Так зачем же нужна лвс в жилом доме.

Введение

 

Локальная вычислительная сеть предоставляет следующие возможности:

· Обмен информацией между членами сети: документами, фильмами, играми, музыкой, программами и т.д.

Скорость современных сетевых адаптеров позволяет совершенно свободно смотреть фильмы и слушать музыку с удалённого компьютера, даже не переписывая их себе на жесткий диск, а если это вдруг потребуется, то гигабайт данных можно переписать всего за 5-15 минут, в зависимости от скорости сети. Фактически, все компьютеры вашей сети объединяются в единую систему, что позволяет на порядок повысить интенсивность обмена информацией, к тому же очень удобно иметь постоянное соединение при совместной работе над каким-либо проектом (разработка web-сайтов, видеороликов, программного обеспечения и т.д.).

· Возможность совместно использовать такое оборудование как принтеры, CD-RW/DVD/DVD-RW.

Единственное ограничение - согласие владельца устройства на его использование, кроме того, вам все равно придется зайти за отпечатанными листами/дисками. Если все компьютеры находятся в пределах одного помещения, то все намного проще.

· Совместное использование и оплата канала доступа в интернет

Когда канал доступа в интернет достаточно широк - выделенная линия или ADSL, то даже при одновременном доступе большого количества пользователей ощутимого падения скорости не произойдет. При этом ваш телефон будет совершенно свободен, а для тех, у кого нет телефона, это вообще практически единственная возможность получить доступ в Сеть. Даже если у вас нет ресурсов на покупку выделенного канала, можно совместно использовать модемы. (См. Виды доступа в Интернет, Общий доступ в Интернет)

· Совершенно новый уровень общения (Голосовая связь, видео и чат)

Это скорее не достоинство, а само собой вытекающее следствие из прокладки сети, ведь членам сети нужно как-то общаться между собой, а для этого есть множество программ. Использование, микрофонов и дешевых Web-камер позволяет легко осуществлять видеосвязь друг с другом. (См. Общение в локальной сети)

· Мультиплатформиность

C помощью ЛВС можно объединять компьютеры разных видов (Например: PC и Macintosh) и с любыми операционными системами поддерживающими протокол TCP/IP. (Разные версии Windows, Linux, и.т.д.).

· Распределенные вычисления

Если вы работаете в 3DMax, Maya или любой другой подобной программе, вы сможете использовать сетевой рендерениг (когда над сценой работают все машины, объединенные в сеть) и во много раз ускорить скорость обработки кадров, особенно это важно при работе с рендеренными видеороликами высокого качества. Работа, ранее занимавшая несколько дней, будет выполняться за часы. Пожалуйста, обратитесь к документации вашего 3D программного пакета за дополнительными деталями относительно настройки программного обеспечения для сетевого рендеринга

· Сетевые службы

Создание системы терминалов, установка Windows по локальной сети, удаленное администрирование систем и многое другое.

· Многопользовательские игры по локальной сети.

Практически все современные игры поддерживают тот или иной режим мультиплеер. Играть с другими людьми здорово, это даёт совершенно иные впечатления, появляется азарт, совершенно не присущий одиночной игре. Локальная сеть идеально подходит для разворачивания мультиплеер-баталий. Скорость связи несоизмеримо выше модемной и даже DSL, телефон всегда свободен, участвовать могут все члены сети, игра бесплатна. К тому же, если ваша ЛВС подключена к высокоскоростному каналу доступа в Интернет, никто не мешает вам поискать противников и во всемирной паутине, или даже сразиться целой командой, например с пользователями другой подобной сети.

 

Так зачем же нужна ЛВС в жилом доме?

Компьютер в доме уже давно закончил быть экзотикой. С ним вышло то же, что и с видеомагнитофонами, импортными телевизорами, микроволновыми печами и другими электронными “чудесами”, которые были предметами роскоши каких-нибудь семь-восемь лет назад – ПК стал ширпотребом. И вполне логично, что в жилом доме, где хотя бы у трети жильцов есть компьютеры, организуется локальная сеть. Как можно употреблять такую мини - ЛВС? Ну, к примеру, для игр. Представьте, как увлекательнее станет «Command and Conquer» либо хотя бы древняя хорошая «Dune 2», если заместо глуповатого «искусственного интеллекта», не ведающего, что творится под носом, против вас будет играться живой человек. Либо, если за место, прямо скажем, туповатых монстров «Quake» и «Doom», выступит команда игроков-людей. Если же вам не нравятся ни «стрелялки», ни стратегии, то можете испытать пройтись в компании друзей по загадочным подземельям «Diablo». Не удивительно, что многие создатели предугадывают возможность игры по локальной сети – поверьте, после сетевых схваток все ваши прежние забавы покажутся детским лепетом! Но не считая игр, очевидно, домашнюю сеть можно употреблять и для более серьезных дел. В частности, возникает возможность полноценно употреблять ресурсы подключенных к ней компьютеров.

Допустим, вам под зарез нужна новая версия какой-то программы, а диск с ней есть у вашего приятеля, компьютер которого подключен к сети. Для установки программы на ваш твердый диск будет нужно всего только позвонить ему по телефону (либо послать электронное письмо) и попросить сделать его дисковод легкодоступным для вас. Сейчас вы сможете употреблять его CD-ROM так, как будто он установлен на вашей машине. Подключив же к сети ПК с объемистым твердым диском, вы можете сделать его файловым сервером и/либо маршрутизатором для подключения локальной сета к Internet. Файловый сервер даст возможность всем, кто подключен к ЛВС, получить доступ к хранилищам данных. Маршрутизатор, «разводящий» Internet по компьютерам жильцов, дозволит в складчину приобрести доступ к Сети по телефонной полосы, а при довольно большом количестве юзеров – приобрести для этого выделенный канал. Более того, если в вашем доме вправду много компьютеров, а вы располагаете начальным капиталом, можно попытаться заняться провайдерским делом. Кто же откажется платить $20 –30 в месяц за доступ к Internet по выделенной полосе?

 

Глава I. Теоретические основы построения сетей

Топологии локальных сетей

Все компьютеры в локальной сети соединены линиями связи. Геометрическое расположение линий связи относительно узлов сети и физическое подключение узлов к сети называется физической топологией. В зависимости от топологии различают сети: шинной, кольцевой, звездной, иерархической и произвольной структуры.

Различают физическую и логическую топологию. Логическая и физическая топологии сети независимы друг от друга. Физическая топология - это геометрия построения сети, а логическая топология определяет направления потоков данных между узлами сети и способы передачи данных.

В настоящее время в локальных сетях используются следующие физические топологии:

· физическая "шина" (bus);

· физическая “звезда” (star);

· физическое “кольцо” (ring);

· физическая "звезда" и логическое "кольцо" (Token Ring).

Шинная топология

Сети с шинной топологией (рисунок 1) используют линейный моноканал (коаксиальный кабель) передачи данных, на концах которого устанавливаются оконечные сопротивления (терминаторы). Каждый компьютер подключается к коаксиальному кабелю с помощью Т-разъема (Т - коннектор). Данные от передающего узла сети передаются по шине в обе стороны, отражаясь от оконечных терминаторов. Терминаторы предотвращают отражение сигналов, т.е. используются для гашения сигналов, которые достигают концов канала передачи данных. Таким образом, информация поступает на все узлы, но принимается только тем узлом, которому она предназначается. В топологии логическая шина среда передачи данных используются совместно и одновременно всеми ПК сети, а сигналы от ПК распространяются одновременно во все направления по среде передачи. Так как передача сигналов в топологии физическая шина является широковещательной, т.е. сигналы распространяются одновременно во все направления, то логическая топология данной локальной сети является логической шиной.

Рисунок 1 - Шинная топология

 

Данная топология применяется в локальных сетях с архитектурой Ethernet (классы 10Base-5 и 10Base-2 для толстого и тонкого коаксиального кабеля соответственно).

Преимущества сетей шинной топологии:

· отказ одного из узлов не влияет на работу сети в целом;

· сеть легко настраивать и конфигурировать;

· сеть устойчива к неисправностям отдельных узлов.

Недостатки сетей шинной топологии:

· разрыв кабеля может повлиять на работу всей сети;

· ограниченная длина кабеля и количество рабочих станций;

· трудно определить дефекты соединений

Топология типа «Звезда»

В сети построенной по топологии типа « Звезда » (рисунок 2)каждая рабочая станция подсоединяется кабелем (витой парой) к концентратору или хабу (hub). Концентратор обеспечивает параллельное соединение ПК и, таким образом, все компьютеры, подключенные к сети, могут общаться друг с другом.

Рисунок 2 - Топология типа «Звезда»

Данные от передающей станции сети передаются через хаб по всем линиям связи всем ПК. Информация поступает на все рабочие станции, но принимается только теми станциями, которым она предназначается. Так как передача сигналов в топологии физическая звезда является широковещательной, т.е. сигналы от ПК распространяются одновременно во все направления, то логическая топология данной локальной сети является логической шиной. Данная топология применяется в локальных сетях с архитектурой 10Base-T Ethernet.

 

Преимущества сетей топологии звезда:

· легко подключить новый ПК;

· имеется возможность централизованного управления;

· сеть устойчива к неисправностям отдельных ПК и к разрывам соединения отдельных ПК.

Недостатки сетей топологии звезда:

· отказ хаба влияет на работу всей сети;

· большой расход кабеля;

Топология «Кольцо»

В сети с топологией кольцо (рисунок 3) все узлы соединены каналами связи в неразрывное кольцо (необязательно окружность), по которому передаются данные. Выход одного ПК соединяется со входом другого ПК. Начав движение из одной точки, данные, в конечном счете, попадают на его начало. Данные в кольце всегда движутся в одном и том же направлении.

 

Рисунок 3 - Топология типа «Кольцо»

 

Принимающая рабочая станция распознает и получает только адресованное ей сообщение. В сети с топологией типа физическое кольцо используется маркерный доступ, который предоставляет станции право на использование кольца в определенном порядке. Логическая топология данной сети - логическое кольцо.

Данную сеть очень легко создавать и настраивать. К основному недостатку сетей топологии кольцо является то, что повреждение линии связи в одном месте или отказ ПК приводит к неработоспособности всей сети.

Как правило, в чистом виде топология “кольцо” не применяется из-за своей ненадёжности, поэтому на практике применяются различные модификации кольцевой топологии.

Топология Token Ring

Эта топология основана на топологии "физическое кольцо с подключением типа звезда". В данной топологии (Рисунок 4) все рабочие станции подключаются к центральному концентратору (Token Ring) как в топологии физическая звезда. Центральный концентратор - это интеллектуальное устройство, которое с помощью перемычек обеспечивает последовательное соединение выхода одной станции со входом другой станции.

Другими словами с помощью концентратора каждая станция соединяется только с двумя другими станциями (предыдущей и последующей станциями). Таким образом, рабочие станции связаны петлей кабеля, по которой пакеты данных передаются от одной станции к другой и каждая станция ретранслирует эти посланные пакеты. В каждой рабочей станции имеется для этого приемо-передающее устройство, которое позволяет управлять прохождением данных в сети. Физически такая сеть построена по типу топологии «звезда».

Концентратор создаёт первичное (основное) и резервное кольца. Если в основном кольце произойдёт обрыв, то его можно обойти, воспользовавшись резервным кольцом, так как используется четырёхжильный кабель. Отказ станции или обрыв линии связи рабочей станции не влечет за собой отказ сети как в топологии кольцо, потому что концентратор отключает неисправную станцию и замкнет кольцо передачи данных.

Рисунок 4 - Топология типа «Token Ring»

 

В архитектуре Token Ring маркер передаётся от узла к узлу по логическому кольцу, созданному центральным концентратором. Такая маркерная передача осуществляется в фиксированном направлении (направление движения маркера и пакетов данных представлено на рисунке стрелками синего цвета). Станция, обладающая маркером, может отправить данные другой станции.

Для передачи данных рабочие станции должны сначала дождаться прихода свободного маркера. В маркере содержится адрес станции, пославшей этот маркер, а также адрес той станции, которой он предназначается. После этого отправитель передает маркер следующей в сети станции для того, чтобы и та могла отправить свои данные.

Один из узлов сети (обычно для этого используется файл-сервер) создаёт маркер, который отправляется в кольцо сети. Такой узел выступает в качестве активного монитора, который следит за тем, чтобы маркер не был утерян или разрушен.

 

Преимущества сетей топологии Token Ring:

· топология обеспечивает равный доступ ко всем рабочим станциям;

· высокая надежность, так как сеть устойчива к неисправностям отдельных станций и к разрывам соединения отдельных станций.

Недостатки сетей топологии Token Ring:

· большой расход кабеля и соответственно дорогостоящая разводка линий связи.

 

Сетевое оборудование

Сетевое оборудование – устройства, необходимые для работы компьютерной сети.

Сетевое оборудование делится на:

1. Основное: сервер, модем, витая пара, коаксиальный кабель, оптоволоконный кабель и сетевой адаптер.

2. Коммуникационное:

· Физический уровень: повторитель и концентратор;

· Канальный уровень: мост и коммутатор;

· Сетевой: маршрутизатор и шлюз.

3. Вспомогательное: соединители, конекторы, терминатор, трансивер и обжимной инструмент.

Сервер

Сервером (рисунок 5) называется компьютер, выделенный из группы персональных компьютеров (или рабочих станций) для выполнения какой-либо сервисной задачи без непосредственного участия человека. Сервер и рабочая станция могут иметь одинаковую аппаратную конфигурацию, так как различаются лишь по участию в своей работе человека за консолью.

Некоторые сервисные задачи могут выполняться на рабочей станции параллельно с работой пользователя. Такую рабочую станцию условно называют невыделенным сервером.

Консоль (обычно –монитор/клавиатура/мышь) и участие человека необходимы серверам только на стадии первичной настройки, при аппаратно-техническом обслуживании и управлении в нештатных ситуациях (штатно, большинство серверов управляются удаленно). Для нештатных ситуаций серверы обычно обеспечиваются одним консольным комплектом на группу серверов (с коммутатором, например KVM-переключателем, или без такового).

В результате специализации серверное решение может получить консоль в упрощенном виде (например, коммуникационный порт), или потерять ее вовсе (в этом случае первичная настройка и нештатное управление могут выполняться только через сеть, а сетевые настройки могут быть сброшены в состояние по умолчанию).

Рисунок 5 - «Сервер»

 

Надёжность серверов

Серверное оборудование зачастую предназначено для обеспечения работы сервисов в режиме 24/7, поэтому комплектуется надежными элементами, позволяющими обеспечить «пять девяток» (99,999 %; время недоступности сервера или простой системы составляет менее 6 минут в год). Для этого конструкторами при создании серверов создаются специальные решения, отличные от создания обычных компьютеров:

· память обеспечивает повышенную устойчивость к сбоям. Например для i386-совместимых серверов, модули оперативной памяти и КЭШа имеет усиленную технологию коррекции ошибок (англ. Error Checking and Correction, ECC). На некоторых других платформах, например SPARC (Sun Microsystems), коррекцию ошибок имеет вся память. Для собственных мэйнфреймов IBM разработала специальную технологию Chipkill™.

· Повышение надёжности сервера достигается резервированием, в том числе с горячими подключением и заменой (англ. Hot-swap) критически важных компонентов:

· при необходимости вводится дублирование процессоров (например, это важно для непрерывности выполнения сервером задачи долговременного расчёта – в случае отказа одного процессора вычисления не обрываются, а продолжаются, пусть и на меньшей скорости)

· жёстких дисков в составе массива RAID и самих контроллеров дисков,

· групп вентиляторов, обеспечивающих охлаждение компонентов сервера.

· В функции аппаратного мониторинга вводят дополнительные каналы для контроля большего количества параметров сервера: датчики температуры контролируют температурные режимы всех процессоров, модулей памяти, температуру в отсеках с установленными жёсткими дисками; электронные счётчики импульсов встроенные в вентиляторы выполняют функции тахометров и позволяют, в зависимости от температуры, регулировать скорость их вращения; постоянный контроль напряжения питания компонентов сервера позволяет сигнализировать об эффективности работы блоков питания; сторожевой таймер не позволяет остаться незамеченным зависанию системы, автоматически производя принудительную перезагрузку сервера.

 

Модем

Модем (рисунок 6) - устройство, применяющееся в системах связи для физического сопряжения информационного сигнала со средой его распространения, где он не может существовать без адаптации (то есть переносе его на несущую с модуляцией), и выполняющее функцию модуляции и демодуляции этого сигнала (чаще всего в речевом диапазоне).

Модулятор в модеме осуществляет модуляцию несущего сигнала, то есть изменяет его характеристики в соответствии с изменениями входного информационного сигнала, демодулятор - осуществляет обратный процесс. Модем выполняет функцию оконечного оборудования линии связи. Само формирование данных для передачи и обработки принимаемых данных осуществляет т. н. терминальное оборудование (в его роли может выступать и персональный компьютер).

Модемы широко применяются для связи компьютеров (одно из их периферийных устройств), позволяющее одному из них связываться с другим (также оборудованным модемом) через телефонную сеть (телефонный модем) или кабельную сеть (кабельный модем). Также модемы ранее применялись в сотовых телефонах (пока не были вытеснены цифровыми способами передачи данных).

Рисунок 6 - «Модем»

Типы компьютерных модемов

· внешние – подключаются через COM или LPT^[1], USB порт или стандартный разъем в сетевой карте RJ-45, обычно имеют отдельный блок питания (существуют и USB-модемы с питанием от шины USB).

· внутренние – дополнительно устанавливаются внутрь аппарата (в слот ISA, PCI, PCI-E, PCMCIA, AMR, CNR)

· встроенные – являются частью аппарата, куда встроены (например ноутбука или док-станции).

По принципу работы:

· аппаратные – все операции преобразования сигнала, поддержка физических протоколов обмена, производятся встроенным в модем вычислителем (например с использованием DSP, контроллера). Так же в аппаратном модеме присутствует ПЗУ, в котором записана микропрограмма, управляющая модемом.

· программные (софт-модемы, Host based soft-modem) – все операции по кодированию сигнала, проверке на ошибки и управление протоколами реализованы программно и производятся центральным процессором компьютера. В модеме находится только входные аналоговые цепи и преобразователи (ЦАП и АЦП), также контроллер интерфейса (например USB).

· полупрограммные (Controller based soft-modem) – модемы, в которых часть функций модема выполняет компьютер, к которому подключён модем.

По виду соединения:

· Модемы для коммутируемых телефонных линий – наиболее распространённый тип модемов

· ISDN – модемы для цифровых коммутируемых телефонных линий

· DSL – используются для организации выделенных (некоммутируемых) линий используя обычную телефонную сеть. Отличаются от коммутируемых модемов тем, что используют другой частотный диапазон, а также тем, что по телефонным линиям сигнал передается только до АТС. Обычно позволяют одновременно с обменом данными осуществлять использование телефонной линии в обычном порядке.

· Кабельные – используются для обмена данными по специализированным кабелям – к примеру, через кабель коллективного телевидения по протоколу DOCSIS.

· Радио – работают в радиодиапазоне, используют собственные наборы частот и протоколы.

· Сотовые – работают по протоколам сотовой связи – GPRS, EDGE, и т. п. Часто имеют исполнения в виде USB-брелка. В качестве таких модемов также часто используют терминалы мобильной связи.

· Спутниковые – используются для организации спутникового интернета.Принимают и обрабатывают сигнал полученный со спутника.

· PLC – используют технологию передачи данных по проводам бытовой электрической сети.

Наиболее распространены в настоящее время:

· внутренний программный модем

· внешний аппаратный модем

· встроенные в ноутбуки модемы.

 

Витая пара.

Витая пара (рисунок 7) – вид кабеля связи, представляет собой одну или несколько пар изолированных проводников, скрученных между собой (с небольшим числом витков на единицу длины), покрытых пластиковой оболочкой.

Свивание проводников производится с целью повышения степени связи между собой проводников одной пары (электромагнитная помеха одинаково влияет на оба провода пары) и последующего уменьшения электромагнитных помех от внешних источников, а также взаимных наводок при передаче дифференциальных сигналов. 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.

Кабель подключается к сетевым устройствам при помощи разъёма «8P8C», который часто неверно называют «RJ45».

Рисунок 7 - «Витая пара»

Категории витой пары

Существует несколько категорий кабеля витая пара, которые нумеруются от CAT1 до CAT7 (правильно category или категория, сокращение «CAT», «Cat» следует писать с точкой – «Cat», потому как категория и кошка - разные вещи) и определяют эффективный пропускаемый частотный диапазон. Кабель более высокой категории обычно содержит больше пар проводов и каждая пара имеет больше витков на единицу длины. Категории неэкранированной витой пары описываются в стандарте EIA/TIA 568 (Американский стандарт проводки в коммерческих зданиях) и в международном стандарте ISO 11801, а также приняты ГОСТ Р 53246-2008 (перевод американского ANSI/TIA/EIA-568B) и ГОСТ Р 53245-2008 (перевод одного из руководств производителя).

CAT1 (полоса частот 0,1 МГц, рисунок 8) – телефонный кабель, всего одна пара (в России применяется кабель и вообще без скруток – «лапша» – у нее характеристики не хуже, но больше влияние помех). В США использовался ранее, только в «скрученном» виде. Используется только для передачи голоса или данных при помощи модема.

Рисунок 8 - «Витая пара категории 1»

CAT2 (полоса частот 1 МГц, рисунок 9) – старый тип кабеля, 2 пары проводников, поддерживал передачу данных на скоростях до 4 Мбит/с, использовался в сетях Token-ring и Arcnet. Сейчас иногда встречается в телефонных сетях.

Рисунок 9 - «Витая пара категории 2»

CAT3 (полоса частот 16 МГц, рисунок 10) – 4-парный кабель, используется при построении телефонных и локальных сетей 10BASE-T и token ring, поддерживает скорость передачи данных до 10 Мбит/с или 100 Мбит/с по технологии 100BASE-T4 на расстоянии не дальше 100 метров. В отличие от предыдущих двух, отвечает требованиям стандарта IEEE 802.3.

Рисунок 10 - «Витая пара категории 3»

CAT4 (полоса частот 20 МГц) – кабель состоит из 4 скрученных пар, использовался в сетях token-ring, 10BASE-T, 100BASE-T4, скорость передачи данных не превышает 16 Мбит/с по одной паре, сейчас не используется.

CAT5 (полоса частот 100 МГц, рисунок 11) – 4-парный кабель, использовался при построении локальных сетей 100BASE-TX и для прокладки телефонных линий, поддерживает скорость передачи данных до 100 Мбит/с при использовании 2 пар.

Рисунок 11 - «Витая пара категории 5»

CAT5e (полоса частот 125 МГц, рисунок 12) – 4-парный кабель, усовершенствованная категория 5. Скорость передач данных до 100 Мбит/с при использовании 2 пар и до 1000 Мбит/спри использовании 4 пар. Кабель категории 5e является самым распространённым и используется для построения компьютерных сетей. Иногда встречается двухпарный кабель категории 5e. Кабель обеспечивает скорость передач данных до 100 Мбит/с. Преимущества данного кабеля в более низкой себестоимости и меньшей толщине.

Рисунок 12 - «Витая пара категории 5е»

CAT6 (полоса частот 250 МГц, рисунок 8) – применяется в сетях Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, состоит из 4 пар проводников и способен передавать данные на скорости до 1000Мбит/с и до 10 гигабит на расстояние до 50 м. Добавлен в стандарт в июне 2002 года.

CAT6a (полоса частот 500 МГц) – применяется в сетях Ethernet, состоит из 4 пар проводников и способен передавать данные на скорости до 10 Гбит/с и планируется использовать его для приложений, работающих на скорости до 40 Гбит/с. Добавлен в стандарт в феврале 2008 года.

Рисунок 13 - «Витая пара категории 6»

CAT7 (рисунок 14) – спецификация на данный тип кабеля утверждена только международным стандартом ISO 11801, скорость передачи данных до 10 Гбит/с, частота пропускаемого сигнала до 600 –700 МГц. Кабель этой категории имеет общий экран и экраны вокруг каждой пары. Седьмая категория, строго говоря, не UTP, а S/FTP (Screened Fully Shielded Twisted Pair).

Рисунок 14 - «Витая пара категории 7»

Каждая отдельно взятая витая пара, входящая в состав кабеля, предназначенного для передачи данных, должна иметь волновое сопротивление 100±25 Ом, в противном случае форма электрического сигнала будет искажена и передача данных станет невозможной. Причиной проблем с передачей данных может быть не только некачественный кабель, но также наличие «скруток» в кабеле и использование розеток более низкой категории, чем кабель.

Коаксиальный кабель

Коаксиальный кабель (коаксиальная пара) – Пара, проводники которой расположены соосно и разделены изоляцией.

Коаксиальный кабель (рисунок 15), также известный как коаксиал (от англ. coaxial), – электрический кабель, состоящий из расположенных соосно центрального проводника и экрана и служащий для передачи высокочастотных сигналов.

 

Оптоволоконный кабель

Оптическое волокно (рисунок 16) – нить из оптически прозрачного материала (стекло, пластик), используемая для переноса света внутри себя посредством полного внутреннего отражения.

Рисунок 16 - «Оптоволокно»

Сетевой адаптер

Сетевая плата (рисунок 17), также известная как сетевая карта, сетевой адаптер, Ethernet-адаптер, NIC (англ. network interface card) – периферийное устройство, позволяющее компьютеру взаимодействовать с другими устройствами сети. В настоящее время, особенно в персональных компьютерах, сетевые платы довольно часто интегрированы в материнские платы для удобства и удешевления всего компьютера в целом.

Рисунок 17 - «Сетевой адаптер»

 

Сетевой адаптер (Network Interface Card (или Controller), NIC) вместе со своим драйвером реализует второй, канальный уровень модели открытых систем (OSI) в конечном узле сети – компьютере. Более точно, в сетевой операционной системе пара адаптер и драйвер выполняет только функции физического и MAC-уровней, в то время как LLC-уровень обычно реализуется модулем операционной системы, единым для всех драйверов и сетевых адаптеров. Собственно так оно и должно быть в соответствии с моделью стека протоколов IEEE 802. Например, в ОС Windows NT уровень LLC реализуется в модуле NDIS, общем для всех драйверов сетевых адаптеров, независимо от того, какую технологию поддерживает драйвер.

Сетевой адаптер совместно с драйвером выполняют две операции: передачу и прием кадра. Передача кадра из компьютера в кабель состоит из перечисленных ниже этапов (некоторые могут отсутствовать, в зависимости от принятых методов кодирования):

Прием кадра данных LLC через межуровневый интерфейс вместе с адресной информацией MAC-уровня. Обычно взаимодействие между протоколами внутри компьютера происходит через буферы, расположенные в оперативной памяти. Данные для передачи в сеть помещаются в эти буферы протоколами верхних уровней, которые извлекают их из дисковой памяти либо из файлового кэша с помощью подсистемы ввода/вывода операционной системы.

Оформление кадра данных MAC-уровня, в который инкапсулируется кадр LLC (с отброшенными флагами 01111110). Заполнение адресов назначения и источника, вычисление контрольной суммы.

Формирование символов кодов при использовании избыточных кодов типа 4В/5В. Скремблирование кодов для получения более равномерного спектра сигналов. Этот этап используется не во всех протоколах – например, технология Ethernet 10 Мбит/с обходится без него.

Выдача сигналов в кабель в соответствии с принятым линейным кодом –манчестерским, NRZI, MLT-3 и т.п.

· Прием кадра из кабеля в компьютер включает следующие действия:

· Прием из кабеля сигналов, кодирующих битовый поток.

Выделение сигналов на фоне шума. Эту операцию могут выполнять различные специализированные микросхемы или сигнальные процессоры DSP. В результате в приемнике адаптера образуется некоторая битовая последовательность, с большой степенью вероятности совпадающая с той, которая была послана передатчиком.

Если данные перед отправкой в кабель подвергались скремблированию, то они пропускаются через дескремблер, после чего в адаптере восстанавливаются символы кода, посланные передатчиком.

Проверка контрольной суммы кадра. Если она неверна, то кадр отбрасывается, а через межуровневый интерфейс наверх, протоколу LLC передается соответствующий код ошибки. Если контрольная сумма верна, то из MAC-кадра извлекается кадр LLC и передается через межуровневый интерфейс наверх, протоколу LLC. Кадр LLC помещается в буфер оперативной памяти.

Распределение обязанностей между сетевым адаптером и его драйвером стандартами не определяется, поэтому каждый производитель решает этот вопрос самостоятельно. Обычно сетевые адаптеры делятся на адаптеры для клиентских компьютеров и адаптеры для серверов.

В адаптерах для клиентских компьютеров значительная часть работы перекладывается на драйвер, тем самым адаптер оказывается проще и дешевле. Недостатком такого подхода является высокая степень загрузки центрального процессора компьютера рутинными работами по передаче кадров из оперативной памяти компьютера в сеть. Центральный процессор вынужден заниматься этой работой вместо выполнения прикладных задач пользователя.

Поэтому адаптеры, предназначенные для серверов, обычно снабжаются собственными процессорами, которые самостоятельно выполняют большую часть работы по передаче кадров из оперативной памяти в сеть и в обратном направлении. Примером такого адаптера может служить сетевой адаптер SMC EtherPower со встроенным процессором Intel i960.

В зависимости от того, какой протокол реализует адаптер, адаптеры делятся на Ethernet-адаптеры, Token Ring-адаптеры, FDDI-адаптеры и т. д. Так как протокол Fast Ethernet позволяет за счет процедуры автопереговоров автоматически выбрать скорость работы сетевого адаптера в зависимости от возможностей концентратора, то многие адаптеры Ethernet сегодня поддерживают две скорости работы и имеют в своем названии приставку 10/100. Это свойство некоторые производители называют авточувствительностью.

Сетевой адаптер перед установкой в компьютер необходимо конфигурировать. При конфигурировании адаптера обычно задаются номер прерывания IRQ, используемого адаптером, номер канала прямого доступа к памяти DMA (если адаптер поддерживает режим DMA) и базовый адрес портов ввода/вывода.

Если сетевой адаптер, аппаратура компьютера и операционная система поддерживают стандарт Plug-and-Play, то конфигурирование адаптера и его драйвера осуществляется автоматически. В противном случае нужно сначала сконфигурировать сетевой адаптер, а затем повторить параметры его конфигурации для драйвера. В общем случае, детали процедуры конфигурирования сетевого адаптера и его драйвера по многом зависят от производителя адаптера, а также от возможностей шины, для которой разработан адаптер.

Повторитель и конденсатор

 

Повторитель (repeater) – многопортовое устройство, которое позволяет объединить несколько сегментов. Принимая кадр или сигнал коллизии по одному из своих портов, повторитель перенаправляет его во все остальные порты, рис. Типы интерфейсов портов могут быть любые из вышеперечисленных. Распространены устройства с несколькими портами на витую пару (12, 16 и 24 порта RJ-45), одним портом BNC и одним портом AUI. Также популярны миниатюрные повторители, имеющие только порты на витую пару (4 х RJ-45, или 8 х RJ-45). Отметим, что повторители Ethernet работают на физическом уровне модели OSI (рис. 7.9 б), что обеспечивает их низкую стоимость и выгодно этим отличает от концентраторов FDDI (DAC, SAC, NAC), которые охватывают также уровень MAC (нижний подуровень канального уровня модели OSI)

Коммутатор

Сетевой коммутатор, свич, свитч (Рисунок 18) – устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного или нескольких сегментов сети. В отличие от концентратора, который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передаёт данные только непосредственно получателю, исключение составляет широковещательный трафик (на MAC-адрес FF:FF:FF:FF:FF:FF) всем узлам сети. Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости (и возможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались.

Коммутатор работает на канальном (2) уровне модели OSI и потому в общем случае может только объединять узлы одной сети по их MAC-адресам. Коммутаторы были разработаны с использованием мостовых технологий и часто рассматриваются как многопортовые мосты. Для соединения нескольких сетей на основе сетевого уровня служат маршрутизаторы.

Рисунок 18. «Коммутатор».