Сетевые технологии

      Министерство  образования и науки Республики Казахстан

      Центрально-Казахстанский  Университет МГТИ-Лингва 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      РЕФЕРАТ

      По  дисциплине: Новый информационные технологии

      На  тему: Сетевые технологии 
 
 
 
 
 

Выполнил: ст. группы ИС-09-31

              Грибинник Владислав

                                                           Проверил: маг., преп. Мергенбекова А.Н. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Караганда 2011 

      СОДЕРЖАНИЕ 

ВВЕДЕНИЕ 

      Проблема  передачи информации с одного компьютера на другой существовала с момента появления компьютеров. Для её решения использовались различные подходы. Наиболее распространённый, в недавнем прошлом, «курьерский» подход заключался в копировании информации на сменный носитель (ГМД, CD и т.п.), перенос к месту назначения и повторное копирование, но уже со сменного носителя на компьютер адресат. В настоящее время подобные способы перемещения информации уступают место сетевым технологиям. Т.е. компьютеры каким-либо образом соединяются друг с другом, и пользователь имеет возможность перенести информацию к месту назначения, не вставая из-за стола.

      Совокупность  компьютерных устройств, обладающих возможностью информационного сообщения друг с другом, принято называть компьютерной сетью. В большинстве случаев различают два типа компьютерных сетей: локальные (LAN – Local Area Network) и глобальные (WAN – Wide-Area Network). В некоторых вариантах классификации рассматривают ряд дополнительных типов: городские, региональные и т.п., однако все эти типы (по своей сути) в большинстве случаев являются вариантами глобальных сетей различного масштаба. Наиболее распространён вариант классификации сетей на локальные и глобальные по географическому признаку. Т.е. под локальной вычислительной сетью в этом случае понимается совокупность конечного числа компьютеров, расположенных на ограниченной территории (в пределах одного здания или соседних зданий), связанных информационными каналами, обладающими высокой скоростью и достоверностью передачи данных и предназначенных для решения комплекса взаимосвязанных задач.

      ГЛАВА 1. 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.

      1.1 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 устройства, называемые терминаторами. Основные преимущества данной топологии – дешевизна и простота монтажа. К недостаткам относятся проблематичность локализации места неисправности и низкая надежность: повреждение кабеля в любом месте приводит к прекращению обмена информацией между всеми компьютерами, входящими в сеть. Из-за особенностей распространения электрического сигнала, даже если два компьютера, пытающиеся осуществить обмен информацией, физически соединены друг с другом, при отсутствии терминатора на одном конце такого «обрывка» шины связь между ними будет невозможна.

      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 (рис. 3). Достоинство данной топологии – более высокая надёжность. Обрыв любого проводника «отключает» только одного абонента. «Узким местом» этой топологии является концентратор. При его поломке блокируется работа всей сети. Недостатком является более высокая стоимость оборудования (учитывая увеличение общей длины проводников, в сравнении с предыдущими топологиями, а также стоимость дополнительного оборудования – концентратора).

      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.

      1.2 Логические топологии локальных вычислительных сетей

      Логическая  топология определяет характер распространения  информации по компьютерной сети. При передаче информации от одного абонента сети к другому абоненту эта информация должным образом «оформляется». Передаваемые данные оформляются в стандартные фрагменты (пакеты, дейтаграммы). Помимо собственно передаваемых данных (чисел, текстов, рисунков и т.п.) в состав пакета добавляется адрес (приёмника информации или и приёмники и передатчика), контрольная информация (чтобы можно было проверить, пакет принят полностью или только его часть) и ряд другой информации. Рассмотрим три основных варианта логических топологий локальных вычислительных сетей.

      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 разобраться «кто что сказал». Обнаружив коллизию, передающий абонент «замолкает» на интервал времени случайной длительности, после чего повторяет попытку передачи информации. При очень большом количестве абонентов в сети вероятность коллизий резко возрастает, и сеть становится неработоспособной.

