Функциональные элементы компьютерных сетей

Все устройства, подключаемые к сети, можно разделить на следующие функциональные группы с точки зрения их отношения к ресурсам сети:

Это специально выделенный высокопроизводительный компьютер, управляющий работой сети и/или предоставляющий другим компьютерам сети свои ресурсы (программное обес- печение, сервисы, файлы, устройства) и отвечающий на запросы клиентов. Различают:

- Файловые серверы (file server) – компьютеры с большой емкостью памяти, предна- значенные для хранения данных пользователей сети и обеспечения доступа к ним;

- Серверы баз данных (database server) – компьютеры со специальным программным обеспечением (СУБД), предназначенные для хранения и обработки огромных мас- сивов данных;

- Сервер прикладных программ (application server) - обеспечивает выполнение при- кладных программ для пользователей, работающих на своих рабочих станциях;

- Сервер резервного копирования данных (backup server) - обеспечивает создание, хранение и восстановление копий данных, расположенных на файловых серверах и рабочих станциях;

- Серверы печати (print server) – компьютеры со специальным программным обес- печением, предназначенные для организации процесса печати);и др.

Надо заметить, что все перечисленные типы серверов могут функционировать на одном выделенном для этих целей компьютере.

Это компьютер рядового пользователя сети, получающий доступ к ресурсам сервера (сер- веров). Каждая рабочая станция обрабатывает свои локальные файлы и использует свою операционную систему.

Устройство не предназначено для работы в автономном режиме (не имеет процессора для обработки команд), но выполняет операции по вводу команд пользователя, их передаче другому компьютеру и выдаче готового результата.

Технические средства компьютерных сетей включают в себя различные функциональные группы оборудования:

· средства линий передачи данных (кабель "витая пара", оптоволоконный и пр.) - реализуют собственно перенос сигнала;

· средства соединения линий передачи с сетевым оборудованием узлов (сетевые платы) - реализуют ввод-вывод данных с оконечного оборудования в сеть;

· средства увеличения дистанции передачи данных – репитеры (или повторители, repeater), модемы и пр. - осуществляют усиление сигналов или преобразования в форму, удобную для дальнейшей передачи;

· средства повышения емкости линий передачи (мультиплексирования) - позволяют реализовывать несколько логических каналов в рамках одного физического соеди- нения путем разделения частот передачи, чередования пакетов во времени и т.д.;

· средства управления информационными потоками в сети (коммутации каналов, коммутации пакетов, разветвления линий передачи) - осуществляют адресацию сообщений. Например, концентраторы3 (hub), коммутаторы4 (switch), мосты5 (bridge), маршрутизаторы6 (router), шлюзы (gateway).

 

Среда для передачи данных

Физическое устройство сети определяется в первую очередь средой, которая будет ис- пользована для передачи данных.

В качестве среды для передачи данных может быть использована любая среда, по которой происходит распространение электрического сигнала или электромагнитных волн. Выделяют проводные и беспроводные технологии для передачи данных.

§ «Витая пара» (twisted pair). Витая пара состоит из двух изолированных медных про- водов, свитых друг с другом, представляет собой один канал связи, несколько витых пар объединяются в кабель, обернутый в плотную защитную оболочку. Скручивание снижает перекрестные помехи от соседних проводов пары. Используется в телефонных сетях и для сетей внутри зданий. Подвержена помехам, поэтому чаще в сетях применя- ется экранирование с использованием металлической оплетки или оболочки (STP, Shield- ed Twisted Pair), для телефонных линий — неэкранированная (UTP, Unshielded Twisted Pair), рис. 1. Кабель "витая пара" позволяет передавать информацию со скоростью до 100 Мбит/с, легко наращивается, однако отличается слабой устойчивостью к помехам. Длина кабеля не может превышать 1000 м при скорости передачи 10 Мбит/с. Возника- ют серьезные ограничения на количество станций в сети на витой паре и на ее длину: максимальное расстояние между узлами составляет 100 м. Но самый распространенный тип кабеля для создания компьютерных сетей.

    

 

Рис. 1. Неэкранированная витая пара и экраннированная витая пара

 

§ Коаксиальный кабель (coaxial cable). Подобно витой пары состоит из двух проводни- ков, но отличается по конструкции, может работать в более широком диапазоне частот. Коаксиальный кабель состоит из пустотелого внешнего цилиндрического проводника, внутри которого расположен внутренний провод (рис. 2). Внутренний проводник нахо- дится в изоляторе, внешний покрывается оболочкой или экраном. Диаметр от 1 до 2,5 см. Может использоваться для передачи данных на большие расстояния, в частности для передачи телесигналов, международной телефонии, компьютерных сетей. Разли- чают:

- тонкий (thin) коаксиальный кабель — скорость до 10 Мбит/сек на расстояние до 185 м.

- толстый (thick) коаксиальный кабель — скорость до 10 Мбис/сек на расстояние до 500 м.

