Сетевые устройства и средства коммуникаций

1

Введение.



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.

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.

















1 Сетевые 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.

Витая пара

	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.

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.

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).

Еthernet-кабель

Ethernet-кабель также является коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 50 Ом. Его называют еще толстый Ethernet (thick) или желтый кабель (yellow cable). Он использует 15-контактное стандартное включение. Вследствие помехозащищенности является дорогой альтернативой обычным коаксиальным кабелям. Максимально доступное расстояние без повторителя не превышает 500 м, а общее расстояние сети Ethernet - около 3000  м. Ethernet-кабель, благодаря своей магистральной топологии, использует в конце лишь один нагрузочный резистор.

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. 



2 Локальные компьютерные сети
2.1 Понятие локальной сети и ее преимущества.
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:

Разделение ресурсов
	Разделение ресурсов позволяет экономно использовать ресурсы, например, управлять периферийными устройствами, такими как лазерные печатающие устройства, со всех присоединенных рабочих станций.

Разделение данных
	Разделение данных предоставляет возможность доступа и управления базами данных с периферийных рабочих мест, нуждающихся в информации.

Разделение программных средств
	Разделение программных средств предоставляет возможность одновременного использования централизованных, ранее установленных программных средств.

Разделение ресурсов процессора
	При разделение ресурсов процессора возможно использование вычислительных мощностей для обработки данных другими системами, входящими в сеть. Предоставляемая возможность заключается в том, что на имеющиеся ресурсы не “набрасываются” моментально, а только лишь через специальный процессор, доступный каждой рабочей станции. 

Многопользовательский режим
Многопользовательские свойства системы содействуют одновременному использованию централизованных прикладных программных средств, ранее установленных и управляемых, например, если пользователь системы работает с другим заданием, то текущая выполняемая работа отодвигается на задний план. 

Все ЛВС работают в одном стандарте принятом для компьютерных сетей - в стандарте Open Systems Interconnection (OSI).



2.2 Топология локальных сетей

Топология типа звезда

	Концепция топологии сети в виде звезды пришла  из области больших ЭВМ, в которой головная машина получает и обрабатывает все данные с периферийных устройств как активный узел обработки данных. Этот принцип применяется в системах передачи данных, например, в электронной почте RELCOM. Вся информация между двумя периферийными рабочими местами проходит через центральный узел вычислительной сети.

Пропускная способность сети определяется вычислительной мощностью узла и гарантируется для каждой рабочей станции. Коллизий (столкновений) данных не возникает.

Кабельное соединение довольно простое, так как каждая рабочая станция связана с узлом. Затраты на прокладку кабелей высокие, особенно когда центральный узел географически расположен не в центре топологии.

	При расширении вычислительных сетей не могут быть использованы ранее выполненные кабельные связи: к новому рабочему месту необходимо прокладывать отдельный кабель из центра сети.

	Топология в виде звезды является наиболее быстродействующей из всех топологий вычислительных сетей, поскольку передача данных между рабочими станциями проходит через центральный узел (при его хорошей производительности) по отдельным линиям, используемым только этими рабочими станциями. Частота запросов передачи информации от одной станции к другой невысокая, по сравнению с достигаемой в других топологиях.

Производительность вычислительной сети в первую очередь зависит от мощности центрального файлового сервера. Он может быть узким местом вычислительной сети. В случае выхода из строя центрального узла нарушается работа всей сети.

	Центральный узел управления - файловый сервер мотает реализовать оптимальный механизм защиты против несанкционированного доступа к информации. Вся вычислительная сеть может управляться из ее центра.

Кольцевая топология

При кольцевой топологии сети рабочие станции связаны одна с другой по кругу, т.е. рабочая станция 1 с рабочей станцией 2, рабочая станция 3 с рабочей станцией 4 и т.д. Последняя рабочая станция связана с первой. Коммуникационная связь замыкается в кольцо.

