Современные сетевые технологии (2)

метки: Сетевой, Современный, Технология, Компьютер, Протокол, Кабель, Адрес, Локальный

Проблема передачи информации с одного компьютера на другой существовала с момента появления компьютеров. Для её решения использовались различные подходы. Наиболее распространённый, в недавнем прошлом, «курьерский» подход заключался в копировании информации на сменный носитель (ГМД, CD и т.п.), перенос к месту назначения и повторное копирование, но уже со сменного носителя на компьютер адресат. В настоящее время подобные способы перемещения информации уступают место сетевым технологиям. Т.е. компьютеры каким-либо образом соединяются друг с другом, и пользователь имеет возможность перенести информацию к месту назначения, не вставая из-за стола.

Совокупность компьютерных устройств, обладающих возможностью информационного сообщения друг с другом, принято называть компьютерной сетью. В большинстве случаев различают два типа компьютерных сетей: локальные (LAN — Local Area Network) и глобальные (WAN — Wide-Area Network).

В некоторых вариантах классификации рассматривают ряд дополнительных типов: городские, региональные и т.п., однако все эти типы (по своей сути) в большинстве случаев являются вариантами глобальных сетей различного масштаба. Наиболее распространён вариант классификации сетей на локальные и глобальные по географическому признаку. Т.е. под локальной вычислительной сетью в этом случае понимается совокупность конечного числа компьютеров, расположенных на ограниченной территории (в пределах одного здания или соседних зданий), связанных информационными каналами, обладающими высокой скоростью и достоверностью передачи данных и предназначенных для решения комплекса взаимосвязанных задач.

2. Аппаратные средства компьютерных сетей. Топологии локальных вычислительных сетей

Все компьютеры абонентов (пользователей), работающие в рамках локальной вычислительной сети должны иметь возможность взаимодействовать друг с другом, т.е. быть связанными между собой. Способ организации таких связей существенно влияет на характеристики локальной вычислительной сети и называется её топологией (архитектурой, конфигурацией).

Различают физическую и логическую топологии. Под физической топологией локальной вычислительной сети понимают физическое размещение компьютеров, входящих в состав сети и способ их соединения друг с другом проводниками. Логическая топология определяет способ прохождения информации и очень часто не совпадает с выбранной физической топологией соединения абонентов локальной вычислительной сети.

«Проектирование локальной вычислительной сети МДОБУ детский ...

... небольшим парком компьютерной техники и периферийного оборудования, жизненно необходима локальная вычислительная сеть, способная обеспечить высокую эффективность работы, достойный уровень безопасности данных и стабильной бесперебойной раб o ты. Локальная вычислительная сеть – это вычислительная сеть, охватывающая ...

3. Физические топологии локальных вычислительных сетей

Существует четыре основных физических топологии, используемых при построении локальных вычислительных сетей.

1

Топология шина предполагает подключение всех компьютеров к одному общему проводнику. На обоих концах такого проводника размещаются специальные согласующие устройства, называемые терминаторами. Основные преимущества данной топологии — дешевизна и простота монтажа. К недостаткам относятся проблематичность локализации места неисправности и низкая надежность: повреждение кабеля в любом месте приводит к прекращению обмена информацией между всеми компьютерами, входящими в сеть. Из-за особенностей распространения электрического сигнала, даже если два компьютера, пытающиеся осуществить обмен информацией, физически соединены друг с другом, при отсутствии терминатора на одном конце такого «обрывка» шины связь между ними будет невозможна.

В топологии кольцо (рис. 2) каждый абонент сети связан с двумя близлежащими абонентами. Достоинства и недостатки аналогичны рассмотренным для топологии шина.

1

1

1

Топология звезда предполагает прокладку для каждого компьютера в сети отдельного кабеля, соединяющего всех абонентов сети с неким центром. В качестве центра звезды может выступать компьютер либо специальное соединительное устройство, называемое концентратором (рис. 3).

Достоинство данной топологии — более высокая надёжность. Обрыв любого проводника «отключает» только одного абонента. «Узким местом» этой топологии является концентратор. При его поломке блокируется работа всей сети. Недостатком является более высокая стоимость оборудования (учитывая увеличение общей длины проводников, в сравнении с предыдущими топологиями, а также стоимость дополнительного оборудования — концентратора).

С точки зрения надежности и скорости обмена информацией наилучшими характеристиками обладает полносвязная топология (рис. 4).

В этом случае абонентам сети предоставляется отдельный канал связи с каждым из остальных абонентов. Однако по стоимости данная топология проигрывает всем остальным вариантам.

Перечисленные топологии являются базовыми. Большинство локальных вычислительных сетей, создаваемых в различных организациях, имеют более сложную структуру и являются различными вариантами комбинирования вышеупомянутых топологий.

4. Логические топологии локальных вычислительных сетей

Логическая топология определяет характер распространения информации по компьютерной сети. При передаче информации от одного абонента сети к другому абоненту эта информация должным образом «оформляется». Передаваемые данные оформляются в стандартные фрагменты (пакеты, дейтаграммы).

Помимо собственно передаваемых данных (чисел, текстов, рисунков и т.п.) в состав пакета добавляется адрес (приёмника информации или и приёмники и передатчика), контрольная информация (чтобы можно было проверить, пакет принят полностью или только его часть) и ряд другой информации. Рассмотрим три основных варианта логических топологий локальных вычислительных сетей.

Логическая шина определяет равноправный доступ к сети всех абонентов. В этом случае передатчик выставляет в сеть пакет информации, а все остальные абоненты «услышав» передаваемую информацию анализируют её. Если в составе пакета абонент находит свой адрес, он эту информацию «оставляет» себе, если адрес оказался чужим — игнорирует. Если в момент передачи информации одним абонентом «вклинивается в разговор» другой абонент, происходит наложение пакетов, называемое коллизией. Коллизии приводят к «перемешиванию» пакетов и невозможности разобраться «кто что сказал». Обнаружив коллизию, передающий абонент «замолкает» на интервал времени случайной длительности, после чего повторяет попытку передачи информации. При очень большом количестве абонентов в сети вероятность коллизий резко возрастает, и сеть становится неработоспособной.

