Техническое обеспечение компьютерных сетей
Для объединения компьютеров в сеть требуется вставить в каждый подключаемый у сети компьютер сетевой контроллер, который позволяет компьютеру получать информацию из локальной сети и передавать данные в сеть. Далее, соединить компьютеры между собой кабелями, по которым будет происходить обмен данными, а также с другими, подключенными к сети устройствами (принтерами, сканерами и т.д.). В некоторых типах сетей кабели соединяют компьютеры непосредственно, в других соединение кабелей осуществляется через специальные устройства — концентраторы (или хабы), коммутаторы и др. В небольших сетях, обычно, компьютеры сети соединяются кабелями с концентратором, который и передает сигналы от одних подключенных к нему компьютеров к другим.
В качестве средств коммуникации наиболее часто используются витая пара, коаксиальный кабель и оптоволоконные линии.
В настоящее время широкое распространение получает беспроводная связь, где для связи компьютеров используются не компьютерные кабели, а радиомодемы, обычная электрическая сеть и цифровая сотовая связь.
Рассмотрим подробнее перечисленные выше виды технического обеспечения компьютерных сетей.
· Кабели. Наиболее дешевым кабельным соединением является витое двухжильное проводное соединение часто называемое «витой парой» (англ. twisted pair). Она позволяет передавать информацию со скоростью до 10 Мбит/с, легко наращивается, однако является помехонезащищенной [1]. Длина кабеля не может превышать 1000 м при скорости передачи 1 Мбит/с. Преимуществами являются низкая цена и беспроблемная установка. Для повышения помехозащищенности информации часто используют экранированную витую пару, т.е. витую пару, помещенную в экранирующую оболочку. Это увеличивает стоимость витой пары и приближает ее цену к цене коаксиального кабеля.
Коаксиальный кабель имеет среднюю цену, хорошо помехозащищен и применяется для связи на большие расстояния (несколько километров). Скорость передачи информации от 1 до 10 Мбит/с, а в некоторых случаях может достигать 50 Мбит/с. Коаксиальный кабель используется для основной и широкополосной передачи информации.
Широкополосный коаксиальный кабель невосприимчив к помехам, легко наращивается, но цена его высокая. Скорость передачи информации равна 500 Мбит/с. При передаче информации в базисной полосе частот на расстояние более 1,5 км требуется усилитель, или так называемый репитер (англ. repeater — повторитель). Поэтому суммарное расстояние при передаче информации увеличивается до 10 км. Для вычислительных сетей с топологией тира «шина» или «дерево» коаксиальный кабель должен иметь на конце согласующий резистор (терминатор).
Ethernet-кабель также является коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 50 Ом. Его называют еще толстый Ethernet (англ. thick) или желтый кабель (англ. yellow cable). Он использует 15-контактное стандартное включение. Вследствие помехозащищенности является дорогой альтернативой обычным коаксиальным кабелям. Средняя скорость передачи данных 10 Мбит/с. Максимально доступное расстояние сети Ethernet — около 3000 м. Ethernet-кабель, благодаря своей магистральной топологии, использует в конце лишь один нагрузочный резистор.
Более дешевым, чем Ethernet-кабель является соединение Cheapernet-кабель (RG-58) или, как его часто называют, тонкий (англ. thin) Ethernet. Это 50-омный коаксиальный кабель со скоростью передачи информации в 10 Мбит/с. При соединении сегментов Cheapernet-кабеля также требуются повторители. Вычислительные сети с Cheapernet-кабелем имеют небольшую стоимость и минимальные затраты при наращивании. Соединения сетевых плат производится с помощью широко используемых малогабаритных байонетных разъемов (СР-50). Дополнительное экранирование не требуется. Кабель присоединяется к компьютеру с помощью тройниковых соединителей (Т-connectors). Расстояние между двумя рабочими станциями без повторителей может составлять максимум 300 м, а минимум 0.5 м, общее расстояние для сети на Cheapernet-кабеля около 1000 м. Приемопередатчик Cheapernet расположен на сетевой плате как для гальванической развязки между адаптерами, мак и для усиления внешнего сигнала. (см. Приложение 1)
· Адаптеры. Вне зависимости от используемого кабеля для каждой рабочей станции необходимо иметь сетевой адаптер. Сетевой адаптер — это плата, которая вставляется в материнскую плату компьютера. Она имеет два разъема для подключения к сетевому кабелю.
Современные сетевые адаптеры рассчитаны на архитектуру Micro Channel, которая используется в сериях компьютеров Pentium. Существуют различные виды сетевых адаптеров — ActNet, Ethernet, TokenRing, различающиеся производительностью (скоростью передачи данных) и соответственно стоимостью. Для сети с числом компьютеров до 50 обычно используются недорогие адаптеры класса Ethernet стандарта NE2000. [3]
Перед тем как вставить сетевой адаптер в материнскую плату компьютера, необходимо с помощью переключателей (расположенных на плате адаптера) задать правильные значения для портов ввода / вывода, канала прерывания, базовый адрес ПЗУ дистанционной загрузки бездисковой станции.
· Репитер. Если длина сети превышает максимальную длину сегмента сети, необходимо разбить сеть на несколько (до пяти) сегментов, соединив их через репитер [1].
Конструктивно репитер может быть выполнен либо в виде отдельной конструкции со своим блоком питания, либо в виде платы, вставляемой в слот расширения материнской платы компьютера.
Репитер в виде отдельной конструкции стоит дороже, но он может быть использован для соединения сегментов Ethernet, выполненных как на тонком, так и на толстом кабеле, так как он имеет и коаксиальные разъемы, и разъемы для подключения трансиверного кабеля. С помощью этого репитера можно даже соединить в единую сеть сегменты, выполненные и на тонком, и на толстом кабеле.
