13. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации
1.Типы компьютерных сетей. Типы, осн компоненты лвс.
Компьютерная сеть (вычислительная сеть, сеть передачи данных)— система связи между двумя или более компьютерами. Для передачи информации могут быть использованы различные физические явления, как правило — различные виды электрических сигналов или электромагнитного излучения.Типы компьютерных сетей: Персональная сеть (англ. Personal Network)— это сеть, построенная «вокруг» человека. Данные сети призваны объединять все персональные электронные устройства пользователя (телефоны, карманные персональные компьютеры, смартфоны, ноутбуки, гарнитуры и.т.п.). К стандартам таких сетей в настоящее время относят Bluetooth.ЛВС– служит для объединения компьютеров, расположенных на незначительном расстоянии друг от друга. Такая сеть обычно не выходит за пределы одного помещения.Городская вычислительная сеть(англ. MAN — Metropolitan Area Network) охватывает несколько зданий в пределах одного города либо город целиком.Корпоративная сеть– совокупность ЛВС, мощных ЭВМ и терминальных систем, использующих общую информационную магистраль для обмена.Национальная сеть– сеть объединяющая ЭВМ в пределах одного государства (National LambdaRail, GEANT)Глоб-я вычислит-я сеть– сеть передачи данных, рассчитанная на обслуж-е значит-х террит-й с использ-ем общедоступных коммуникац-ых линий.
Типы: По типу функционального взаимодействия:Одноранговая — наиболее простые и предназнач для небольших раб групп. С их помощью Польз-ли нескольких комп-ров могут использ-ть общие диски, принтеры и др. устройства, передавать друг другу сообщения и выполнять другие коллективные операции. Здесь любой комп-р может выполнять как роль сервера, так и клиента. Такая сеть дешева и проста в обслуж-ии, но не может обеспечивать защиту информации при больших размерах сети). Многоранговые (в них для хранения разделяемых данных и программ использования рес-сов совместного доступа использ-ся выделенные комп-ры – серверы. Такая сеть имеет хорошие возможности для расширения, высокая производительности и надежность, но требует постоянного квалифицированного обслуживания).По типу сетевой топологии: Шина, Звезда, Кольцо, Решётка. Смешанная топология.По сетевым ОС: Windows,UNIX, Смешанные.
Типы, основные компоненты ЛВС:
Раб станция– комп-р, предназнач для локальной сети. Сетевой адаптер – спец-я плата, кот позволяет взаимодей-ть комп-ру с другими устрой-ми данной сети. Он осущ-ет физич-ю связь м/у устройствами сети посредством сетевого кабеля.Сервер– некоторое обслуживающее устройство, кот в ЛВС выполняет роль управляющего центра и концентратора данных. Это комбинация аппаратных и программных средств, кот служит для управления сетевыми ресурсами общего доступа.
3. Топология сети. Сетевые стандарты (типы сетей) Среда передачи данных (сетевой кабель).
Сетевая тополо́гия(от греч. τόπος, место) — описание конфигурации сети, схема расположения и соединения сетевых устройств.
Сетевая топология может быть:
физической— описывает реальное расположение и связи между узлами сети.
логической — описывает хождение сигнала в рамках физической топологии.
Существует множество способов соединения сетевых устройств, из них можно выделить пять базовых топологий: шина, кольцо, звезда, ячеистая топология и решётка. Остальные способы являются комбинациями базовых. В общем случае такие топологии называются смешанными или гибридными, но некоторые из них имеют собственные названия, например «Дерево».
Кольцо́— базовая топология компьютерной сети, в которой рабочие станции подключены последовательно друг к другу, образуя замкнутую сеть. В кольце не используется конкурентный метод посылки данных, компьютер в сети получает данные от соседа и перенаправляет их дальше, если они адресованы не ему. Для определения того, кому можно передавать данные обычно используют маркер. Данные ходят по кругу, только в одном направлении.
Достоинства: Простота установки; Практически полное отсутствие дополнительного оборудования; Возможность устойчивой работы без существенного падения скорости передачи данных при интенсивной загрузке сети, поскольку использование маркера исключает возможность возникновения коллизий.
Недостатки: Выход из строя одной рабочей станции, и другие неполадки (обрыв кабеля), отражаются на работоспособности всей сети; Сложность конфигурирования и настройки; Сложность поиска неисправностей;
Ши́на, представляет собой общий кабель (называемый шина или магистраль), к которому подсоединены все рабочие станции. На концах кабеля находятся терминаторы, для предотвращения отражения сигнала.
Отправляемое рабочей станцией сообщение распространяется на все компьютеры сети. Каждая машина проверяет — кому адресовано сообщение и если ей, то обрабатывает его. Для того, чтобы исключить одновременную посылку данных, применяется либо «несущий» сигнал, либо один из компьютеров является главным и «даёт слово» остальным станциям. Достоинства Небольшое время установки сети; Дешевизна (требуется меньше кабеля и сетевых устройств); Простота настройки; Выход из строя рабочей станции не отражается на работе сети;
Недостатки Любые неполадки в сети, как обрыв кабеля, выход из строя терминатора полностью уничтожают работу всей сети; Сложная локализация неисправностей; С добавлением новых рабочих станций падает производительность сети.
Звезда́— базовая топология компьютерной сети, в которой все компьютеры сети присоединены к центральному узлу (обычно сетевой концентратор), образуя физический сегмент сети. Подобный сегмент сети может функционировать как отдельно, так и в составе сложной сетевой топологии (как правило «дерево»).