Локальная вычислительная сеть офисного здания

... данных; точно определенное число компьютеров, подключаемых к сети. Объект исследования: локальная вычислительная сеть офисного здания. Цель исследовательской работы: разработка логической и физической схемы локальной вычислительной сети офисного здания, включающей общий выход в Интернет. Для достижения ...

Логическое кольцо предполагает, что информация проходит полный «круг» и приходит к источнику, т.е. в точку из которой была отправлена. При этом каждый абонент сравнивает адрес «получателя» со своим собственным. Если адреса совпали, информация копируется в буфер, пакет помечается как «дошедший до адресата» и передается следующему абоненту. Если адреса не совпали, пакет передается без всяких пометок. Когда абонент получил пакет отправленный «собственноручно» и с пометкой «принято», он его дальше не передаёт и в работу может вступить другой абонент сети.

Логическая топология звезда (и её версия — дерево) ориентирована на установление канала связи между приёмником и передатчиком средствами коммутаторов. Т.е. при отсутствии коммутатора невозможно связаться между собой даже двум абонентам сети. При передаче данных от одного абонента к другому, все остальные ждут окончания передачи.

5. Соединители и разъёмы

В настоящее время в локальных вычислительных сетях используются несколько типов проводников. По физической природе передаваемого сигнала различают электрические проводники и оптические проводники. Кроме этого может использоваться аппаратура для организации локальных вычислительных сетей средствами беспроводных каналов.

6. Коаксиальный кабель

1

Коаксиальный кабель (рис. 5) представляет собой проводник, заключенный в экранирующую оплётку. От контакта с оплёткой проводник защищен трубчатым изолятором. Важной характеристикой кабельных систем вообще и коаксиального кабеля в частности является волновое сопротивление или импеданс. В локальных вычислительных сетях применяется коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом и (гораздо реже) в сетях ARCnet кабель с волновым сопротивлением 93 Ом. Существует две разновидности коаксиального кабеля — толстый (внешний диаметр около 10 мм) и тонкий (внешний диаметр около 5 мм).

При одинаковом значении волнового сопротивления у толстого и тонкого коаксиального кабеля различные характеристики по длине кабельного сегмента и количеству поддерживаемых абонентов сети. У толстого коаксиального кабеля максимальная длина сегмента 500 метров, максимальное количество точек подключения 100. У тонкого коаксиального кабеля максимальная длина сегмента 185 метров, максимальное количество точек подключения 30.

Подключение к толстому коаксиальному кабелю выполняется с помощью прокола внешнего и внутреннего изолятора специальным оборудованием. При этом сам кабель не разрезается. Ввиду дороговизны кабеля и сложности монтажа сети толстый коаксиальный кабель применялся достаточно редко.

Волоконно-оптические линии связи

... образом через подводные оптоволоконные кабели. В настоящее время волоконно-оптические кабели проложены по дну Тихого и Атлантического океанов и практически весь мир "опутан" сетью волоконных систем связи (Laser Mag. ... (WDM, DWDM)/ Новые типы волокон. 2. Волоконно-оптические линии связи как понятие 1 Оптическое волокно и его виды Волокно-оптическая линия связи (ВОЛС) - это вид системы передачи, при ...

Тонкий коаксиальный кабель при монтаже разделяется на сегменты (отрезки).

Оба конца отрезка разделываются (обрабатываются) способом подобным указанному на рис. 5. Затем на оба конца кабеля устанавливаются способом обжатия коаксиальные разъёмы (см. рис. 6а).

На выходе сетевого адаптера также имеется соответствующий коаксиальный разъём, к которому при помощи BNC Т-коннектора (см. рис. 6б) подключаются два кабельных сегмента, соединяющих подключаемый компьютер с двумя соседними абонентами.

1

Рис. 6. Разъёмы, применяемые при монтаже коаксиального кабеля

В настоящее время коаксиальный кабель при монтаже локальных вычислительных сетей не используется ввиду низкой скорости передачи информации (10 Мегабит в секунду), а также по ряду других причин.

7. Витая пара

1

Второй вариант электрического проводника, используемого при монтаже локальных вычислительных сетей, получил название витая пара. Фактически кабель, называемый витой парой представляет собой восемь (реже четыре) проводника свитых попарно с определённым шагом (шесть оборотов на дюйм) и заключенных в общую изолирующую трубку (рис. 7).

Такой кабель называется неэкранированная витая пара UTP (Unshielded Twisted Pair — неэкранированные скрученные пары).

Если каждая пара перевитых проводов заключена в металлический экран (фольга или оплётка), и затем вся совокупность таких экранированных пар закрыта общим экраном, такой кабель называют экранированная витая пара STP (Shielded Twisted Pairs — экранированные скрученные пары).

Применение экранов позволяет снизить уровень помех, создаваемых таким кабелем, и увеличить помехозащищённость такого кабеля от внешних помех. Скорость передачи информации по таким кабелям достигает, в настоящее время, 1000 Мегабит в секунду.

1

Для подключения сетевой аппаратуры с помощью витой пары наиболее часто используются разъёмы RJ-45 (рис. 8), внешне похожие на телефонные, но с восемью контактами.

При монтаже кабельной сети с использованием витой пары применяется специальный инструмент, называемый кримпером (рис. 9).

Кабель после снятия внешней изоляционной трубки укладывается в специальные направляющие для вилки RJ-45 либо непосредственно в вилку (в зависимости от её конструкции).

Затем вилка вместе с кабелем вставляется в специальные направляющие кримпера (на рис. 9 на нижней рукоятке) и при нажатии на рукоятки инструмента гребёнка (рис. 9 на верхней рукоятке)

1

вдавливает контактные площадки вилки внутрь её корпуса, тем самым, прорезая изоляцию отдельных проводников и обеспечивая электрический контакт с проводниками кабеля.

1

Порядок размещения проводников в вилке, называемый раскладкой кабеля, важен. Для раскладки применяется одна из двух схем А или В (рис. 10 вид кабеля со стороны контактов вилки).

