Цель работы Изучить виды, топологию и компоновку локальных сетей. Изучить аппаратные средства локальных сетей. Методика выполнения р - polpoz.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
Похожие работы
Название работы Кол-во страниц Размер
Тема: Основные понятия локальных сетей. Особенности организации локальных... 1 168.39kb.
Лекция №4 По дисциплине 1 116.47kb.
Лабораторная работа Использование стандартных компонентов в C++ Builder 1 87.04kb.
Применение цветных сетей петри для моделирования сценария работы... 1 28.04kb.
Методическая разработка к практическому занятию по курсу «Основы... 1 50.74kb.
Рабочая Учебная программа по дисциплине 1 91.4kb.
Обратная аппликация из пластилина. Талисман Олимпийской сборной России 1 93.1kb.
Программный комплекс «Маркшейдерско-геодезические сети и съемки»... 1 29.38kb.
2008 год Тема занятия: «События и их вероятность» Класс: 8 Цель 1 50.48kb.
"Прогнозирование финансовых рынков с использованием искусственных... 8 987.47kb.
Афроамериканский диалект в песнях современных исполнителей 1 100.44kb.
Толерантность в современном обществе. Ее принципы и направления 1 153.09kb.
1. На доске выписаны n последовательных натуральных чисел 1 46.11kb.

Цель работы Изучить виды, топологию и компоновку локальных сетей. Изучить аппаратные - страница №1/3

Институт цветных металлов и материаловедения СФУ

Кафедра автоматизации производственных процессов




ЦМ



Дисциплина


“Информационные технологии
в металлургии”

Красноярск 2010 г.






Лабораторная работа № 2

“Изучение топологии, компоновки и аппаратуры компьютерных сетей: типы, топологии, компоновка”

Цель работы

  1. Изучить виды, топологию и компоновку локальных сетей.

  2. Изучить аппаратные средства локальных сетей.

Методика выполнения работы

1. Изучить теоретические сведения.

2. Определить топологию LAN в лаборатории ВТ ИМ.

3. Определить аппаратные средства LAN в лаборатории ВТ ИМ.

4. Изучить и освоить работы по монтажу локальных сетей, разъемов витой пары.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Понятие о компьютерной сети

Обычно пользователю, особенно проектанту систем управления нужно обмениваться информацией с другими пользователями, и поэтому одиночные (Stand alone) PC желательно организовать в общую группу, где они будут поддерживать совместную работу. Для этого они должны использовать одинаковые языки – протоколы.

При этом важно сделать возможным дальнейшее расширение сети и ее связь с другими сетями.

Самая простая сеть (network) состоит как минимум из двух компьютеров, соединенных друг с другом кабелем. Это позволяет им использовать данные совместно. Все сети (независимо от сложности) основываются именно на этом простом принципе.

Рождение компьютерных сетей было вызвано практической потребностью иметь возможность для совместного использования данных. Персональный компьютер – хороший инструмент для создания документа, подготовки таблиц, графических данных и других видов информации, но при этом нельзя быстро поделиться своей информацией с другими. При отсутствии сетей приходилось распечатывать каждый документ, чтобы другие пользователи могли работать с ним, или копировать информацию на дискеты. Одновременная обработка документа несколькими пользователями исключалась. Подобная схема работы называется работой в автономной среде.



Рис. 1. Автономная среда

Если бы пользователь, изображенный на рис. 1, подключил свой компьютер к другим, он смог бы работать с их данными и их принтерами. Сетью называется группа соединенных компьютеров и других устройств. А концепция соединенных и совместно использующих ресурсы компьютеров носит название сетевого взаимодействия.



Рис. 2. Простая сеть

Компьютеры, входящие в сеть, могут совместно использовать:


  • данные;

  • принтеры;

  • факсимильные аппараты;

  • модемы;

  • сканеры и другие устройства.

Локальные вычислительные сети

Первоначально компьютерные сети были небольшими и объединяли до десяти компьютеров и один принтер. Технология ограничивала размеры сети, в том числе количество компьютеров в сети и ее физическую длину. Так, в начале 1980-х годов наиболее популярный тип сетей состоял не более чем из 30 компьютеров, а длина ее кабеля не превышала 185 м. Такие сети легко располагались в пределах одного этажа здания или небольшой организации. Для маленьких фирм подобная конфигурация подходит и сегодня. Эти сети называются локальными вычислительными.

Локальная сеть (LAN, Local Area Network) - это соединение нескольких PC с помощью соответствующего аппаратного и программного обеспечения. Все соединенные PC, как правило, находятся в пределах одного здания или соседних зданий.

MAN (Metropolitan Area Network) - это соединение систем для коммуникации данных в пределах города. Пример -районные и городские информационные системы.

WAN (Wide Area Network) - это сеть, которая соединять несколько стран.

GAN (Global Area Network) обозначает сеть, которая соединяет континенты.

PC может работать в любой из этих сетей. Однако пользователь обычно сталкивается с локальной сетью.

Преимущества сети

1. Распределение данных (Data Sharing). Данные хранятся на центральном PC и доступны на децентрализованных PC. Поэтому не надо на каждом РС хранить одну и ту же информацию.

2. Распределение ресурсов (Resource Sharing). Периферийные (дорогие) устройства доступны для всех пользователей сети. Такими могут быть плоттер или лазерный принтер.

3. Распределение программ (Software Sharing). Все пользователи могут совместно иметь доступ к программам (сетевая версия), которые были централизовано установлены.

4. Электронная почта (Electronic Mail). Все пользователи сети могут интерактивно соединяться друг с другом, чтобы передавать или принимать сообщения.

Для организации работы и обслуживания сети, обеспечения прав доступа к информации в ней назначается специалист – сетевой администратор или супервизор. Кроме того, необходимо обеспечить защиту информации в сети.

1. Необходимы устройства на случай выхода из строя электрической сети. Для этого используют устройство бесперебойного питания (UPS). Необходимо также иметь дополнительную ЭВМ для замены отказавшего сервера или станции.

2. Устанавливают дополнительные HDD ("зеркальные" винчестеры), на которых дублируется информация, или накопители большой емкости для регулярного копирования (архивирования) данных.

3. Каждый пользователь имеет доступ лишь к необходимой информации. Его права определяет сетевой администратор.