Репитер в виде платы имеет только коаксиальные разъемы и поэтому может соединять только сегменты на тонком коаксиальном кабеле. Однако он стоит дешевле, и не требует отдельной розетки для подключения электропитания.
Один из недостатков встраиваемого в рабочую станцию репитера заключается в том, чтобы для обеспечения круглосуточной работы сети станция с репитером также должна работать круглосуточно. При выключении питания связь между сегментами сети будет нарушена.
Функции репитера заключаются в физическом разделении сегментов сети и обеспечении восстановления пакетов, передаваемых из одного сегмента сети в другой.
Репитер повышает надежность сети, так как отказ одного сегмента (например, обрыв кабеля) не сказывается на работе других сегментов. Однако через поврежденный сегмент данные проходить не могут.
· Серверы. Для обеспечения функционирования локальной сети часто выделяется специальный компьютер — сервер, или несколько таких компьютеров [3]. На дисках серверов располагаются совместно используемые программы, базы данных и т.д. Остальные компьютеры локальной сети часто называются рабочими станциями. В сетях, состоящих более чем из 20-25 компьютеров, наличие сервера обязательно — иначе, как правило, производительность сети будет неудовлетворительной. Сервер необходим и при интенсивной совместной работе, с какой-либо базой данных.
Иногда серверам назначается определенная специализация (хранение данных, программы, обеспечение модемной и факсимильной связи, вывод на печать и т.д.). Серверы, как правило, не используются в качестве рабочих мест пользователей. Серверы, обеспечивающие работу с ценными данными, часто размещаются в изолированном помещении, доступ в которое имеют только специально уполномоченные люди.
· Модемы и факс — модемы. Для всех пользователей, желающих использовать глобальные электронные сети тира InterNet, работать с электронной почтой, посылать и получать факсы с помощью компьютера и т.д., необходим модем или факс-модем [4]. Модем — это устройство для обмена информацией с другими компьютерами через телефонные сети. Факс-модем — устройство, сочетающее возможности модема и средства для обмена факсимильными изображениями с другими факс-модемами и обычными телефаксными аппаратами. Большинство современных модемов являются факс-модемами. Некоторые модемы обладают голосовыми возможностями и могут, например, использоваться в качестве автоответчика.
Модемы бывают внутренними (в виде электронной платы, подключаемой к шине ISA компьютера), внешними — в виде отдельного устройства, и в виде РС-карты для подключения к портативному компьютеру. Модемы отличаются друг от друга максимальной скоростью передачи данных и поддерживаемыми протоколами связи. Большинство современных модемов работает со скоростью 14400-33600 Б/с и поддерживает средства исправления ошибок и сжатия данных (стандарты V.42 и V.42bis). Для устойчивой работы на отечественных телефонных линиях импортные модемы должны быть соответствующим образом адаптированы.
· Оборудование для беспроводной связи. Радиомодемы, выпускаемые сегодня многими фирмами, соединяют между собой компьютеры в помещеньях, где по какой-то причине нельзя прокладывать кабели и сверлить стены [5]. Радиомодемы обычно позволяют связывать компьютеры и периферию, удалённые всего лишь на несколько десятков или сотен метров, хотя, разумеется, есть и более мощные модели радиомодемов, работающие и на больших расстояниях. Провода и кабели в таких системах практически полностью отсутствуют, так как сигнал передаётся и принимается через небольшую антенну радиомодема. Благодаря этому система оказывается весьма портативной и простой в процессе построения сети, а главное — экономит немало труда при установке сети. Однако следует помнить, что радиоволны могут создавать нежелательные помехи, а, кроме того, радио сигнал может быть легко перехвачен и принят посторонними лицами, для которых ваша конфиденциальная информация вовсе не предназначается.
Есть и другая возможность бескабельной связи между компьютерами и периферийным оборудованием. Фирма Carrier Current Technology нашла интересное решение: она выпускает оборудование, позволяющее связывать между собой компьютеры и передавать данные по проводам обычной электрической сети, а не создавать специальную сеть связи. Однако такая связь через электросеть возможна только в случае, если компьютеры находятся сравнительно недалеко друг от друга в одном здании и питаются от одной и той же сети [5].
Разумеется, беспроводная связь не может конкурировать с локальными сетями. Работа в реальном масштабе времени через такие устройства сегодня невозможна из-за низкой скорости обмена, сравнительно невысокой надёжности и сложности контроля ошибок.
Гораздо важнее и перспективнее другая разработка, которую сегодня широко внедряют многие американские и европейские фирмы — это цифровая сотовая связь для портативных компьютеров [5].
Компьютеры класса notebook могут уже сегодня комплектоваться не только с крошечными факс-модемами, но и устройствами цифровой радиосвязи, аналогичными сотовым телефонам. Это позволяет подключаться к коммерческим компьютерным сетям или превращать компьютер в телефакс.
Системы цифровой сотовой связи чрезвычайно эффективны, так как позволяют без подключения к телефонной сети, без помех и почти мгновенно связываться с абонентами, находящимися даже за рубежом, практически из любого места, например, из самолёта или чужого офиса. Кроме того, сотовая связь предоставляет клиентам разнообразные дополнительные услуги, непривычные для абонентов обычной телефонной сети. Например, сообщение может быть депонировано и передано в установленное время не по одному, а одновременно по нескольким указанным номерам.
Телефонная сеть нового поколения получила название ISDN (Integrated Service Digital Network). Она реализуется обычно на оптических линиях или спутниковых каналах. Это цифровая сеть с интегрированными услугами заменит старую телефонную сеть и будет доступна для использования не только телефонам, но и персональным компьютерам через модемы, радиомодемы и сотовую связь.