Локальные сети. 5
Оглавление.
Локальные и компьютерные сети, ЛВС 4
Cетевые средства коммуникаций 5
Витая пара 6
Коаксиальный кабель 7
Еthernet-кабель 8
Сheapernеt-кабель 8
Оптоволоконные линии 9
Понятие локальной сети и ее преимущества 10
Топология локальных сетей 13
Архитектура сетей 15
Методы доступа в сети 18
Компоненты сети 20
Сетевые протоколы 24
Требования к локальной сети 26
Общие положения 26
Локальные и компьютерные сети, ЛВС
Информационные технологии с применением автономно работающей ПЭВМ значительно расширяют интеллектуальные возможности пользователя. Однако более значительный эффект от использования ПЭВМ можно получить при объединении отдельных ПЭВМ организации, предприятия, фирмы и др. в локальную компьютерную сеть, которая обеспечивает функционирование фирмы как единой слаженной системы. Локальные сети объединяют все службы фирмы, ускоряют документооборот, хранят необходимую информацию и предоставляют ее работникам фирмы и др.
Естественным продолжением тенденции развития информационных технологий являются компьютерные телекоммуникации и глобальные сети, обеспечивающие доступ пользователей к информационным ресурсам всей страны и выход в мировое информационное пространство. Глобальные сети объединяют правительственные учреждения, промышленные корпорации, университеты и колледжи, исследовательские центры, коммерческие компании и общественные организации.
Сейчас важнейшая роль в мировых телекоммуникациях принадлежит, конечно же, Internet которая охватывает практически все страны, содержит информацию обо всех сторонах человеческой деятельности, не знает пограничных и цензурных ограничений. В настоящее время компьютерные технологии получили широкое распространение практически во всех областях деятельности человека.
Совместное функционирование многих компьютеров в системе одного учреждения достигается монтажом локальной вычислительной сети (ЛВС; Local Area Network, LAN). Разумное планирование ЛВС помогает оптимально распределить вычислительные мощности.
Локальной вычислительной сетью (ЛВС) называют совместное подключение нескольких отдельных компьютеров к единому каналу передачи данных. Понятие ЛВС относится к географически ограниченным (территориально или производственно) аппаратно-программным комплексам, в которых несколько компьютерных систем связаны между собой с помощью соответствующих средств коммуникаций.
Соединение компьютеров в сеть обеспечивает следующие основные возможности:
- Объединение ресурсов – возможность резервировать вычислительные мощности и средства передачи данных на случай выхода из строя отдельных из них с целью быстрого восстановления нормальной работы сети;
- Разделение ресурсов – возможность стабилизировать и повысить уровень загрузки компьютеров и дорогостоящего периферийного оборудования, управлять периферийными устройствами;
- Разделение данных – возможность создавать распределенные базы данных, размещаемые в памяти отдельных компьютеров, и управлять ими с периферийных рабочих мест;
- Разделение программных средств – возможность совместного использования программных средств;
- Разделение вычислительных ресурсов – возможность организовать параллельную обработку данных; используя для обработки данных другие системы, входящие в сеть;
- Многопользовательский режим.
ЛВС предоставляет возможность одновременного использования программ и баз данных несколькими пользователями, а также возможность взаимодействия с другими рабочими станциями, подключенными к сети. Посредством ЛВС в систему объединяются персональные компьютеры, расположенные на многих удаленных рабочих местах, которые используют совместно оборудование, программные средства и информацию.
Рабочие
места сотрудников перестают
быть изолированными и объединяются
в единую систему. Важнейшей характеристикой
ЛВС является скорость передачи информации.
Подключив ЛВС к Интернету, вы сможете:
- просматривать серверы Интернета и искать на них любую информацию;
- обмениваться сообщениями электронной почты с другими пользователями Интернета;
- публиковать собственную информацию на собственных страницах в Интернете.
Локальная
сеть представляет собой набор компьютеров,
периферийных устройств (принтеров и т.
п.) и коммутационных устройств, соединенных
кабелями. Локальные сети делятся на учрежденческие
(офисные сети фирм, сети организационного
управления и другие сети, отличающиеся
по терминологии, но практически одинаковые
по своей идеологической сути) и сети управления
технологическими процессами на предприятиях.
Локальные сети характерны тем, что расстояния
между компонентами сети сравнительно
невелики, как правило, не превышают нескольких
километров.