Расширение компьютерных сетей

Первые типы локальных сетей не отвечали потребностям крупных предприятий, офисы которых обычно расположены в различных местах. Но как только преимущества компьютерных сетей стали неоспоримы и сетевые программные продукты начали заполнять рынок, перед корпорациями – для сохранения конкурентоспособности – встала задача расширения сетей. Так на основе локальных сетей возникли более крупные системы.

Сегодня, когда географические рамки сетей раздвигаются, чтобы соединить пользователей из разных городов и государств, ЛВС превращаются в глобальную вычислительную сеть [ГВС (WAN)], а количество компьютеров в сети уже может варьироваться от десятка до нескольких тысяч.

В настоящее время большинство организаций хранит и совместно использует в сетевой среде огромные объемы жизненно важных данных. Поэтому сети сейчас так же необходимы, как еще совсем недавно были необходимы пишущие машинки и картотеки.



Назначение компьютерной сети

Основное назначение компьютерных сетей – совместное использование ресурсов и осуществление интерактивной связи как внутри одной организации, так и за ее пределами. Ресурсы (resources) – это данные, приложения и периферийные устройства, такие, как внешний дисковод, принтер, мышь, модем или джойстик. Интерактивной связи компьютеров подразумевает обмен сообщениями в реальном режиме времени.



Принтеры и другие периферийные устройства

До появления компьютерных сетей каждый пользователь должен был иметь свой принтер, плоттер и другие периферийные устройства. Чтобы совместно использовать принтер, существовал единственный способ – пересесть за компьютер, подключенный к этому принтеру. Теперь сети позволяют целому ряду пользователей одновременно “владеть” данными и периферийными устройствами. Если нескольким пользователям надо распечатать документ, все они могут обратиться к сетевому принтеру.



Приложения

Сети создают отличные условия для унификации приложений (например, текстового процессора). Это значит, что на всех компьютерах в сети выполняются приложения одного типа и одной версии. Использование единого приложения поможет упростить поддержку всей сети. Действительно, проще изучить одно приложение, чем пытаться освоить сразу четыре или пять. Удобнее также иметь дело с одной версией приложения и настраивать компьютеры одинаковым образом.

Другая привлекательная сторона сетей – наличие программ электронной почты и планирования рабочего дня. Благодаря им, управляющие крупных предприятий быстро и эффективно взаимодействуют с многочисленным штатом своих сотрудников или партнеров по бизнесу, а планирование и корректировка деятельности всей компании осуществляется с гораздо меньшими усилиями, чем прежде.

Псевдосеть РС - РС

В них используется связь лишь между двумя PC. Однако и в этом случае имеется возможность обмена данными. Она осуществляется через разъемы последовательного интерфейса обоих РС с помощью нуль-модемного кабеля. Во время передачи данных оба процессора блокируются и не могут выполнять другие задачи.





Рис. 3. Псевдосеть


Два типа сетей: одноранговые сети и сети на основе сервера

Все сети имеют некоторые общие компоненты, функции и характеристики. В их числе: серверы (server) – компьютеры, предоставляющие свои ресурсы сетевым пользователям; клиенты (client) – компьютеры, осуществляющие доступ к сетевым ресурсам, предоставляемым сервером; среда (media) – способ соединения компьютеров; совместно используемые данные – файлы, предоставляемые серверами по сети; совместно используемые периферийные устройства: принтеры, библиотеки CD-ROM; ресурсы, предоставляемые серверами. Ресурсы – это файлы, принтеры и другие элементы, используемые в сети.

Несмотря на определенные сходства, сети разделяются на два типа: одноранговые (peer-to-peer или равный с равным); на основе сервера (server based AN).



Рис. 4. Простейшие примеры обоих типов сетей

Различия между одноранговыми сетями и сетями на основе сервера имеют принципиальное значение, поскольку определяют разные возможности этих сетей. Выбор типа сети зависит от многих факторов, а именно: размера предприятия; необходимого уровня безопасности; вида деятельности; уровня доступности административной поддержки; объема сетевого трафика; потребностей сетевых пользователей; финансовых затрат.

Одноранговые сети

В одноранговой сети все компьютеры равноправны: нет иерархии среди компьютеров и нет выделенного (dedicated) сервера. Как правило, каждый компьютер функционирует и как клиент, и как сервер; иначе говоря, нет отдельного компьютера, ответственного за администрирование всей сети. Все пользователи самостоятельно решают, какие данные на своем компьютере сделать общедоступными по сети.





Рис. 5. Одноранговая сеть

Одноранговые сети называют также рабочими группами. Рабочая группа – это небольшой коллектив, поэтому в одноранговых сетях чаще всего не более 10 компьютеров.

Одноранговые сети относительно просты. Поскольку каждый компьютер является одновременно и клиентом, и сервером, нет необходимости в мощном центральном сервере или в других компонентах, обязательных для более сложных сетей. Одноранговые сети обычно дешевле сетей на основе сервера, но требуют более мощных (и более дорогих) компьютеров.

В одноранговой сети требования к производительности и к уровню защиты для сетевого программного обеспечения, как правило, ниже, чем в сетях с выделенным сервером. Выделенные серверы функционируют исключительно в качестве серверов, но не клиентов или рабочих станций (workstation).

В операционные системы Microsoft Windows 95/98/Me/NT, встроена поддержка одноранговых сетей. Поэтому, чтобы установить одноранговую сеть, дополнительного программного обеспечения не требуется.

Одноранговая сеть характеризуется рядом стандартных решений:


  • компьютеры расположены на рабочих столах пользователей;

  • пользователи сами выступают в роли администраторов и обеспечивают защиту информации;

  • для объединения компьютеров в сеть применяется простая кабельная система.

Одноранговая сеть вполне подходит там, где:

  • количество пользователей не превышает 10 человек;

  • пользователи расположены компактно;

  • вопросы защиты данных не критичны;

  • в обозримом будущем не ожидается значительного расширения фирмы и, следовательно, сети.

Если эти условия выполняются, то, скорее всего, выбор одноранговой сети будет правильным (чем сети на основе сервера).

Несмотря на то, что одноранговые сети вполне удовлетворяют потребностям небольших организаций, иногда возникают ситуации, когда их использование может оказаться неуместным.

