Перечислите основные аппаратные компоненты компьютерных сетей кратко

Обновлено: 05.07.2024

Занятие №3 по курсу "Информационные сети"

Аппаратные компоненты компьютерных сетей

Существует множество сетевых устройств, используемых для создания, сегментирования и усовершенствования сети. Основными из них являются сетевые адаптеры, повторители, усилители, мосты, маршрутизаторы и шлюзы.

Сетевые адаптеры (карты), или NIC (Network Interface Card), являются устройствами, физически соединяющими компьютер с сетью. Прежде чем выполнить такое соединение, надо правильно установить и настроить сетевой адаптер. Простота или сложность этой установки и настройки зависит от типа используемого сетевого адаптера. Автоматически конфигурирующиеся адаптеры и адапте-ры, отвечающие стандарту Plug and Play (Вставь и работай), автоматически производят свою настройку. Если сетевой адаптер не отвечает стандарту Plug and Play, то настраивают его запрос на прерывание IRQ (Interrupt Request) и адрес ввода/вывода (Input/Output address).

IRQ представляет логическую коммуникационную линию, используемую устройством для связи с процессором.

Адрес ввода/вывода – это трёхзначное шестнадцатеричное число, идентифицирующее коммуникационный канал между аппаратными устройствами и центральным процессором. Для правильного функционирования сетевого адаптера следует правильно настроить как IRQ, так и адрес ввода/вывода.

Сетевые адаптеры (карты), или NIC (Network Interface Card), являются устройствами, физически соединяющими компьютеры с сетью.

Повторители и усилители

При перемещении по сети сигнал ослабевает. Для его усиления используют повторители и (или) усилители, усиливающие проходящие через них сигналы.

Повторители (repeater) используются в сетях с цифровым сигналом для борьбы с ослаблением сигнала. Они обеспечивают надёжную передачу данных на большие расстояния. Получив ослабленный входящий сигнал, повторитель очищает и увеличивает его мощность и посылает этот сигнал следующему сегменту.

Усилители (amplifier), имеют сходное назначение, но обычно применяются в сетях с аналоговыми сигналами для увеличения дальности их передачи. Аналоговые сигналы могут переносить голос и данные одновременно. При этом носитель делится на несколько каналов, и разные частоты передаются параллельно.

Усилители, хотя и имеют сходное назначение, используются для увеличения дальности передачи в сетях, использующих аналоговый сигнал.

Существуют три основных типа концентраторов: пассивные (passive), ак-тивные (active) и интеллектуальные (intelligent). Пассивные концентраторы, не требующие электроэнергии, действуют как физическая точка соединения, ничего не добавляя к проходящему сигналу. Активные концентраторы требуют энергии, используемой ими для восстановления и усиления проходящего через них сигна-ла. Интеллектуальные концентраторы могут предоставлять сервисы переключения пакетов (packet switching) и перенаправления трафика (traffic routing).

Возможным недостатком мостов является то, что они передают данные дольше, чем повторители, так как проверяют адрес сетевой карты получателя для каждого пакета. Они сложнее в управлении и дороже, чем повторители.

Сейчас мосты, практически не используются. Их функции выполняют компьютеры-шлюзы, коммутаторы, или маршрутизаторы.

Маршрутизатор (router) представляет собой сетевое коммуникационное устройство, связывающее два и более сетевых сегмента (или подсетей).

Маршрутизатор – это сетевое коммуникационное устройство, которое может связывать два и более сетевых сегмента (или подсетей).

Существуют два типа маршрутизирующих устройств: статические и динамические.

Статические маршрутизаторы (static router) используют таблицы маршрутизации, создаваемые и вручную обновляемые сетевым администратором.

Динамические маршрутизаторы (dynamic router) создают и обновляют свои собственные таблицы маршрутизации. Они используют информацию, как найденную на своих собственных сегментах, так и полученную от других динамиче-ских маршрутизаторов. Динамические маршрутизаторы всегда содержат свежую информацию о возможных маршрутах по сети, а также информацию об узких местах и задержках в прохождении пакетов. Эта информация позволяет им определить наиболее эффективный путь, доступный и данный момент, для перена-правления пакетов данных к их получателям.

Поскольку маршрутизаторы могут осуществлять интеллектуальный выбор пути и отфильтровывать пакеты, которые им не нужно получать, они помогают уменьшить загрузку сети, сохранить ресурсы и увеличить пропускную способ-ность сети. Они также повышают надёжность доставки данных, так как могут выбрать для пакетов альтернативный путь, если маршрут по умолчанию недоступен.

Другое важное преимущество маршрутизатора как соединительного устройства заключается в том, что, поскольку он работает на сетевом уровне, то он может соединять сети с различными сетевой архитектурой, методами доступа к устройствам или протоколами. Например, маршрутизатор может соединить подсеть Ethernet и сегмент Token Ring, связать несколько небольших сетей, использующих различные протоколы, если последние поддерживают маршрутизацию.

