10.4.1. Классификация компьютерных сетей

10.4.2. Локальные сети

10.4.3. Телефонная связь в локальной сети

10.4.4. Глобальная связь в глобальной сети Интернет

10.4.1. Классификация компьютерных сетей

Компьютерные сети, называемые также вычислительными сетями, или сетями передачи данных, являются логическим результатом эволюции двух важнейших научно-технических отраслей современной цивилизации – компьютерных и информационных технологий. С одной стороны, сети представляют собой частный случай распределенных вычислительных систем, в которых группа компьютеров согласованно выполняет набор взаимосвязанных задач, обмениваясь данными в автоматическом режиме. С другой стороны, компьютерные сети могут рассматриваться как средство передачи информации на большие расстояния, для чего в них применяются методы кодирования и мультиплексирования данных, получивших развитие в различных телекоммуникационных системах [33].

Все многообразие компьютерных сетей можно классифицировать по нескольким основным признакам. Классификация компьютерных сетей представлена в таблице 10.1.

Таблица 10.1 – Классификация компьютерных сетей

Компьютеры, включаемые в компьютерные сети, выполняют функции либо серверов, либо рабочих станций. Серверы - это достаточно мощные ЭВМ, предоставляющие свои ресурсы менее мощным машинам, выполняющим роль рабочих станций. В качестве последних используются персональные компьютеры. Серверы различают по основным функциям, которые они выполняют: файловые, печати, приложений и т.д. Файловый сервер служит для хранения файлов и предоставления их для использования рабочим станциям сети. Сервер печати производит функции сетевой печати. На сервере приложений выполняются задачи, которые могут быть запущены с любой рабочей станции, имеющей доступ к данному серверу.

Если компьютеры находятся на территории одного предприятия (организации) и включены в одну локальную сеть, то рабочие станции подключаются к серверам через сетевое оборудование локальных сетей. Компьютеры, подключенные к разным локальным сетям, удаленным друг от друга на существенное расстояние, соединяются с использованием средств региональных или глобальных компьютерных сетей. Возможен доступ к серверам локальных сетей с использованием сетей связи общего пользования, например, телефонной или региональных (глобальных) сетей передачи данных.

10.4.2. Локальные сети

Локальная компьютерная сеть – это распределенная коммуникационно-информационная система, система, сосредоточенная на небольшой территории, реализованная на базе компьютеров и другого сетевого оборудования, объединенного с помощью высокоскоростной кабельной магистрали или беспроводных радиоканалов [35].

К локальной компьютерной сети могут подключаться следующие устройства: ЭВМ (персональные компьютеры), терминалы, сетевые устройства внешней памяти, сетевые печатающие устройства, графопостроители, фотокопировальные устройства, контрольное и управляющее оборудование, телефоны, телекамеры и мониторы, шлюзы и мосты (переходные устройства к другим сетям).

Локальная сеть предназначена обеспечить пользователям:

- совместное использование ресурсов всех компьютеров;

- возможности распределенных вычислений и обработку данных, что значительно повышает производительность всей системы;

- эффективный доступ к сетевой информации;

- быстрое и качественное решение производственных вопросов (поддержку систем принятия решений, документооборота, электронной почты и т. п.).

Классификация локальных компьютерных сетей представлена в таблице 10.2.

Таблица 10.2 – Классификация локальных компьютерных сетей

Для соединения компьютеров в сети определяют конфигурацию физических связей, или топологии. Под топологией сети понимается конфигурация графа, вершинам которого соответствуют конечные узлы сети (например, компьютеры) и коммуникационное оборудование (например, маршрутизаторы), а ребрам – электрические и информационные связи между ними [32].

Число возможных конфигураций резко возрастает при увеличении числа связываемых устройств.

Структура основных топологий локальных сетей показана на рисунке 10.5.