	Прокладка кабелей от одной рабочей станции до другой может быть довольно сложной и дорогостоящей, особенно если географически рабочие станции расположены далеко от кольца (например, в линию).

Сообщения циркулируют регулярно по кругу. Рабочая станция посылает по определенному конечному адресу информацию, предварительно получив из кольца запрос. Пересылка сообщений является очень эффективной, так как большинство сообщений можно отправлять “в дорогу” по кабельной системе одно за другим. Очень просто можно сделать кольцевой запрос на все станции. Продолжительность передачи информации увеличивается пропорционально количеству рабочих станций, входящих в вычислительную сеть.

Основная проблема при кольцевой топологии заключается в том, что каждая рабочая станция должна активно участвовать в пересылке информации, и в случае выхода из строя хотя бы одной из них вся сеть парализуется. Неисправности в кабельных соединениях локализуются легко.

Подключение новой рабочей станции требует кратко срочного выключения сети, так как во время установки кольцо должно быть разомкнуто. Ограничения на протяженность вычислительной сети не существует, так как оно, в конечном счете, определяется исключительно расстоянием между двумя рабочими станциями.

Структура логической кольцевой цепи

Специальной формой кольцевой топологии является логическая кольцевая сеть. Физически она монтируется как соединение звездных топологий. Отдельные звезды включаются с помощью специальных коммутаторов (англ. Hub -концентратор), которые по-русски также иногда называют “хаб”. В зависимости от числа рабочих станций и длины кабеля между рабочими станциями применяют активные или пассивные концентраторы. Активные концентраторы дополнительно содержат усилитель для подключения от 4 до 16 рабочих станций. Пассивный концентратор является исключительно разветвительным устройством (максимум на три рабочие станции). Управление отдельной рабочей станцией в логической кольцевой сети происходит так же, как и в обычной кольцевой сети. Каждой рабочей станции присваивается соответствующий ей адрес, по которому передается управление (от старшего к младшему и от самого младшего к самому старшему). Разрыв соединения происходит только для нижерасположенного (ближайшего) узла вычислительной сети, так что лишь в редких случаях может нарушаться работа всей сети.

Шинная топология

При шинной топологии среда передачи информации представляется в форме коммуникационного пути, доступного для всех рабочих станций, к которому они все должны быть подключены. Все рабочие станции могут непосредственно вступать в контакт с любой рабочей станцией, имеющейся в сети.

Рабочие станции в любое время, без прерывания работы всей вычислительной сети, могут быть подключены к ней или отключены. Функционирование вычислительной сети не зависит от состояния отдельной рабочей станции.



2.3 Сетевые операционные системы для локальных сетей

Основное направление развития современных Сетевых Операционных Систем (Network Operation System - NOS ) - перенос вычислительных операций на рабочие станции, создание систем с распределенной обработкой данных. Это в первую очередь связано с ростом вычислительных возможностей персональных компьютеров и все более активным внедрением мощных многозадачных операционных систем: OS/2, Windows NТ, Windows 95. Кроме этого внедрение объектно-ориентированных технологий (ОLЕ, DСЕ, IDAPI) позволяет упростить организацию распределенной обработки данных. В такой ситуации основной задачей NOS становится объединение неравноценных операционных систем рабочих станций и обеспечение транспортного уровня для широкого круга задач: обработка баз данных, передача сообщений, управление распределенными ресурсами сети (directoгу/namе service).

В современных NOS применяют три основных подхода к организации управления ресурсами сети.

Первый - это Таблицы Объектов (Bindery). Используется в сетевых операционных системах NetWare. Такая таблица находится на каждом файловом сервере сети. Она содержит информацию о пользователях, группах, их правах доступа к ресурсам сети (данным, сервисным услугам и т.п.). Такая организация работы удобна, если в сети только один сервер. В этом случае требуется определить и контролировать только одну информационную базу. При расширении сети, добавлении новых серверов объем задач по управлению ресурсами сети резко возрастает. Администратор системы вынужден на каждом сервере сети определять и контролировать работу пользователей. Абоненты сети, в свою очередь, должны точно знать, где расположены те или иные ресурсы сети, а для получения доступа к этим ресурсам - регистрироваться на выбранном сервере. Конечно, для информационных систем, состоящих из большого количества серверов, такая организация работы не подходит.