Сетевое администрирование (administration) решает ряд задач, в том числе: управление работой пользователей и защитой данных; обеспечение доступа к ресурсам; поддержка приложений и данных; установка и модернизация прикладного программного обеспечения.

В типичной одноранговой сети системный администратор, контролирующий всю сеть, не выделяется. Каждый пользователь сам администрирует свой компьютер.

Все пользователи могут “поделиться” своими ресурсами с другими. К совместно используемым ресурсам относятся каталоги, принтеры, факс-модемы и т.п.

В одноранговой сети каждый компьютер должен:



  • большую часть своих вычислительных ресурсов предоставлять локальному пользователю (сидящему за этим компьютером);

  • для поддержки доступа к ресурсам удаленного пользователя (обращающегося к серверу по сети) подключать дополнительные вычислительные ресурсы.

Сеть на основе сервера требует более мощных, зачастую специализированных ЭВМ, поскольку они должны обрабатывать запросы всех клиентов сети.

Защита подразумевает установку пароля на разделяемый ресурс, например на каталог. Централизованно управлять защитой в одноранговой сети очень сложно, так как каждый пользователь устанавливает ее самостоятельно, да и “общие” ресурсы могут находиться на всех компьютерах, а не только на центральном сервере. Такая ситуация представляет серьезную угрозу для всей сети, кроме того, некоторые пользователи могут вообще не установить защиту.

Поскольку в одноранговой сети каждый компьютер функционирует и как клиент, и как сервер, пользователи должны обладать достаточным уровнем знаний, чтобы работать и как пользователи, и как администраторы своего компьютера.

Сети на основе сервера

Если к сети подключено более 10 пользователей, то одноранговая сеть, где компьютеры выступают в роли и клиентов, и серверов, может оказаться недостаточно производительной. Поэтому большинство сетей использует выделенные серверы. Выделенным называется такой сервер, который функционирует только как сервер (исключая функции клиента или рабочей станции). Они специально оптимизированы для быстрой обработки запросов от сетевых клиентов и для управления защитой файлов и каталогов. Сети на основе сервера стали промышленным стандартом.





Рис. 6. Сеть на основе сервера

С увеличением размеров сети и объема сетевого трафика необходимо увеличивать количество серверов. Распределение задач среди нескольких серверов гарантирует, что каждая задача будет выполняться самым эффективным способом из всех возможных.

Специализированные серверы

Круг задач, которые должны выполнять серверы, многообразен и сложен. Чтобы приспособиться к возрастающим потребностям пользователей, серверы в больших сетях стали специализированными (specialized). Например, в сети Windows NT существуют различные типы серверов.



Файл-серверы и принт-серверы.

Файл-серверы и принт-серверы управляют доступом пользователей соответственно к файлам и принтерам. Например, чтобы работать с текстовым процессором, прежде всего, необходимо запустить его на своем компьютере. Документ текстового процессора, хранящийся на файл-сервере, загружается в память Вашего компьютера, и, таким образом, Вы можете работать с этим документом на своем компьютере. Другими словами, файл-сервер предназначен для хранения файлов и данных.

Серверы приложений.

На серверах приложений выполняются прикладные части клиент-серверных приложений, а также находятся данные, доступные клиентам. Например, чтобы упростить извлечение данных, серверы хранят большие объемы информации в структурированном виде. Эти серверы отличаются от файл- и принт-серверов. В последних файл или данные целиком копируются на запрашивающий компьютер. А в сервере приложений на запрашивающий компьютер пересылаются только результаты запроса.

Приложение-клиент на удаленном компьютере получает доступ к данным, хранимым на сервере приложений. Однако вместо всей базы данных на Ваш компьютер с сервера загружаются только результаты запроса. Например, Вы можете получить список работников, родившихся в ноябре.

Почтовые серверы.

Почтовые серверы управляют передачей электронных сообщений между пользователями сети.



Факс-серверы.

Факс-серверы управляют потоком входящих и исходящих факсимильных сообщений через один или несколько факс-модемов.



Коммуникационные серверы.

Коммуникационные серверы управляют потоком данных и почтовых сообщений между этой сетью и другими сетями, мэйнфреймами или удаленными пользователями через модем и телефонную линию.

Служба каталогов предназначена для поиска, хранения и защиты информации в сети. Windows 2003/2008 Server объединяет компьютеры в логические группы – домены (domain), - система защиты которых наделяет пользователей различными правами доступа к любому сетевому ресурсу.




Рис. 7. Специализированные серверы
В расширенной сети использование серверов разных типов приобретает особую актуальность. Необходимо поэтому учитывать все возможные нюансы, которые могут проявиться при разрастании сети с тем, чтобы изменение роли определенного сервера в дальнейшем не отразилось на работе всей сети.

Значение программного обеспечения

Сетевой сервер и операционная система работают как единое целое. Без операционной системы даже самый мощный сервер представляет собой лишь груду железа. А операционная система позволяет реализовать потенциал аппаратных ресурсов сервера. Некоторые системы, например Microsoft Windows 2003 Server, были созданы специально для того, чтобы использовать преимущества наиболее передовых серверных технологий.



Преимущества

Разделение ресурсов

Сервер спроектирован так, чтобы предоставлять доступ к множеству файлов и принтеров, обеспечивая при этом высокую производительность и защиту.

Администрирование и управление доступом к данным осуществляется централизованно. Ресурсы, как правило, расположены также централизованно, что облегчает их поиск и поддержку. Например, в системе Windows NT Server разделение каталогов осуществляется через File Manager.

Защита

Основным аргументом при выборе сети на основе сервера является, как правило, защита данных. В таких сетях, например, как Windows NT/2000 Server, проблемами безопасности может заниматься один администратор: он формирует политику безопасности (security policy) и применяет ее в отношении каждого пользователя сети.



Резервное копирование данных

Поскольку жизненно важная информация расположена централизованно, т.е. сосредоточена на одном или нескольких серверах, нетрудно обеспечить ее регулярное резервное копирование (backup).



Избыточность

Благодаря избыточным системам данные на любом сервере могут дублироваться в реальном времени, поэтому в случае повреждения основной области хранения данных информация не будет потеряна – легко воспользоваться резервной копией.



Количество пользователей

Сети на основе сервера способны поддерживать тысячи пользователей. Сетями такого размера, будь они одноранговыми, было бы невозможно управлять.