Статических маршрутизаторов в настоящее время практически нет. Точнее говоря, их не используют.

Современный маршрутизатор – это обычно специализированный компьютер, оптимизированный для выполнения функций маршрутизатора. На нём работает специализированная операционная система, в рамках настройки параметров которой можно осуществить и статическую маршрутизацию.

Шлюз (gateway) представляет собой метод осуществления связи между двумя или несколькими сетевыми сегментами. В качестве шлюза обычно используют выделенный компьютер с ПО шлюза, на котором производятся преобразования, позволяющие взаимодействовать нескольким системам в сети. Например, при использовании шлюза персональные компьютеры на базе Intel-совместимых процессоров на одном сегменте могут связываться и разделять ресурсы с компьютерами Macintosh.

Шлюзы имеют много преимуществ, но при принятии решения об их использовании в сети следует учитывать ряд факторов. Шлюзы сложны в установке и настройке, дороже других коммуникационных устройств. Вследствие лишнего этапа обработки, связанного с процессом преобразования, они работают медленнее, чем маршрутизаторы и подобные устройства.

Шлюз – это метод осуществления связи между двумя или несколькими сетевыми сегментами.

Кроме маршрутизаторов существуют ещё и коммутаторы.

Устройство, предназначенное для выполнения коммутации, называется коммутатором (switch).

Фактически любое из выше перечисленных устройств должно решать задачу мультиплексирования и демультиплексирования.

Задача демультиплексирования (demultiplexing) – разделение суммарного агрегированного потока, поступающего на один интерфейс, на несколько составляющих потоков.

Как правило, операцию коммутации сопровождает также обратная операция – мультиплексирование.

Задача мультиплексирования (multiplexing) – образование из нескольких отдельных потоков общего агрегированного потока, который можно передавать по одному физическому каналу связи.

Операции мультиплексирования/демультиплексирования имеют такое же важное значение в любой сети, как и операции коммутации, потому что без них пришлось бы все коммутаторы связывать большим количеством параллельных каналов, что свело бы на нет все преимущества неполносвязной сети.

Технология мультиплексирования должна позволять получателю суммарного потока выполнять обратную операцию – разделение (демультиплексирование) данных на составляющие потоки. На рис. 3.1 коммутатор выполняет демультиплексирование потока на три составляющих подпотока. В общем случае на каждом интерфейсе могут одновременно выполняться обе задачи – мультиплексирование и демультиплексирование.

Частный случай коммутатора (рис. 3.1а), у которого все входящие информационные потоки коммутируются на один выходной интерфейс, где мультиплексируются в один агрегированный поток и направляются в один физический канал, называется мультиплексором (multiplexer, mux). Коммутатор (рис.3.1б) имеет один входной интерфейс и несколько выходных и называется демультип-лексором.

Рис. 3.1. Мультиплексор (а) и демультиплексор (б).

Рис. 3.2. Схема "общая шина"

Существуют различные способы организации совместного доступа к разделяемым линиям связи. В одних случаях используют централизованный подход, когда доступом управляет специальное устройство – арбитр, в других – децентрализованный. Внутри компьютера проблемы разделения линий связи между различными модулями также существуют, примером может служить доступ к системной шине, которым управляет процессор, или специальный арбитр шины. В сетях организация совместного доступа к линиям связи имеет свою специфику из-за существенно большего времени распространения сигналов по линиям связи. В результате процедуры согласования доступа к линии связи могут занимать много времени и приводить к значительному снижению производительности сети.

Несмотря на все эти сложности, в локальных сетях разделяемые среды используются часто. Этот подход, в частности, реализован в широко распространённых классических технологиях Ethernet, Token Ring, FDDI. В глобальных сетях разделяемые между интерфейсами среды практически не используются. Это объясняется тем, что большие временные задержки при распространении сигналов вдоль протяженных каналов связи приводят к длительным переговорным процедурам доступа к разделяемой среде, сокращая до неприемлемого уровня долю полезного использования канала связи на передачу данных абонентов.

Наметилась тенденция отказа от разделяемых сред передачи данных и в локальных сетях. Это связано с тем, что за достигаемое таким образом снижение стоимости сети приходится расплачиваться производительностью. Сеть с разделяемой средой при большом количестве узлов всегда будет работать медленнее, чем аналогичная сеть с индивидуальными линиями связи, так как пропускная способность индивидуальной линии связи достаётся одному компьютеру, а при совместном использовании – делится на все компьютеры сети. Часто с такой потерей производительности приходится мириться ради увеличения экономической эффективности сети. Не только в классических, но и в новых технологиях, разработанных для локальных сетей, сохраняется режим разделяемых линий связи. Например, разработчики принятой в 1998 году в качестве нового стандарта технологии Gigabit Ethernet включили режим разделения передающей среды в свои спецификации наряду с режимом работы по индивидуальным линиям связи.