Какую схему предпочесть —

выбор за монтажником, важно, чтобы на обоих концах кабельного сегмента использовалась одна и та же раскладка проводников кабеля в вилках RJ-45.

Волновое сопротивление витой пары составляет 100 или 150 Ом. В зависимости от качества исполнения кабеля и поддерживаемой скорости обмена максимальное расстояние между двумя элементами (узлами) локальной вычислительной сети составляет от 100 до 150 метров.

Проектирование магистральной волоконно-оптической линии связи

... дипломного проекта является проектирование линии связи на основе волоконно-оптических кабелей. В связи с чем особое внимание уделено строительству волоконно-оптической линии связи. 1. Общая часть 1.1 Волоконно-оптические линии связи Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) - линии оптической связи, в которых передача информации осуществляется с помощью волоконно-оптических ...

8. Передача информации по волоконно-оптическим кабелям

1

По своей конструкции (рис. 11) волоконно-оптический кабель похож на коаксиальный, только вместо центрального металлического проводника располагается стеклянное или пластиковое волокно, по которому распространяется пучок света и вместо электрической изоляции такое волокно окружено оптической оболочкой, основная задача которой — не дать пучку света покинуть центральное волокно. Волоконно-оптический кабель не нуждается во внешней экранирующей оплётке, поскольку электромагнитные помехи не влияют на оптические сигналы, однако в некоторых конструкциях волоконно-оптических кабелей металлическая оплётка применяется с целью повышения механической прочности кабеля и защиты оптического волокна от механических повреждений. Такой волоконно-оптический кабель называется бронированным.

В зависимости от траектории распространения луча света по оптическому волокну различают одномодовый (фактически один луч) и многомодовый (совокупность лучей с практически одинаковыми характеристиками, движущиеся по соседним траекториям) волоконно-оптический кабель.

У многомодового волоконно-оптического кабеля диаметр сердцевины относительно велик (50, 62,5 или 100 микрон).

Световой поток, пропускаемый многомодовым волоконно-оптическим кабелем, имеет длину волны 850 или 1300 нм и, проходя по такому волокну, отражаясь от его стен, дробится на отдельные лучи (моды) которые, накладываясь друг на друга, приводят к снижению качества сигнала. Такой кабель называют многомодовым со ступенчатым профилем. Более поздняя модификация — многомодовый волоконно-оптический кабель с градиентным профилем. За счет сложной обработки (легирования) оптоволокна можно добиться плавного уменьшения показателя преломления света от центра сердцевины к оболочке волокна. Тогда моды, хотя и будут по-прежнему проходить разные пути, но делать это за одинаковое время. Такой кабель стоит дороже, но более качественно (с меньшими искажениями) передает сигнал. Достоинством многомодового волоконно-оптического кабеля является возможность использования в качестве источника света наряду с лазерами, относительно дешёвых специальных светодиодов. Однако даже многомодовый волоконно-оптический кабель с градиентным профилем по своим характеристикам уступает одномодовому волоконно-оптическому кабелю.

Оптическое волокно одномодового волоконно-оптического кабеля имеет диаметр 8-9,5 микрон. Световой поток, пропускаемый одномодовым волоконно-оптическим кабелем, имеет длину волны 1300 или 1550 нм и проходит практически по единственной траектории, что уменьшает помехи и повышает качество сигнала по сравнению с многомодовым волокном. Недостатком одномодового волоконно-оптического кабеля является то, что в качестве источника света используется специальный лазер. Стоимость лазера гораздо выше стоимости светодиода, а срок службы меньше.

Монтаж компьютерных сетей вообще, и монтаж сетей на волоконно-оптическом кабеле тем более, требуют высокой квалификации исполнителя.

При монтаже используются различные технологии. Для магистрального монтажа (наращивания волоконно-оптического кабеля, прокладываемого на большие расстояния) используется технология сварки.

Концы оптического волокна состыковываются с высокой точностью (особенно важно для одномодового волоконно-оптического кабеля из-за малого диаметра сердцевины) и свариваются на специальном станке. Для разводки оптического сигнала на коммутационном оборудовании используют специальные разъёмы (рис. 12), обеспечивающие точность совмещения двух сегментов оптического волокна.

Реферат конструкции кабелей

... строительстве сооружений связи используются в основном оптические кабели (ОК). О масштабах развития волоконно - оптических систем передачи (ВОСП) свидетельствуют объемы производства оптических волокон в США. За последнее время ... называют RJ45). 1 Виды кабеля, применяемого в сетях В защите нуждаются как сигналы, передаваемые по кабелю, так и элементы конструкции кабеля. Защитные элементы разделяют в ...

1

Устанавливаются такие разъёмы на месте с использованием специального клея либо обжима. Время выполнения работ от нескольких минут, до 1-2 часов (в зависимости от типа выбранного разъёма и технологии установки).

9. Коммуникационная аппаратура

Каждый компьютер, подключаемый к сети, должен быть оснащен сетевым адаптером (или сетевой платой).

Самыми известными являются адаптеры следующих трех типов: Arc-Net; Token Ring; Ethernet. Из них последние используются в России наиболее широко. С точки зрения конструктивного исполнения наибольшее распространение в настоящее время получили три типа сетевых адаптеров. Поскольку коаксиальный кабель для соединения персональных компьютеров в локальную сеть уже практически не используется, данная категория адаптеров не рассматривается.

1

Встроенный сетевой адаптер (рис. 13 справа) входит в состав набора микросхем (чипсета), размещаемого на системной плате компьютера. Преимущества данного способа размещения — отсутствие дополнительных операций по монтажу сетевого адаптера в системном блоке. Если же в составе приобретённого компьютера сетевой адаптер отсутствует, а компьютер необходимо подключить к локальной вычислительной сети, придется воспользоваться одним из двух видов адаптеров, описанных ниже.

Внутренний сетевой адаптер (рис. 14) представляет собой плату, вставляемую в слот расширения на системной плате компьютера. В последнее время используются сетевые адаптеры, вставляемые в PCI- слоты компьютера.