Локальные сети различаются по роли и значению ПЭВМ в сети, структуре, методам доступа пользователей к сети, способам передачи данных между компонентами сети и др. Каждой из предлагаемых на рынке сетей присуши свои достоинства и недостатки. Выбор сети определяется числом подключаемых пользователей, их приоритетом, необходимой скоростью и дальностью передачи данных, требуемыми пропускной способностью, надежностью и стоимостью сети.
В настоящее
время Международная
- возможность подключения современных, ранее разработанных и перспективных ПЭВМ и периферийных устройств;
- скорость передачи данных должна быть не менее 1 Мбит/с; отключение и подключение компонентов сети не должно нарушать общую работу сети более чем на 1 с;
- средства обнаружения ошибок, имеющиеся в сети, должны выявлять все сообщения, содержащие 4 и более искаженных битов;
- надежность сети должна обеспечивать не более 20 мин простоя сети в год.
Международные стандарты предъявляют высокие требования к локальным сетям. Поэтому требования международных стандартов удовлетворяют лишь ряд сетей, выпускаемых ведущими электронными фирмами мира.
Компонентами сети являются рабочие ПЭВМ (рабочие станции) и серверы.
Сервер - это специально выделенная в сети ПЭВМ, в задачу которой входит управление всей сетью или частью сети (например, в комбинированных сетях), прием, хранение, обновление и выдача пользователям общей информации, управление высококачественными принтерами и графопостроителями. Поэтому к серверу предъявляются более высокие требования по производительности, объему памяти и надежности.
Рабочие станция (клиенты, абоненты) - это менее мощные ПЭВМ, которые могут использовать ресурсы (например, дисковое пространство) сервера.
Достоинства сети:
- более эффективное централизованное управление сетью;
- рабочие станции могут быть достаточно простыми и дешевыми;
- операционная система, поддерживающая работу сети (например, Windows 95/98), может устанавливаться только на сервере.
Недостатки:
- более высокая стоимость установки;
- сложная настройка системы.
Топология, т.е. конфигурация соединения элементов в ЛВС, привлекает к себе внимание в большей степени, чем другие характеристики сети. Это связано с тем, что именно топология во многом определяет самые важные свойства сети, такие, например, как надежность и производительность.
Cетевые средства коммуникаций
Для соединения компьютеров
между собой используют средства
коммутации.
В качестве таких средств наиболее часто
используются витая пара, коаксиальный
кабель оптоволоконные линии.
При выборе типа кабеля учитывают следующие
показатели:
- стоимость монтажа и обслуживания,
- скорость передачи информации,
- ограничения на величину расстояния передачи
информации (без дополнительных усилителей-повторителей
(репитеров)),
- безопасность передачи данных.
Главная проблема заключается в одновременном
обеспечении этих показателей, например,
наивысшая скорость передачи данных ограничена
максимально возможным расстоянием передачи
данных, при котором еще обеспечивается
требуемый уровень защиты данных.
Легкая наращиваемость и простота расширения
кабельной системы влияют на ее стоимость.
В идеале, при посылке и получении данных через сеть время отклика должно быть почти таким же, как если бы они были получены от ПК пользователя, а не из другого места сети. Это требует передачи данных со скоростью 10 Мбит/с и выше. Реально достигаются следующие скорости:
- Коаксиальный кабель – 10 - 50 Мбод;
- Витая пара – до 10 Мбод;
- Специальная витая пара 5 категории – до 100 Мбод;
- Оптическое волокно — до 1Гбод;
- Телефонная линия — от 2400 бод до 56 кбод;
- Спутник 10000 компьютеров одновременно и скорость около 1 Мбод.
Витая пара
Витой парой называется кабель, в котором изолированная пара проводников скручена с небольшим числом витков на единицу длины. Скручивание проводов уменьшает электрические помехи извне при распространении сигналов по кабелю, а экранированные витые пары еще более увеличивают степень помехозащищенности сигналов.
Наиболее дешевым кабельным соединением является витое проводное соединение часто называемое "витой парой" (twisted pair). Она позволяет передавать информацию со скоростью до 10 Мбит/с, легко наращивается, однако является помехонезащищенной. Длина кабеля не может превышать 1000 м при скорости передачи 1 Мбит/с. Преимуществами являются низкая цена и простота установки. Для повышения помехозащищенности информации часто используют экранированную витую пару, т.е. витую пару, помещенную в экранирующую оболочку, подобно экрану коаксиального кабеля. Это увеличивает стоимость витой пары и приближает ее цену к цене коаксиального кабеля.