Аппаратное обеспечение

Так как компьютер пользователя не выполняет функций сервера, требования к его характеристикам зависят от потребностей самого пользователя. Типичный компьютер-клиент имеет, по крайней мере, процессор Pentium 3, 4 и 512 -2048 Мб оперативной памяти



Комбинированные сети

Существуют и комбинированные типы сетей, совмещающие лучшие качества одноранговых сетей и сетей на основе сервера. Многие администраторы считают, что такая сеть наиболее полно удовлетворяет их запросы, так как в ней могут функционировать оба типа операционных систем.

Операционные системы для сетей на основе сервера, например Microsoft Windows NT/2000 Server или Novell NetWare, в этом случае отвечают за совместное использование основных приложений и данных.

На компьютерах-клиентах могут выполняться операционные системы Microsoft Windows XP и выше или старые операционные системы Windows 98/Me, которые будут управлять доступом к ресурсам выделенного сервера и в то же время предоставлять в совместное использование свои жесткие диски, а по мере необходимости разрешать доступ и к своим данным.

Комбинированные сети – наиболее распространенный тип сетей, но для их правильной реализации и надежной защиты необходимы определенные знания и навыки планирования.

Аппаратное обеспечение сервера

Одноранговые сети и сети на основе сервера объединяет общая цель — разделение ресурсов. А вот различия между одноранговыми серверами и выделенными серверами определяют: требования к аппаратному обеспечению; способ поддержки пользователей. В качестве примера ниже приведены характеристики сервера R-Style* Marshall* NP 241.

Он поддерживает работу до двух процессоров Intel Xeon с частотой 2,80 ГГц; имеет до 4 ГБ оперативной памяти ЕСС DDR200/266 SDRAM двухканального контроллера Ultra 160 SCSI; до 10 дисков «горячей» замены Ultral60 SCSI; два серверных сетевых адаптера Intel PRO 82250 Server 10/100; три независимые шины PCI с частотами работы 33,100,133 МГц,

Серверы R-Style® Marshall" позволяют реализовывать такие решения для электронного бизнеса как базы данных, системы электронной коммерции и планирование ресурсов предприятий.

Для повышения уровня готовности и надежности в серверах семейства R-Style Marshall NP 241 используются встроенные контроллеры Ethernet, резервные системы питания, отсеки для накопителей SCSI с горячей заменой, поддержка карт PCI с горячей заменой и резервные системы вентиляторов с горячей заменой. Эти возможности, в сочетании с модульной, обеспечивающей удобный доступ, конструкцией корпуса. Они сертифицированы на совместимость с серверной операционной системой Microsoft" Windows" 2000 Advanced Server.
Характеристики основных типов сетей приведены ниже.


Параметры

Одноранговые сети

Сети на основе сервера

Размер

Не более 10 компьютеров

Ограничены аппаратным обеспечением сервера и сети

Защита

Вопросы защиты решаются каждым пользователем самостоятельно

Широкая и комплексная защита ресурсов и пользователей

Администрирование

Вопросами администрирования своего компьютера занимается каждый пользователь. Нет необходимости в отдельном администраторе

Администрирование осуществляется централизованно. Необходим хотя бы один администратор с соответствующим уровнем знаний

Компоновка сети

Топология сети

Термин “топология”, или “топология сети”, характеризует физическое расположение компьютеров, кабелей и других компонентов сети. Топология – это стандартный термин, который используется при описании основной компоновки сети. Кроме термина “топология” для описания физической компоновки употребляют также следующие:



  • физическое расположение;

  • компоновка;

  • диаграмма;

  • карта.

Топология сети обуславливает ее характеристики. В частности, выбор той или иной топологии влияет:

  • на состав необходимого сетевого оборудования;

  • характеристики сетевого оборудования;

  • возможности расширения сети;

  • способ управления сетью.

Если Вы поймете, как используются различные топологии, Вы сумеете понять, какими возможностями обладают различные типы сетей.

Чтобы совместно использовать ресурсы или выполнять другие сетевые задачи, компьютеры должны быть подключены друг к другу. Для этой цели в большинстве сетей применяется кабель.

Однако просто подключить компьютер к кабелю, соединяющему другие компьютеры, не достаточно. Различные типы кабелей в сочетании с различными сетевыми платами, сетевыми операционными системами и другими компонентами требуют и различного взаимного расположения компьютеров.

Каждая топология сети налагает ряд условий. Например, она может диктовать не только тип кабеля, но и способ его прокладки.

Топология может также определять способ взаимодействия компьютеров в сети. Различным видам топологий соответствуют различные методы взаимодействия, и эти методы оказывают большое влияние на сеть.

Базовые топологии

Все сети строятся на основе трех базовых топологий: шина (bus); звезда (star); кольцо (ring).

Если компьютеры подключены вдоль одного кабеля [сегмента (segment)], топология называется шиной. В том случае, когда компьютеры подключены к сегментам кабеля, исходящим из одной точки, или концентратора, топология называется звездой. Если кабель, к которому подключены компьютеры, замкнут в кольцо, такая топология носит название кольца.

Хотя сами по себе базовые топологии несложны, в реальности часто встречаются довольно сложные комбинации, объединяющие свойства нескольких топологий.



Шина

Топологию “шина” часто называют “линейной шиной” (linear bus). Данная топология относится к наиболее простым и широко распространенным топологиям. В ней используется один кабель, именуемый магистралью или сегментом, вдоль которого подключены все компьютеры сети.



Взаимодействие компьютеров

В сети с топологией “шина” компьютеры адресуют данные конкретному компьютеру, передавая их по кабелю в виде электрических сигналов. Чтобы понять процесс взаимодействия компьютеров по шине, нужно уяснить следующие понятия: передача сигнала; отражение сигнала; терминатор.



Передача сигнала

Данные в виде электрических сигналов передаются всем компьютерам сети; однако информацию принимает только тот, адрес которого соответствует адресу получателя, зашифрованному в этих сигналах. Причем в каждый момент времени только один компьютер может вести передачу.






Рис. 8. Простая сеть с топологией “шина”

Так как данные в сеть передаются лишь одним компьютером, ее производительность зависит от количества компьютеров, подключенных к шине. Чем их больше, т.е. чем больше компьютеров, ожидающих передачи данных, тем медленнее сеть.

Однако вывести прямую зависимость между пропускной способностью сети и количеством компьютеров в ней нельзя. Ибо, кроме числа компьютеров, на быстродействие сети влияет множество факторов, в том числе:



  • характеристики аппаратного обеспечения компьютеров в сети;

  • частота, с которой компьютеры передают данные;

  • тип работающих сетевых приложений;

  • тип сетевого кабеля;

  • расстояние между компьютерами в сети.

Шина – пассивная топология. Это значит, что компьютеры только “слушают” передаваемые по сети данные, но не перемещают их от отправителя к получателю. Поэтому, если один из компьютеров выйдет из строя, это не скажется на работе остальных. В активных топологиях компьютеры регенерируют сигналы и передают их по сети.

Отражение сигнала

Данные, или электрические сигналы, распространяются по всей сети – от одного конца кабеля к другому. Если не предпринимать никаких специальных действий, сигнал, достигая конца кабеля, будет отражаться и не позволит другим компьютерам осуществлять передачу. Поэтому, после того как данные достигнут адресата, электрические сигналы необходимо погасить.



Терминатор

Чтобы предотвратить отражение электрических сигналов, на каждом конце кабеля устанавливают терминаторы (terminators), поглощающие эти сигналы.

Все концы сетевого кабеля должны быть к чему-нибудь подключены, например, к компьютеру или к баррел-коннектору – для увеличения длины кабеля. К любому свободному – неподключенному – концу кабеля должен быть подсоединен терминатор, чтобы предотвратить отражение электрических сигналов.
Нарушение целостности сети

Разрыв сетевого кабеля происходит при его физическом разрыве или отсоединении одного из его концов. Возможна также ситуация, когда на одном или нескольких концах кабеля отсутствуют терминаторы, что приводит к отражению электрических сигналов в кабеле и прекращению функционирования сети. Сеть “падает”.

Сами по себе компьютеры в сети остаются полностью работоспособными, но до тех пор, пока сегмент разорван, они не могут взаимодействовать друг с другом.

Расширение ЛВС

Увеличение участка, охватываемого сетью, вызывает необходимость ее расширения. В сети с топологией “шина” кабель обычно удлиняется двумя способами. Для соединения двух отрезков кабеля можно воспользоваться баррел-коннектором (barrel connector). Но злоупотреблять ими не стоит, так как сигнал при этом ослабевает. Лучше применить один длинный кабель, чем соединять несколько коротких отрезков. При большом количестве “стыковок” нередко происходит искажение сигнала. Для соединения двух отрезков кабеля служит репитер (repeater). В отличие от коннектора, он усиливает сигнал перед передачей его в следующий сегмент. Поэтому предпочтительнее использовать репитер, чем баррел-коннектор или даже один длинный кабель: сигналы на большие расстояния пойдут без искажений.






Рис. 9. Репитер соединяет отрезки кабеля и усиливает сигнал


Звезда

При топологии “звезда” все компьютеры с помощью сегментов кабеля подключаются к центральному компоненту, именуемому концентратором (hub). Сигналы от передающего компьютера поступают через концентратор ко всем остальным. Эта топология возникла на заре вычислительной техники, когда компьютеры были подключены к центральному, главному, компьютеру.





Рис. 10. Простая сеть с топологией “звезда”

В сетях с топологией “звезда” подключение кабеля и управление конфигурацией сети централизованны. Но есть и недостаток: так как все компьютеры подключены к центральной точке, для больших сетей значительно увеличивается расход кабеля. К тому же, если центральный компонент выйдет из строя, нарушится работа всей сети. А если выйдет из строя только один компьютер (или кабель, соединяющий его с концентратором), то лишь этот компьютер не сможет передавать или принимать данные по сети. На остальные компьютеры в сети это не повлияет.
Кольцо

При топологии “кольцо” компьютеры подключаются к кабелю, замкнутому в кольцо. Поэтому у кабеля просто не может быть свободного конца, к которому надо подключать терминатор. Сигналы передаются по кольцу в одном направлении и проходят через каждый компьютер. В отличие от пассивной топологии “шина”, здесь каждый компьютер выступает в роли репитера, усиливая сигналы и передавая их следующему компьютеру. Поэтому, если выйдет из строя один компьютер, прекращает функционировать вся сеть.






Рис. 11. Простая сеть с топологией “кольцо”

Один из принципов передачи данных в кольцевой сети носит название передачи маркера. Суть его такова. Маркер последовательно, от одного компьютера к другому, передается до тех пор, пока его не получит тот, который “хочет” передать данные. Передающий компьютер изменяет маркер, помещает электронный адрес в данные и посылает их по кольцу.

Данные проходят через каждый компьютер, пока не окажутся у того, чей адрес совпадает с адресом получателя, указанным в данных.

После этого принимающий компьютер посылает передающему сообщение, где подтверждает факт приема данных. Получив подтверждение, передающий компьютер создает новый маркер и возвращает его в сеть.

На первый взгляд кажется, что передача маркера отнимает много времени, однако на самом деле маркер передвигается практически со скоростью света. В кольце диаметром 200 м маркер может циркулировать с частотой 10000 проходов в секунду.



Концентраторы

В настоящее время одним из стандартных компонентов сетей становится концентратор. А в сетях с топологией “звезда” он служит центральным узлом. Среди концентраторов выделяются активные (active) и пассивные (passive).



Активные концентраторы

Активные концентраторы регенерируют и передают сигналы так же, как это делают репитеры. Иногда их называют многопортовыми репитерами – они имеют от 8 до 12 портов для подключения компьютеров.



Пассивные концентраторы

Некоторые типы концентраторов являются пассивными, например монтажные панели или коммутирующие блоки. Они просто пропускают через себя сигнал как узлы коммутации, не усиливая и не восстанавливая его. Пассивные концентраторы не надо подключать к источнику питания.


Гибридные концентраторы

Гибридными (hybrid) называются концентраторы, к которым можно подключать кабели различных типов. Сети, построенные на концентраторах, легко расширить, если подключить дополнительные концентраторы.

Использование концентраторов дает ряд преимуществ.

Разрыв кабеля в сети с обычной топологией “линейная шина” приведет к “падению” всей сети. Между тем разрыв кабеля, подключенного к концентратору, нарушит работу только данного сегмента. Остальные сегменты останутся работоспособными.

К числу других преимуществ использования концентраторов относятся: простота изменения или расширения сети: достаточно просто подключить еще один компьютер или концентратор: использование различных портов для подключения кабелей разных типов, централизованный контроль за работой сети и сетевым трафиком: во многих сетях активные концентраторы наделены диагностическими возможностями, позволяющими определить работоспособность соединения.

Комбинированные топологии

В настоящее время часто используются топологии, которые комбинируют компоновку сети по принципу шины, звезды и кольца.


Звезда-шина
Звезда-шина (star-bus) – это комбинация топологий “шина” и “звезда”. Чаще всего это выглядит так: несколько сетей с топологией “звезда” объединяются при помощи магистральной линейной шины.

В этом случае выход из строя одного компьютера не оказывает никакого влияния на сеть – остальные компьютеры по-прежнему взаимодействуют друг с другом. А выход из строя концентратора повлечет за собой остановку подключенных к нему компьютеров и концентраторов.





Рис. 12. Сеть с топологией “звезда-шина”


Звезда-кольцо

Звезда-кольцо (star-ring) кажется несколько похожей на звезду-шину. И в той, и в другой топологии компьютеры подключены к концентратору, который фактически и формирует кольцо или шину. Отличие в том, что концентраторы в звезде-шине соединены магистральной линейной шиной, а в звезде-кольце на основе главного концентратора они образуют звезду.





Рис. 13. Сеть с топологией “звезда-кольцо”

Выбор топологии

Существует множество факторов, которые необходимо учитывать при выборе наиболее подходящей к данной ситуации топологии.




Топология

Преимущества

Недостатки

Шина

Экономный расход кабеля. Сравнительно недорогая и несложная в использовании среда передачи. Простота, надежность. Легко расширяется

При значительных объемах трафика уменьшается пропускная способность сети. Трудно локализовать проблемы. Выход из строя кабеля останавливает работу многих пользователей

Кольцо

Все компьютеры имеют равный доступ. Количество пользователей не оказывает сколько-нибудь значительного влияния на производительность

Выход из строя одного компьютера может вывести из строя всю сеть. Трудно локализовать проблемы. Изменение конфигурации сети требует остановки работы всей сети

Звезда

Легко модифицировать сеть, добавляя новые компьютеры. Централизованный контроль и управление. Выход из строя одного компьютера не влияет на работоспособность сети

Выход из строя центрального узла выводит из строя всю сеть

АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА СЕТЕЙ

Основой LAN являются PC, включаемые в сеть с помощью карты расширения и кабелей. Файловый сервер должен быть хорошо оснащен: RAM 4-8 Гб, «зеркальный диск» HDD, 64-битовая сетевая карта.

Как уже отмечалось, различают невыделенный (nоn dedicated) и выделенный (dedicated) сервер. В первом случае файловый сервер работает и как обычная рабочая станция. Здесь экономится одна рабочая станция. Но из-за "отвлечения" сервера на решение задач пользователя испытывает затруднения вся сеть.

Рабочие станции в одноранговой сети должны быть хорошо оснащены. В сети «клиент - сервер» они могут быть даже бездисковыми. Сетевая карта имеет собственный процессор, память 8-16 Кб, разъемы для подключения кабеля.

Это BNC-разъем для так называемого тонкого кабеля Ethernet (Thin Ethernet Cable), 15-контактный разъем для толстого кабеля Ethernet (Thick Ethernet Cable), разъем RJ-45 для витой пары проводов. Сетевые карты бывают 8-, 16- и 32-разрядными и могут иметь исполнение для шин: ISA, EISA, PCI. Сейчас распространены карты, совместимые с NE2000 и NE3200 (Novell Ethernet).

Эти карты достигают скорости 10 (100) Мбит/с, а фактически она лежит в пределах 5-7 Мбит/с.

Для сетевых карт нужно выбрать прерывание, канал DMA, порт ввода-вывода. Обычно это IRQ3 (5), порт I/O 300. Для управления потоком данных внутри сети нужно программное обеспечение.

Лидер в области GAN – ОС UNIX: SCO UNIX и Solaris фирмы SUN.

Кабели

Кабели соединяют отдельные РС по-разному в зависимости от топологии, вида сети - Ethernet, Arcnet, Token Ring, которые отличаются методами доступа к каналам передачи данных. У нас наибольшее распространение получил Ethernet. Для него используют витую пару, коаксиальный кабель или оптоволоконный кабель.



В первом случае для Ethernet используется 8-жильный кабель, состоящий физически из 4 витых пар. При этом различают неэкранированный (UTP) и экранированный (STP) кабели.

Расстояние передачи не более чем несколько сотен метров. Затухание сигналов при f = 10 МГц 1-3 дБ/м. Задержка сигнала не превышает 8-12 нс/м. Важна гальваническая развязка абонентов и согласование нагрузки.

Коаксиальный кабель (Ethernet-кабель) состоит из центрального проводника и внешней экранирующей оплетки. С его помощью соединяют РС на расстоянии нескольких км.

Пропускная способность в режиме модуляции ВЧ сигнала до 500 Мбит/с, в немодулированном режиме до 50-100 Мбит/с. Затухание при f = 10 МГц 0,1-1 дБ/м. Задержка сигнала 4-5 нс/м.

Для Ethernet применяют кабель с волновым сопротивлением 50 Ом. Существуют тонкий Ethernet и толстый Ethernet с диаметром кабеля 0,2" и 0,4".

Общая длина сегмента тонкого кабеля не должна превышать 185 м. Максимальная длина кабелей всей сети может достигать 925 м. Для толстого кабеля эти цифры равны 500 и 2500 м, соответственно.

Опто- или стекловолоконный кабель (FOC) состоит из двух проводов. Передача данных в одном направлении. Кабель не подвержен влиянию электрических полей. В оболочке находятся усиливающие волокна в виде слоев пластика. Длина волны света 0,85 или 1,2 мкм, толщина волокна около 10 мкм. Скорость передачи до 3 Гбит/с, затухание 5 дБ/км, задержка – 5 нс/м, длина (50 км и выше) почти не играет роли.
Сеть на тонком Ethernet
В ней на концы кабеля устанавливают BNC-коннекторы. С их помощью кабель подсоединяется с двух сторон к Т-коннектору, который присоединяется к внешнему разъему сетевой платы. На концах кабельного сегмента устанавливают терминаторы (заглушки) BNC-коннекторы с впаянным сопротивлением 50 Ом. Один из терминаторов должен быть заземлен.