      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.

ГЛАВА 2. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ЛОКАЛЬНЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ.

Технические средства локальных сетей включают в себя следующие функциональные группы оборудования:

•  средства линий передачи данных (кабель, витая  пара, оптоволокно и пр.) — реализуют  собственно перенос сигнала;

•  средства увеличения дистанции передачи данных — репитеры (усилители), модемы и пр. (осуществляют усиление сигналов или преобразования в форму, удобную для дальнейшей передачи);

•  средства повышения емкости линий передачи (мультиплексирования) — позволяют  реализовывать несколько логических каналов в рамках одного физического  соединения путем разделения частот передачи, чередования пакетов во времени и т. д.;

•  средства управления информационными потоками в сети (коммутации каналов, коммутации пакетов, разветвления линий передачи) — осуществляют адресацию сообщений;

•  средства соединения линий передачи с сетевым оборудо­ванием   узлов   (сетевые   платы,   адаптеры)   —   реализуют ввод-вывод данных с оконечного оборудования в сеть.

      Рассмотрим  вкратце некоторые образцы данного  оборудования, иногда реализующие несколько  функций.

      2.1 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.

      2.2 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 сопротивление или импеданс. В локальных вычислительных сетях применяется коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом и (гораздо реже) в сетях ARCnet 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 оборудованием. При этом сам кабель не разрезается. Ввиду дороговизны кабеля и сложности монтажа сети толстый коаксиальный кабель применялся достаточно редко.

      Тонкий  коаксиальный кабель при монтаже  разделяется на сегменты (отрезки). Оба конца отрезка разделываются (обрабатываются) способом подобным указанному на рис. 5. Затем на оба конца кабеля устанавливаются способом обжатия коаксиальные разъёмы (см. рис. 6а). На выходе сетевого адаптера также имеется соответствующий коаксиальный разъём, к которому при помощи BNC Т-коннектора (см. рис. 6б) подключаются два кабельных сегмента, соединяющих подключаемый компьютер с двумя соседними абонентами.

Рис. 6. Разъёмы, применяемые при монтаже  коаксиального кабеля 

      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.

      2.3 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 (Unshielded Twisted 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 (Shielded Twisted 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 инструмент, называемый кримпером (рис. 9). Кабель после снятия внешней изоляционной трубки укладывается в специальные направляющие для вилки RJ-45 либо непосредственно в вилку (в зависимости от её конструкции). Затем вилка вместе с кабелем вставляется в специальные направляющие кримпера (на рис. 9 на нижней рукоятке) и при нажатии на рукоятки инструмента гребёнка (рис. 9 на верхней рукоятке) 

      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 вилках RJ-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.

      2.4 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 одномодового волоконно-оптического  кабеля имеет диаметр 8-9,5 микрон. Световой поток, пропускаемый одномодовым волоконно-оптическим кабелем, имеет длину волны 1300 или 1550 нм и проходит практически по единственной траектории, что уменьшает помехи и повышает качество сигнала по сравнению с многомодовым волокном. Недостатком одномодового волоконно-оптического кабеля является то, что в качестве источника света используется специальный лазер. Стоимость лазера гораздо выше стоимости светодиода, а срок службы меньше.

      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-оптического кабеля, прокладываемого на большие расстояния) используется технология сварки.

      Концы оптического волокна состыковываются с высокой точностью (особенно важно для одномодового волоконно-оптического кабеля из-за малого диаметра сердцевины) и свариваются на специальном станке. Для разводки оптического сигнала на коммутационном оборудовании  

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).

      2.5 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; Ethernet. Из них последние используются в России наиболее широко. С точки зрения конструктивного исполнения наибольшее распространение в настоящее время получили три типа сетевых адаптеров. Поскольку коаксиальный кабель для соединения персональных компьютеров в локальную сеть уже практически не используется, данная категория адаптеров не рассматривается. 

       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 сетью Ethernet). 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.

      2.6 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