Второй подход используется в LANServer и LANMahager - Структура Доменов (Domain). Все ресурсы сети и пользователи объединены в группы. Домен можно рассматривать как аналог таблиц объектов (bindery), только здесь такая таблица является общей для нескольких серверов, при этом ресурсы серверов являются общими для всего домена. Поэтому пользователю для того чтобы получить доступ к сети, достаточно подключиться к домену (зарегистрироваться), после этого ему становятся доступны все ресурсы домена, ресурсы всех серверов и устройств, входящих в состав домена. Однако и с использованием этого подхода также возникают проблемы при построении информационной системы с большим количеством пользователей, серверов и, соответственно, доменов. Например, сети для предприятия или большой разветвленной организации. Здесь эти проблемы уже связаны с организацией взаимодействия и управления несколькими доменами, хотя по содержанию они такие же, как и в первом случае.

Третий подход - Служба Наименований Директорий или Каталогов (Directory Name Services - DNS) лишен этих недостатков. Все ресурсы сети: сетевая печать, хранение данных, пользователи, серверы и т.п. рассматриваются как отдельные ветви или директории информационной системы. Таблицы, определяющие DNS, находятся на каждом сервере. Это, во-первых, повышает надежность и живучесть системы,
 а во-вторых, упрощает обращение пользователя к ресурсам сети. Зарегистрировавшись на одном сервере, пользователю становятся доступны все ресурсы сети. Управление такой системой также проще, чем при использовании доменов, так как здесь существует одна таблица, определяющая все ресурсы сети, в то время как при доменной организации необходимо определять ресурсы, пользователей, их права доступа для каждого домена отдельно.



3 Глобальные компьютерные сети. Коротко про Internet.

Internet это сеть, протянутая по всему земному шару, в которой масса серверов с подключенными миллионами пользователей.

World Wide Web

Большую часть времени пользователи Internet пропадают в дебрях World Wide Web (чаще просто Web или WWW), так называемой Всемирной паутины. Web — это куча Web-серверов, на которых хранятся данные, для удобства работы выполненные в виде текстовых и/или графических страниц с гипертекстовыми ссылками на другие страницы или Web-серверы. Если ссылка вас заинтересовала, то можете перейти на нужную страницу, где бы она ни находилась, — совсем рядом или на другом конце земного шара. В этом преимущество WWW: перед вами огромное структурированное хранилище данных, но вас совершенно не трогает, где оно находится и как организовано. Например, вы обнаружили сервер

 журнала, в котором черным по белому (или зеленым по серому) расхвален замечательный новый компьютер фирмы X. Наверняка где-нибудь рядом найдется ссылка, по которой можно перебраться на сервер самой фирмы X, чтобы узнать побольше о ее компьютерах. Точно так же можно вернуться на предыдущую просмотренную вами страницу и даже поставить закладку, а затем когда-нибудь обратиться к ней.

Если представить себе, как подключены различные Web-серверы и выполнены ссылки с одной страницы на другую, то становится понятно название, потому что это и впрямь выглядит как сложная невидимая электронная паутина.

Серверы Web

Серверы Web — это специальные компьютеры, на которых хранятся страницы с информацией и которые обрабатывают запросы от других машин. Когда вы попадаете на какой-либо сервер Web, последний посылает вам страницу с данными. На вашем компьютере специальная программа — браузер — преобразует полученный документ в удобный для чтения и просмотра вид и отображает информацию на экране.