Наиболее популярным видом среды передачи данных на небольшие расстояния (до 100 м) становится неэкранированная витая пара, которая включена практически во все современные стандарты и технологии локальных сетей и обеспечивает пропускную способность до 100 Мб/с (на кабелях категории 5).
Кабель типа "витая пара" используется во многих сетевых технологиях, включая Ethernet, ARCNet и IBM Token Ring.
Кабели на витой паре подразделяются на:
- неэкранированные (UTP – Unshielded Twisted Pair);
- экранированные медные кабели.
Последние подразделяются на две разновидности: с экранированием каждой пары и общим экраном (STP – Shielded Twisted Pair) и с одним только общим экраном (FTP – Foiled Twisted Pair). Наличие или отсутствие экрана у кабеля вовсе не означает наличия или отсутствия защиты передаваемых данных, а говорит лишь о различных подходах к подавлению помех. Отсутствие экрана делает неэкранированные кабели более гибкими и устойчивыми к изломам. Кроме того, они не требуют дорогостоящего контура заземления для эксплуатации в нормальном режиме, как экранированные.
Неэкранированные кабели идеально подходят для прокладки в помещениях внутри офисов, а экранированные лучше использовать для установки в местах с особыми условиями эксплуатации, например, рядом с очень сильными источниками электромагнитных излучений, которых в офисах обычно нет.
Кабели классифицируются по категориям. Основанием для отнесения кабеля к одной из категорий служит максимальная частота передаваемого по нему сигнала
Коаксиальный кабель
Коаксиальный кабель имеет среднюю цену, хорошо помехозащитен и применяется для связи на большие расстояния (несколько километров). Скорость передачи информации от 1 до 10 Мбит/с, а в некоторых случаях может достигать 50 Мбит/с. Коаксиальный кабель используется для основной и широкополосной передачи информации.
Коаксиальные кабели используются в радио и телевизионной аппаратуре. Коаксиальные кабели могут передавать данные со скоростью 10 Мбит/с на максимальное расстояние от 185 до 500 метров. Они разделяются на толстые и тонкие в зависимости от толщины. Типы коаксиальных кабелей приведены в таблице.
|
Кабель Thinnet, известный как кабель RG-58, является наиболее широко используемым физическим носителем данных. Сети при этом не требуют дополнительного оборудования и являются простыми и недорогими. Хотя тонкий коаксиальный кабель (Thin Ethernet) позволяет передачу на меньшее расстояние, чем толстый, но для соединений с тонким кабелем применяются стандартные байонетные разъемы BNC типа СР-50 и ввиду его небольшой стоимости он становится фактически стандартным для офисных ЛВС. Используется в технологии Ethernet 10Base2, описанной ниже.
Широкополосный коаксиальный кабель
Широкополосный коаксиальный кабель невосприимчив к помехам, легко наращивается, но цена его высокая. Скорость передачи информации до 500 Мбит/с. При передачи информации в базисной полосе частот на расстояние более 1,5 км требуется усилитель, или так называемый репитер (повторитель). Поэтому суммарное расстояние при передаче информации увеличивается до 10 км. Для вычислительных сетей с топологией шина или дерево, коаксиальный кабель должен иметь на конце согласующий резистор (терминатор).
Толстый коаксиальный кабель (Thick Ethernet) имеет большую степень помехозащищенности, большую механическую прочность, но требует специального приспособления для прокалывания кабеля, чтобы создать ответвления для подключения к ЛВС. Он более дорогой и менее гибкий, чем тонкий. Используется в технологии Ethernet 10Base5, описанной ниже. Сети ARCNet с посылкой маркера обычно используют кабель RG-62 А/U.
Еthernet-кабель
Ethernet-кабель также
является коаксиальным кабелем
с волновым сопротивлением 50 Ом.
Его называют еще толстый
10Base-T, 100Base-TX
Неэкранированная витая пара (Unshielded Twisted Pair – UTP) – это кабель из скрученных пар проводов.
Характеристики кабеля:
- диаметр проводников 0.4 – 0.6 мм (22~26 AWG), 4 скрученных пары (8 проводников, из которых для 10Base-T и 100Base-TX используются только 4).
