Современные сетевые технологии
Современные сетевые технологии
План
Что такое локальная сеть?
Аппаратные средства компьютерн
Физические топологии локальных вычислительных сетей
Логические топологии локальных вычислительных сетей
Соединители и разъёмы
Коаксиальный кабель
Витая пара
Передача информации по волоконно-оптическим кабелям
Коммуникационная аппаратура
Аппаратура и технологии беспроводных сетей
Технологии и протоколы локальных вычислительных сетей
Адресация компьютеров в сети и основные сетевые протоколы
Сетевые средства операционных систем MS Windows
Концепции управления сетевыми ресурсами
Возможности ОС семейства MS Windows для организации работы в локальной сети
Настройка параметров сетевых компонентов
Настройка параметров подключения
Подключение сетевого принтера
Подключение сетевого диска
Что такое локальная сеть?
Проблема передачи информации
с одного компьютера на другой существовала
с момента появления
Совокупность компьютерных
устройств, обладающих возможностью информационного
сообщения друг с другом, принято
называтькомпьютерной сетью. В большинстве случаев
различают два типа компьютерных сетей:
локальные (LAN – Local Area Network) и глобальные
(WAN –Wide-Area Network). В некоторых вариантах классифика
Аппаратные средства компьютерных сетей. Топологии локальных вычислительных сетей
Все компьютеры абонентов (пользователей), работающие в рамках локальной вычислительной сети должны иметь возможность взаимодействовать друг с другом, т.е. быть связанными между собой. Способ организации таких связей существенно влияет на характеристики локальной вычислительной сети и называется её топологией (архитектурой, конфигурацией). Различают физическую и логическую топологии. Под физической топологией локальной вычислительной сети понимают физическое размещение компьютеров, входящих в состав сети и способ их соединения друг с другом проводниками. Логическая топология определяет способ прохождения информации и очень часто не совпадает с выбранной физической топологией соединения абонентов локальной вычислительной сети.
Физические топологии локальных вычислительных сетей
Существует четыре основных физических топологии, используемых при построении локальных вычислительных сетей.
Топология шина (рис.1) предполагает
подключение всех компьютеров к
одному общему проводнику. На обоих
концах такого проводника размещаются
специальные согласующие
В топологии кольцо (рис. 2) каждый абонент сети связан с двумя близлежащими абонентами. Достоинства и недостатки аналогичны рассмотренным для топологии шина.
Топология звезда предполагает прокладку для
каждого компьютера в сети отдельного
кабеля, соединяющего всех абонентов сети
с неким центром. В качестве центра звезды может выступать компьютер
либо специальное соединительное устройство,
называемое концентратором (
С точки зрения надежности и скорости обмена информацией наилучшими характеристиками обладает полносвязная топология (рис. 4). В этом случае абонентам сети предоставляется отдельный канал связи с каждым из остальных абонентов. Однако по стоимости данная топология проигрывает всем остальным вариантам.
Перечисленные топологии являются базовыми. Большинство локальных вычислительных сетей, создаваемых в различных организациях, имеют более сложную структуру и являются различными вариантами комбинирования вышеупомянутых топологий.
Логические топологии локальных вычислительных сетей
Логическая топология
определяет характер распростра
Логическая шина определяет
равноправный доступ к сети всех абонентов.
В этом случае передатчик выставляет
в сеть пакет информации, а все
остальные абоненты «услышав» передаваемую
информацию анализируют её. Если в
составе пакета абонент находит
свой адрес, он эту информацию «оставляет»
себе, если адрес оказался чужим
– игнорирует. Если в момент передачи
информации одним абонентом «вклинивается
в разговор» другой абонент, происходит
наложение пакетов, называемое коллизией.
Коллизии приводят к «перемешиванию»
пакетов и невозможности
Логическое кольцо предполагает, что информация проходит полный «круг» и приходит к источнику, т.е. в точку из которой была отправлена. При этом каждый абонент сравнивает адрес «получателя» со своим собственным. Если адреса совпали, информация копируется в буфер, пакет помечается как «дошедший до адресата» и передается следующему абоненту. Если адреса не совпали, пакет передается без всяких пометок. Когда абонент получил пакет отправленный «собственноручно» и с пометкой «принято», он его дальше не передаёт и в работу может вступить другой абонент сети.
Логическая топология звезда (и её версия – дерево) ориентирована на установление канала связи между приёмником и передатчиком средствами коммутаторов. Т.е. при отсутствии коммутатора невозможно связаться между собой даже двум абонентам сети. При передаче данных от одного абонента к другому, все остальные ждут окончания передачи.
Соединители и разъёмы
В настоящее время в локальных вычислительных сетях используются несколько типов проводников. По физической природе передаваемого сигнала различают электрические проводники и оптические проводники. Кроме этого может использоваться аппаратура для организации локальных вычислительных сетей средствами беспроводных каналов.
Коаксиальный кабель
Коаксиальный кабель (рис. 5) представляет собой проводник, заключенный в экранирующую оплётку. От контакта с оплёткой проводник защищен трубчатым изолятором. Важной характеристикой кабельных систем вообще и коаксиального кабеля в частности является волновое сопротивлениеили импеданс. В локальных вычислительных сетях применяется коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом и (гораздо реже) в сетяхARCnet кабель с волновым сопротивлением 93 Ом. Существует две разновидности коаксиального кабеля – толстый (внешний диаметр около 10 мм) и тонкий (внешний диаметр около 5 мм). При одинаковом значении волнового сопротивления у толстого и тонкого коаксиального кабеля различные характеристики по длине кабельного сегмента и количеству поддерживаемых абонентов сети. У толстого коаксиального кабеля максимальная длина сегмента 500 метров, максимальное количество точек подключения 100. У тонкого коаксиального кабеля максимальная длина сегмента 185 метров, максимальное количество точек подключения 30.
Подключение к толстому коаксиальному
кабелю выполняется с помощью
прокола внешнего и внутреннего
изолятора специальным
Тонкий коаксиальный кабель
при монтаже разделяется на сегменты
(отрезки). Оба конца отрезка
Рис. 6. Разъёмы, применяемые
при монтаже коаксиального
В настоящее время коаксиальный кабель при монтаже локальных вычислительных сетей не используется ввиду низкой скорости передачи информации (10 Мегабит в секунду), а также по ряду других причин.
Витая пара
Второй вариант электрического проводника, используемого при монтаже локальных вычислительных сетей, получил название витая пара. Фактически кабель, называемый витой парой представляет собой восемь (реже четыре) проводника свитых попарно с определённым шагом (шесть оборотов на дюйм) и заключенных в общую изолирующую трубку (рис. 7). Такой кабель называется неэкранированная витая пара UTP (UnshieldedTwisted Pair - неэкранированные скрученные пары). Если каждая пара перевитых проводов заключена в металлический экран (фольга или оплётка), и затем вся совокупность таких экранированных пар закрыта общим экраном, такой кабель называют экранированная витая пара STP (ShieldedTwisted Pairs - экранированные скрученные пары). Применение экранов позволяет снизить уровень помех, создаваемых таким кабелем, и увеличить помехозащищённость такого кабеля от внешних помех. Скорость передачи информации по таким кабелям достигает, в настоящее время, 1000 Мегабит в секунду.
Для подключения сетевой аппаратуры с помощью витой пары наиболее часто используются разъёмы RJ-45 (рис. 8), внешне похожие на телефонные, но с восемью контактами.
При монтаже кабельной
сети с использованием витой пары
применяется специальный
вдавливает контактные площадки вилки внутрь её корпуса, тем самым, прорезая изоляцию отдельных проводников и обеспечивая электрический контакт с проводниками кабеля.
Порядок размещения проводников в вилке, называемый раскладкой кабеля, важен. Для раскладки применяется одна из двух схем А или В (рис. 10 вид кабеля со стороны контактов вилки). Какую схему предпочесть –
выбор за монтажником, важно, чтобы на обоих концах кабельного сегмента использовалась одна и та же раскладка проводников кабеля в вилкахRJ-45.
Волновое сопротивление витой пары составляет 100 или 150 Ом. В зависимости от качества исполнения кабеля и поддерживаемой скорости обмена максимальное расстояние между двумя элементами (узлами) локальной вычислительной сети составляет от 100 до 150 метров.
Передача информации по волоконно-оптическим кабелям
По своей конструкции (рис. 11) волоконно-оптический кабель похож на коаксиальный, только вместо центрального металлического проводника располагается стеклянное или пластиковое волокно по которому распространяется пучок света и вместо электрической изоляции такое волокно окружено оптической оболочкой, основная задача которой – не дать пучку света покинуть центральное волокно. Волоконно-оптический кабель не нуждается во внешней экранирующей оплётке, поскольку электромагнитные помехи не влияют на оптические сигналы, однако в некоторых конструкциях волоконно-оптических кабелей металлическая оплётка применяется с целью повышения механической прочности кабеля и защиты оптического волокна от механических повреждений. Такой волоконно-оптический кабель называется бронированным.
В зависимости от траектории распространения луча света по оптическому волокну различают одномодовый (фактически один луч) и многомодовый (совокупность лучей с практически одинаковыми характеристиками, движущиеся по соседним траекториям) волоконно-оптический кабель.
У многомодового волоконно-оптического кабеля диаметр сердцевины относительно велик (50, 62,5 или 100 микрон). Световой поток, пропускаемый многомодовым волоконно-оптическим кабелем, имеет длину волны 850 или 1300 нм и, проходя по такому волокну, отражаясь от его стен, дробится на отдельные лучи (моды) которые, накладываясь друг на друга, приводят к снижению качества сигнала. Такой кабель называют многомодовым со ступенчатым профилем. Более поздняя модификация – многомодовый волоконно-оптический кабель с градиентным профилем. За счет сложной обработки (легирования) оптоволокна можно добиться плавного уменьшения показателя преломления света от центра сердцевины к оболочке волокна. Тогда моды, хотя и будут по-прежнему проходить разные пути, но делать это за одинаковое время. Такой кабель стоит дороже, но более качественно (с меньшими искажениями) передает сигнал. Достоинством многомодового волоконно-оптического кабеля является возможность использования в качестве источника света наряду с лазерами, относительно дешёвых специальных светодиодов. Однако даже многомодовый волоконно-оптический кабель с градиентным профилем по своим характеристикам уступает одномодовому волоконно-оптическому кабелю.
Оптическое волокно
Монтаж компьютерных сетей вообще, и монтаж сетей на волоконно-оптическом кабеле тем более, требуют высокой квалификации исполнителя.
При монтаже используются
различные технологии. Для магистрального
монтажа (наращивания волоконно-
Концы оптического волокна
состыковываются с высокой
используют специальные разъёмы (рис. 12), обеспечивающие точность совмещения двух сегментов оптического волокна.
Устанавливаются такие разъёмы на месте с использованием специального клея либо обжима. Время выполнения работ от нескольких минут, до 1-2 часов (в зависимости от типа выбранного разъёма и технологии установки).
Коммуникационная аппаратура
Каждый компьютер, подключаемый
к сети, должен быть оснащен сетевым
адаптером (или сетевой платой). Самыми
известными являются адаптеры следующих
трех типов: Arc-Net; Token Ring;
Встроенный сетевой адаптер (рис. 13 справа) входит в состав набора микросхем (чипсета), размещаемого на системной плате компьютера. Преимущества данного способа размещения – отсутствие дополнительных операций по монтажу сетевого адаптера в системном блоке. Если же в составе приобретённого компьютера сетевой адаптер отсутствует, а компьютер необходимо подключить к локальной вычислительной сети, придется воспользоваться одним из двух видов адаптеров, описанных ниже.
Внутренний сетевой адаптер (рис. 14) представляет собой плату, вставляемую в слот расширения на системной плате компьютера. В последнее время используются сетевые адаптеры, вставляемые в PCI- слоты компьютера.
Третий вариант исполнения сетевого адаптера устанавливается на компьютер проще, но стоит несколько дороже внутреннего адаптера. Это сетевой адаптер подключаемый к USB порту (рис. 15). Подключение такого адаптера к персональному компьютеру возможно без отключения питания.
Затем к сетевому адаптеру подключается линия связи локальной вычислительной сети (для рассмотренных конструкций сетевых адаптеров это кабель витая пара с соединителями RJ-45). Но для объединения компьютеров в сеть, состоящую более чем из двух компьютеров по физической топологии звезда (а именно такую топологию поддерживает сеть на витой паре) необходимо устройство, исполняющее роль центра звезды. Таким устройством чаще всего является хаб (hub). К категории хабов относятся повторитель (repeater) и коммутатор (switch). Разница между данными устройствами в организации логики передачи сигнала от одного
порта (розетки RJ-45) ко всем остальным. Повторитель «копирует» сигналы на все остальные порты и является самым дешёвым типом хабов. Коммутатор (рис. 16) может разбивать порты на группы, организуя логические сегменты сети. Компьютеры «общаются» друг с другом в пределах сегментов, тем самым уменьшается количество коллизий и повышается общее быстродействие сети. Частным случаем коммутатора является мост (bridge).
Маршрутизатор (router) – устройство (рис. 17) с несколькими физическими интерфейсами, которые могут принадлежать к одной или разным сетевым технологиям. Используется для разделения или объединения нескольких компьютерных сетей (например, сеть 100VG-AnyLAN с сетьюEthernet). Задача маршрутизатора отфильтровывать пакеты и пропускать с одного интерфейсного входа на другой только те пакеты, которые адресованы компьютером, находящимся в одной сети, компьютеру, находящемуся в другой сети.
Для подключения сетевых адаптеров (обрабатывающих электрические сигналы) к волоконно-оптическому кабелю (передающему оптические сигналы) используются согласующие устройства. Приёмник (receiver, на рис. 18 слева) и передатчик (transmitter, на рис. 18 справа) могут исполняться в одном корпусе, а могут конструктивно быть разными устройствами.
Для подключения различных устройств друг к другу и к соединительным розеткам и коммутационным панелям используются специальные шнуры, изготавливаемые в заводских условиях. Такие шнуры получили название patch cord. На рис. 19 слева шнур для электрических
сетей, или для соединения сетевого адаптера с оптическим согласующим устройством, справа шнур для соединения оптических устройств друг с другом.
Аппаратура и технологии беспроводных сетей
При подключении компьютеров к локальной вычислительной сети могут использоваться устройства беспроводной связи. В этом случае отпадает необходимость прокладывать кабельные сети, однако стоимость беспроводной локальной вычислительной сети существенно превышает
стоимость своих электрических
«собратьев», при более низкой скорости
передачи данных. Для подключения
компьютеров используются сетевые
адаптеры с PCI интерфейсом (на рис. 20 слева)
и с USB интерфейсом (на рис. 20 справа). Беспроводной
доступ может быть организован и с помощью
обычных сетевых адаптеров, но в этом случае
сетевой адаптер должен быть подключен
к радиоприёмнику/передатчику (точке беспроводного
доступа). Один из вариантов исполнения точки беспроводного
доступа приведен на рисунке 21. Подключение
сетевой платы к радиоточке выполняется
с помощью стандартного соедините
Технология WDS, позволяет
одновременно подключать беспроводных
клиентов, к точкам, работающим в
режиме Bridge (мост точка-точка) иMultipoint Bridge (мост
точка-много точек). Однако скорость передачи
данных у беспроводных клиентов, в таком
режиме будет порядка 1/3 от скорости передачи
данных между точками доступа. В режиме Infrastructure Mode (он
же – режим клиент/сервер) беспроводная
сеть состоит из, как минимум, одной точки
доступа, подключенной к проводной сети,
и некоторого набора беспроводных оконечных
станций. Такая конфигурация носит название
базового набора служб (Basic Service Set, BSS). В
режиме «Ad-hoc» каждое устройство или станция
могут связываться непосредственно друг
с другом, без использования точки доступа.