 

 

 

Рис. 2. Коаксиальный кабель

 

Коаксиальный кабель имеет среднюю цену, хорошо помехозащищен и применяется для связи на относительно большие расстояния (несколько км). В настоящее время коакси- альный кабель не применяется как основная транспортная среда локальных сетей. Ко- аксиальные кабели используются для построения магистральных линий в компьютер- ных сетях, а также там, где требуется высокий уровень защиты от радиоэлектронных помех.

 

§ Оптоволокно (fiber optic cable, FOC). Оптическим волокном называют тонкую среду (от 2 до 125 мкм в диаметре), способную передавать световой луч. Для изготовления оптического волокна используют разного рода стекла и пластмассы. Наименьшие поте- ри достигаются в волокне из сверхчистого плавленого кварца. Состоит из трех концен- трических секций, две внутренние изготовлены из стекла с различными показателями преломления, сверху светопоглощающая оболочка. Волокна собирают в оптические ка- бели (рис. 3). Имеет большую пропускную способность, меньшее затухание, электро- магнитную изоляцию. Скорость до 10 Гбит/сек, длина сегмента до 40 000 м, рабочая длина волны в диапазоне от 850 до 1300 нм. К недостаткам можно отнести высокую стоимость кабеля, сложный монтаж, необходимость использования дополнительных трансиверов, преобразующих световые сигналы в электрические и обратно.

Рис. 3. Волоконно-оптический кабель

 

Недостатки проводного соединения:

- возникают проблемы при прокладке кабеля в труднодоступных местах;

- кабельное хозяйство требует обслуживания.

 

Беспроводные технологии служат для передачи информации на расстояние между двумя и более точками, не требуя связи их проводами. Носителем информации при этом являются электромагнитные волны, которые распространяются в атмосфере или в вакууме. Для пе- редачи информации может использоваться инфракрасное излучение, радиоволны, оптиче- ское или лазерное излучение с различными диапазонами частот.

 

В настоящее время существует множество беспроводных технологий. Наиболее из- вестны технологии по их маркетинговым названиям, таким как Wi-Fi, WiMAX, Bluetooth. Каждая технология обладает определёнными характеристиками, которые определяют её область применения:

- Wi-Fi (Wireless Fidelity, беспроводная точность) — технология обеспечивающая подключение мобильных пользователей к Интернету. Объединяет несколько стан- дартов на основе спецификации IEEE 802.11 (a, b, g). В пределах Wi-Fi зоны в сеть Интернет могут выходить несколько пользователей с компьютеров, ноутбуков, те- лефонов и т. д., но характеризуется невысокой дальностью передачи данных. Из- лучение от Wi-Fi устройств в момент передачи данных на порядок (в 10 раз) мень- ше, чем у сотового телефона.

       

 

 

- WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) — это коммерческое название стандарта беспроводной связи 802.16, принятого в январе 2003 года и поддержанного промышленной группой. Технология разработана с целью предо- ставления универсальной беспроводной связи на

больших расстояниях для широкого спектра устройств (от рабочих станций и портативных ком- пьютеров до мобильных телефонов). Максимальное расстояние между устройствами может достигать 50 км. К тому же между источником и приемником

может отсутствовать прямая видимость. Мощность сигнала и большая устойчи- вость к отражениям позволяют WiMAX работать даже там, где Wi-Fi бессилен.

 

- Bluetooth (от слов англ. blue  синий и tooth  зуб)  производственная спецификация беспровод- ных персональных сетей (Wireless personal area network, WPAN). Создан в Швеции, 1994 г. Bluetooth обеспечивает обмен информацией между такими устройствами, как персональные компью- теры (настольные, карманные, ноутбуки), мобиль- ные телефоны, принтеры, цифровые фотоаппараты,

мышки, клавиатуры, джойстики, наушники, гарнитуры на надёжной, бесплатной, повсеместно доступной радиочастоте для ближней связи. Bluetooth позволяет этим устройствам сообщаться, когда они находятся в радиусе до 10 м друг от друга (дальность сильно зависит от преград и помех), даже в разных помещениях.

 

Преимущества беспроводных технологий:

- возможность создания в труднодоступных местах;

- не требуют поддержки и обслуживания.

 

Недостатки беспроводных технологий:

- не являются помехоустойчивыми;

-
менее защищены от прослушивания, чем проводные сети

 

Подключение компьютеров к передающей среде осуществляется с помощью интер- фейсных плат – сетевых адаптеров (сетевая карта). Для передачи информации из ЭВМ в коммуникационную среду необходимо согласовать на физическом и кодовом уровнях сигналы внутреннего интерфейса ЭВМ с сигналами, передаваемыми по каналам связи.

 

 

Рис. 4. Сетевой адаптер с разъемом RJ-45

 

 

Для передачи цифровой информации по каналу связи необходимо преобразовать ее в аналоговые сигналы (модуляция данных), а при приеме информации из канала связи вы- полнить обратное действие – преобразовать ее в поток битов (демодуляция данных). Для этого используется модем – специальное устройство, выполняющее модуляцию и демо- дуляцию информационных сигналов ЭВМ при их передаче в канал связи и их приеме из канала связи.