Напомним, что коммутация бывает канальной и пакетной. Ethernet – пример стандартной технологии коммутации пакетов.

Рассмотрим, каким образом описанные выше общие подходы к решению проблем построения сетей воплощены в наиболее популярной сетевой технологии – Ethernet. (остановимся некоторых принципиальных моментах, иллюстрирующих ряд уже рассмотренных базовых концепций).

Сетевая технология – это согласованный набор стандартных протоколов и программно-аппаратных средств (например, сетевых адаптеров, драйверов, кабелей и разъёмов), достаточный для построения вычислительной сети.

Протоколы, на основе которых строится сеть определённой технологии (в узком смысле), создавались специально для совместной работы, поэтому от разработчика сети не требуется дополнительных усилий по организации их взаимодействия.

Иногда сетевые технологии называют базовыми технологиями, имея в виду, что на их основе строится базис любой сети. Примерами базовых сетевых технологий служат такие известные технологии локальных сетей, как Ethernet, Token Ring и FDDI, технологии территориальных сетей Х.25 и frame relay. Для получе-ния работоспособной сети в этом случае достаточно приобрести программные и аппаратные средства, относящиеся к одной базовой технологии – сетевые адаптеры с драйверами, концентраторы, коммутаторы, кабельную систему и т. п. – и соединить их в соответствии с требованиями стандарта на данную технологию.

Основной принцип, положенный в основу Ethernet, – случайный метод доступа к разделяемой среде передачи данных. В качестве такой среды может использоваться толстый или тонкий коаксиальный кабель, витая пара, оптоволокно или радиоволны (кстати, первой сетью, построенной на принципе случайного доступа к разделяемой среде, была радиосеть Aloha Гавайского университета).

Рис.3.3. Сеть Ethernet.

Суть случайного метода доступа состоит в следующем. Компьютер может передавать данные по сети Ethernet только если сеть свободна, то есть если никакой другой компьютер в данный момент не занимается обменом. Поэтому важной частью технологии Ethernet является процедура определения доступности среды.

Кадр – это единица данных, которыми обмениваются компьютеры в сети Ethernet.

Кадр имеет фиксированный формат и наряду с полем данных содержит различную служебную информацию, например адрес получателя и адрес отправителя.

Сеть Ethernet устроена так, что при попадании кадра в разделяемую среду передачи данных все сетевые адаптеры начинают одновременно принимать этот кадр. Они анализируют адрес назначения, располагающийся в одном из началь-ных полей кадра, и, если этот адрес совпадает с их собственным, кадр помещается во внутренний буфер сетевого адаптера. Таким образом компьютер-адресат получает предназначенные ему данные.

Может возникнуть ситуация, когда несколько компьютеров одновременно решают, что сеть свободна, и начинают передавать информацию – коллизия. Она препятствует правильной передаче данных по сети. В стандарте Ethernet преду-смотрен алгоритм обнаружения и корректной обработки коллизий. Вероятность возникновения коллизии зависит от интенсивности сетевого трафика.

После обнаружения коллизии сетевые адаптеры, пытавшиеся передать свои кадры, прекращают передачу и после паузы случайной длительности пытаются снова получить доступ к среде и передать тот кадр, который вызвал коллизию.

Главным достоинством сетей Ethernet, благодаря которому они стали такими популярными, является их экономичность. Для построения сети достаточно иметь по одному сетевому адаптеру для каждого компьютера плюс один физический сегмент коаксиального кабеля нужной длины.
В сетях Ethernet реализованы простые алгоритмы доступа к среде, адресации и передачи данных. Простота логики работы сети ведёт к упрощению и, соответственно, снижению стоимости сетевых адаптеров и их драйверов. По той же причине адаптеры сети Ethernet обладают высокой надёжностью.
Ещё одним замечательным свойством сетей Ethernet является их хорошая расширяемость, то есть возможность подключения новых узлов.

Основные выводы

У сетей существует физическая и логическая организация. Физическая и логическая организация сетей может не совпадать. Физические сетевые устройства или сетевое оборудование может выполнять большой набор логических функций.

Вычислительной сетью называют совокупность взаимосвязанных и распределенных по некоторой территории ЭВМ.

Вычислительная сеть – вычислительный комплекс, включающий территориально распределенную систему компьютеров и их терминалов, объединенных в единую систему.

По степени географического распространения вычислительные сети подразделяются на локальные, городские, корпоративные, глобальные и др.

Вычислительная сеть состоит из трех компонент:

- сети передачи данных, включающей в себя каналы передачи данных и средства коммутации;

- компьютеров, связанных сетью передачи данных;

- сетевого программного обеспечения.