- Кабель должен иметь категорию 3 или 5 и качество data grade или выше;
- максимальная длина сегмента 100 м;
- разъемы восьми контактные RJ-45.
10Base2
- Тонкий коаксиальный кабель;
- Характеристики кабеля: диаметр 0.2 дюйма, RG-58A/U 50 Ом;
- Приемлемые разъемы – BNC;
- Максимальная длина сегмента – 185 м;
- Минимальное расстояние между узлами – 0.5 м;
- Максимальное число узлов в сегменте – 30.
10Base5
- Толстый коаксиальный кабель;
- Волновое сопротивление – 50 Ом;
- Максимальная длина сегмента – 500 метров;
- Минимальное расстояние между узлами – 2.5 м;
- Максимальное число узлов в сегменте – 100.
Сheapernеt-кабель
Более дешевым, чем Ethernet-кабель является соединение Cheapernet-кабель или, как его часто называют, тонкий (thin) Ethernet. Это также 50-омный коаксиальный кабель со скоростью передачи информации в 10 Мбит/с.
При соединении сегментов Сhеарегnеt-кабеля также требуются повторители. Вычислительные сети с Cheapernet-кабелем имеют небольшую стоимость и минимальные затраты при наращивании. Соединения сетевых плат производится с помощью широко используемых малогабаритных байонетных разъемов (СР-50). Дополнительное экранирование не требуется. Кабель присоединяется к ПК с помощью тройниковых соединителей (T-connectors).
Расстояние между двумя рабочими станциями без повторителей может составлять максимум 300 м, а общее расстояние для сети на Cheapernet-кабеля - около 1000 м. Приемопередатчик Cheapernet расположен на сетевой плате и как для гальванической развязки между адаптерами, так и для усиления внешнего сигнала
Оптоволоконные линии
Наиболее дорогими являются оптопроводники, называемые также стекловолоконным кабелем. Скорость распространения информации по ним достигает нескольких гигабит в секунду. Допустимое удаление более 50 км. Внешнее воздействие помех практически отсутствует. На данный момент это наиболее дорогостоящее соединение для ЛВС. Применяются там, где возникают электромагнитные поля помех или требуется передача информации на очень большие расстояния без использования повторителей. Они обладают противоподспушивающими свойствами, так как техника ответвлений в оптоволоконных кабелях очень сложна.
Цифровая связь по оптическим кабелям, приобретающая всё большую актуальность, является одним из главных направлений научно-технического прогресса. Преимущества цифровых потоков в их относительно лёгкой обрабатываемости с помощью ЭВМ, возможности повышения отношения сигнал/шум и увеличения плотности потока информации. Преимущества оптических систем передачи перед системами передачи работающими по металлическому кабелю заключается в:
- возможности получения световодов с малым затуханием и дисперсией, а значит увеличение дальности связи;
- широкой полосе пропускания ,т.е. большой информационной ёмкости;
- оптический кабель не обладает электропроводностью и индуктивностью, то есть кабели не подвергаются электромагнитным воздействием;
- пренебрежимо малых перекрестных помех;
- низкой стоимостью материла оптического кабеля, его малый диаметр и масса;
- высокой скрытности связи;
- возможности усовершенствования системы при полном сохранении совместимости с другими системами передачи.
Линейные тракты волоконнооптических систем передачи строятся как двухволоконные однополосные одно кабельные, одноволоконные одно полосные однокабельные, одноволоконные многополосные одно кабельные (со спектральным уплотнением).
Особенностью соединительных линий является относительно небольшая их длина за счет глубокого районирования сетей. Статистика распределения протяженности соединительных линий городской телефонной сети в крупнейших городах свидетельствует, что соединительные линии протяженностью до 6 км составляют 65% от всего числа соединительных линий. Значительные расстояния между регенерационными пунктами волоконнооптических систем передачи дают возможность отказаться от оборудования регенераторов в колодцах телефонной канализации, а также от организации дистанционного питания.