Режим «Ad-hoc» называют также «режим равный-с-равным»
(peer-to-peer) илиIndependent Basic Service
Наиболее распространённый стан
Стандартный комплект Wi-Fi состоит из так называемой базы (Wireless Access Point) и набора одинаковых компьютерных плат (Wi-Fi карт) (см. рис. 20). Одновременно к базе может быть подключено несколько десятков и даже сотен компьютеров. Основное ограничение – расстояние между ними и базой не должно превышать 300 м. Скорость обмена информацией – до 100 Мбит/сек.
По аналогичной схеме
функционирует и новая
Базы Wi-Fi являются многофункциональными
устройствами, позволяющими, в том числе,
строить «мосты» между двумя такими устройствами.
В условиях прямой видимости работоспособность
такого канала, по утверждению специалистов фирмы
Для работы беспроводных сетей выделены пять диапазонов радиочастот:
- 915 МГц;
- 2400-2425 МГц;
- 2414-2440 МГц;
- 2429-2455 МГц;
- 2443-2470 МГц.
Первый диапазон требует обязательного лицензирования. Что касается диапазона 2,4 ГГц, то в России в соответствии с решением Государственного комитета по радиочастотам (ГКРЧ) от 29 июня 1998 г. № 7/6 для пользователей систем, работающих с шумоподобным радиосигналом в диапазоне 2,4 ГГц, специального разрешения не требуется.
Технологии и
протоколы локальных
Очевидно, что любая компьютерная сеть – это сложный комплекс взаимосвязанных и согласованно функционирующих программных и аппаратных компонентов. Основной задачей, решаемой при создании компьютерных сетей, является обеспечение совместимости оборудования по электрическим и механическим характеристикам, а также обеспечение корректной передачи данных и однозначной их интерпретации на основе совместимости обслуживающих сеть программ.
При передаче сообщений участники
сетевого обмена должны принять множество
соглашений, чтобы понимать друг друга
на разных уровнях – от физического
до прикладного. Например, на физическом
уровне они должны согласовать значения
и форму электрических сигналов, способ определения длины
сообщений, договориться о методах контроля
достоверности и т. п. А на прикладном –
договориться об однозначном представлении
переданной и полученной информации программами,
с которыми работает пользователь
Формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются участники сетевого обмена, способы их передачи и интерпретации называются протоколом.
Новые протоколы разрабатывают
компании, которые занимаются созданием
и внедрением устройств, программ и
сетевых услуг. Если протокол приобретает
популярность среди других производителей,
то он может закрепиться в
Коммуникационные протоколы
могут быть реализованы как программно,
так и аппаратно. Программный
модуль, реализующий некоторый
Важнейшим этапом в развитии
сетей стало появление стандарт
Сетевая технология – это
согласованный набор
ARCnet
Логическая топология – шина.
Физическая топология – шина, звезда, смешанная.
Среда передачи сигнала – коаксиальный кабель (93 Ом), витая пара.
Скорость обмена информацией – 2,5 Мбит/сек.
Максимальная длина соединений – от 100 до 610 метров (в зависимости от типа соединителя).
Максимальное количество узлов в одной сети – 255.
Максимальный размер сети (суммарная длина соединений) - 6000 метров.
В настоящее время аппаратура для сетей ARCnet не выпускается.
100VG-AnyLAN
Логическая топология – дерево (разновидность звезды).
Физическая топология – дерево (разновидность звезды).
Среда передачи сигнала – витая пара (обязательно четырёхпарная).
Скорость обмена информацией – 100 Мбит/сек.
Максимальная длина соединений – от 100 до 200 метров (в зависимости от типа соединителя).
Максимальное количество узлов в одной сети – 1024.
Максимальный размер сети – 2000 метров.
Аппаратура для организации локальных вычислительных сетей по технологии 100VG-AnyLAN выпускается практически только фирмойHewlett-Packard, стоимость её весьма высока поэтому данная технология не получила распространения, по крайней мере в нашей стране.
Token Ring
Логическая топология – кольцо.
Физическая топология – звезда.
Среда передачи сигнала – витая пара, волоконно-оптический кабель.
Скорость обмена информацией – 4; 16; 100 и (в настоящее время технология разрабатывается) 1000 Мбит/сек.
Максимальная длина соединений – от 100 до10000 метров (в зависимости от типа соединителя).