Вычислительная сеть – это сложный комплекс взаимосвязанных программных и аппаратных компонентов:

компьютеров (хост-компьютеры, сетевые компьютеры, рабочие станции, серверы), размещенных в узлах сети;

сетевой операционной системы и прикладного программного обеспечения, управляющих компьютерами;

коммуникационного оборудования – аппаратуры и каналов передачи данных с сопутствующими им периферийными устройствами; интерфейсных плат и устройств (сетевые платы, модемы); маршрутизаторов и коммутационных устройств.

Программные и аппаратные компоненты вычислительной сети

Вычислительная сеть, network - распределенная в пространстве система программных и аппаратных компонентов, связанных линиями компьютерной связи.

Среди аппаратных средств можно выделить компьютеры и коммуникационное оборудование. Программные компоненты состоят из операционных систем и сетевых приложений.

В настоящее время в сети используются компьютеры различных типов и классов с различными характеристиками. Это основа любой вычислительной сети. Компьютеры, их характеристики определяют возможности вычислительной сети. Но в последнее время и коммуникационное оборудование (кабельные системы, повторители, мосты, маршрутизаторы и др.) стало играть не менее важную роль. Некоторые из этих устройств, учитывая их сложность, стоимость и другие характеристики, можно назвать компьютерами, решающими сугубо специфические задачи по обеспечению работоспособности сетей.

Для эффективной работы сетей используются специальные сетевые операционные системы (сетевые ОС), которые, в отличие от персональных операционных систем, предназначены для решения специальных задач по управлению работой сети компьютеров. Сетевые ОС устанавливаются на специально выделенные компьютеры.

Сетевые приложения - это прикладные программные комплексы, которые расширяют возможности сетевых ОС. Среди них можно выделить почтовые программы, системы коллективной работы, сетевые базы данных и др.

В процессе развития сетевых ОС некоторые функции сетевых приложений становятся обычными функциями ОС.

Все устройства, подключаемые к сети, можно разделить на три функциональные группы:

1)рабочие станции;

2)серверы сети;

3)коммуникационные узлы.

1) Рабочая станция, workstation - это персональный компьютер, подключенный к сети, на котором пользователь сети выполняет свою работу. Каждая рабочая станция обрабатывает свои локальные файлы и использует свою операционную систему. Но при этом пользователю доступны ресурсы сети.

Можно выделить три типа рабочих станций:

• рабочая станция с локальным диском,

• бездисковая рабочая станция,

• удаленная рабочая станция.

На рабочей станции с диском (жестким или гибким) операционная система загружается с этого локального диска. Для бездисковой станции операционная система загружается с диска файлового сервера. Такая возможность обеспечивается специальной микросхемой, устанавливаемой на сетевом адаптере бездисковой станции.

Удаленная рабочая станция - это станция, которая подключается к локальной сети через телекоммуникационные каналы связи (например, с помощью телефонной сети).

2) Сервер сети, network server - это компьютер, подключенный к сети и предоставляющий пользователям сети определенные услуги, например хранение данных общего пользования, печать заданий, обработку запроса к СУБД, удаленную обработку заданий и т. д.

По выполняемым функциям можно выделить следующие группы серверов.

Файловый сервер, file server - компьютер, хранящий данные пользователей сети и обеспечивающий доступ пользователей к этим данным. Как правило, этот компьютер имеет большой объем дискового пространства. Файловый сервер обеспечивает одновременный доступ пользователей к общим данным.

Файловый сервер выполняет следующие функций:

• согласование изменений данных, выполняемых разными пользователями;

Сервер баз данных, database server - компьютер, выполняющий функции хранения, обработки и управления файлами баз данных (БД).

Сервер баз данных выполняет следующие функции:

• хранение баз данных, поддержку их целостности, полноты, актуальности;

• прием и обработку запросов к базам данных, а также пересылку результатов обработки на рабочую станцию;

• обеспечение авторизированного доступа к базам данных, поддержку системы ведения и учета пользователей, разграничение доступа пользователей;

• согласование изменений данных, выполняемых разными пользователями;

• поддержку распределенных баз данных, взаимодействие с другими серверами баз данных, расположенными в другом месте.

Сервер прикладных программ, application server - компьютер, который используется для выполнения прикладных программ пользователей.

Коммуникационный сервер, communications server - устройство или компьютер, который предоставляет пользователям локальной сети прозрачный доступ к своим последовательным портам ввода/вывода.

С помощью коммуникационного сервера можно создать разделяемый модем, подключив его к одному из портов сервера. Пользователь, подключившись к коммуникационному серверу, может работать с таким модемом так же, как если бы модем был подключен непосредственно к рабочей станции.

Сервер доступа, access server - это выделенный компьютер, позволяющий выполнять удаленную обработку заданий. Программы, инициируемые с удаленной рабочей станции, выполняются на этом сервере.