1

Третий вариант исполнения сетевого адаптера устанавливается на компьютер проще, но стоит несколько дороже внутреннего адаптера. Это сетевой адаптер подключаемый к USB порту (рис. 15).

Подключение такого адаптера к персональному компьютеру возможно без отключения питания.

Затем к сетевому адаптеру подключается линия связи локальной вычислительной сети (для рассмотренных конструкций сетевых адаптеров это кабель витая пара с соединителями RJ-45).

Но для объединения компьютеров в сеть, состоящую более чем из двух компьютеров по физической топологии звезда (а именно такую топологию поддерживает сеть на витой паре) необходимо устройство, исполняющее роль центра звезды. Таким устройством чаще всего является хаб (hub).

К категории хабов относятся повторитель (repeater) и коммутатор (switch).

Разница между данными устройствами в организации логики передачи сигнала от одного

1

порта (розетки RJ-45) ко всем остальным. Повторитель «копирует» сигналы на все остальные порты и является самым дешёвым типом хабов. Коммутатор (рис. 16) может разбивать порты на группы, организуя логические сегменты сети. Компьютеры «общаются» друг с другом в пределах сегментов, тем самым уменьшается количество коллизий и повышается общее быстродействие сети. Частным случаем коммутатора является мост (bridge).

Компьютерные сети и телекоммуникации XXI века

... целесообразным выделять один (или несколько) мощных компьютеров для обслуживания потребностей сети (хранение и передачу данных, печать на сетевом принтере). Такие выделенные компьютеры называют серверами; они работают ... небольшим числом компьютеров они могут быть полностью равноправными; сеть в этом случае обеспечивает передачу данных от любого компьютера к любому другому для коллективной работы над ...

1

Маршрутизатор (router) — устройство (рис. 17) с несколькими физическими интерфейсами, которые могут принадлежать к одной или разным сетевым технологиям. Используется для разделения или объединения нескольких компьютерных сетей (например, сеть 100VG-AnyLAN с сетью Ethernet).

Задача маршрутизатора отфильтровывать пакеты и пропускать с одного интерфейсного входа на другой только те пакеты, которые адресованы компьютером, находящимся в одной сети, компьютеру, находящемуся в другой сети.

Для подключения сетевых адаптеров (обрабатывающих электрические сигналы) к волоконно-оптическому кабелю (передающему оптические сигналы) используются согласующие устройства. Приёмник (receiver, на рис. 18 слева) и передатчик (transmitter, на рис. 18 справа) могут исполняться в одном корпусе, а могут конструктивно быть разными устройствами.

Для подключения различных устройств друг к другу и к соединительным розеткам и коммутационным панелям используются специальные шнуры, изготавливаемые в заводских условиях. Такие шнуры получили название patch cord. На рис. 19 слева шнур для электрических сетей, или для соединения сетевого адаптера с оптическим согласующим устройством, справа шнур для соединения оптических устройств друг с другом.

1

10. Аппаратура и технологии беспроводных сетей

1

При подключении компьютеров к локальной вычислительной сети могут использоваться устройства беспроводной связи. В этом случае отпадает необходимость прокладывать кабельные сети, однако стоимость беспроводной локальной вычислительной сети существенно превышает стоимость своих электрических «собратьев», при более низкой скорости передачи данных.

1

Для подключения компьютеров используются сетевые адаптеры с PCI интерфейсом (на рис. 20 слева) и с USB интерфейсом (на рис. 20 справа).

Беспроводной доступ может быть организован и с помощью обычных сетевых адаптеров, но в этом случае сетевой адаптер должен быть подключен к радиоприёмнику/передатчику (точке беспроводного доступа).

Один из вариантов исполнения точки беспроводного доступа приведен на рисунке 21. Подключение сетевой платы к радиоточке выполняется с помощью стандартного соединительного шнура (рис. 19 слева).

Кроме того, точка доступа исполняет роль центра беспроводной сети при объединении более двух компьютеров в беспроводную сеть. В таком случае она подключается к компьютеру, играющему в данной сети главенствующую роль — серверу. Либо при подключении точки доступа через маршрутизатор к проводной сети, вы получаете возможность обмениваться информацией со стационарными компьютерами.

Технология WDS, позволяет одновременно подключать беспроводных клиентов, к точкам, работающим в режиме Bridge (мост точка-точка) и Multipoint Bridge (мост точка-много точек).

Однако скорость передачи данных у беспроводных клиентов, в таком режиме будет порядка 1/3 от скорости передачи данных между точками доступа. В режиме Infrastructure Mode (он же — режим клиент/сервер) беспроводная сеть состоит из, как минимум, одной точки доступа, подключенной к проводной сети, и некоторого набора беспроводных оконечных станций. Такая конфигурация носит название базового набора служб (Basic Service Set, BSS).

В режиме «Ad-hoc» каждое устройство или станция могут связываться непосредственно друг с другом, без использования точки доступа. Режим «Ad-hoc» называют также «режим равный-с-равным» (peer-to-peer) или Independent Basic Service Set (IBSS — независимый базовый набор служб).

Наиболее распространённый стандарт для беспроводных локальных сетей (WLAN — wireless Local Area Network) был принят организацией IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers — институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике) в качестве спецификации 802.11. Данная спецификация определяет правила обмена информацией для абонентов, подобные правилам, принятым в сетях Ethernet, с небольшими модификациями.

Стандартный комплект Wi-Fi состоит из так называемой базы (Wireless Access Point) и набора одинаковых компьютерных плат (Wi-Fi карт) (см. рис. 20).

Одновременно к базе может быть подключено несколько десятков и даже сотен компьютеров. Основное ограничение — расстояние между ними и базой не должно превышать 300 м. Скорость обмена информацией — до 100 Мбит/сек.

По аналогичной схеме функционирует и новая разработка в данной области, называемая Wi-Max. В ней используется стандарт 802.16, а объявленная дальность действия — 50 км.