Рабочая станция, которой нужно послать данные, отсылает их на концентратор, а тот определяет адресата и отдаёт ему информацию. В определённый момент времени только одна машина в сети может пересылать данные, если на концентратор одновременно приходят два пакета, обе посылки оказываются не принятыми и отправителям нужно будет подождать случайный промежуток времени, чтобы возобновить передачу данных.
Достоинства: выход из строя одной рабочей станции не отражается на работе всей сети в целом; хорошая масштабируемость сети; лёгкий поиск неисправностей и обрывов в сети; высокая производительность сети (при условии правильного проектирования); гибкие возможности администрирования.
Недостатки выход из строя центрального концентратора обернётся неработоспособностью сети (или сегмента сети) в целом; для прокладки сети зачастую требуется больше кабеля, чем для большинства других топологий; конечное число рабочих станций в сети (или сегменте сети) ограничено количеством портов в центральном концентраторе.
Ячеистая топология(в англ. mesh) — соединяет каждую рабочую станцию сети со всеми другими рабочими станциями этой же сети. Топология относится к полносвязным, в отличие от других — неполносвязных.
Отправитель сообщения по очереди соединяется с узлами сети, пока не найдёт нужный, который примет у него пакеты данных.
Сравнение с другими топологиями
Достоинства надёжность, при обрыве кабеля у компьютера в сети остаётся достаточно путей соединения.
Недостатки большая стоимость установки; сложность настройки и эксплуатации;
В проводных сетях данная топология используется редко, поскольку из-за преизбыточного расхода кабеля становится слишком дорогой. Однако, в беспроводных технологиях сети на основе ячеистой технологии встречаются всё чаще, поскольку затраты на сетевой носитель не увеличиваются и на первый план выходит надёжность сети.
Решётка— понятие из теории организации компьютерных сетей. Это топология, в которой узлы образуют регулярную многомерную решетку. При этом каждое ребро решетки параллельно ее оси и соединяет два смежных узла вдоль этой оси. Одномерная «решётка» — это цепь, соединяющая два внешних узла (имеющие лишь одного соседа) через некоторое количество внутренних (у которых по два соседа — слева и справа). Соединив оба внешних узла, получается топология «кольцо». Двух- и трехмерные решетки используются в архитектуре суперкомпьютеров.
Достоинства: высокая надежность. Недостатки: сложность реализации.
В кач-ве физич-ой среды передачи сигналов м\у комп-ми выступает
Сетевой кабель.Коаксиальный– сост. из медной жилы, изоляции, ее окружающей, медной оплетки и внешней оболочки. Может иметь дополн-но слой фольги. Тонкий коакс кабель – гибкий, диаметром примерно 0,5 см, способен передавать сигналы на расстоянии до 185 м без заметного искажения. Способен передавать данные со скоростью 10 Мбит/с, позволяет реализовать топологию шина и кольцо. Толстый коакс кабель – диаметр примерно 1 см, медная жила толще, чем у тонкого. Передает сигналы на расстояние 500 м. К нему для подключения исп-ся спец устр-во – трансивер, кот снабжен спец коннектором.Витая пара– два перевитых вокруг друг друга изолированных медных провода. Скрутка проводов позволяет избавиться от электрических помех, наводимых соседними парами и др источниками.STP(экранированная витая пара) иUTP(неэкранированная витая пара) – позволяет передавать сигнал до 100 м. Сущ-ет 5 категорий UTP: 1) традиционный телефонный кабедь для передачи аналоговых сигналов 2) кабель из 4 витых пар, спос-ый передавать сигналы со скор 4Мбит/с 3) кабель из 4 витых пар, спос-ый передавать сигналы со скор 10Мбит/с 4) 16 Мбит/с 5) 100-1000 Мбит/с (Чем выше категория пары, тем короче шаги скрутки). Для подключения витой пары к сети используется коннектор RJ-45. Исполь-ся в топологии типа звезда.Оптоволоконный – данные перед-ся по оптическим волокнам в виде модулируемых световых импульсов. Явл-ся надежным и защищенным способом передачи, поскольку электрич сигналы при этом не передаются, след-но, оптоволоконный кабель нельзя вскрыть и перехватить данные. Оптоволоконные линии преднезнач для перемещ-я больших объемов данных на высоких скоростях. Сигнал в них практически не затихает и не искажается. Он состоит из тонкого стеклянного цилиндра, называемого жилой, покрытого слоем стекла (оболочки) с иным, чем у жилы коэффициентом искажения. Иногда оптоволокно изгот из пластика. Каждое оптоволокно передает сигналы т-ко в одном направлении, поэтому кабель состоит из 2 волокон с отдельными коннекторами (для передачи и для приема). Одномодовый имногомодовый– для связи на короткие расстояния, т.к. он проще в монтажной эксплуатации. Оптоволокно использ-ся для прокладки информац-ых магистралей, корпоративных сетей, для передачи данных на значит-ые расстояния. (2 километра в полнодуплексном режиме по многомодовому оптическому волокну и до 32 километров по одномодовому).
Wireless LAN (WLAN) — беспроводная локальная вычислительная сеть. Wi-Fi — один из вариантов Wireless LAN. Позволяет развернуть сеть без прокладки кабеля, может уменьшить стоимость развёртывания и расширения сети. Стандарты 802.11a/b/g скорости от 11 до 53 Мбит/сек. WiMAX — протокол широкополосной радиосвязи (Worldwide Interoperability for Microwave Access), разработанный консорциумом (англ. WiMAX Forum). . В отличие от сетей WiFi (IEEE 802.11x), где доступ к точке доступа клиентам предоставляется случайным образом, в WiMAX каждому клиенту отводится четко регламентированный промежуток времени. Кроме того, WiMAX поддерживает ячеистую топологию.