От удаленной рабочей станции принимаются команды, введенные пользователем с клавиатуры, а возвращаются результаты выполнения задания.

Сервер резервного копирования данных, backup server - устройство или компьютер, который решает задачи создания, хранения и восстановления копий данных, расположенных на файловых серверах и рабочих станциях. В качестве такого сервера может использоваться один из файловых серверов сети.

Следует отметить, что все перечисленные типы серверов могут функционировать на одном выделенном для этих целей компьютере.

3) К коммуникационным узлам сети относятся следующие устройства:

Протяженность сети, расстояние между станциями в первую очередь определяются физическими характеристиками передающей среды (коаксиального кабеля, витой пары и т. д.). При передаче данных в любой среде происходит затухание сигнала, что и приводит к ограничению расстояния. Чтобы преодолеть это ограничение и расширить сеть, устанавливают специальные устройства - повторители, мосты и коммутаторы. Часть сети, в которую не входит устройство расширения, принято называть сегментом сети.

Повторитель, repeater - устройство, усиливающее или регенерирующее пришедший на него сигнал. Повторитель, приняв пакет из одного сегмента, передает его во все остальные. При этом повторитель не выполняет развязку присоединенных к нему сегментов. В каждый момент времени во всех связанных повторителем сегментах поддерживается обмен данными только между двумя станциями.

Коммутатор, switch, мост, bridge - это устройство, которое, как и повторитель, позволяет объединять несколько сегментов. В отличие от повторителя, мост выполняет развязку присоединенных к нему сегментов, то есть одновременно поддерживает несколько процессов обмена данными для каждой пары станций разных сегментов.

Маршрутизатор, router - устройство, соединяющее сети одного или разных типов по одному протоколу обмена данными. Маршрутизатор анализирует адрес назначения и направляет данные по оптимально выбранному маршруту.

Шлюз, gateway - это устройство, позволяющее организовать обмен данными между разными сетевыми объектами, использующими разные протоколы обмена данными.

Основными аппаратными компонентами сети являются следующие:

1. Абонентские системы: компьютеры (рабочие станции или клиенты и серверы); принтеры; сканеры и др.

2. Сетевое оборудование: сетевые адаптеры; концентраторы (хабы); мосты; маршрутизаторы и др.

3. Коммуникационные каналы: кабели; разъемы; устройства передачи и приема данных в беспроводных технологиях.

Основными программными компонентами сети являются следующие:

1. Сетевые операционные системы, где наиболее известные из них это: MS Windows; LANtastic; NetWare; Unix; Linux и т.д.

2. Сетевое программное обеспечение (Сетевые службы): клиент сети; сетевая карта; протокол; служба удаленного доступа.

ЛВС (Локальная вычислительная сеть) – это совокупность компьютеров, каналов связи, сетевых адаптеров, работающих под управлением сетевой операционной системы и сетевого программного обеспечения.

В ЛВС каждый ПК называется рабочей станцией, за исключением одного или нескольких компьютеров, которые предназначены для выполнения функций серверов. Каждая рабочая станция и сервер имеют сетевые карты (адаптеры), которые посредством физических каналов соединяются между собой. В дополнение к локальной операционной системе на каждой рабочей станции активизируется сетевое программное обеспечение, позволяющее станции взаимодействовать с файловым сервером.

Компьютеры, входящие в ЛВС клиент – серверной архитектуры, делятся на два типа: рабочие станции, или клиенты, предназначенные для пользователей, и серверы, которые, как правило, недоступны для обычных пользователей и предназначены для управления ресурсами сети.

Рабочие станции

Рабочая станция (workstation) – это абонентская система, специализированная для решения определенных задач и использующая сетевые ресурсы. К сетевому программному обеспечению рабочей станции относятся следующие службы:

- клиент для сетей;

- служба доступа к файлам и принтерам;

-сетевые протоколы для данного типа сетей;

-контроллер удаленного доступа.

Рабочая станция отличается от обычного автономного персонального компьютера следующим:

-наличием сетевой карты (сетевого адаптера) и канала связи;

-перед началом работы необходимо сообщить сетевому программному обеспечению имя пользователя и пароль. Это называется процедурой входа в сеть;

-после подключения к ЛВС появляются дополнительные сетевые дисковые накопители;

появляется возможность использования сетевого оборудования, которое может находиться далеко от рабочего места.

Сетевые адаптеры

Для подключения ПК к сети требуется устройство сопряжения, которое называют сетевым адаптером, интерфейсом, модулем, или картой. Оно вставляется в гнездо материнской платы. Карты сетевых адаптеров устанавливаются на каждой рабочей станции и на файловом сервере. Рабочая станция отправляет запрос через сетевой адаптер к файловому серверу и получает ответ через сетевой адаптер, когда файловый сервер готов.