Рис. 1. Сеть на тонком Ethernet

Сеть на толстом Ethernet


Для подключения PC к толстому кабелю служит трансивер, присоединенный непосредственно к сетевому кабелю. От него к РС идет специальный трансиверный кабель, максимальная длина которого 50 м. На обоих его концах находятся 15-контактные DIX-разъемы: один для подключения к трансиверу, другой - к сетевой плате РС.

Трансивер может "прокусить" кабель в любом месте. Кабель стандартных размеров приходит с уже смонтированными на концах N-коннекторами. Они напоминают ВNС-коннекторы. На обоих концах кабельного сегмента должны находиться N-терминаторы. Один из них должен быть заземлен. Длину кабеля можно нарастить с помощью Barrel-коннектора. Он играет роль стыковочного узла.





Рис. 2. Сеть на толстом Ethernet

Сеть с репитерами

Чтобы охватить сетью большее, чем обычно, расстояние, применяются репитеры (Repeater) - повторители. Для Ethernet на тонком кабеле к сегменту подключают не более 30 РС. В сети не больше 4 репитеров (2 порта), а протяженность - до 925 м. Если репитеров (4 порта) больше 4, то между любыми двумя РС должно быть не более 4 репитеров.



Рис. 3. Сеть с репитерами

Ethernet на толстом кабеле

Длина сегмента - 500 м, к одному сегменту можно подключить до 100 рабочих станций.

При трансиверных кабелях до 50 м длиной толстый Ethe-rnet может одним сегментом охватить большую площадь, чем тонкий. Но репитеры нужны и здесь. Они имеют DIX-разъем и подключаются трансиверами либо к концу сегмента, либо в любом другом месте.

Правила использования репитеров для Ethernet на толстом кабеле аналогичны правилам для Ethernet на тонком кабеле. Удобны совмещенные репитеры, подходящие и для тонкого и для толстого кабелей. Каждый порт имеет пару разъемов: DIX и BNC. Репитеры полезны, но приводят к замедлению работы в сети.

Ethernet на витой паре

Основным узлом в сети является хаб (Hub – накопитель, концентратор). Каждый PC подключен к нему сегментом кабеля. Длина сегмента не должна превышать 100 м. На концах кабельных сегментов разъем RJ-45. Кабель подключается к хабу и к сетевой плате. Разъемы RJ-45 компактны, имеют 8 контактных площадок.



Рис. 4. Сеть с концентратором

Из четырех пар кабеля используются только две. Одна пара (1–2) – на передачу, вторая (3–6) – на прием. От хаба зависит работоспособность сети. Обычно хаб располагают вблизи эл. розетки на столе, вешают на стену или монтируют в спец. стойку. Его надо располагать в легкодоступном месте, чтобы легко отключать кабели и следить за индикацией портов.

Хабы имеют 8, 12, 16 или 24 порта. И к нему можно подключить такое же количество PC. Хабы можно объединять, подключая друг к другу через порт RJ-45 и получая сложную каскадную структуру. При этом надо соблюдать следующие правила:

1) не должно быть закольцованных путей;

2) между любыми 2 станциями всегда должно быть не более 4 хабов.







Рис.5. Сеть с несколькими концентраторами

Хабы могут иметь дополнительные разъемы для подключения тонкого или толстого кабеля Ethernet (BNC- и DIX-разъемы). Это позволяет объединить витую пару с коаксиальными сегментами. На одном хабе должен быть задействован только один из двух коаксиальных разъемов (или BNC, или DIX). Хабы, так же имеют различную внутреннюю конфигурацию и типы.



Сетевой кабель — физическая среда передачи

Основные группы кабелей

На сегодняшний день подавляющая часть компьютерных сетей использует для соединения провода или кабели. Они выступают в качестве среды передачи сигналов между компьютерами. Существуют различные типы кабелей, которые удовлетворяют потребности всевозможных сетей, от малых до больших.

В большинстве сетей применяются только три основные группы кабелей:


  • коаксиальный кабель (coaxial cable);

  • витая пара (twisted pair – TP), неэкранированная (unshielded – UTP ); экранированная (shielded – STP );

  • оптоволоконный кабель (fiber optic – FOC).

.

Коаксиальный кабель

Не так давно коаксиальный кабель был самым распространенным типом кабеля. Это объяснялось двумя причинами. Во-первых, он был относительно недорогим, легким, гибким и удобным в применении. А во-вторых, широкая популярность коаксиального кабеля привела к тому, что он стал безопасным и простым в установке.

Самый простой коаксиальный кабель состоит из медной жилы (core), изоляции, ее окружающей, экрана в виде металлической оплетки и внешней оболочки. Если кабель, кроме металлической оплетки, имеет и слой фольги, он называется кабелем с двойной экранизацией. При наличии сильных помех можно воспользоваться кабелем с учетверенной экранизацией. Он состоит из двойного слоя фольги и двойного слоя металлической оплетки.




Рис. 6. Структура коаксиального кабеля

Некоторые типы кабелей покрывает металлическая сетка – экран (shield). Он защищает передаваемые по кабелю данные, поглощая внешние электромагнитные сигналы, называемые помехами или шумом. Таким образом, экран не позволяет помехам исказить данные

Электрические сигналы, кодирующие данные, передаются по жиле. Жила – это один провод (сплошная) или пучок проводов. Сплошная жила изготавливается, как правило, из меди.

Жила окружена изоляционным слоем, который отделяет ее от металлической оплетки. Оплетка играет роль заземления и защищает жилу от электрических шумов (noise) и перекрестных помех (crosstalk). Перекрестные помехи – это электрические наводки, вызванные сигналами в соседних проводах. Кроме того, оплетка является обратным проводом для передаваемых по центральной жиле сигналов.

Проводящая жила и металлическая оплетка не должны соприкасаться, иначе произойдет короткое замыкание, помехи проникнут в жилу, и данные разрушатся. Снаружи кабель покрыт непроводящим слоем – из резины, тефлона или пластика.