Базы Wi-Fi являются многофункциональными устройствами, позволяющими, в том числе, строить «мосты» между двумя такими устройствами. В условиях прямой видимости работоспособность такого канала, по утверждению специалистов фирмы D-Link, сохраняется на расстоянии до 200 и более км. Пропускная способность канала с расстоянием уменьшается, но при расстоянии в 50 км гарантированы не менее 8-10 Мбит/сек (заявлены 20 Мбит/сек).

Для работы беспроводных сетей выделены пять диапазонов радиочастот:

915 МГц;

2400-2425 МГц;

2414-2440 МГц;

2429-2455 МГц;

2443-2470 МГц.

Первый диапазон требует обязательного лицензирования. Что касается диапазона 2,4 ГГц, то в России в соответствии с решением Государственного комитета по радиочастотам (ГКРЧ) от 29 июня 1998 г. № 7/6 для пользователей систем, работающих с шумоподобным радиосигналом в диапазоне 2,4 ГГц, специального разрешения не требуется.

11. Технологии и протоколы локальных вычислительных сетей

Очевидно, что любая компьютерная сеть — это сложный комплекс взаимосвязанных и согласованно функционирующих программных и аппаратных компонентов. Основной задачей, решаемой при создании компьютерных сетей, является обеспечение совместимости оборудования по электрическим и механическим характеристикам, а также обеспечение корректной передачи данных и однозначной их интерпретации на основе совместимости обслуживающих сеть программ.

При передаче сообщений участники сетевого обмена должны принять множество соглашений, чтобы понимать друг друга на разных уровнях — от физического до прикладного. Например, на физическом уровне они должны согласовать значения и форму электрических сигналов, способ определения длины сообщений, договориться о методах контроля достоверности и т. п. А на прикладном — договориться об однозначном представлении переданной и полученной информации программами, с которыми работает пользователь.

Формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются участники сетевого обмена, способы их передачи и интерпретации называются протоколом.

Новые протоколы разрабатывают компании, которые занимаются созданием и внедрением устройств, программ и сетевых услуг. Если протокол приобретает популярность среди других производителей, то он может закрепиться в рекомендациях одной из стандартизующих организаций: Международного союза электросвязи (ITU), Международного института стандартизации (ISO) или Института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (IEEE).

После этого протокол становится фактическим сетевым стандартом, на него начинают ориентироваться тысячи производителей.

Коммуникационные протоколы могут быть реализованы как программно, так и аппаратно. Программный модуль, реализующий некоторый протокол, часто для краткости также называют «протоколом». При этом соотношение между протоколом — формально определенной процедурой и протоколом — программным модулем, реализующим эту процедуру, аналогично соотношению между алгоритмом решения некоторой задачи и программой, решающей эту задачу.

Важнейшим этапом в развитии сетей стало появление стандартных сетевых технологии, позволяющих быстро и эффективно объединять компьютеры различных типов на основе стандартного сетевого оборудования (сетевых адаптеров, кабелей со стандартными разъемами) и одной из популярных сетевых операционных систем, поддерживающих общепринятые коммуникационные протоколы.

Сетевая технология — это согласованный набор стандартных протоколов и реализующих их программно-аппаратных средств (например, сетевых адаптеров, драйверов, кабелей и разъемов), достаточный для построения компьютерной сети. Ниже перечислены наиболее известные сетевые технологии и их основные характеристики.

ARCnet

Логическая топология — шина.

Физическая топология — шина, звезда, смешанная.

Среда передачи сигнала — коаксиальный кабель (93 Ом), витая пара.

Скорость обмена информацией — 2,5 Мбит/сек.

Максимальная длина соединений — от 100 до 610 метров (в зависимости от типа соединителя).

Максимальное количество узлов в одной сети — 255.

Максимальный размер сети (суммарная длина соединений) — 6000 метров.

В настоящее время аппаратура для сетей ARCnet не выпускается.

100VG-AnyLAN

Логическая топология — дерево (разновидность звезды).

Физическая топология — дерево (разновидность звезды).

Среда передачи сигнала — витая пара (обязательно четырёхпарная).

Скорость обмена информацией — 100 Мбит/сек.

Максимальная длина соединений — от 100 до 200 метров (в зависимости от типа соединителя).

Максимальное количество узлов в одной сети — 1024.

Максимальный размер сети — 2000 метров.

Аппаратура для организации локальных вычислительных сетей по технологии 100VG-AnyLAN выпускается практически только фирмой Hewlett-Packard, стоимость её весьма высока поэтому данная технология не получила распространения, по крайней мере в нашей стране.

Token Ring

Логическая топология — кольцо.

Физическая топология — звезда.

Среда передачи сигнала — витая пара, волоконно-оптический кабель.

Скорость обмена информацией — 4; 16; 100 и (в настоящее время технология разрабатывается) 1000 Мбит/сек.

Максимальная длина соединений — от 100 до10000 метров (в зависимости от типа соединителя).

Максимальное количество узлов в одной сети — до 260 (в зависимости от типа соединителя).

Цена — высокая, что резко сужает область применения, по крайней мере, в нашей стране. В остальном мире технология Token Ring наряду с технологией Ethernet, является одной из наиболее распространённых.

FDDI

Логическая топология — кольцо.

Физическая топология — кольцо, звезда или их гибриды.

Среда передачи сигнала — волоконно-оптический кабель.

Скорость обмена информацией — 100 Мбит/сек.

Максимальная длина соединений — от 2 до 60 километров (в зависимости от типа волоконно-оптического кабеля).

Максимальное количество узлов в одной сети — 500.

Максимальная общая длина сети — до 200 км.

Цена — высокая. Несмотря на то, что технология FDDI разрабатывалась для локальных вычислительных сетей, ввиду дороговизны её область применения — сети городского масштаба и более крупные.

Ethernet

Вследствие широкого применения данной технологии при построении локальных вычислительных сетей в нашей стране и во всём мире, рассмотрим данную технологию подробнее.

Данная технология разработана доктором Робертом Меткалфом (сотрудником исследовательского центра PARC корпорации XEROX) в семидесятых годах прошлого века. В последующем эта спецификация была стандартизована в сотрудничестве фирмами DEC, Intel и Xerox в 1980 году. Затем в 1985 году Ethernet был стандартизован комитетом IEEE как стандарт IEEE 802.3, после чего получил мировое признание. В настоящее время существует несколько видов стандарта IEEE 802.3. Их обобщённое обозначение выглядит следующим образом <скорость><метод передачи сигнала><параметры сети>. Например: 100BaseTX, 100 — скорость передачи 100 Мбит/сек, Base — прямая передача сигнала без модуляции, TX — используемый кабель (витая пара).

В качестве параметров сети может указываться предельная длина кабельного сегмента, округлённая до сотен метров (если указана цифра), либо среда передачи (если указано буквенное сочетание).

Например: 10Base2 — 10 Мбит/сек, прямая передача сигнала без модуляции, максимальная длина кабельного сегмента примерно 200 метров (точно — 185).

Комбинация букв в параметрах сети, начинающаяся с Т указывает на использование витой пары, F или S указывает на использование волоконно-оптического кабеля.

В сетях Ethernet используется конкурентный метод доступа, абонент начинает передачу данных, если обнаруживает свободной линию, или откладывает передачу на некоторый промежуток времени, если линия занята другим абонентом. Распространение сигнала по проводникам требует определённого интервала времени (пусть и практически незаметного, по меркам человека) на то, чтобы сигнал от источника достиг приёмника. При возникновении ситуации, когда в момент передачи информации одним абонентом сети, другой (не успев услышать этой передачи и считая линию свободной) тоже начинает передавать информацию, происходит «столкновение» пакетов данных — коллизия. Первый абонент сети, обнаруживший коллизию оповещает об этом всю сеть. Все абоненты сети прекращают передачу, выжидают промежуток времени случайной продолжительности и возобновляют попытки передать данные. При этом важно, чтобы коллизия была зафиксирована до момента окончания передачи информации любым абонентом.

Для сетей Ethernet, построенных на витой паре актуальным является правило «четырёх хабов». Оно гласит — между любыми двумя абонентами сети должно быть не более четырёх хабов. При соблюдении этого правила, а также предельной длины соединительного кабеля возникшая коллизия обязательно будет зарегистрирована участниками процесса пересылки информации и корректно отработана.

Логическая топология — шина.

Физическая топология — шина, звезда.

Среда передачи сигнала — коаксиальный кабель, витая пара, волоконно-оптический кабель.

Скорость обмена информацией — 10; 100 и 1000 Мбит/сек.

Максимальная длина соединений — от 100 до 32000 метров (в зависимости от типа соединителя и скорости обмена).

Максимальное количество узлов в одной сети — 1024.

Цена — относительно умеренная (в рамках одного типа кабельных соединителей).

12. Адресация компьютеров в сети и основные сетевые протоколы

В любой физической конфигурации поддержка доступа от одного компьютера к другому выполняется специальной программой — сетевой операционной системой (ОС), которая по отношению к ОС отдельных компьютеров является главенствующей. Для современных высокоразвитых ОС персональных компьютеров характерно наличие встроенных сетевых возможностей (характерный пример, Windows XP).

В ЛВС данные передаются от одного компьютера к другому блоками, которые называют пакетами данных (дейтаграммами).

Процесс передачи данных по сети определяют шесть компонент:

• компьютер-источник;

[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/referat/sovremennyie-setevyie-tehnologii/

• блок протокола;
• передатчик;
• физическая кабельная сеть;
• приемник;
• компьютер-адресат.

Компьютер-источник может быть рабочей станцией, файл-сервером, шлюзом или любым компьютером, подключенным к сети. Блок протокола состоит из набора микросхем и программного драйвера для платы сетевого интерфейса. Блок протокола отвечает за логику передачи по сети. Передатчик посылает сигнал через физическую кабельную (или радио) сеть. Приемник распознает и принимает сигнал, передающийся по сети, и направляет его для преобразования в блок протокола.

Цикл передачи данных начинается с компьютера-источника, передающего исходные данные в блок протокола. Блок протокола организует данные в пакет передачи, содержащий соответствующий запрос к обслуживающим устройствам, информацию по обработке запроса (включая адрес получателя) и исходные данные для передачи. Пакет затем направляется в передатчик для преобразования в сигнал, передаваемый по сети. Пакет распространяется по сетевому кабелю пока не попадает в приемник, где перекодируется в данные. Здесь управление переходит к блоку протокола, который проверяет данные на сбойность, передает «квитанцию» о приеме пакета источнику, переформировывает пакеты и передает их в компьютер-адресат. В ходе процесса передачи блок протокола управляет логикой передачи по сети через схему доступа.

Каждая сетевая ОС использует определенную стратегию доступа от одного компьютера к другому.

Станция, передающая пакет данных, обычно указывает в его заголовке адрес назначения данных и свой собственный адрес. Пакеты могут передаваться между рабочими станциями без подтверждения — это тип связи на уровне дейтаграмм. Проверка правильности передачи пакетов в этом случае выполняется сетевой ОС, которая может сама посылать пакеты, подтверждающие правильную передачу данных. Важное преимущество дейтаграмм — возможность посылки пакетов сразу всем станциям в сети. Т.о. для успешной пересылки данных адресату необходимо знать (и правильно указать) его адрес или групповой адрес. В современных сетях используются три типа адресов: физические, числовые и символьные.

Каждый сетевой адаптер и некоторое другое сетевое оборудование (например, мосты и маршрутизаторы) имеет уникальный цифровой аппаратный адрес (называемый физическим), который и используется для адресации в локальной сети. Такой адрес получил название MAC-адрес (MAC — Media Access Control — управление доступом к среде).

MAC-адрес для сетей Ethernet имеет длину 6 байт. Структура MAC-адреса приведена далее.

Тип адреса задается его первым байтом:

00h — уникальный адрес;

01-хх-хх-хх-хх-хх — групповой адрес. Идентификатором группы являются байты 2-6;

02h — адрес, заданный вручную;

• FF-FF-FF-FF-FF-FF — широковещательный адрес.