Как правило, каждый сервер Web установлен в какой-либо фирме или организации, что обусловливает специфичность информации на каждом из них. Если владелец сервера — компания, строящая самолеты, то, естественно, вы не найдете на ее Web-страницах рецепты рождественских блюд. Но зато вы можете быть уверены, что, посетив сервер агентства NASA, вы обязательно обнаружите что-нибудь про космос. Хотя в WWW встречаются и форменные свалки, на которых, если покопаться, можно отыскать методику создания атомной бомбы или последнюю версию компьютерного покера с раздеванием. Такие серверы, как правило, "разделяемые" (shared), т. е. на них публикуют свои данные различные люди и организации. Это самый дешевый способ представить свою информацию для обозрения другими людьми.

Серверы FTP

FTP-серверы можно представить себе как склады различных файлов и программ, хранящихся в виде архивов. На них можно найти полезные бесплатные или очень дешевые условно-бесплатные утилиты, программы, картинки и проч. Если вы подключились к Internet, то FTP-серверы будут доступны для вас. 

Электронная почта

Электронная почта — одна из самых полезных вещей, которые только были придуманы. С ее помощью вы можете посылать и получать письма на свой компьютер, печатать и отсылать ответы. Время пересылки подобного письма — обычно считанные минуты (иногда, правда, часы), в течение которых оно пройдет через десятки компьютеров, расположенных на пути к получателю. Каждый абонент электронной почты имеет свой уникальный адрес, по которому ему можно посылать электронные депеши.

В давние времена подключение к электронной почте продавалось отдельно, а теперь оно является неотъемлемой частью услуг, предоставляемых при подключении к Internet. Хотя, конечно, и сейчас можно приобрести электронный почтовый ящик без подключения к Сети.

Браузеры

Чтобы просматривать информацию в Internet, вам необходимо воспользоваться браузером, который, получив от вас запрос с Internet-адресом, преобразовывает его в электронный формат и посылает на определенный сервер. Если запрос был корректным, то он достигает Web-сервера, и последний посылает вам в ответ информацию, хранящуюся по заданному вами адресу. Браузер, получив информацию от сервера, делает ее читабельной и отображает на экране. Современные браузеры имеют также встроенную программу для посылки и приема электронной почты. 

Среди самых популярных браузеров нужно отметить Microsoft Internet Explorer и Netscape Navigator. Хотя на самом деле браузеров гораздо больше, чаще всего используются именно эти.

Кроме того, существует широкий спектр узкоспециализированных программ, каждая из которых замечательно делает свое дело и может быть использована как дополнение. К примеру, специализированная почтовая программа, возможно, понравится вам больше, чем та, которая встроена в ваш браузер.

Имена и адреса в Internet

Адреса в Internet довольно строго регламентированы. Чаще всего адрес Web-сервера начинается с "приставки" www, затем следует 
"корень" — название компании—владельца сервера или аббревиатура. А завершается адрес сервера специальным "суффиксом", показывающим категорию или местоположение владельца сервера, например:
http://www.microsoft.com

В начале адреса стоит имя протокола передачи данных — HTTP. Почти всегда его можно опустить и не писать. Браузер сам попытается определить тип связи. Далее идет "приставка" www, сообщающая, что сервер относится к Всемирной паутине. Следующий за ней "корень" — название адреса, в данном случае Microsoft. И наконец, "суффикс" com свидетельствует о том, что вы имеете дело с компанией. Часто, однако, можно увидеть суффикс, отражающий местоположение компании:
http://www.sun.ru

В данном случае при "суффиксе" ru сервер относится к российскому представительству компании Sun Microsystems. Если бы там стоял com, это тоже был бы сервер Sun Microsystems, но уже американский.

Немного сложнее с адресами FTP-серверов. Они, как правило, либо начинаются с приставки ftp: ftp.javasoft.com либо же в их адресе явно указывается протокол передачи данных:ftp://someserver.com

Как бы то ни было, современные браузеры весьма умны и практически во всех случаях сами умеют определить тип сервера для введенного адреса.

Адреса электронной почты несколько отличаются от Web- и FTP-адресов и состоят из двух частей. Сначала идентифицируется почтовый ящик, а затем следуют символ "коммерческое эт" (@) и имя домена, определяющего предприятие или сервер, например:mirpk@osp.msk.su

Здесь mirpk — имя почтового ящика редакции, osp.msk.su — адрес издательства "Открытые системы".