Рисунок 10.5 – Основные топологии локальных сетей

Структура типа «шина» (рисунок 10.5, а) проще и экономичнее, так как для нее не требуется дополнительное устройство и расходуется меньше кабеля. Но она очень чувствительна к неисправностям кабельной системы. Если кабель поврежден хотя бы в одном месте, то возникают проблемы для всей сети. Место неисправности трудно обнаружить.

Структура типа «звезда»(рисунок 10.5, б) более устойчива к неисправностям. Поврежденный кабель – проблема для одного конкретного компьютера, на работе сети в целом это не сказывается. Не требуется усилий по локализации неисправности. Недостаток данной структуры – более высокая стоимость сетевого оборудования из-за необходимости приобретения специализированного центрального устройства. Структура, образованная путем иерархического соединения нескольких центральных устройств структур типа «звезда», получила название древовидной структуры (рисунок 10.5, в).

В сети, имеющей структуру типа «кольцо», (рисунок 10.5, г) информация передается по кольцу от одного компьютера к другому по кольцу. Главным достоинством кольца является то, что оно по своей природе обладает свойством резервирования связей: любая пара узлов соединена здесь двумя путями – по часовой стрелке и против нее. Кольцо представляет собой удобную конфигурацию и для организации обратной связи – данные, сделав полные оборот, возвращаются к узлу-источнику.

10.4.3. Телефонная связь в локальной сети

Телефонную связь, реализованную на базе протокола TCP/IP (Transmission Control Protocol/internet Protocol), называют IP-телефонией, а реализацию IP-телефонии в локальной компьютерной сети - LAN-телефонией.

Цель LAN (Local Area Network) – телефонии заключается в организации телефонной связи внутри предприятия, оснащенного такой сетью. Эта технология позволяет осуществлять передачу речи с помощью IP-протокола, не нуждаясь в традиционной телефонной инфраструктуре. Благодаря этому корпоративная сеть, которая ранее строилась на базе ведомственных АТС, может передать свои функции локальной компьютерной сети предприятия.

В качестве терминального оборудования LAN-телефонии могут использоваться Ethernet-телефоны, телефонные шлюзы и обычные ПК с подключенными звуковой картой, наушниками и микрофоном LAN-телефонии. Ethernet-телефон по внешнему виду напоминает обычный телефонный аппарат, у которого вместо разъема, предназначенного для подключения стандартного телефонного кабеля, имеется разъем для подключения к LAN на базе коаксиального кабеля при разъеме для подключения к сети на базе витой пары. В Ethernet-телефоне, как и в обычном телефонном аппарате, выполняется преобразование звукового колебания в электрические сигналы, а затем аналого-цифровое преобразование, разбитие оцифрованной речевой информации на пакеты и их передача. Если ПК выступает в роли абонентского терминала, он должен иметь соответствующее аппаратное и программное обеспечение. Аппаратная часть – это сетевая и звуковая платы, наушники и микрофон. Программная часть – программа, поддерживающая телефонную связь посредством IP-сети и протокол Н.323. Структурная схема LAN-телефонии показана на рисунке 10.6.

Рисунок 10.6 – Структурная схема LAN-телефонии

Телефонный шлюз – это устройство, осуществляющее обмен речевыми сообщениями между LAN и стандартной телефонной сетью. В шлюзе речевая информация, передающаяся по LAN, извлекается из пакетов, декодируется и приводится к виду, используемого в телефонной сети. Подключаемое к шлюзу оборудование может быть аналоговым или цифровым. При подключении к шлюзу стандартных аналоговых телефонных аппаратов шлюз эмулирует для этих аппаратов стандартные сигналы АТС. При подключении аналоговой телефонной станции шлюз выполняет работу обычного абонентского терминала. К шлюзу может быть подключена АТС через цифровую линию связи, поддерживающую до 30 телефонных соединений одновременно.

Главным управляющим устройством LAN-телефонии является компьютер с серверной программой, называемой гейткипером или администратором вызовов. В его задачи входит сопоставление телефонного номера абонента с текущим IP-адресом его терминала, а также предоставлении возможных услуг - переадресации, определение номера вызывающего абонента, удержание соединения и т. д.

Важной компонентой сети LAN-телефонии является сервер. В его функции входит автоматическая конфигурация протокола TCP/IP для новых устройств, подключенных к локальной сети, т.е. присвоение им IP-адресов, адреса шлюза и остальных параметров, необходимых для функционирования сети. Это позволяет подключить Ethernet-телефон в любое свободное гнездо в произвольном месте локальной сети и тут же вызывать с него или принимать вызовы. Для каждого телефона существует идентификатор, по которому гейткипер находит его в сети, несмотря на возможные изменения IP-адреса. Это удобно для служащих, меняющих свое рабочее место в течение рабочего дня.

Процесс установления соединения происходит следующим образом. Когда на терминале (телефоне или компьютере) набирается номер вызываемого абонента, терминал обращается по сети к гейткиперу. Тот в свою очередь идентифицирует вызывающего абонента по его IP-адресу и паролю в своей базе данных. Если доступ к требуемому номеру разрешен с этого терминала, то гейткипер определяет IP-адрес вызываемого абонента и направляет ему вызов. Если же вызов адресован абоненту стандартной телефонной сети, то он направляется на соответствующий телефонный шлюз. После установления связи с терминалом или шлюзом, гейткипер не участвует в обмене речевой информацией между терминалами, но в это время он ведет журнал учета вызовов и прочих событий. При разрыве соединения фиксируется длительность разговора.

Если сеть предприятия подключена к Интернету, то появляется возможность использовать ее для соединений на дальнее расстояние через глобальную IP-сеть. Для этого собеседник должен быть подключен к IP-телефонии. Он может быть и с обычным телефоном, если поблизости от него функционирует шлюз, совместимость со стандартом Н.323, который имеет выход на городскую телефонную сеть.

10.4.4. Глобальная связь в глобальной сети Интернет

Региональные и глобальные компьютерные сети, предназначенные в основном для передачи данных, уже начинают использоваться для передачи речи. Наиболее привлекательна с этой точки зрения глобальная компьютерная сеть Интернет, представляющая собой совокупность локальных сетей и хост-компьютеров (серверы), связанных между собой спутниковыми и радиоканалами, обычными телефонными сетями и ISDN. Их объединяет то, что все они используют стандартный комплекс протоколов Интернет TCP/IP.

В компьютерной сети Интернет, для того чтобы осуществить связь. пользователи двух компьютеров должны соединиться со своим провайдером, запустить программное обеспечение, например Internet Phone (Интернет-Телефон), и найти необходимого абонента в списке активных пользователей, также использующих эту программу. Оба компьютера должны быть включены и на них загружено одинаковое ПО. Конечно, такую передачу речи нельзя назвать в полной мере телефонной связью. Это связь между абонентами Интернета, обладающими компьютерами. Распространению технологии телефонной связи по компьютерным сетям может способствовать возможность разговаривать пользователям, имеющим в своем распоряжении не только компьютеры, но и обычные телефоны. Для этого принимаются специальные шлюзы, реализующие связь Интернета и телефонных сетей

Функция шлюза – это компрессия (сжатие), аналого-цифровое преобразование сигнала и разбиение его на IP-пакеты, а также выполнение обратного процесса. Шлюзы подключаются с одной стороны к телефонной сети, а с другой – к Интернету. При вызове с телефона на компьютер вызов передается через телефонную сеть на шлюз. Затем шлюз посылает вызов компьютеру, сжимая и упаковывая телефонный сигнал в пакеты для передачи по IP-сети. Если на обоих концах линии установлены телефоны, то речевой сигнал первого абонента посылается по телефонной сети на ближайший шлюз, где разбивается на IP-пакеты, а затем передается по Интернету на второй шлюз, ближайший ко второму абоненту. Этот шлюз принимает пакеты, восстанавливает из них исходный сигнал и посылает его по телефонной сети вызываемому абоненту.