Коаксиальный кабель более помехоустойчив, затухание сигнала в нем меньше, чем в витой паре. Затухание (attenuation) – это уменьшение величины сигнала при его перемещении по кабелю.




Рис. 7. Затухание сигнала приводит к ухудшению его качества

Плетеная защитная оболочка поглощает внешние электромагнитные сигналы, не позволяя им влиять на передаваемые по жиле данные, поэтому коаксиальный кабель можно использовать при передаче на большие расстояния и в тех случаях, когда высокоскоростная передача данных осуществляется на несложном оборудовании.



Типы коаксиальных кабелей

Существует два типа коаксиальных кабелей: тонкий коаксиальный кабель; толстый коаксиальный кабель. Выбор того или иного типа кабеля зависит от потребностей конкретной сети.



Тонкий коаксиальный кабель



Рис. 8. Подключение тонкого коаксиального кабеля к компьютеру
Тонкий коаксиальный кабель – гибкий кабель диаметром около 0,5 см (около 0,25 дюймов). Он прост в применении и годится практически для любого типа сети.

Подключается непосредственно к платам сетевого адаптера компьютеров.

Тонкий (thin) коаксиальный кабель способен передавать сигнал на расстояние до 185 м без его заметного искажения, вызванного затуханием.

Производители оборудования выработали специальную маркировку для различных типов кабелей. Тонкий коаксиальный кабель относится к группе, которая называется семейством RG-58, его волновое сопротивление равно 50 0м. Волновое сопротивление (impedance) – это сопротивление переменному току, выраженное в омах. Основная отличительная особенность этого семейства – медная жила. Она может быть сплошной или состоять из нескольких переплетенных проводов.




Кабель

Описание

RG-58 /U

Сплошная медная жила

RG-58 A/U

Переплетенные провода

RG-58 C/U

Военный стандарт для RG-58 A/U

RG-59

Используется для широкополосной передачи (например, в кабельном телевидении)

RG-6

Имеет больший диаметр по сравнению с RG-59, предназначен для более высоких частот, но может применяться и для широкополосной передачи

RG-62

Используется в сетях ArcNet


Толстый коаксиальный кабель

Толстый (thick) коаксиальный кабель – относительно жесткий кабель с диаметром около 1 см (около 0,5 дюймов). Иногда его называют “стандартный Ethernet”, поскольку он был первым типом кабеля, применяемым в Ethernet – популярной сетевой архитектуре. Медная жила этого кабеля толще, чем у тонкого коаксиального кабеля.

Чем толще жила у кабеля, тем большее расстояние способен преодолеть сигнал. Следовательно, толстый коаксиальный кабель передает сигналы дальше, чем тонкий, – до 500 м. Поэтому толстый коаксиальный кабель иногда используют в качестве основного кабеля [магистрали (backbone)], который соединяет несколько небольших сетей, построенных на тонком коаксиальном кабеле.

Для подключения к толстому коаксиальному кабелю применяют специальное устройство – трансивер (transceiver).

Трансивер снабжен специальным коннектором, который назван “зуб вампира” (vampire tap) или “пронзающий ответвитель” (piercing tap). Этот “зуб” проникает через изоляционный слой и вступает в непосредственный физический контакт с проводящей жилой. Чтобы подключить трансивер к сетевому адаптеру, надо кабель трансивера подключить к коннектору AUI-порта сетевой платы. Этот коннектор известен также как DIX-коннектор (Digital Intel Xerox), в соответствии с названиями фирм-разработчиков, или коннектор DB-15.

Сравнение двух типов коаксиальных кабелей

Как правило, чем толще кабель, тем сложнее с ним работать. Тонкий коаксиальный кабель гибок, прост в установке и относительно недорог. Толстый кабель трудно гнуть, и, следовательно, его сложнее устанавливать. Это очень существенный недостаток, особенно если необходимо проложить кабель по трубам или желобам. Толстый коаксиальный кабель дороже тонкого, но при этом он передает сигналы на большие расстояния.





Рис. 9. Подключение трансивера к толстому коаксиальному кабелю



Оборудование для подключения коаксиального кабеля

Для подключения тонкого коаксиального кабеля к компьютерам используются так называемые ВNС-коннекторы (British Naval Connector, BNC). В семействе BNC несколько основных компонентов:



BNC-коннектор. BNC-коннектор либо припаивается, либо обжимается на конце кабеля.

BNC Т-коннектор. Т-коннектор соединяет сетевой кабель с сетевой платой компьютера.

BNC баррел-коннектор. Баррел-коннектор применяется для сращивания двух отрезков тонкого коаксиального

BNC-терминатор. В сети с топологией “шина” для поглощения “свободных” сигналов терминаторы устанавливаются на каждом конце кабеля. Иначе сеть не будет работать.



Рис.10. BNC-терминатор


Классы коаксиальных кабелей и требования пожарной безопасности

Выбор того или иного класса коаксиальных кабелей зависит от того, где этот кабель будет прокладываться. Существует два класса коаксиальных кабелей: поливинилхлоридные; пленумные – для прокладки в области пленума.

Поливинилхлорид (PVC) – это пластик, который применяется в качестве изолятора или внешней оболочки у большинства коаксиальных кабелей. Кабель PVC достаточно гибок, его можно прокладывать на открытых участках помещений. Однако при горении он выделяет ядовитые газы.

Пленум (plenum) – это небольшое пространство между фальшь-потолком и перекрытием, обычно его используют для вентиляции. Требования пожарной безопасности строго ограничивают типы кабелей, которые могут быть здесь проложены, поскольку в случае пожара выделяемые ими дым или газы распространятся по всему зданию.

Слой изоляции и внешняя оболочка пленумного кабеля выполнены из специальных огнеупорных материалов, которые при горении выделяют минимальное количество дыма. Это уменьшает риск химического отравления. Кроме того, эти кабели можно прокладывать открыто, не заключая в трубу. Однако они дороже и жестче, чем поливинилхлоридные.

Приведенные характеристики коаксиальных кабелей помогут выбать подходящий тип кабеля.

Используйте коаксиальный кабель, если требуется:


  • среда для передачи речи, видео и двоичных данных;

  • передавать данные на большие расстояния (по сравнению с менее дорогими кабелями);

  • знакомая технология, предлагающая достаточный уровень защиты данных.

следующая страница >>