Остальные байты задают адрес конкретного сетевого адаптера. Уникальность адресации адаптеров обеспечивается специальным соглашением, по которому каждому производителю аппаратуры выделяется свое значение (одно или несколько) кода (Manufactorer Id) — байты 2-3 (иногда к коду производителя относят и первый байт, имеющий нулевое значение).

Байты 4-6 заполняются изготовителем — на нем лежит ответственность за их уникальность (эта информация может рассматриваться как серийный номер платы).

Случаются и конфузы, когда незадачливые «подпольные» производители снабжают свои изделия одинаковыми адресами — больше одного такого устройства в одной локальной сети работать не будет. Ряд моделей адаптеров (в комплекте с драйверами) позволяет задавать МАС-адрес узла и произвольно, но в этом случае ответственность за уникальность адресации ложится на администратора. Признаком «ручного» задания адреса должна быть единица во втором справа разряде первого байта адреса (02-хх-хх-хх-хх-хх).

Использование числовых адресов связано с работой соответствующих протоколов. Рассмотрим числовую адресацию на примере протокола TCP/IP.

Одним из основных протоколов, обеспечивающих доставку информации от источника к адресату и «сборку» из отдельных фрагментов в единое целое является протокол TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol — протокол управления передачей/протокол Internet).

Фактически это два различных протокола тесно взаимодействующих между собой и органично дополняющих друг друга.

При работе в ЛВС источником данных является программа. Именно программа пытается передать данные другой программе, установленной на компьютере-приёмнике. В этом случае передаваемые данные «подхватывает» протокол TCP и подготавливает для передачи. В упрощенном виде подготовка заключается в разбивке данных на сегменты, к каждому из которых «дописывается» заголовок. В заголовке содержится присвоенный каждому сегменту порядковый номер, размер сегмента данных, контрольная сумма (для контроля правильности передачи информации) и ряд других параметров.

После протокола TCP в работу включается протокол IP. Он разбивает сегмент, сформированный протоколом TCP на дейтаграммы, оформленные в соответствии с требованиями той сетевой технологии (например, Ethernet) в рамках которой выполняется обмен данными. К каждой дейтаграмме протокол IP добавляет свой заголовок. В заголовке указывается идентификатор дейтаграммы, IP-адрес отправителя, IP-адрес получателя, контрольная сумма, длина дейтаграммы и ряд других параметров.

Протокол IP предоставляет возможность каждому абоненту сети (и не только локальной, но и глобальной) получить свой уникальный адрес. Механизм адресации протокола IP выглядит следующим образом. Длина IP-адреса 4 байта. Адрес состоит из префикса — номера сети или подсети (эта часть одинакова для всех компьютеров, входящих в одну сеть) и хост-части собственно адреса компьютера в составе сети. Если биты префикса обозначить n, а хост-часть h, то варианты адресов, сведенные в таблицу, выглядят следующим образом (табл. 2).

Таблица 2. Разбиение на классы IP-адресов

Класс адреса	IP-адрес	Число сетей	Число узлов в сети
	1 байт	2 байт	3 байт	4 байт
А	0nnnnnnn	hhhhhhhh	hhhhhhhh	hhhhhhhh	126	16 777 214
В	10nnnnnn	nnnnnnnn	hhhhhhhh	hhhhhhhh	16 384	65 534
С	110nnnnn	nnnnnnnn	nnnnnnnn	hhhhhhhh	2 097 152	254
D	1110nnnn	nnnnnnnn	nnnnnnnn	nnnnnnnn	Используются в служебных целях
Е	11110nnn	nnnnnnnn	nnnnnnnn	nnnnnnnn

Используются в работе адреса классов А, В, и С, классы D и E являются служебными.

В настоящее время распространена форма задания префикса в виде маски сети. Маска представляет собой 32-битное число, которое формируется подобно IP-адресу, у которого старшие биты, в IP-адресе указывающие номер сети, имеют единичное значение, младшие (в IP-адресе указывающие номер компьютера) — нулевые. Слева от ненулевого байта маски могут быть только значения 255 (все единицы в двоичном представлении числа), правее байта, значение которого меньше 255, — только нули.

Деление на сети носит административный характер — адреса сетей, входящих в глобальную сеть Интернет, распределяются централизованно организацией Internet NIC (Internet Network Information Center).

Деление сетей на подсети может осуществляться владельцем адреса сети произвольно. При использовании масок техническая грань между сетями и подсетями практически стирается. Для частных сетей, не связанных маршрутизаторами с глобальной сетью, выделены специальные адреса сетей:

Класс А: 10.0.0.0 (1 сеть).

Класс В: 172.16.0.0-172.31.0.0 (16 сетей).

Класс С: 192.168.0.0-192.168.255.0 (256 сетей).

В большинстве ЛВС используются адреса класса С. Чаще всего это адрес 192.168.0.0. Используемая маска определяет количество компьютеров в сети. В табл. 3 показана взаимосвязь маски сети и максимально возможного количества узлов в сети класса С для соответствующей маски.

Адреса, в которых хост часть имеет нулевое значение (т.е. в двоичном представлении все нули) и максимальное значение (т.е. в двоичном представлении все единицы) не могут назначаться узлам сети, т.к. используются в служебных целях.

Таблица 3. Длина маски и количество узлов сети

Маска	Количество узлов (компьютеров) в сети
255.255.255.255	—
255.255.255.254	—
255.255.255.252	2
255.255.255.248	6
255.255.255.240	14
255.255.255.224	30
255.255.255.192	62
255.255.255.128	126
255.255.255.0	254

В этом случае при использовании маски 255.255.255.0 в сети может быть до 254 узлов (компьютеров, маршрутизаторов, сетевых принтеров и т.д.), что для большинства организаций вполне достаточно.

При посылке IP-дейтаграммы узел сравнивает (логическая операция «исключающее ИЛИ») IP-адрес назначения со своим IP-адресом и на результат накладывает (логическое «И») маску подсети. Ненулевое значение результата этой операции указывает на необходимость передачи пакета маршрутизатору. Нулевой результат означает, что адресат принадлежит к той же сети, что и источник информации и IP-дейтаграмма отправляется по физическому адресу узла.