Сетевые адаптеры вместе с сетевым программным обеспечением способны распознавать и обрабатывать ошибки, которые могут возникнуть из-за электрических помех, коллизий или плохой работы оборудования.

Различные типы сетевых адаптеров отличаются не только методами доступа к каналу связи и протоколами, но еще и следующими параметрами:

1. Общие сведенья о компьютерных сетях

Наряду с автономной работой значительное повышение эффективности использования компьютеров может быть достигнуто объединением их в компьютерные сети (network).

Под компьютерной сетью в широком смысле слова понимают любое множество компьютеров, связанных между собой каналами связи для передачи данных.

Существует ряд веских причин для объединения компьютеров в сети. Во-первых, совместное использование ресурсов позволяет нескольким ЭВМ или другим устройствам осуществлять совместный доступ к отдельному диску (файл-серверу), дисководу CD-ROM, стримеру, принтерам, плоттерам, к сканерам и другому оборудованию, что снижает затраты на каждого отдельного пользователя.

Во-вторых, кроме совместного использования дорогостоящих периферийных устройств имеется возможность аналогично использовать сетевые версии прикладного программного обеспечения. В-третьих, компьютерные сети обеспечивают новые формы взаимодействия пользователей в одном коллективе, например при работе над общим проектом.

В-четвертых, появляется возможность использовать общие средства связи между различными прикладными системами (коммуникационные услуги, передача данных и видеоданных, речи и т.д.). Особое значение имеет организация распределенной обработки данных. В случае централизованного хранения информации значительно упрощаются процессы обеспечения ее целостности, а также резервного копирования.

Компьютерная сеть - это сложный комплекс взаимосвязанных и согласованно функционирующих программных и аппаратных компонентов.

Изучение сети в целом предполагает знание принципов работы ее отдельных элементов:
- компьютеров;
- коммуникационного оборудования;
- операционных систем;
- сетевых приложений.

Весь комплекс программно-аппаратных средств сети может быть описан многослойной моделью. В основе любой сети лежит аппаратный слой стандартизованных компьютерных платформ, т.е. система конечного пользователя сети, в качестве которого может выступать компьютер или терминальное устройство (любое устройство ввода-вывода или отображения информации). Компьютеры в узлах сети иногда называют хост-машинами или просто хостами.

В настоящее время в сетях широко и успешно применяются компьютеры различных классов - от персональных компьютеров до мэйнфреймов и суперЭВМ. Набор компьютеров в сети должен соответствовать набору разнообразных задач, решаемых сетью.

Второй слой - это коммуникационное оборудование. Хотя компьютеры и являются центральными элементами обработки данных в сетях, в последнее время не менее важную роль стали играть коммуникационные устройства.

Кабельные системы, повторители, мосты, коммутаторы, маршрутизаторы и модульные концентраторы из вспомогательных компонентов сети превратились в основные наряду с компьютерами и системным программным обеспечением как по влиянию на характеристики сети, так и по стоимости. Сегодня коммуникационное устройство может представлять собой сложный специализированный мультипроцессор, который нужно конфигурировать, оптимизировать и администрировать.

Третьим слоем, образующим программную платформу сети, являются операционные системы (ОС). От того, какие концепции управления локальными и распределенными ресурсами положены в основу сетевой ОС, зависит эффективность работы всей сети.

При проектировании сети важно учитывать, насколько просто данная операционная система может взаимодействовать с другими ОС сети, насколько она обеспечивает безопасность и защищенность данных, до какой степени она позволяет наращивать число пользователей, можно ли перенести ее на компьютер другого типа и многие другие соображения.

Самым верхним слоем сетевых средств являются различные сетевые приложения, такие как сетевые базы данных, почтовые системы, средства архивирования данных, системы автоматизации коллективной работы и др.

Очень важно представлять диапазон возможностей, предоставляемых приложениями для различных областей применения, а также знать, насколько они совместимы с другими сетевыми приложениями и операционными системами.

3. Классификация компьютерных сетей

Объединение рассмотренных выше компонент в сеть может производится различными способами и средствами. По составу своих компонент, способам их соединения, сфере использования и другим признакам сети можно разбить на классы таким образом, чтобы принадлежность описываемой сети к тому или иному классу достаточно полно могла характеризовать свойства и качественные параметры сети.