На передающей стороне на излучатель света, в качестве которого в волоконнооптической системе связи используется светодиод или полупровод-никовый лазер, поступает электрический сигнал, предназначенный для передачи по линии связи. Этот сигнал модулирует оптическое излучение источника света, в результате чего электрический сигнал преобразуется в оптический. На приемной стороне сигнал из оптического волокна вводится в фотодетектор. В современных волоконнооптических системах передачи в качестве фотоде-тектора используют p-i-n или лавинный фото диод. Фотодетектор преобразует падающее на него оптическое излучение в исходный электрический сигнал. Затем электрический сигнал поступает на усилитель (регенератор) и отправляется получателю сообщения.
Выбор элементной базы при реализации волоконнооптических систем передачи и параметры её линейного тракта зависят от скорости передачи символов цифрового сигнала. Существуют установленные правила объединения цифровых сигналов и определена иерархия аппаратуры временного объединения цифровых сигналов электросвязи. Сущность иерархии состоит в ступенчатом расположении указанной аппаратуры, при котором на каждой ступени объединяется определённое число цифровых сигналов, имеющих одинаковую скорость передачи символов, соответствующую предыдущей ступени.
Цифровые сигналы во вторичной, третичной, и т.д. системах получаются объединением сигналов предыдущих иерархических систем. Для европейских стран установлены следующие стандартные скорости передачи для различных ступеней иерархии (соответственно ёмкости в телефонных каналах): первая ступень-2.048 Мбит/с (30 каналов), вторая-8.448 Мбит/с (120 каналов), третья-34.368 Мбит/с (480 каналов), четвертая-139.264 Мбит/с (1920 каналов). В соответствии с приведенными скоростями можно говорить о первичной, вторичной, третичной и четвертичной группах цифровых сигналов электрической связи (в этом же порядке присвоены названия системам ИКМ).
Аппаратура, в которой выполняется объединение этих сигналов, называется аппаратурой временного объединения цифровых сигналов. На выходе этой аппаратуры цифровой сигнал обрабатывается скремблером, то есть преобразуется по структуре без изменения скорости передачи символов для того, чтобы приблизить его свойства к свойствам случайного сигнала (рис.2.3). Это позволяет достигнуть устойчивой работы линии связи вне зависимости от статистических свойств источника информации. Скремблированный сигнал может подаваться на вход любой цифровой системы передачи, что осуществля-ется при помощи аппаратуры электрического стыка.
Учитывая, что доля затрат на кабельное оборудование составляет значительную часть стоимости связи, а цены на оптический кабель в настоящее время остаются достаточно высокими, возникает задача повышения эффективности использования пропускной способности оптического волокна за счёт одновременной передачи по нему большего объёма информации. Этого можно добиться, например, передачей информации во встречных направлениях по одному оптическому кабелю.
Понятие локальной сети и ее преимущества
Сеть – это совокупность объектов, образуемых устройствами передачи и обработки данных. Международная организация по стандартизации определила вычислительную сеть как последовательную бит-ориентированную передачу информации между связанными друг с другом независимыми устройствами.
Сети обычно находится в частном ведении пользователя и занимают некоторую территорию и по территориальному признаку разделяются на:
- локальные вычислительные сети (ЛВС) или Local Area Network (LAN), расположенные в одном или нескольких близко расположенных зданиях. ЛВС обычно размещаются в рамках какой-либо организации (корпорации, учреждения), поэтому их называют корпоративными;
- распределенные компьютерные сети, глобальные или Wide Area Network (WAN), расположенные в разных зданиях, городах и странах, которые бывают территориальными, смешанными и глобальными. В зависимости от этого глобальные сети бывают четырех основных видов: городские, региональные, национальные и транснациональные. В качестве примеров распределенных сетей очень большого масштаба можно назвать: Internet, EUNET, Relcom, FIDO.
Понятие "локальная вычислительная сеть" - ЛВС (англ. LAN - Lokal Area Network ) относится к географически ограниченным (территориально или производственно) аппаратно-программным реализациям, в которых несколько компьютерных систем связанны друг с другом с помощью соответствующих средств коммуникаций. Благодаря такому соединению пользователь может взаимодействовать с другими рабочими станциями, подключенными к этой ЛВС.
В производственной практики ЛВС играют очень большую роль. Посредством ЛВС в систему объединяются персональные компьютеры, расположенные на многих удаленных рабочих местах, которые используют совместно оборудование, программные средства и информацию. Рабочие места сотрудников перестают быть изолированными и объединяются в единую систему.
Рассмотрим преимущества, получаемые при сетевом объединении персональных компьютеров в виде внутрипроизводственной вычислительной сети:
