12. Сети передачи данных, компьютерные сети

В настоящее время термин "сети передачи данных" надежно ассоциируется с термином "компьютерные сети". Такой подход наилучшим образом отражает суть вопроса, ибо сегодня в качестве оконечного оборудования данных (ООД) используется именно персональный компьютер (ПК). Поэтому далее под передачей данных мы будем понимать обмен данными именно между компьютерами.

12.1. Классификация компьютерных сетей

Все многообразие компьютерных сетей можно классифицировать по группе признаков:

  1. Территориальной распространенности.
  2. Ведомственной принадлежности.
  3. Скорости передачи информации.
  4. Типу среды передачи.

По территориальной распространенности сети могут быть локальными, региональными и глобальными.

Локальные сети - это сети перекрывающие территорию не более 10 квадратных километров.

Региональные - это сети расположенные на территории города или области.

Глобальные - это сети расположенные на территории государства или группы государств, например, всемирная сеть Internet.

По ведомственной принадлежности различают ведомственные и государственные сети.

Ведомственные сети принадлежат одной организации и располагаются на ее территории. Это может быть локальная сеть предприятия.

Корпоративные сети. Несколько отделений одной кампании, расположенные на территории города, области, страны или государства образуют корпоративную компьютерную сеть.

Государственные сети – сети, используемые в государственных структурах.

По скорости передачи информации компьютерные сети делятся на: низкоскоростные, среднескоростные, высокоскоростные.

По типу среды передачи разделяются на сети

  • коаксиальные,
  • на витой паре,
  • оптоволоконные,
  • с передачей информации по радиоканалам,
  • в инфракрасном диапазоне и т.д.

Следует заметить, что основные отличия в принципах построения сетей определяются средой передачи.

Помимо рассмотренных признаков компьютерные сети могут классифицироваться по типу, топологии, сетевой архитектуре и т.п..

12.2. Локальные вычислительные сети (ЛВС)

Под локальной вычислительной сетью следует понимать совместное подключение нескольких рабочих станций (отдельных компьютерных рабочих мест) и других устройств к общему каналу передачи данных.

Преимущества применения ЛВС

Посредством ЛВС в систему объединяются ПК, расположенные на удаленных рабочих местах, которые совместно используют оборудование, программные средства и информацию.

Основное назначение компьютерных сетей это совместное использование ресурсов и осуществление интерактивной связи.

Применение ЛВС обеспечивает:

Разделение ресурсов. Любая рабочая станция, подключенная к сети (при наличии прав доступа) может использовать любой сетевой ресурс. Сетевым ресурсом может быть: принтер, подключенный к серверу или одной из рабочих станций, модем, факс, жесткий диск, и т.д.

Разделение данных. Возможность доступа и управления базами данных непосредственно с рабочих станций.

Разделение программных средств. Возможность одновременного использования установленных сетевых программных средств. (Офисные программы, бухгалтерские, САПРы и т.д.). Реализация многопользовательского режима.

Разделение ресурсов процессора. Использование вычислительных мощностей сервера для обработки данных другими системами.

Интерактивный обмен информацией между пользователями сети – электронная почта, программы планирования рабочего времени, видеоконференции, ICQ…

Терминальное оборудование ЛВС Для сопряжения пользователя с сетью передачи данных используется терминальное оборудование, которое представляет собой совокупность аппаратно-программных средств. Терминальное оборудование включает оконечное оборудование данных (ООД), прикладные процессы пользователей и оборудование ввода-вывода. В ЛВС терминальным оборудованием чаще всего является персональный компьютер оснащенный сетевым адаптером и необходимым программным обеспечением.

12.3. Типы компьютерных сетей

Понятие сервер-клиент

Сервер – компьютер, представляющий свои ресурсы сетевым пользователям (рабочим станциям).

Клиент – компьютеры, осуществляющие доступ к сетевым ресурсам, предоставляемым сервером.

Существует два основных типа сетей:

  1. Одноранговые сети;
  2. Сети на основе сервера.

Одноранговые сети.

  • все компьютеры равноправны, иерархия отсутствует;
  • каждый компьютер выступает и как клиент и как сервер;
  • каждый пользователь решает какие ресурсы своего ПК отдать в общее пользование.

Многие популярные операционные системы, такие как Windows 95, Windows 98, Windows NT WorkStation имеют встроенную поддержку одноранговых сетей.

Сети на основе сервера.

С увеличением количества пользователей производительность одноранговой сети быстро падает и обостряется вопросы администрирования сети. В данной ситуации используют сети с выделенным сервером.

Выделенный сервер используется только как сервер. Он специально оптимизирован для быстрой обработки запросов от клиентов, для управления сетью, защиты данных.

В простейшем случае в сети один сервер и несколько клиентов. С увеличением количества клиентов и сетевого трафика количество серверов целесообразно увеличивать.

Учитывая многообразие задач решаемых сервером, в больших сетях применяют специализированные серверы.

Специализированные серверы оптимизированы для выполнения конкретных задач в сети:

  • Файл-сервер и принт-сервер - управляют доступом пользователей к файлам и принтерам.
  • Серверы приложений обеспечивает выполнение прикладных частей клиент-серверных приложений.
  • Факс-сервер, почтовый сервер, коммуникационный сервер.

На серверах устанавливаются специальные сетевые операционные системы например:

  • Windows NT Server
  • Windows 2000 Server
  • Netware of Novell
  • Unix, Linux

Преимущества применения сетей на основе сервера.

1. Администрирование и управление доступом к данным осуществляется централизованно. Один администратор формирует политику безопасности и применяет её в отношении каждого пользователя [защита данных].

2. Резервное копирование данных.

Так как важная информация расположена централизованно на одном или нескольких серверах, достаточно просто организовать ее резервное копирование.

3. Избыточность. Для сервера можно организовать систему дублирования данных в реальном масштабе времени. В случае повреждения основной области данных можно легко и без потерь перейти к резервной.

4. Сети на основном сервере способны поддерживать тысячи пользователей.

Комбинированные сети.

Очень часто применяются комбинированные сети, совмещающие качества как одноранговых сетей так и сетей на основном сервере.

На серверах выполняются ОС NT Server или Netware, а на клиентах ОС Windows 95/98.

Серверы отвечают за совместное использование основных приложений и данных.

Клиенты, так же могут предоставлять в общее пользование свои жесткие диски и разрешать доступ к своим данным.

12.4. Топология сети

Характеризует физическое расположение компьютеров, кабелей и других компонентов сети.

Топологию сети во многом определяют ее характеристики:

  • состав необходимого оборудования;
  • характеристики сетевого оборудования;
  • способы управления сетью.

Сети строятся на основе трех базовых топологий:

  • шина (bus),
  • звезда (star),
  • кольцо (ring) и их комбинаций.

1. Топология "шина"

Все компьютеры подключаются к одному кабелю, который называется магистралью или сегментом. (Пассивная топология - ПК только слушают трафик, но не ретранслируют его).

Все компьютеры подключаются к сегменту BNC-коннекторами через Т-коннектор (тройничок). Тройничок соединяется с Netcard.

Концы сегмента должны работать на согласованную нагрузку иначе отраженные сигналы приведут к "падению сети". Для обеспечения согласования на концах сегмента устанавливаются терминаторы.

Разрыв кабеля в любом месте приводит к падению сети.

2. Топология звезда

Все ПК с помощью сегментов кабеля подключаются к концентратору.(HUB) - Хаб.

Преимущества

Выход из строя отдельного компьютера или сегмента, не будет влиять на работу сети.

Недостатки

Большой расход кабеля.

Если HUB сломается, то сеть неработоспособна.

Концентраторы могут быть пассивными и активными, то есть регенерировать сигнал, что повышает дальность передачи.

Существуют гибридные Хабы - обеспечивающие подключение кабелей разных типов.

Активные Хабы имеют диагностические возможности, позволяющие определить работоспособность соединения.

3. Топология кольцо.

ПК подключаются к кабелю замкнутому в кольцо.

Каждый ПК выступает в роли репитера, то есть регенерирует сигнал (увеличивается дальность).

Преимущества

Кабель замкнут в кольцо, свободных концов нет, терминаторы не нужны.

Недостатки

Если компьютер сломался - сеть неработает.

12.5. Сетевые кабели

Большинство ЛВС в качестве среды передачи используют кабели

  • Коаксиальный кабель (coaxial).
  • Симметричный – витая пара (twisted pair)
    • неэкранированный (unshielded)
    • экранированный (shielded).
  • Оптоволоконный кабель (fiber optic)

Коаксиальный кабель.

Обычно двух типов:

Тонкий коаксиал. [10 Base 2] RG-58 и его модификации.

Диаметр 0.5 см
Волновое сопротивление 50 Ом.
Эффективная длина сегмента до 185 м.
Обеспечивает скорость передачи до 10 Мбит/с.

Толстый коаксиал.[10 Base 5]

Диаметр 1 см.; Волновое сопротивление 50 Ом; Эффективная длина до 500 м
Скорость до 10 Мбит/с.
Используется как магистральный для соединения нескольких небольших сетей.

Симметричный кабель или витая пара.

Unshielded twisted pair -UTP
Slieded twisted pair -STP.

В основном применяют UTP 10 Base T

Максимальная длина сегмента 100 м.
Самый дешевый.
Скорость от 4 до 100 Мбит/с.

Делится на категории:

Категория 1. Обычный телефонный.
Категория 2. Передача данных до 4 Мбит/с.(4 пары)
Категория 3. Передача данных до 10 Мбит/с.(4 пары, 9 витков на метр).
Категория 4. Передача данных до 16 Мбит/с.(4 пары).
Категория 5. Передача данных до 100 Мбит/с.(4 пары).
Категория 6. Передача данных более 100 Мбит/с.(4 пары).

Недостаток: Подвержен помехам.

Подключение витой пары производится посредством разъема RJ - 45 (на 8 контактов, 4 пары).

Оптоволоконный кабель.

Эффективная длина сегмента до 2 км.
Скорость передачи от 100 Мбит/с и выше.

Недостаток: Высокая стоимость.

В таком случае волокно будет быстро вытеснять медь. Hewlett Packard.

Приемущества.

Высокая помехозащищенность.
Высокая защита информации.

Беспроводные сети

В зависимости от технологии, беспроводные сети делят на три типа:

1. Локальные (ЛВС).
2. Расширенные ЛВС.
3. Мобильные (переносные компьютеры).

Локальные - функционируют так же как обычные разница лишь в среде передачи. На каждом компьютере установлен сетевой адаптер с трансивером.

Способы передачи в беспроводном ЛВС.

1. Оптическое излучение ИК диапазона.
2. Радиопередача в узком спектре (одночастотная).
3. Радиопередача в широком спектре.

ИК-излучение. Как некогерентное так и когерентное.

  • В прямой видимости
  • На рассеяном излучении (отражение от стен, потолков и т.д.).
  • С отражателем (направленным).

ИК - излучение обеспечивает скорость до 10 Мбит/с.

Радиопередача одночастотная.

Приемник и передатчик настраиваются на определенную частоту (как радиостанция). Скорость до 4,8 Мбит/с.

Радиопередача в рассеянном спектре

Выделенная полоса частот делится на каналы. Сетевые адаптеры настраиваются на определенные каналы, но через определенное время периодически происходит синхронное переключение на другой канал и т.д.

Обычно скорость 250 Кбит/с (бывает до 5 Мбит/с).

Для расширения ЛВС (или связи двух ЛВС) используют беспроводные мосты, обеспечивающие соединение до 5 км на скорости до 2 Мбит/с.

Существуют мосты дальнего действия до 40 км на скорости до 1,544 Мбит/с.

Мобильные сети.

В беспроводных мобильных сетях в качестве среды передачи используются телефонные сети и общественные службы.

Используют адаптеры применяющие технологии сотовой связи.

Скорости от 8 до 28,8 Кбит/с. Используют:

  • пакетное радиосоединение через искусственный спутник.
  • сотовые сети
  • микроволновые системы (обеспечивают университетские городки в США).

Контрольные вопросы по теме:

  1. Что такое компьютерная сеть.
  2. Как классифицируют компьютерные сети.
  3. Какие преимущества дает применение локальной вычислительной сети
  4. Одноранговая сеть и ее особенности
  5. Дайте определение понятиям "клиент" и "сервер".
  6. Какие преимущества дает применение сетей на основе выделенного сервера.
  7. Перечислите топологии локальных сетей, их характеристики, недостатки и преимущества.
  8. Какие кабели применяются для соединения компьютеров в локальных сетях.
  9. Чем отличаются симметричные кабели различных категорий.
  10. Какие сигналы используются в беспроводных компьютерных сетях.

Основы передачи дискретных сообщений


*****
© Банк лекций Siblec.ru
Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.