Однако такого рода классификация сетей является довольно условной. Наибольшее распространение на сегодня получило, разделение компьютерных сетей по признаку территориального размещения. По этому признаку сети делятся на три основных класса: ·

LAN - локальные сети (Local Area Networks); ·
MAN - городские сети (Metropolitan Area Networks). ·
WAN - глобальные сети (Wide Area Networks);

Локальная сеть (ЛС) - это коммуникационная система, поддерживающая в пределах здания или некоторой другой ограниченной территории один или несколько высокоскоростных каналов передачи цифровой информации, предоставляемых подключенным устройствам для кратковременного монопольного использования. Территории, охватываемые ЛС, могут существенно различаться.
Длина линий связи для некоторых сетей может быть не более 1000 м, другие же ЛС в состоянии обслужить целый город. Обслуживаемыми территориями могут быть как заводы, суда, самолеты, так и учреждения, университеты, колледжи. В качестве передающей среды, как правило, используются коаксиальные кабели, хотя все большее распространение получают сети на витой паре и оптоволокне, а в последнее время также стремительно развивается технология беспроводных локальных сетей, в которых используется один из трех видов излучений: широкополосные радиосигналы, маломощное излучение сверхвысоких частот (СВЧ излучение) и инфракрасные лучи.
Небольшие расстояния между узлами сети, используемая передающая среда и связанная с этим малая вероятность появления ошибок в передаваемых данных позволяют поддерживать высокие скорости обмена - от 1 Мбит/с до 100 Мбит/с (в настоящее время уже есть промышленные образцы ЛС со скоростями порядка 1 Гбит/с).

Городские сети, как правило, охватывают группу зданий и реализуются на оптоволоконных или широкополосных кабелях. По своим характеристикам они являются промежуточными между локальными и глобальными сетями. В последнее время в связи с прокладкой высокоскоростных и надежных оптоволоконных кабелей на городских и междугородних участках, а новые перспективные сетевые протоколы, например, ATM (Asynchronous Transfer Mode - режим асинхронной передачи), которые в перспективе могут использоваться как в локальных, так и в глобальных сетях.

Глобальные сети, в отличие от локальных, как правило, охватывают значительно большие территории и даже большинство регионов земного шара (примером может служить сеть Internet). В настоящее время в качестве передающей среды в глобальных сетях используются аналоговые или цифровые проводные каналы, а также спутниковые каналы связи (обычно для связи между континентами). Ограничения по скорости передачи (до 28,8 Кбит/с на аналоговых каналах и до 64 Кбит/с - на пользовательских участках цифровых каналов) и относительно низкая надежность аналоговых каналов, требующая использования на нижних уровнях протоколов средств обнаружения и исправления ошибок существенно снижают скорость обмена данными в глобальных сетях по сравнению с локальными.
Существуют и другие классификационные признаки компьютерных сетей. Так, например:

- по сфере функционирования сети могут быть разделены на банковские сети, сети научных учреждений, университетские сети;

- по форме функционирования можно выделить коммерческие сети и бесплатные сети, корпоративные и сети общего пользования;

- по характеру реализуемых функций сети подразделяются на вычислительные, предназначенные для решения задач управления на основе вычислительной обработки исходной информации; информационные, предназначенные для получения справочных данных по запросу пользователей; смешанные, в которых реализуются вычислительные и информационные функции;

- по способу управления вычислительные сети делятся на сети с децентрализованным, централизованным и смешанным управлением. В первом случае каждая ЭВМ, входящая в состав сети, включает полный набор программных средств для координации выполняемых сетевых операций. Сети такого типа сложны и достаточно дороги, так как операционные системы отдельных ЭВМ разрабатываются с ориентацией на коллективный доступ к общему полю памяти сети. В условиях смешанных сетей под централизованным управлением ведется решение задач, обладающих высшим приоритетом и, как правило, связанных с обработкой больших объемов информации;

- по совместимости программного обеспечения бывают сети однородными или гомогенными ( состоящие из программно-совместимых компьютеров) и неоднородной или гетерогенной (если компьютеры, входящие в сеть, программно несовместимы).

В компьютерной сети существует 7 уровней взаимодействия между компьютерами:

физический, логический, сетевой, транспортный, уровень сеансов связи, представительский и прикладной уровень. Физический уровень (Physical Layer) определяет электрические, механические, процедурные и функциональные спецификации и обеспечивает для канального уровня установление, поддержание и разрыв физического соединения между двумя компьютерными системами, непосредственно связанными между собой с помощью передающей среды, например, аналогового телефонного канала, радиоканала или оптоволоконного канала.

Канальный уровень (Data Link Layer) управляет передачей данных по каналу связи. Основными функциями этого уровня являются разбиение передаваемых данных на порции, называемые кадрами, выделение данных из потока бит, передаваемых на физическом уровне, для обработки на сетевом уровне, обнаружение ошибок передачи и восстановление неправильно переданных данных.

Сетевой уровень (Network Layer) обеспечивает связь между двумя компьютерными системами сети, обменивающихся между собой информацией. Другой функцией сетевого уровня является маршрутизация данных (называемых на этом уровне пакетами) в сети и между сетями (межсетевой протокол).