IP-адреса и маски назначаются узлам при их конфигурировании вручную (системным администратором) или автоматически. Для автоматического распределения IP-адресов чаще всего используют DHCP-сервер. Ручное назначение адресов требует внимания — неправильное назначение адресов и масок приводит к невозможности связи по IP. С точки зрения защиты от несанкционированного доступа ручное назначение адресов имеет свои преимущества.

DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) — протокол, обеспечивающий автоматическое динамическое назначение IP-адресов и масок подсетей для узлов-клиентов DHCP-сервера. Адреса вновь подключающимся к сети узлам назначаются автоматически из области адресов (пула), выделенных DHCP-серверу, По окончании работы узла его адрес возвращается в пул и в дальнейшем может назначаться для другого узла. Применение DHCP облегчает работу с IP-адресами для узлов и может снимать проблему дефицита IP-адресов (не все клиенты одновременно работают в сети).

Символьные адреса или имена легче запоминаются людьми, потому что обычно несут функциональную (смысловую) нагрузку. В символьных именах крайне нежелательно использовать символы, не входящие в группу символов латиницы для английского языка. Для локальных сетей символьное имя может иметь краткую форму. Например: A502c11, что может означать — «аудитория 502 компьютер №11». Для работы в крупных сетях символьное имя обычно имеет сложную иерархическую структуру, например www.mustek.com. Крайний справа элемент «com» — имя домена верхнего уровня, которое известно во всей глобальной сети Интернет. В качестве домена может выступать ЛВС либо ГВС, состоящая из многих ЛВС. Имя домена верхнего уровня определяется по территориальному (ru — Россия, su — бывший СССР, usa — США, uk — Англия и т.п.) или организационному (com — коммерческая организация, org — некоммерческая организация, edu — образовательная, gov — государственная США и т.п.) принципу. Имя домена верхнего уровня регистрируется в организации Internet NIC (http://www.intemic.net).

Каждый домен верхнего уровня может содержать произвольное число узлов и дочерних доменов, каждый из узлов и доменов имеет свое символическое имя, присоединяемое слева через точку к имени родительского домена.

Проблема установления соответствия между символьными и числовыми составными адресами решается специальной службой разрешения имен в сети. Наиболее известной из таких служб является служба Domain Name System (DNS), которая работает за счет хранения на выделенных для этой цели компьютерах в сети таблиц соответствия друг другу символьных и числовых номеров, используемых для перевода адресов из одного представления в другое.

В современных сетях для адресации узлов применяются, как правило, одновременно все три схемы. Пользователи адресуются к компьютерам символьными именами, которые автоматически заменяются в передаваемых по сети сообщениях на составные числовые адреса. После доставки сообщения в сеть назначения вместо числового адреса может использоваться аппаратный адрес компьютера в сети.

Другим примером протокола передачи данных является протокол IPX (от слов «Internetwork Packet Exchange», что означает «межсетевой обмен пакетами») используется в сетевом программном обеспечении фирмы «Novell» и является реализацией дейтаграмм. Другой пример — разработанный фирмой IBM протокол NETBIOS, также получивший большую известность, тоже работает на уровне дейтаграмм.

13. Сетевые средства операционных систем MS Windows

Ресурсы локальной сети — это все, чем располагают объединенные в сеть компьютеры. Сетевые ресурсы можно разделить на три группы:

• аппаратные ресурсы — это, в первую очередь, периферийные устройства компьютеров (принтеры, дисководы разных видов и др.);

• информационные ресурсы — логические диски, папки, файлы, документы;

• программные ресурсы — установленные на компьютерах программы.

В небольших локальных сетях все компьютеры могут быть равноправными по своим сетевым функциям. Пользователи вправе решать самостоятельно, какие ресурсы своего компьютера сделать общедоступными по сети. В свою очередь, с каждого сетевого компьютера пользователь может получить доступ к общим ресурсам других компьютеров. Такие сети называются одноранговыми.

Однако в крупных сетях с большим числом компьютеров оказывается целесообразным выделять один (или несколько) мощных компьютеров для обслуживания потребностей сети (хранение и передачу данных, печать на сетевом принтере).

Такие выделенные компьютеры называют серверами. В качестве сервера обычно используется высокопроизводительный компьютер с большим ОЗУ и винчестером большой емкости. Все остальные компьютеры называются клиентами или рабочими станциями.

Сети с выделенным сервером называют иерархическими, двухранговыми или функционально несимметричными, хотя чаще можно встретить указание «сеть типа клиент-сервер». Работа таких сетей строится на основе четкого разделения функций клиентов и серверов, что реализуется через разное программное обеспечение, устанавливаемое на соответствующих компьютерах.

Функции клиента:

• предоставление пользователям интерфейса для формулировки запросов на сетевые ресурсы;
• отправка запросов серверу;
• получение ответов от сервера, их интерпретация и представление пользователю в доступной форме.

Функции сервера:

• получение от клиентов запросов на сетевые ресурсы;
• выяснение полномочий клиента на выполнение определенного запроса;

выполнение полномочных запросов клиентов:

передача клиентам результатов выполненных запросов.

И на сервере, и на клиенте должна быть установлена сетевая ОС. Операционные системы на клиенте и сервере могут быть разными (к примеру, на сервере — Windows NT, а на клиенте — Windows 95).

Могут быть отличающимися по функциям модификации одной операционной системы (например, Windows 2003 Server и Windows XP Professional).

Кроме того, на сервере устанавливаются специальные серверные программы для выполнения специфических функции: например, proxy-сервер для коллективного доступа в Интернет, или программа — почтовый сервер для хранения электронных почтовых ящиков клиентов. А на компьютерах-клиентах устанавливаются соответствующие клиентские программы: браузер MS Internet Explorer для выхода в Интернет или программа MS Outlook Express для работы с электронной почтой.

К основным функциям сетевых ОС относят управление каталогами и файлами; управление ресурсами; коммуникационные функции; защиту от несанкционированного доступа; обеспечение отказоустойчивости; управление сетью.