Хотя имена серверов и почтовых ящиков предопределены, за соответствующую плату их можно изменить при условии, что новое имя еще никому не было присвоено.

Как подключиться к Internet

Главное в этом деле — найти удачного поставщика услуг Internet, или, как часто говорят, провайдера. Провайдер предоставляет вам вход в Internet по телефонной линии с помощью модема (доступ по коммутируемой линии) или по выделенной линии. В последнем случае нужно проводить отдельный кабель, либо иметь радиоканал. Доступ по коммутируемой линии дешевле, но качество связи явно оставляет желать лучшего. Если даже обычный телефонный разговор зачастую превращается в пытку, то что же говорить о передаче данных, когда простой щелчок в трубке — это потеря сотен байт полезной информации. Поэтому скорость работы по коммутируемой линии весьма ограничена. Выделенная линия имеет меньше шумов и, естественно, не подключена к механическому коммутационному оборудованию, так что работать с ней куда как приятнее, хотя цена довольно высока. Но учтите, что если вы решитесь развернуть свой Web-сервер, придется раскошелиться на выделенную линию. 

Оборудование

Состав оборудования, требующегося для выхода в Internet, зависит от типа подключения. Если работать через коммутируемую линию, то достаточно одного телефонного модема, а если подключаться к выделенной линии, то потребуется специальное сетевое оборудование. Помощь специалиста-сетевика также потребуется, как правило, его предоставляет провайдер.

Еще один немаловажный момент — защита сети от вторжения извне. Придется подумать о приобретении брандмауэра (firewall), который способен отразить практически все попытки влезть в сеть предприятия. Разумеется, 100%-ной гарантии безопасности никто не даст (сами знаете: что один человек построил, то другой завсегда сломать сможет), однако с брандмауэром будет намного спокойнее.

















Заключение

По материалам Исследования сделаны следующие выводы:

Совместное функционирование многих компьютеров в системе одного учреждения помогает оптимально распределить вычислительные мощности и оптимизировать их работу.

Основные сетевые средства коммуникаций:

		Витая пара

		Коаксиальный кабель

		Широкополосный коаксиальный кабель

		Еthernet-кабель

		Сheapernеt-кабель

		Оптоволоконные линии

Основные преимущества, получаемые при объединении персональных компьютеров в вычислительной сети:

		Разделение ресурсов

		Разделение данных

		Разделение программных средств

		Разделение ресурсов процессора

		Многопользовательский режим

Топологии локальных сетей:

Топология типа звезда

Кольцевая топология

Шинная топология

Сетевые операционные системы для локальных сетей:

	Apple Talk	≡   Apple

	LANtastic  ≡	Artisoft

	NetWare  ≡  Novell

	NetWare Lite  ≡  Novell

	Personal NetWare  ≡  Novell

	NFS	≡   Sun Microsystems

	OS/2 LAN Manager    ≡	Microsoft

	OS/2 LAN Server  ≡	IBM

	Windows NT Advanced Server  ≡	  Microsoft

	POWERfusion   ≡   Performance Technology

	POWERLan	≡  Performance Technology

Подключение к Internet предоставляет дополнительные преимущества, такие как:

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.



Литература

Барабанов. С и др. Компьютерные сети: вчера, сегодня, завтра.// Компьютер Пресс – 1997- №2 – с. 152 – 158.

Клименко С., Уразметов В. Internet. Среда обитания информационного сообщества. Протвино, 1995. 

Крол Э. Все об Internet. Киев, 1995. 

Рамодин Д. Начальнику про Internet Мир ПК, 1998, № 8 

Суханов А. Internet: первое знакомство. Мир ПК 1998 №3 
 стр. 124-130.

Фигурнов В.Е. IBM PC для пользователей. М:,ЮНИТИ,1997.