Коммуникационное оборудование

Раздел 4. Локальные сети.

 

Тема 16.

Локальные вычислительные сети (ЛВС) и их классификация.

 

Локальная вычислительная сеть (ЛВС) - набор аппаратных средств и алгоритмов, обеспечивающих соединение компьютеров, других периферийных устройств (принтеров, дисковых контроллеров и т.п.) и позволяющих им совместно использовать общую дисковую память, периферийные устройства, обмениваться данными.

В настоящее время информационно-вычислительные сети принято делить на два основных типа:

- LAN (Lokal Area Network) - локальная сеть в пределах предприятия, учреждения, одной организации;

- WAN (Wide Area Network) – территориально распределенная сеть, соединяющая абонентов.

 

В сетях типа LAN компьютеры и другие устройства соединяются между собой достаточно короткими линиями связи разной физической природы, в которых не возникает проблем потерь, искажения данных, не требуется уплотнение передаваемой информации.

В сетях типа WAN компьютеры разнесены на значительные расстояния, соединения между ними могут выполняться по очень длинным и часто разнородным линиям связи. Поэтому при передаче информации в таких сетях необходима аппаратура согласования различных передающих средств, а также комплекс программно-аппаратных мер по защите от искажения и уплотнению данных перед передачей и разуплотнению их после приема в конечном пункте.

 

ЛВС классифицируются:

ü По назначению на:

o сети, управляющие различными процессами ( административными, технологическим т.п.);

o информационно – поисковые;

o информационно – расчетные;

o сети обработки документальной информации и др.

 

ü По типам используемых в сети ПК на:

o однородные, характеризующиеся однотипным составом оборудования и абонентских средств;

o неоднородные, которые содержат различные классы и модели компьютеров и различное абонентское оборудование.

 

ü По способу организации управления однородные вычислительные сети подразделяются на:

o сети с централизованным управлением; они имеют центральный компьютер, управляющий работой сети, и характеризуются простотой обеспечения взаимодействия между компьютерами сети. Применение таких сетей эффективно при небольшом количестве абонентских систем в сети.

o сети с децентрализованным, распределенным управлением, в них функции управления распределены между системами сети. Эффективны при значительном количестве разнородных абонентских систем в сети.

 

ü По характеру организации передачи данных ЛВС подразделяются на:

o сети с маршрутизацией информации. В них абоненты могут взаимодействовать по различным маршрутам передачи блоков данных;

o сети с селекцией информации. В них взаимодействие абонентов производится выбором (селекцией) адресованных им блоков данных;

 

ü По характеру физической среды передачи различаются сети с:

o кабелем «витая пара»;

o многожильные кабели;

o коаксиальный кабель (наиболее распространенный вариант среды);

o оптоволоконные кабели;

ü По методу управления средой передачи данных различают сети с методом детерминированного и случайного доступа к моноканалу.

Тема 17.

Аппаратные средства и устройства ЛВС

 

Аппаратные средства

В качестве рабочих мест в ЛВС применяют автономные компьютерные системы, называемые рабочими или сетевыми станциями, автоматизированными рабочими местами специалиста (АРМ). Включаемые в сеть рабочие станции называются узлами сети. Они обычно располагают собственным внешним накопителем для загрузки программного обеспечения.

Управление различными функциями в ЛВС осуществляется с помощью серверов. В терминах сетевых технических устройств сервер – это один из компьютеров сети, располагающий соответствующими программными средствами и достаточными аппаратными мощностями для выполнения какого-либо обслуживания.

С логической точки зрения эти компьютеры различаются только элементами программного обеспечения: рабочая станция – клиент, может обращаться к серверу с инициативным запросом, сервер только ждет (слушает) запрос и обслуживает его. Следовательно, одна и та же машина может быть клиентом для одного вида сервиса и сервером для другого.

 На практике к серверу могут предъявляются дополнительные требования, связанные с необходимостью обслуживания им большого числа запросов от других рабочих станций. Например, типичными являются требования по бесперебойной круглосуточной работе серверов, требование к файловым серверам по дополнительному программному обеспечению, обеспечивающему достаточные временные характеристики по загрузке, передаче данных и их хранению в сети и т.п.

 

Сетевые адаптеры

Для подключения компьютеров к сети применяются устройства сопряжения, называемые сетевыми адаптерами или сетевыми интерфейсными картами, вставляемые в гнездо материнской платы компьютера. В настоящее время распространение имеют адаптеры, которые могут настраиваться на различную скорость передачи данных: 10 Мбит/сек (Ethernet) и 100 Мбит/сек (Fast Ethernet). Большинство адаптеров имеет разъемы для подключения различных видов кабеля. Среди них:

ü Разъем RJ -45 для подключения кабеля «витая пара»;

ü Разъем BNC для подключения тонкого коаксиального кабеля;

ü Разъем AUI ( 15- контактный) для подключения толстого коаксиального кабеля;

 

В современных компьютерах используются сетевые адаптеры, рассчитанные на сопряжение PCI, сопряжение ISA считается устаревшим.

Ранее выпускались адаптеры, в которых адрес подключения и номер прерывания настраивались вручную. Затем стала практиковаться программная настройка. В современных условиях выпускаются адаптеры с автоматической настройкой Plug - and - Play ( PNP ), которые допускают и программную перенастройку.

Каждый сетевой адаптер снабжается микросхемой с уникальным 48-битовым адресом Ethernet. Каждая фирма, имеющая лицензию на выпуск сетевых адаптеров, располагает собственным диапазоном аппаратных адресов Ethernet, поэтому в мире не должно быть двух интерфейсных карт с одинаковыми адресами.

Для взаимного преобразования интернетовских адресов в аппаратные и обратно служат специальные протоколы ARP ( Address Resolution Protocol ) и RARP ( Reverse ARP ).

 

Каналы передачи данных

Будучи логически включены в одну ЛВС, рабочие станции могут размещаться на значительном расстоянии друг от друга. При выборе кабеля передающей среды данных учитываются такие показатели как:

o Стоимость монтажа и обслуживания;

o Ограничение на длину коммуникаций без дополнительных усилителей – повторителей (репитеров);

o Безопасность передачи данных.

 

Способ соединения рабочих мест ЛВС кабелями называется топологией локальной сети.

В топологиях Ethernet наиболее распространены три среды передачи данных:

Ø коаксиальные кабели с волновым сопротивлением 50Ом;

Ø медный провод «витая пара»;

Ø оптоволоконный кабель.

Коаксиальные кабели бывают следующих типов:

Обычный кабель, имеет среднюю цену, обеспечивает скорость передачи данных до 10 Мбит/сек на расстояние до 1,5 км.

Широкополосный коаксиальный кабель, более дорог, легко наращиваем, обеспечивает скорость обмена до 500 Мбит/сек, но не более чем на 1,5 км. Для увеличения дальности требуется установка репитера.

Толстый Ethernet -кабель ( Thick Ethernet Cable ) или желтый кабель с 15-контактным включением, значительно дороже, хорошо помехозащищен, обеспечивает скорость до 500 Мбит/сек на расстояние до 500м без репитера.

Тонкий Ethernet -кабель( Thin ), дешевле, обеспечивает скорость обмена10 Мбит/сек на расстояние до 300м без репитера. Однако монтажная длина этого кабеля не превышает 185 м из-за проблем с заземлением и помехоустойчивостью.

Неэкранированная витая пара(UTP ), стандарт 10BASET – наиболее популярная среда передачи данных. Недорога, проста в монтаже, позволяет использовать для соединений дешевые и надежные разъемы RJ-45. В отличие от коаксиального кабеля, соединение с одной машиной не зависит от соединения с другими станциями, поэтому неисправность аппаратной части или дефект кабельной системы в одном соединении не влияет на остальную сеть. Типы кабеля UTP подразделяются на 5 категорий или уровней: от Level-I до Level-V (римские цифры). Для работы в ЛВС обычно используется Level-III и Level-V. Кабель Level-V обеспечивает обмен в сети до 100 Мбит/сек.

Оптоволоконный кабель, наиболее дорог, обеспечивает скорость передачи данных до нескольких гигабайт в секунду на расстояние до 50км без повторителя. В ЛВС такой кабель используется в ситуациях, когда расстояние между узлами сети превышает возможности других сред передачи данных. Монтаж оптоволокна требует специального оборудования и высококлассных специалистов.

 

Коммуникационное оборудование

Пропускная способность ЛВС зависит от количества включенных в нее активно действующих объектов – серверов, рабочих станций, интеллектуальных устройств. В сетях Ethernet возможна ситуация, когда при увеличении информационных потоков резко возрастает время доставки сообщений, вплоть до полной блокировки сети.

Для борьбы с этим явлением используется специализированное программное обеспечение, а также программные средства серверов.

В качестве аппаратных мер по предотвращению возникновения таких ситуаций используется разделение сети на части с помощью специального коммуникационного оборудования. Такое деление называется сегментацией сети.

 

В компьютерных сетях могут использоваться следующие коммуникационные устройства:

· Концентраторы;

· Коммутаторы;

· Маршрутизаторы.

 

Для сегментации ЛВС с целью избежания перегрузок могут служить только коммутаторы и маршрутизаторы.

 

Концентратор (Hab) позволяет присоединить к нему несколько рабочих станций, логически (по адресам) входящих в одну и туже сеть. Концентраторы обеспечивают возможность использования в ЛВС кабеля «витая пара».

Точка подключения компьютера или другого сетевого оборудования к концентратору называется портом.Выпускаются модели концентраторов с 5,8,12,16,24,32 портами, кроме этого многие модели снабжаются разъемом BNC для подключения коаксиала

Все порты концентратора, за исключением каскадирующего, равноправны и не могут группироваться с целью сегментирования сети.

 

Коммутатор (Switch)позволяет увеличить полосу пропускания и уменьшить время задержки обработки информации. С его помощью можно сегментировать локальную сеть на канальном уровне иерархической модели протокола TCP/IP, т.е. без использования IP- адресации.

Порты коммутатора могут группироваться между собой, обособляя этим некоторый сегмент сети. В разных сегментах могут устанавливаться разные скорости обмена.

 

Маршрутизатор (Router)  разбивает единую по адресации сеть на подсети.

При этом он может служить для соединения сетей с различными протоколами, либо для соединения сетей TCP/IP с различным пространством адресов. В этом случае его называют шлюзом.

Аппаратные маршрутизаторы обычно бывают многопротокольные и очень дороги. В локальных сетях в качестве маршрутизатора можно использовать компьютер с несколькими сетевыми картами, что является самым дешевым решением по расширению сети. При этом, компьютер-маршрутизатор можно использовать и для выполнения рабочих функций.

Обычно маршрутизаторы, как аппаратные, так и на основе компьютера, позволяют использовать дополнительные средства защиты данных и контроля трафика.

Тема 18.

Топология и особенности функционирования ЛВС