, создавая единую информационную среду. Появляется глобальное информационное поле, доступное с любого расстояния. Все владельцы компьютеров, имеющие доступ к этому полю, могут обеспечиваться любой информацией. Участники коммуникаций могут вступать в дискуссию по любым вопросам с людьми из разных точек нашей планеты. Компьютерные коммуникации дают возможность проявить себя, корректировать свои идеи. Совместная обработка информации на огромных расстояниях открывает границы между народами для совместной деятельности. Таким образом, мы пришли к понятию компьютерной коммуникационной среды.
Компьютерная коммуникационная среда-совокупность условий и средств обмена информацией между людьми с помощью компьютеров.Рассмотрим, какие технические средства необходимы для коммуникации в компьютерной среде. Развитие компьютерных коммуникаций во многом было связано с тем, что людям приходилось работать сообща над весьма сложными и обширными задачами, а также пользоваться общими базами данных. Понадобилось объединить несколько компьютеров, чтобы передавать информацию с одного из них на другой, совместно использовать или изменять ее. Так появились компьютерные сети. Компьютерная сеть —система взаимосвязанных компьютеров, предназначенных для передачи, хранения и обработки информации. В небольших сетях все компьютеры обычно равноправны, т.е. пользователи самостоятельно решают, какие ресурсы своего компьютера сделать общедоступными по сети. Такие сети называются одноранговыми. Если к сети подключено более 10 компьютеров, одноранговая сеть может оказаться недостаточно производительной. Для увелтчния производительности , а также в целях обеспечения большей надежности при хранении информации в сети, некоторые компьютеры специально выделяют для хранения файлов или программ-приложений. Такие компьютеры называются серверами.Сервер должен быть мощным, иметь весьма значительный объем оперативной и дисковой памяти. Сервер—главный компьютер сети, который предоставляет доступ к общей базе данных, обеспечивает совместное использование устройств ввода-вывода и взаимодействие пользователей. Компьютеры, подключенные к сети, имеют доступ ко всем сервисным услугам сервера. Но это возможно лишь тогда, когда каждая машина занесена в список клиентов сервер. Это означает. Что ему выделяется регистрационное имя и пароль. Клиент-компьютер — компьютер сети, который имеет доступ к информационным ресурсам или устройствам сервера. Коммуникационное оборудование предназначено для подключения персональных компьютеров, а также других устройств к технологическим сетям, построенным на базе выделенных каналов тональной частоты, радиоканалов и цифровых каналов передачи данных, а также позволяет построить многоуровневые технологические сети с применением различных физических каналов передачи данных в различных сегментах сети.
Сетевой адаптер – это специальное устройство, которое предназначено для сопряжения компьютера с локальной сетью и для организации двунаправленного обмена данными в сети. Сетевая карта вставляется в свободный слот расширения на материнской плате и оборудована собственным процессором и памятью, а для подключения к сети имеет разъем типа RJ-45. Наиболее распространены карты типа PCI, которые вставляются в слот расширения PCI на материнской плате. В зависимости от применяемой технологии Ethernet, Fast Ethernet или Gigabit Ethernet и сетевой карты скорость передачи данных в сети может быть: 10, 100 или 1000 Мбит/с.
Сетевые кабели. В качестве кабелей соединяющих отдельные ПК и коммуникационное оборудование в локальных сетях применяются: 1. Витая пара – передающая линия связи, которая представляет собой два провода, перекрученных друг с другом с определенным шагом с целью снижения влияния электромагнитных полей. 2. Коаксиальный кабель – кабель, который состоит из одного центрального проводника в изоляторе и второго проводника расположенного поверх изолятора. 3. Оптический кабель – это кабель, в котором носителем информации является световой луч, распространяющийся по оптическому волокну. Кроме того, в качестве передающей среды в беспроводных локальных сетях используются радиоволны в микроволновом диапазоне. К коммуникационному оборудованию локальных сетей относятся: трансиверы, повторители, концентраторы, мосты, коммутаторы, маршрутизаторы и шлюзы. Часть оборудования (приемопередатчики или трансиверы, повторители или репитеры и концентраторы или hubs) служит для объединения нескольких компьютеров в требуемую конфигурацию сети. Соединенные с концентратором ПК образуют один сегмент локальной сети, т.е. концентраторы являются средством физической структуризации сети, так как, разбивая сеть на сегменты, упрощают подключение к сети большого числа ПК. Другая часть оборудования (мосты, коммутаторы) предназначены для логической структуризации сети. Так как локальные сети являются широковещательными (Ethernet и Token Ring), то с увеличением количества компьютеров в сети, построенной на основе концентраторов, увеличивается время задержки доступа компьютеров к сети и возникновению коллизий. Поэтому в сетях построенных на хабах устанавливают мосты или коммутаторы между каждыми тремя или четырьмя концентраторами, т.е. осуществляют логическую структуризацию сети с целью недопущения коллизий. Третья часть оборудования предназначена для объединения нескольких локальных сетей в единую сеть: маршрутизаторы (routers), шлюзы (gateways). К этой части оборудования можно отнести и мосты (bridges), а также коммутаторы (switches). Повторители (repeater) – устройства для восстановления и усиления сигналов в сети, служащие для увеличения ее длины. Приемопередатчики (трансиверы) – это устройства, предназначенные для приема пакетов от контроллера рабочих станций сети и передачи их в сеть. Трансиверы (конверторы) могут преобразовывать электрические сигналы в другие виды сигналов (оптические или радиосигналы) с целью использования других сред передачи информации. Концентраторы или хабы (Hub) – устройства множественного доступа, которые объединяет в одной точке отдельные физические отрезки кабеля, образуют общую среду передачи данных или сегменты сети, т.е. хабы используются для создания сегментов и являются средством физической структуризации сети. Мосты (bridges) – это программно – аппаратные устройства, которые обеспечивают соединение нескольких локальных сетей между собой. Мосты предназначены для логической структуризации сети или для соединения в основном идентичных сетей, имеющих некоторые физические различия. Коммутаторы (switches) — программно – аппаратные устройства являются быстродействующим аналогом мостов, которые делят общую среду передачи данных на логические сегменты. Логический сегмент образуется путем объединения нескольких физических сегментов с помощью одного или нескольких концентраторов. Каждый логический сегмент подключается к отдельному порту коммутатора. При поступлении данных с компьютера — отправителя на какой-либо из портов коммутатор передаст эти данные, но не на все порты, как в концентраторе, а только на тот порт, к которому подключен сегмент, содержащий компьютер — получатель данных. Маршрутизаторы (routers). Эти устройства обеспечивают выбор маршрута передачи данных между несколькими сетями, имеющими различную архитектуру или протоколы. Они обеспечивают сложный уровень сервиса, так как могут выполнять “интеллектуальные” функции: выбор наилучшего маршрута для передачи сообщения, адресованного другой сети; защиту данных; буферизацию передаваемых данных; различные протокольные преобразования. Маршрутизаторы применяют только для связи однородных сетей. Шлюзы (gateway) – устройства (компьютер), служащие для объединения разнородных сетей с различными протоколами обмена. Шлюзы выполняют протокольное преобразование для сети, в частности преобразование сообщения из одного формата в другой.