Транспортный уровень (Transport Layer) обеспечивает надежную передачу (транспортировку) данных между компьютерными системами сети для вышележащих уровней. Для этого используются механизмы для установки, поддержки и разрыва виртуальных каналов (аналога выделенных телефонных каналов), определения и исправления ошибок при передаче, управления потоком данных (с целью предотвращения переполнения или потерь данных).

Сеансовый уровень (Session Layer) обеспечивает установление, поддержание и окончание сеанса связи для уровня представлений, а также возобновление аварийно прерванного сеанса. Уровень представления данных (Presentation Layer) обеспечивает преобразование данных из представления, используемого в прикладной программе одной компьютерной системы в представление, используемое в другой компьютерной системе. В функции уровня представлений входит также преобразование кодов данных, их шифровка/расшифровка, а также сжатие передаваемых данных.

Прикладной уровень (Application Level) отличается от других уровней модели OSI тем, что он обеспечивает услуги для прикладных задач. Этот уровень определяет доступность прикладных задач и ресурсов для связи, синхронизирует взаимодействующие прикладные задачи, устанавливает соглашения по процедурам восстановления при ошибках и управления целостностью данных. Важными функциями прикладного уровня является управление сетью, а также выполнение наиболее распространенных системных прикладных задач: электронной почты, обмена файлами и других.

Каждый уровень для решения своей подзадачи должен обеспечить выполнение определенных моделью функций данного уровня, действий (услуг) для вышележащего уровня и взаимодействовать с аналогичным уровнем в другой компьютерной системе.
Соответственно каждому уровню взаимодействия соответствует набор протоколов (т.е. правил взаимодействия).

Под протоколом понимается некая совокупность правил, регламентирующих формат и процедуры обмена информацией. В частности, он определяет, как выполняется соединение, преодолевается шум на линии и обеспечивается безошибочная передача данных между модемами.
Стандарт, в свою очередь, включает в себя общепринятый протокол или набор протоколов.

Функционирование сетевого оборудования невозможно без взаимоувязанных стандартов. Согласование стандартов достигается как за счет непротиворечивых технических решений, так и за счет группирования стандартов. Каждой конкретной сети присуща своя базовая совокупность протоколов.

Для соединения устройств в сети используется специальное оборудование.

Сетевые кабели (см. выше).

Сетевой адаптер, также известный как сетевая плата, сетевая карта, Ethernet-адаптер, NIC – периферийное устройство, непосредственно взаимодействующее со средой передачи данных, которая прямо или через другое коммуникационное оборудование позволяет компьютеру взаимодействовать с другими устройствами сети . В настоящее время, особенно в персональных компьютерах, сетевые платы довольно часто интегрированы в материнские платы для удобства и удешевления всего компьютера в целом. К разъемам адаптеров подключается сетевой кабель.

Модем – устройство для передачи данных по телефонным линиям связи. Цифровые сигналы, вырабатываемые компьютером, нельзя напрямую передавать по телефонной сети, потому что она предназначена для передачи человеческой речи – непрерывных сигналов звуковой частоты. Модем обеспечивает преобразование цифровых сигналов в переменный ток частоты звукового сигнала, которое называется модуляцией, а также обратное преобразование, которое называется демодуляцией. Отсюда название устройства модем – модулятор/демодулятор.

Модемы бывают внутренние и внешние. Внутренний модем выполняется в виде платы расширения, размещаемой в корпусе компьютера, подключаемой напрямую к системной шине и использующей общий источник питания компьютера. Внешний модем выполняется в виде отдельного устройства, подключаемого к одному из портов – последовательному или параллельному, и питаемый от собственного сетевого источника. Внешний модем также имеет индикаторы режимов работы в виде набора светодиодов или жидкокристаллического дисплея

Концентраторы (хабы, hub) и коммутаторы (switch) – сетевые устройства, предназначенные для объединения нескольких устройств в общий сегмент сети . Устройства подключаются при помощи витой пары , коаксиального кабеля или оптоволокна .

Для соединения локальных сетей используются следующие устройства:

Мосты (bridge) – связывают две локальные сети. Они передают данные между сетями в пакетном виде, не производя в них никаких изменений. Кроме того, мосты могут фильтровать пакеты, охраняя всю сеть от локальных потоков данных и пропуская наружу только те данные, которые предназначены для других сегментов сети.

Маршрутизатор (router) – устройство, соединяющее сети одного или разных типов по одному протоколу обмена данными, анализируя адреса отправителей и получателей маршрутизаторы направляют данные по оптимально выбранному маршруту;

Шлюз (gateway) – устройство для организации обмена данными между сетями с разными протоколами обмена данными.

Для соединения устройств в сети используется специальное оборудование.

Сетевые кабели (см. выше).

Для соединения локальных сетей используются следующие устройства:

Шлюз (gateway) – устройство для организации обмена данными между сетями с разными протоколами обмена данными.

Читайте также: