«Попова И. Г. ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ, СИСТЕМЫ И СЕТИ Учебное пособие Северск 2014 УДК 681.142.4 ББК 32.973.202 П 90 Попова И.Г. П 90 Вычислительные машины, системы и сети: учебное пособие/ И. Г. Попова. – Северск: Изд-во ...»

Таблица 3 - Наиболее распространённые интернет-протоколы Уровень OSI Протоколы, примерно соответствующие уровню OSI Прикладной DNS, FTP, HTTP, HTTPS, IMAP, LDAP, POP3, SNMP, SMTP, SSH, Сеансовый/ SSL, TLS Представления Транспортный TCP, UDP Сетевой BGP, EIGRP, ICMP, IGMP, IP, IS-IS, OSPF, RIP Канальный Arcnet, ATM, Ethernet, Frame relay, HDLC, PPP, L2TP, SLIP, Token ring 2.4.4 Подключение к Интернет Чтобы обращаться к серверам Интернета, компьютер должен быть подключен к этой глобальной сети. Известны следующие способы подключения к Интернету:

1) связь по коммутируемым линиям. Этот способ наиболее распространен. Существует несколько способов доступа в Интернет по коммутируемым линиям. Они предоставляют клиентам различные возможности, в зависимости от используемых протоколов, среди них три основных:

а) Serial Line Internet Protocol (SLIP) - устаревший сетевой протокол канального уровня для доступа к сетям стека TCP/IP через низкоскоростные линии связи путём простой инкапсуляции IP-пакетов. Используются коммутируемые соединения через последовательные порты для соединений клиент-сервер типа точка-точка. В настоящее время вместо него используют более совершенный протокол PPP;

б) Point-to-Point Protocol (РРР - протокол «точка-точка») - протокол канального уровня. Обычно используется для установления прямой связи между двумя узлами сети, причем он может обеспечить аутентификацию соединения, шифрование и сжатие данных. Используется на многих типах физических сетей: нуль-модемный кабель, телефонная линия, сотовая связь и т.д. PPP представляет собой целое семейство протоколов: протокол управления линией связи (LCP), протокол управления сетью (NCP), протоколы аутентификации (PAP, CHAP), многоканальный протокол PPP (MLPPP). РРР становится все более популярным, поскольку он быстрее и надежнее остальных, но и значительно сложнее;

в) CSLIP - сжатая версия SLIP. Изменения коснулись сжатия заголовков ( байт заголовков могут сжиматься до 3-5 байт). CSLIP даёт заметный выигрыш против SLIP только при использовании небольших пакетов и хороших линий связи, так как при необходимости повтора передачи в CSLIP заново переданы будут все пакеты, вплоть до последнего переданного несжатого, против одного пакета в SLIP. Однако все работают с протоколом IP (Internet Protocol);

2) связь по ISDN. Цифровая сеть комплексных услуг (ISDN) – это телекоммуникационная служба, которая связывает сети по цифровым линиям с помощью терминального адаптера. ISDN обеспечивает высокоскоростную связь и более экономичное подключение, чем коммутируемые линии. Именно использование ISDN-платы для поддержки связи персональных компьютеров станет в перспективе обычным делом;

3) подключение по выделенной линии. Выделенная линия - линия, постоянно включенная между двумя точками и выделенная в полное и безраздельное пользование.

Обычно используется для подключения локальной сети средних размеров через компьютер поставщика в сеть;

4) подключение по радиоканалу.

Теоретически и коммутируемые линии, и ISDN могут подключать к Интернету как отдельных пользователей, так и целые сети. Однако для одного человека связь по коммутируемым линиям удобнее, тогда как ISDN предлагает более экономичное решение для ЛВС, соединяя группы пользователей сети с Интернетом.

2.4.5 Адресация в Интернет Для обмена множеством данных в глобальных сетях нужны каналы связи с большой пропускной способностью. В глобальных сетях используют мощные многоканальные спутниковые линии и оптоволоконные кабели, проложенные между компьютерами отдельных организаций и стран. Используются также обычные телефонные и телевизионные каналы связи.

Концепция сети Internet:

отсутствие центрального компьютера, все компьютеры сети равноправны;

пакетный способ передачи файлов по сети на основе стека протоколов;

единое адресное пространство.

Пакет – блок данных, используемый для передачи данных по сети, имеющий строго-определенную структуру, включающую в себя заголовок (адреса отправителя и получателя) и поле данных. В Internet данные разбиваются на маленькие части, которые заключаются в пакеты; каждый пакет пересекает сеть отдельно от других. Размеры пакетов могут меняться от примерно 40 до 32000 байт, в зависимости от оборудования, каналов связи в сети, но, обычно, пакеты не бывают длиннее 1500 байт.

Каждый компьютер, подключенный к глобальной сети, имеет свой уникальный глобальный адрес. Адресное пространство – система уникальных адресов, которые назначаются компьютерам – хостам, подключенным к глобальной сети.

Адрес IP – адрес точки доступа к сетевому интерфейсу, уникальный в рамках всего Internet, который состоит из четырех байт (т.е. из четырех чисел диапазона 0-255).

При записи байты отделяются друг от друга точками: 62.76.177.103 или 3.33.33.3. Таким образом, к Интернету можно подключить более 4 миллиардов компьютеров.

Адрес IP состоит из двух частей: адреса сети (первые 11 бит) и адреса хоста компьютера, подключенного к сети Internet (оставшиеся 21бит).

Для пользователей применение 32-разрядных IP-адресов не очень удобно. Поэтому в Интернете принято всем компьютерам присваивать имена, что позволяет пользователям лучше ориентироваться в киберпространстве сети. Система доменной адресации (DNS) в сети Интернет - это метод иерархической организации адресов в этой сети, а также механизм, используемый для получения по имени компьютера его IPадреса.

Домен – структурная единица адреса электронной почты и других сервисов Интернета. Система доменов организована иерархически и образует несколько деревьев доменов. Домены высшего уровня являются корневыми доменами своих деревьев доменов. Они могут обозначать:

страну, например, ru – Россия, de – Германия, ua – Украина;

область деятельности, например, com – коммерческие, org – некоммерческие, edu – учебные организации, net – организации, оказывающие сетевые услуги, biz – бизнес-проекты, info – информационный ресурс.

Домен среднего уровня обозначает организацию. В случае организации, оказывающей сетевые услуги по работе в Интернете, это одно из имен ее сервера.

Пусть хост некоторой организации имеет IP-адрес 196.146.24.10, который, естественно, не содержит информацию о расположении и характере деятельности этой организации. Такой адрес трудно запомнить, если к ней потребуется часто обращаться.

Другое дело, если этому хосту присвоено имя, например www.rosatom.ru. Это имя состоит из доменов, разделенных точками. Иерархия задается справа налево, т.е. ru – это старший домен (домен верхнего уровня), он определяет географическое место расположения сети, в которой располагается необходимый хост; rosatom – средний домен, являющийся частью домена ru и обозначающий наименование организации. Такое имя легче запомнить и использовать.

Национальный домен верхнего уровня для России -.рф (Российская Федерация).

Это первый в Интернете домен на кириллице. Отличием от введённого ранее домена «.ru» является то, что в домене «.рф» все имена второго уровня пишутся исключительно кириллицей.

Справка. В Каире в ноябре 2008 года на 33-й конференции ICANN (ICANN - международная некоммерческая организация, созданная в 1998 году при участии правительства США для регулирования вопросов, связанных с доменными именами, IPадресами и прочими аспектами функционирования Интернета) было принято решение о выделении России кириллического домена верхнего уровня «.рф». Домен «.рф» делегирован в корневой зоне DNS 12 мая 2010 года около 17:20 по московскому времени. Запуск домена был приурочен к первому Российскому Форуму по управлению Интернетом. Первыми доменами, которые начали работать в зоне «.рф» в ночь с 12 на мая 2010 года, стали президент.рф и правительство.рф. В настоящий момент практически все браузеры поддерживают кириллические доменные имена.

25 мая 2010 года на серверах имен, обслуживающих домен «.рф», размещён файл зоны, содержащий информацию о доменных именах «.рф», таким образом началось делегирование имен. С этого момента делегированные домены в зоне «.рф» стали доступными в сети Интернет. Домен «.рф» начал свою работу в штатном режиме.

По данным на 28 мая 2010 года большинство интернет сайтов кириллического домена «.рф» являются зеркалами латинских доменов.ru,.com,.travel, например, президент.рф (идентично kremlin.ru), правительство.рф (идентично government.ru), кц.рф (идентично www.cctld.ru), и другие. Некоторые сайты, зарегистрированные в зоне «.рф» автоматически перенаправляют посетителей на зеркало с латинским именем.

Например, при наборе в адресной строке яндекс.рф браузер автоматически перейдёт на адрес yandex.ru, при наборе мэйл.рф — на адрес mail.ru, гугл.рф — на google.ru.

2.4.6 Сервисы Интернет Часто воспринимают Интернет как множество сайтов, которые мы видим во всемирной паутине WWW, однако она сама является одним из сервисов Интернет. Интернет не является каким-то однородным образованием, он состоит из отдельных частей сервисов, которые взаимосвязаны между собой. Сервис - это описание набора услуг, который предоставляется конкретной службой. Internet предоставляет средства обмена данными миллионам компьютеров. Наиболее популярные виды сервиса Internet: электронная почта, списки рассылки, система телеконференций Usenet, интерактивный чат, проведение речевых и видео-конференций, Word Wide Web, передача файлов (FTP).

On-line-режим или режим реального времени – непосредственный диалоговый режим работы пользователя в глобальных сетях. К On-line сервисам относятся FTP, чат, WWW и др.

Off-line-режим – опосредованный обмен информацией пользователя с ресурсами глобальной сети или другими пользователями. Электронная почта, телеконференции и FTP являются off-line услугами.

Электронная почта (E-mail) - система Интернет, которая занимается доставкой электронных писем пользователям глобальных сетей. С электронным письмом может быть послано вложение - прицепленный к письму файл с любой информацией.

Сервер электронной почты – компьютер, отвечающий за доставку электронной почты. На нем размещается ящик электронной почты - место на жестком диске сервера, где хранятся письма.

До недавнего времени в России для работы пользователей с электронной почтой были распространены две почтовые программы: The Bat! и Outlook Express. Сейчас многие компьютерные приложения имеют встроенную поддержку электронной почты.

Адрес электронной почты – запись, однозначно определяющая путь доступа к электронному почтовому ящику адреса. Адрес электронной почты в Internet выглядит так: mailto: [email protected]. Он состоит из:

имени пользователя (ivanov);

имени хоста или сетевой машины (mail.ru).

Пользователь сам выбирает себе имя при регистрации электронной почты при соблюдении условия его уникальности.

Для многих компаний электронная почта это не просто почта, а основа всего процесса делопроизводства. Электронная почта – один из самых распространенных сервисов Интернета.

В списке рассылки пользователь получает возможность знакомиться с дискуссией, читать полученные письма, участвовать в дискуссии, отправляя сообщения. Они бывают ручными (под управлением человека) и автоматизированные (под управлением сервера). Российские сервера, поддерживающие списки рассылки http://subscribe.ru/, http://www.citycat.ru и многие другие. Диспетчер списка рассылки - администратор или программа, которые хранят адреса подписчиков.

Телеконференции (группы новостей, newsgroups) – это централизованный обмен информацией на заданные темы по электронной почте. Система Usenet не является эквивалентом электронной почты. Имеет свой протокол NNTP. Телеконференции размещаются на серверах телеконференций. За большинство конференций отвечает ответственный человек - модератор. Телеконференция может быть и немодерируемой. Существуют более 70 тысяч тем телеконференций для обмена информацией. Пользователь может подписаться на конференции интересующей его тематики. Тогда ему по электронной почте будут приходить все письма, содержащие информацию по данным темам и ее обсуждение, поступающие на эти телеконференции. Пользователь может также посылать свои письма-сообщения на телеконференции. Пользователь может также создать новую телеконференцию, предложив тему, которая еще не освещена на существующих телеконференциях и которая интересует других пользователей.

Одной из наиболее востребованных услуг является передача файлов. FTP (File Transfer Protocol) - протокол передачи файлов - протокол, определяющий правила передачи файлов с удаленного компьютера на локальный вне зависимости от типа операционной системы и места расположения компьютеров. Файловый сервер (FTP-сервер) – сервер, хранящий в Интернете файлы и рассылающий их пользователям. Пользователь изучает содержание FTP-сервера и затем получает с него понравившиеся ему файлы. Большинство FTP-серверов администрированы таким образом, что одна часть информации, которая представлена на них, открыта для любого пользователя, другая может быть получена только после идентификации входящего. При идентификации указываются имя и пароль, зарегистрированные на FTP-сервере. В качестве программного обеспечения для работы с FTP-архивами применяются как обычные Internet браузеры, так и другие программы (например, Far, Windows ftp и др.). Общение может происходить как в режиме оффлайн (обмен электронными письмами), так и в онлайновом диалоге. Недостаток – прекращение связи при получении большого файла, и все приходится начинать сначала. Эта проблема решается двумя способами:

FTP-сервер организует свою работу таким образом, что после обрыва связи при новом запросе файл дописывается с прерванного места;

используют специальные программы, позволяющие организовать процесс докачки. Докачка – получение по сети файла порциями и восстановление из этих кусочков целого неповрежденного файла.

Чат (IRC - Internet relay Chat – «всемирная болталка») – одновременное общение группы пользователей в реальном времени путем обмена текстовыми сообщениями.

Общение происходит с использованием IRC-серверов. За содержанием онлайновой переписки следит ответственный пользователь - бот. Когда пользователь общается в чате, на экране его компьютера появляются сообщения всех участников чата, к которому он подключился.

ICQ (дословно "I Seek You" - Я ищу Вас) - установка непосредственной связи с указанными пользователями, подключенными к сети. ICQ при входе пользователя в сеть сразу соединяет его с выбранными в ICQ-программе пользователями, если они тоже в сети. ICQ позволяет:

послать письмо пользователю ICQ, даже пока не вошедшему в сеть;

разговаривать в чате ICQ;

обмениваться голосовыми посланиями или файлами в режиме онлайн;

разместить в сети краткие сведения о себе.

Сервисом по обмену мгновенными сообщениями ICQ в России пользуются ежедневно 8,8 млн человек, передавая при этом порядка 700 млн сообщений. Ежемесячно ICQ используют 18,5 млн человек в России. Пользователи из России составляют существенную часть общемировой аудитории ICQ, которая составляет 18 млн человек в день, которые ежедневно передают 1,3 млрд сообщений. Ежемесячная мировая аудитория ICQ – 42 млн человек.

Internet-телефония – один из самых молодых сервисов Интернета. Интернет аналог обычного телефона. Низкое качество связи окупается самым главным – стоимостью разговора. По сравнению с международными телефонными переговорами Internetтелефон – практически бесплатное средство связи.

MUD (Multi User Dungeon) - многопользовательские игры в Интернет, обычно ролевого или сказочного характера. Данная услуга может использоваться в часы досуга.

WWW (World Wide Web, всемирная паутина, Web) – самый популярный и интересный сервис Интернет сегодня, самое популярное и удобное средство работы с информацией. Больше половины потока данных Интернет приходится на долю WWW. Сегодня WWW – самая передовая и массовая технология Интернет. Технология WWW или просто Web, была разработана в 1989г. в Женеве, в Лаборатории физики элементарных частиц Европейского центра ядерных исследований (CERN) и была первоначально направлена на создание единой сети для научных сотрудников, занимающихся физикой высоких энергий.

Однако вскоре эта технология нашла гораздо более широкое применение и с г. Web-служба – это общедоступная наиболее динамичная и быстро развивающаяся служба Интернета.

Web-служба основана на двух протоколах:

HyperText Transport Protocol (HTTP) – протокол передачи гипертекста;

HyperText Markup Language (HTML) – язык создания гипертекста.

Понятие гипертекста известно давно. Это такой формат текстового документа, который кроме собственно текста может содержать ссылки на другие гипертекстовые документы, по которым можно непосредственно перейти на эти документы.

Гипертекстовый Web-документ может включать в себя текст, 2D- и 3Dграфику, звук, видео, ссылки на другие гипертекстовые документы, ссылки на файлы различного формата и т.д.

Интернет-ссылки (URL – Uniform Resource Locator) могут указывать не только на Web-документы, но и на другие сервисы и информационные ресурсы Интернет: FTP, EMail и т.д.

Web работает по принципу клиент-сервер. В сети Интернет существует множество Интернет-серверов, которые по запросу пользователя возвращают ему гипертекстовый документ.

Программы-браузеры (обозреватели, навигаторы) - это программы, предназначенные для просмотра Web-страниц. Наиболее известными браузерами являются Internet Explorer, Netscape Navigator.

Кроме перечисленных имеются и другие сервисы, число которых постоянно увеличивается:

RealAudio – передача звука с сервера клиенту;

CU-SeeMe – передача видеоизображения через Интернет;

Twitter – оn-line-сервис для ведения (микро) блогов. Сообщение ограничено длиной в 140 символов (отсюда и «микро»). Важная особенность Твиттера – это возможность общения с читателями – другими блоггерами, ведущими свои блоги на Твиттере. Участник может подписаться на чужие блоги и читать их в единой ленте. Существует множество программ – твиттер-клиентов, превращающих этот сервис в аналог ICQ. Помимо прочего в Твиттер блог можно писать и через SMS сообщения. Краткость, удобство, оперативность, широкий круг читателей – всё это делает Твиттер популярнейшим сервисом ведения блогов.

2.5 Тестовые вопросы по тематике раздела Тема 1 – Назначение и преимущества вычислительных сетей Заполните пропуски в следующих высказываниях:

1 Основная причина использования компьютерных сетей – возможность ресурсов.

2 Основными ресурсами, совместно используемыми в сети, являются, такие, как лазерные принтеры.

3 Приложения позволяют пользователям быстро и эффективно взаимодействовать друг с другом.

Тема 2 – Локальные вычислительные сети Ответьте «Да», если речь идет об ЛВС. В противном случае ответьте «Нет».

1 Три компьютера и принтер, расположенные в одном офисе, соединены кабелем, и сотрудники могут совместно использовать принтер. Да Нет 2 Два компьютера в Аризоне и один в Нью-Йорке совместно используют документы и программу электронной почты. Да Нет 3 Более 150 автономных компьютеров на 47-м этаже здания Всемирного торгового центра в Нью-Йорке используют Microsoft Word для обработки текстов. Да Нет 4 Более 200 компьютеров на 14, 15 и 16-ом этажах большого бизнес-центра соединены кабелем и совместно используют файлы, принтеры и другие ресурсы. Да Нет Тема 3 – Одноранговые сети и сети с выделенным сервером Заполните пропуски в следующих высказываниях:

1 В одноранговой сети каждый компьютер может работать и как сервер, и как.

2 В одноранговой сети нет выделенных _.

3 В одноранговой сети каждый пользователь управляет сетевыми ресурсами своего компьютера, поэтому каждого пользователя можно считать.

4 Одноранговая сеть вполне подойдет, если вопросы _ не имеют принципиального значения.

5 Стандартной моделью для сети с более 10 пользователями является сеть на основе.

6 Выделенный сервер – это компьютер, который не функционирует как.

7 Чтобы удовлетворить возрастающие требования пользователей, серверы в больших сетях стали.

Тема 4 – Топология сети Заполните пропуски в следующих высказываниях или ответьте «Да» или «Нет»:

1 Термин определяет схему сети.

2 В основе любой компоновки сети лежат следующие основные топологии:

, и _.

3 Так как при соединении отрезков кабеля (чтобы удлинить его) происходит ослабление сигнала, применяют, который усиливает сигнал перед передачей его в следующий отрезок.

4 Топология «шина» является топологией, при которой компьютеры не участвуют в передаче данных от отправителя к получателю.

5 При топологии «шина», к концам кабеля должны быть подключены, которые поглотят сигнал, предотвращая его отражение.

6 В сетях с топологией «звезда» сегменты кабеля расходятся от.

7 В сетях с топологией «кольцо» все компьютеры выступают в роли_, усиливая сигнал при его передаче.

8 Концентраторы, которые регенерируют и передают сигналы, называются _.

9 В сетях с топологией «звезда» отсоединение одного компьютера приводит к остановке всей сети. Да Нет 10 Топология «кольцо» является пассивной. Да Нет 11 В сетях с топологией «кольцо» используются терминаторы. Да Нет 12 В сетях с топологией «звезда» выход из строя центрального узла, к которому подключены все компьютеры, приводит к остановке всей сети. Да Нет 13 Топология «звезда-шина» включает несколько сетей с топологией «звезда», объединенных при помощи _линейной шины.

14 Передача данных в звезде-шине происходит так же, как в сетях с топологией.

15 И в звезде-шине, и в звезде-кольце компьютеры подключаются к _.

2.6 Проверочная работа по тематике раздела Упражнение 1. Закончите фразу. К началу фразы из колонки А подберите наиболее подходящий конец из колонки В. Выбрав вариант, закончите фразу. Имейте в виду, что один из пунктов в колонке В лишний и каждый пункт можно использовать только один раз.

3 Компьютер в одноранговой сети С Соединяет компьютеры.

Упражнение 2. Выберите правильный ответ. Укажите букву, соответствующую самому точному, на Ваш взгляд, ответу на вопрос.

1 Что справедливо в отношении одноранговых сетей?

a) Обеспечивают более надежный уровень защиты и управления, чем сети на основе сервера.

b) Рекомендуются для сетей с числом пользователей не более 10.

c) Необходим мощный центральный сервер.

d) Пользователи обычно рассредоточены на большой территории.

2 Что наиболее характерно для сети топологии «кольцо»?

a) Требует меньшего расхода кабеля, чем остальные топологии.

b) Среда передачи недорога и проста в работе.

c) Равный доступ для всех компьютеров.

d) Для правильной работы требуются терминаторы.

3 Что наиболее характерно для сети топологии «шина»?

a) Значительно больший расход кабеля, чем другие топологии.

b) Среда передачи недорога и проста в работе.

c) Разрешать проблемы гораздо легче, чем в других топологиях.

d) Количество компьютеров в сети не влияет на ее быстродействие.

4 Что наиболее характерно для сети топологии «звезда»?

a) Значительно меньший расход кабеля, чем другие топологии.

b) Разрыв одного кабеля выводит из строя всю сеть.

c) Труднее изменить конфигурацию, чем у других топологий.

d) Централизует контроль и управление сетью.

5 Какая топология является пассивной?

6 Какое средство поможет нарастить кабель в сети с топологией «шина»?

a) Плата сетевого адаптера.

c) Баррел-коннектор.

d) Модуль подключения к среде передачи данных.

Упражнение 3. Подтвердите или опровергните следующие утверждения.

1 Сети на основе сервера называют также рабочими группами. Да Нет 2 В сетях на основе сервера всегда есть выделенный сервер. Да Нет 3 Если вопросы защиты данных являются для предприятия важными, необходимо сконфигурировать сеть на основе сервера. Да Нет 4 Каждый компьютер в сети с топологией «шина» имеет адрес, поэтому, если несколько компьютеров будут одновременно передавать данные по сети, они дойдут до адресата. Да Нет

3 СЕТЕВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

3.1 Сетевые кабели 3.1.1 Разнообразие типов 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 обеспечивают нормальную работу всевозможных сетей, от малых до больших.

Фирма Belden, ведущий производитель кабелей, публикует каталог, где предлагает более 2200 их типов. На практике в большинстве сетей применяются только три основные группы кабелей:

коаксиальный кабель:

тонкий коаксиальный кабель;

толстый коаксиальный кабель;

неэкранированная витая пара;

оптоволоконный кабель:

3.1.2 Коаксиальный кабель Коаксиальный кабель еще не так давно считался наиболее 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 надежным и простым в установке.

Самый простой коаксиальный кабель состоит из медной жилы, изоляции, ее окружающей, экрана в виде металлической оплетки и внешней оболочки, как показано на рисунке 17. 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.

Некоторые типы кабелей покрывает металлическая сетка — экран, который защищает передаваемые по кабелю данные, поглощая внешние электромагнитные сигналы, которые называются помехами или шумом. Таким образом, экран не позволяет помехам исказить данные.

Электрические сигналы, кодирующие данные, передаются по жиле. Жила - это один провод (сплошная жила) или пучок проводов. Сплошная жила изготавливается, как правило, из меди. Жила окружена диэлектрическим изоляционным слоем, который отделяет ее от металлической оплетки. Оплетка играет роль «земли» и защищает жилу от электрических шумов и перекрестных помех. Перекрестные помехи - это электрические наводки, вызванные сигналами в соседних проводах. 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. 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.

Существует два типа коаксиальных кабелей:

тонкий коаксиальный кабель;

толстый коаксиальный кабель.

Тонкий коаксиальный кабель — гибкий кабель диаметром около 0,5 см (0,25 дюйма). Он прост в применении, подходит практически для любого типа сети, способен передавать сигнал на расстояние до 185 м (около 607 футов) без его заметного искажения, вызванного затуханием. Тонкий коаксиал подключается непосредственно к плате сетевого адаптера компьютера, как показано на рисунке 18.

Рисунок 18 – Подключение тонкого коаксиального кабеля Производители кабелей выработали специальную маркировку для различных типов кабелей. Тонкий коаксиальный кабель относится к группе, которая называется семейством RG-58; его волновое сопротивление равно 50 Ом. Волновое сопротивление — это сопротивление переменному току, выраженное в омах. Основная отличительная особенность семейства RG-58 — медная жила. Она может быть сплошной или состоять из нескольких переплетенных проводов, как показано на рисунке 19.

Однако как ни проста и удобна сеть на тонком коаксиале, есть у нее существенный недостаток: она морально устарела, сетевые карты с BNC-коннекторами давно не выпускаются (а те, что есть в продаже, б/у или залежалый товар). Пропускная способность такой сети ограничена 10 Мбит/с.

Толстый коаксиальный кабель — относительно жесткий кабель с диаметром около 1 см (0,5 дюйма). 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. А чем толще жила у кабеля, тем большее расстояние способен преодолеть сигнал. Следовательно, толстый коаксиальный кабель передает сигналы дальше, чем тонкий, — до 500 м (около 1640 футов). Поэтому толстый коаксиальный кабель иногда используют в качестве опорного кабеля (магистрали), который соединяет несколько небольших сетей, построенных на тонком коаксиальном кабеле.

Выбор того или иного класса коаксиальных кабелей зависит от места, 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 — это небольшое пространство между подвесным потолком и перекрытием, обычно его используют для вентиляции. Требования пожарной безопасности строго ограничивают типы кабелей, которые здесь могут быть проложены, поскольку в случае пожара выделяемые ими дым или газы быстро 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, пленумные кабели можно прокладывать открыто, не заключая в трубу. Однако они дороже и жестче, чем поливинилхлоридные.

Пример прокладки разного класса коаксиального кабеля в соответствии с требованиями пожарной безопасности приведен на рисунке 20.

Рисунок 20 – Требованиями пожарной безопасности предусмотрен специальный тип кабелей для прокладки в области пленума Чем толще кабель, тем сложнее его прокладывать. Тонкий коаксиальный кабель гибок, прост в установке и относительно недорог. Толстый кабель трудно гнуть, следовательно, его сложнее монтировать. Это очень существенный недостаток, особенно для тех случаев, когда необходимо проложить кабель по трубам или желобам. Толстый коаксиал дороже тонкого, но при этом он передает сигналы на большие расстояния.

Для подключения тонкого коаксиального кабеля к компьютерам используются так называемые BNC-коннекторы. В семействе BNC выделяют несколько основных компонентов, изображение которых представлено на рисунке 21:

BNC-коннектор припаивается, либо обжимается на конце кабеля;

Т-коннектор соединяет сетевой кабель с сетевой платой компьютера;

баррел-коннектор применяется для сращивания двух отрезков тонкого коаксиального кабеля;

BNC-терминатор. В сети с топологией «шина» для поглощения блуждающих сигналов на каждом конце кабеля устанавливаются терминаторы, иначе сеть не будет работать.

а – BNC-коннектор; б – Т-коннектор; в – баррел-коннектор; г – BNC-терминатор Как показано на рисунке 22, для подключения к толстому коаксиальному кабелю применяют специальное устройство — трансивер. Трансивер снабжен специальным коннектором («зуб вампира»), который проникает через изоляционный слой и вступает в непосредственный физический контакт с проводящей жилой.

Рисунок 22 – Подключение трансивера к толстому коаксиальному кабелю Таким образом, коаксиальный кабель является одним из самых распространенных видов кабелей, использующимся повсеместно для различных задач, от систем связи до измерительных систем. Это медный проводник-проволока, изолированный от внешнего проводника – оплетки, всё это заключено во внешнюю изолирующую оболочку. Но существуют вариации данной конструкции и твинаксиальный кабель — одна из них.

Особенность твинаксиального кабеля — наличие второго внутреннего проволочного проводника в центре, который параллелен другому внутреннему проводнику и изолирован от него. И, конечно, оба они изолированы от внешней оплетки – экрана.

Иногда такой кабель называют так же биаксиальным. Волновое сопротивление 150 Ом (2х75 Ом). Данные посылаются одновременно по паре проводников, каждый из которых окружен экранирующей оплеткой. При этом получается режим полудуплексной передачи. Для обеспечения полнодуплексной передачи необходимы еще две пары коаксиальных проводников. Начал выпускаться специальный кабель, который содержит четыре коаксиальных проводника - так называемый Quad-кабель. Он внешне напоминает кабель категории 5 и имеет близкий к нему внешний диаметр и гибкость. Максимальная длина твинаксиального сегмента составляет 25 метров, поэтому это решение подходит для оборудования, расположенного в одной комнате.

3.1.3 Витая пара Для построения проводных (кабельных) локальных сетей в настоящее время, благодаря своей дешевизне и лёгкости в монтаже, самым распространённым решением является витая пара.

Витая пара — вид кабеля связи, который представляет собой одну или несколько пар изолированных проводников, скрученных между собой (с небольшим числом витков на единицу длины), покрытых пластиковой оболочкой.

Самая простая витая пара — это два перевитых вокруг друг друга изолированных медных провода.

Как показано на рисунке 23, существует два типа витой пары: неэкранированная витая пара (UTP) и экранированная витая пара (STP).

Рисунок 23 – Неэкранированная и экранированная витые пары Несколько витых пар проводов часто помещают в одну защитную оболочку. Их количество в таком кабеле может быть неодинаковым. Завивка проводов позволяет избавиться от электрических помех, наводимых соседними парами и другими внешними источниками, например двигателями, реле и трансформаторами.

Неэкранированная витая пара (спецификация lOBaseT) состоит из двух изолированных медных проводов, широко используется в ЛВС; максимальная длина сегмента составляет 100 м (328 футов). Существует несколько спецификаций, которые регулируют количество витков на единицу длины — в зависимости от назначения кабеля.

В основном кабели UTP выпускаются в 4-х парном исполнении, хотя выпускаются и многопарные кабели – 25 пар и более. Использование нескольких 4-х парных кабелей предпочтительнее использования многопарного кабеля, так как обеспечивает большую «гибкость» кабельной системы при реконфигурации сети. В стандартном 4-х парном кабеле для передачи данных используется только две пары; две другие предназначены для передачи голоса.

В зависимости от характеристик кабели UTP разделяются на пять категорий:

кабели категории 1 применяют там, где требования к скорости передачи минимальны. Обычно это кабели для передачи голоса и низкоскоростной (десятки Кбит/c) передачи данных. До 1983 года UTPcat.1 был основным кабелем для телефонной разводки в США;

кабели категории 2 разработаны фирмой IBM для применения в собственных кабельных системах. Главное их отличие от UTPcat.1-это полоса пропускания 1 МГц.

Кабели категорий 1 и 2 не вошли в новую редакцию стандарта EIA/TIA-568A как устаревшие;

кабели категории 3 были стандартизованы в 1991 году, когда был разработан стандарт EIA-568 ("Стандарт телекоммуникационных кабельных систем для коммерческих зданий"). С полосой пропускания 16 МГц кабель категории 3 использовался для построения высокосоростных по тому времени сетей и в настоящее время кабельные системы многих зданий построены на UTPcat.3, который используется как для передачи данных, так и для передачи голоса;

кабели категории 4 представляют собой улучшенный вариант UTPcat.3 - полоса пропускания 20 МГц, повышенная помехоустойчивость и низкие потери. На практике применялся редко; в основном там, где необходимо увеличить длину сегмента с обычных 100 м до 120-140 м;

кабели категории 5 специально разработаны для поддержки высокоскоростных технологий. Полоса пропускания кабеля данной категории – 100 МГц. Кабель категории 5 в настоящее время заменил UTPcat.3 и все новые технологии локальных сетей ориентируются именно на него; UTPcat.5 является основой всех новых кабельных систем.

Особое место занимают кабели категорий 6 и 7, которые выпускаются сравнительно недавно и имеют полосу пропускания 200 и 600 МГц соответственно. Кабели категории 7 обязательно экранируются; UTPcat.6 могут быть как экранированными, так и нет. Они используются в высокоскоростных сетях на отрезках большей длины, чем UTPcat.5. Эти кабели значительно дороже 5-ой категории и по стоимости приближаются к волоконно-оптическим кабелям. Кроме того, они пока не стандартизированы и их характеристики определяются только фирменными стандартами.

Одной из потенциальных проблем для любых типов электрических кабелей являются перекрестные помехи. Перекрестные помехи — это электрические наводки, вызванные сигналами в смежных проводах. Неэкранированная витая пара особенно страдает от перекрестных помех. Для уменьшения их влияния используют экран.

Кабель экранированной витой пары (STP) имеет медную оплетку, которая обеспечивает более надежную защиту от помех, чем неэкранированная витая пара.

Кроме того, пары проводов STP обмотаны фольгой. В результате экранированная витая пара прекрасно защищает передаваемые данные от внешних помех. Все это означает, что STP, по сравнению с UTP, меньше подвержена воздействию электрических помех и может передавать данные с более высокой скоростью и на большие расстояния.

Наличие экрана требует при проведении монтажных работ выполнения качественного заземления, что усложняет и удорожает кабельные системы на STP. Основным стандартом, определяющим характеристики экранированной витой пары, является фирменный стандарт IBM, в соответствии с которым кабели STP делятся на 9 категорий. Наиболее часто используется кабель Type1, состоящий из 2-х витых пар с экранирующей оплеткой. Параметры кабеля STP Type1 близки к параметрам UTP cat.5, однако волновое сопротивление STP Type1 составляет 150 Ом вместо 100 Ом у кабеля UTP.

Кабель подключается к сетевым устройствам при помощи разъёма 8P8C (который ошибочно называют RJ-45), представленного на рисунке 24. На первый взгляд, он похож на телефонный разъем RJ-11, но в действительности между ними есть существенные отличия: вилка RJ-45 чуть больше по размерам и не подходит для гнезда RJ-11;

коннектор RJ -45 имеет 8 контактов, a RJ-11 — только 4.

Таким образом, рекомендациями по использованию витой пары являются следующие предпосылки:

1) требуется организовать ЛВС при незначительных материальных вложениях;

2) требуется организовать простую систему, в которой можно легко и быстро подключать компьютеры.

Не стоит использовать витую пару, если требуется обеспечить целостность данных, передаваемых на большие расстояния с высокой скоростью.

Обычно компьютеры в сетях на витой паре соединяются при помощи концентратора (или коммутатора), именуемого также хабом или свичом). Хаб выполняет роль центрального, связующего звена сети, он пересылает пакеты данных с одного компьютера на другие (или другой, в случае с коммутатором). Более подробно о данном устройстве изложено далее.

3.1.4 Оптоволоконный кабель В оптоволоконном кабеле цифровые данные распространяются по оптическим волокнам в виде модулированных световых импульсов. Это относительно защищенный способ передачи, поскольку при нем не используются электрические сигналы. Следовательно, к оптоволоконному кабелю невозможно подключиться, чтобы перехватывать данные, от чего не застрахован любой кабель, проводящий электрические сигналы.

Оптоволоконные линии предназначены для передачи больших объемов данных на очень высоких скоростях, так как сигнал в них практически не затухает и не искажается.

Как показано на рисунке 25, оптическое волокно — чрезвычайно тонкий стеклянный цилиндр, называемый жилой, покрытый слоем стекла, называемого оболочкой, с иным, чем у жилы, коэффициентом преломления. Распространяющиеся по сердцевине световые лучи не выходят за ее пределы, отражаясь от оболочки.

Рисунок 25 – Оптоволоконный кабель: структура и принцип действия Иногда оптоволокно производят из пластика. Пластик проще в монтаже, но он передает световые импульсы на меньшие расстояния по сравнению со стеклянным оптоволокном.

Каждое оптоволокно передает сигналы только в одном направлении, поэтому кабель состоит из двух волокон с самостоятельными коннекторами. Одно из них служит для передачи, а другое — для приема. Жесткость кабеля увеличена покрытием из пластика, а прочность — волокнами из кевлара. Волокна кевлара располагаются между двумя кабелями, заключенными в пластик.

Передача по оптоволоконному кабелю не подвержена электрическим помехам и ведется на чрезвычайно высокой скорости (в настоящее время широко используется скорость в 100 Мбит/с, теоретически возможная скорость — 200000 Мбит/с). По нему можно передавать световой импульс на многие километры.

Понятие «мода» характеризует режим распространения световых лучей в сердцевине кабеля. В зависимости от распределения показателя преломления по толщине кабеля и толщины центрального проводника различают:

одномодовое волокно. В одномодовом кабеле используется центральный проводник очень малого диаметра (5-15 мкм), соизмеримого с длиной волны света. При этом практически все лучи света распространяются вдоль оптической оси кабеля, не отражаясь от оболочки. Полоса пропускания одномодового кабеля очень широка - до сотен гигагерц на километр. Изготовление тонких качественных волокон для одномодового кабеля технологически сложно, поэтому одномодовые кабели очень дороги.

Кроме того, в волокно такого малого диаметра очень сложно направить пучок света, не потеряв при этом значительную часть его энергии. В качестве источников света для одномодового кабеля используют лазерные диоды с длиной волны 1300 нм и 1550 нм.

Быстродействие современных лазеров позволяет модулировать свет с частотой до ГГц и выше;

многомодовое волокно. В многомодовых кабелях используются более широкие внутренние проводники (40-100 мкм) по сравнению с одномодовыми, что существенно их удешевляет. В многомодовом кабеле одновременно существует несколько световых лучей, отражающихся от оболочки под разными углами. Из-за потерь световой энергии вследствие многократного отражения от оболочки и интерференции лучей разных мод полоса пропускания многомодового кабеля существенно ниже, чем у одномодового.

Стандарт EIA/TIA-568A определяет два типоразмера многомодового кабеля: 62,5/ 125мкм и 50/125 мкм, где 50 или 62,5 мкм – диаметр внутреннего проводника; 125 мкм – диаметр оболочки.

3.1.5 Рекомендации по применению кабелей в локальных сетях При проектировании и монтаже ЛВС, как указывалось выше, в качестве стандартных систем передачи данных можно использовать довольно ограниченную номенклатуру кабелей:

кабель с витыми парами (UTP-кабель) категорий 3, 4 или 5 с различными типами экранов или без них (STP – экранирование медной оплеткой, FTP – экранирование фольгой, SFTP – экранирование медной оплеткой и фольгой), тонкий коаксиальный кабель (RG-58) с разным исполнением центральной жилы (RG-58/U – сплошная медная жила, RG-58A/U – многожильный, RG-58C/U – специальное /военное/ исполнение кабеля RG-58A/U);

толстый коаксиальный кабель;

волоконно-оптический кабель (одномодовый и многомодовый).

При этом каждый вид кабельной подсистемы накладывает те или иные ограничения на проект сети. В таблице 4 даны некоторые рекомендации по применению кабелей разного вида при проектировании и монтаже локальных сетей организаций.

Таблица 4 - Рекомендации по применению кабелей при монтаже ЛВС Характеристика Максимальная длина сегмента Количество узлов на сегменте Возможность работы на скоростях выше 10 Мbit/sec Правила противопожарной безопасности делят кабели на две категории: общего применения и пленумные (разрешенные для прокладки в вентиляционных шахтах). Это деление осуществляется исходя из материалов, применяемых при изготовлении кабелей. Наиболее распространенные при изготовлении кабелей пластики на базе поливинилхлорида (PVC). При горении они выделяют ядовитые газы. По-этому PVC-кабели запрещены для прокладки в вентиляционных шахтах. В пленумных пространствах обычно применяются кабели с изоляцией на основе тефлона.

Перечислим основные эксплуатационные характеристики кабелей на витой паре:

1) все кабели должны иметь витые пары проводов. Применение кабелей с несвитыми попарно проводами не допускается ! Это относится даже к коротким отрезкам плоского кабеля. При использовании экранированных кабелей на витой паре, сегменты последних рекомендуется заземлять на одном ( и только на одном! ) конце. На практике это удобнее производить на конце, подключенном к концентратору;

2) минимальный радиус изгиба – 5 см;

3) температура при работе и хранении:

-35…+60 С0 – для кабеля в поливинилхлоридной оболочке;

-55…+200 С0 – для кабеля в тефлоновой оболочке;

4) температура при монтаже:

-20…+60 С0 – для кабеля в поливинилхлоридной оболочке;

-35…+200 С0 – для кабеля в тефлоновой оболочке;

5) относительная влажность:

- 0…+100 % – для кабеля в поливинилхлоридной оболочке, допускается случайная конденсация;

- не реагирует на влажность, конденсацию и водяные брызги – для кабеля в тефлоновой оболочке;

6) возможность применения на открытом воздухе:

- запрещено – для кабеля в поливинилхлоридной оболочке;

- разрешено – для кабеля в тефлоновой оболочке;

- запрещено применение тонкого коаксиального кабеля для прокладки на открытом воздухе между двумя не связанными друг с другом зданиями (между зданиями, не имеющими общего контура заземления).

При установке новой сети целесообразно применять кабель с витыми парами в рабочей группе. Оптоволоконные кабели – на длинных магистралях и для связи между зданиями. Тонкие коаксиальные кабели наиболее оправдано применять для организации низкоскоростых магистралей внутри монтажных шкафов. Кабели на витой паре и оптоволоконные кабели позволяют модернизировать сеть, переводя ее с 10 на 100 Mbitные технологии.

Наиболее «подвижной» частью любой ЛВС являются подсистемы рабочей группы. Добавление новых пользователей, перемещение рабочих мест и их аннулирование, повреждения кабеля в рамках рабочей группы происходят гораздо чаще, чем изменения в магистральных каналах. Именно поэтому UTP-кабели наиболее удобны для организации подсистем рабочих групп.

На длинных магистралях, безусловно, наиболее предпочтительно оптоволокно, ибо он обеспечивает наибольшую допустимую длину сегмента, высокую безопасность и помехозащищенность.

Когда приходится прокладывать кабель внутри стен, под полом или над потолком, намного дешевле заложить сразу дополнительные кабели, чтобы потом, спустя несколько месяцев, не возвращаться к этим работам, снова прокладывая кабель по старым трассам.

Тонкий коаксиальный кабель не рекомендуется для сетей рабочей группы. Хотя проблема при его использовании заключается не собственно в кабеле. Проводка тонкого коаксиального кабеля выполняется открытой, и пользователи имеют к ней доступ.

Нередко пользователь некорректно отключает кабель, разрушая целостность кабельного сегмента. При этом выходит из строя вся сеть, может нарушиться работа сетевого программного обеспечения. К этим же последствиям приводит снятие терминатора с конца кабельного сегмента, применение отрезков кабеля с другим волновым сопротивлением. По этим причинам целесообразно применять тонкий коаксиальный кабель только в защищенных от несанкционированного доступа местах, например в монтажном шкафу. Кроме того, шинная топология сетей на тонком коаксиальном кабеле затрудняет диагностирование т.к. кабель является общим для множества узлов. Неисправность может быть вызвана любым узлом, любым отрезком кабеля или любым терминатором. Отыскать неисправность в таких сетях довольно сложно.

3.2 Сетевые платы Сетевая плата (сетевая карта, сетевой адаптер, Ethernet-адаптер) — периферийное устройство, позволяющее компьютеру взаимодействовать с другими устройствами сети. Чтобы обеспечить физическое соединение между компьютером и сетью, к соответствующему разъему, или порту, платы (после ее установки) подключается сетевой кабель. Сетевая плата представлена на рисунке 26. В настоящее время, особенно в персональных компьютерах, сетевые платы довольно часто интегрированы в материнские платы для удобства и удешевления всего компьютера в целом.

Назначение платы сетевого адаптера:

подготовка данных, поступающих от компьютера, к передаче по сетевому кабелю;

передача данных другому компьютеру;

управление потоком данных между компьютером и кабельной системой.

Компьютер, будь то сервер или рабочая станция, подключается к сети с помощью внутренней платы – сетевого адаптера (хотя бывают и внешние сетевые адаптеры, подключаемые к компьютеру через параллельный порт). Сетевой адаптер вставляется в гнездо материнской платы. Карты сетевых адаптеров устанавливаются на каждой рабочей станции и на файловом сервере. Рабочая станция отправляет запрос к файловому серверу и получает ответ через сетевой адаптер, когда файловый сервер готов.

Сетевые адаптеры преобразуют параллельные коды, используемые внутри компьютера и представленные маломощными сигналами, в последовательный побитовый поток мощных сигналов для передачи данных по внешней сети. Этот процесс завершается переводом цифровых данных компьютера в электрические и оптические сигналы, которые и передаются по сетевым кабелям. Отвечает за это преобразование трансивер (приемо-передатчик).

Сетевые карты поддерживают различные типы сетевых соединений. Физический интерфейс между самой сетевой картой и сетью и называют трансивером – устройством, которое как получает, так и посылает данные.

Сетевые адаптеры должны быть совместимы с кабельной системой сети, внутренней информационной шиной компьютера и сетевой операционной системой. Для работы компьютера в сети надо правильно установить и настроить сетевой адаптер. Для адаптеров, отвечающих стандарту PnP (Plug'n'Play), настройка производится автоматически. В ином случае необходимо настроить линию запроса на прерывание IRQ и адрес ввода/вывода.

Обычно сетевая карта работает с конфликтами, если двум устройствам назначен один и тот же ресурс (запроса на прерывание или адрес ввода/вывода).

3.3 Аппаратура для создания больших сетей 3.3.1 Предпосылки создания больших сетей Рост организации всегда приводит к расширению ее сети. В целом локальные сети имеют свойство перерастать свои проекты и начальные размеры. Это становится очевидным, когда:

трафик сети достиг предела пропускной способности;

увеличилось время ожидания обработки заданий на печать;

увеличилось время отклика интенсивно работающих с сетью приложений, например таких, как базы данных.

Сети не могут бесконечно расширяться за счет простого добавления новых компьютеров и прокладки дополнительного кабеля. Любая топология или архитектура имеет свои ограничения, тем не менее, существуют устройства, назначение которых – увеличить размер сети в действующей среде. Эти компоненты могут:

сегментировать локальные сети так, что каждый сегмент становится самостоятельной локальной сетью;

объединять две локальные сети в одну;

подключать сеть к другим сетям и компьютерным средам для объединения их в большую разнородную систему.

К устройствам, которые позволяют расширить сеть, относятся:

маршрутизаторы;

мосты-маршрутизаторы;

3.3.2 Повторители При распространении по кабелю сигнал искажается, поскольку уменьшается его амплитуда. Причина этого явления — затухание. В результате, если кабель имеет достаточную длину, затухание может исказить сигнал до неузнаваемости. Чтобы этого не произошло, устанавливают повторители (репитеры), как показано на рисунке 27. Благодаря повторителям сигналы способны распространяться на большие расстояния.

Повторитель принимает затухающий сигнал из одного сегмента, восстанавливает его и передает в следующий сегмент. Чтобы данные — через повторитель — поступали из одного сегмента в другой, каждый сегмент должен использовать одинаковые пакеты и протоколы. Повторители не имеют функций преобразования и фильтрации. Чтобы повторитель работал, оба сегмента, им соединяемые, должны иметь одинаковый метод доступа. Наиболее распространенные методы доступа — CSMA/CD и передача маркера.

Некоторые многопортовые репитеры работают как многопортовые концентраторы, соединяющие различные типы носителя. Если повторитель имеет соответствующие разъемы, он примет пакет, приходящий из сегмента на тонком коаксиальном кабеле, и передаст его в сегмент на оптоволокне.

С одной стороны, повторители — самый дешевый способ расширить сеть. Их использование является правильным начальным шагом. С другой стороны, они остаются низкоуровневыми компонентами расширения сети. Применение повторителей оправдано, когда при расширении сети необходимо преодолеть ограничения по длине сегмента или по количеству узлов, причем ни один из сегментов не генерирует повышенный трафик, а материальные затраты должны быть минимальны.

Повторители расширяют возможности сети, разделяя ее на сегменты и уменьшая за счет этого количество компьютеров на один сегмент. Повторитель:

соединяет сегменты, использующие одинаковые или разные типы среды передачи;

восстанавливает сигнал, тем самым увеличивая дальность передачи;

функционирует на Физическом уровне модели OSI;

передает весь трафик в обоих направлениях.

Нельзя использовать повторители, если:

сетевой трафик интенсивный;

в сегментах применяются разные методы доступа;

необходимо реализовать один из методов фильтрации данных.

3.3.3 Мосты Мост, как и повторитель, может соединять сегменты или локальные сети рабочих групп. Однако, в отличие от повторителя, мост позволяет разбить сеть на несколько сегментов, изолировав за счет этого часть трафика или возникшую проблему, как показано на рисунке 28,а).

Рисунок 28 – Пример организации сети с использованием моста Мосты обычно решают следующие задачи:

увеличивают размер сети;

увеличивают максимальное количество компьютеров в сети;

устраняют узкие места, появляющиеся в результате подключения избыточного числа компьютеров и, как следствие, возрастания трафика.

Мосты разбивают перегруженную сеть на отдельные сегменты с уменьшенным трафиком. В итоге каждая подсеть будет работать более эффективно.

Мосты могут соединять разнородные физические носители, такие, как витая пара и коаксиальный кабель.

Мосты работают на Канальном уровне (подуровень Управления доступом к среде) модели OSI, поэтому им недоступна информация, содержащаяся на более высоких уровнях этой модели. Мосты допускают использование в сети всех протоколов (не отличая при этом один протокол от другого).

Мост выполняет следующие действия:

«слушает» весь трафик;

проверяет адреса источника и получателя каждого пакета;

строит таблицу маршрутизации;

передает пакеты.

Работа моста основана на принципе, согласно которому каждый узел сети имеет уникальный адрес, мост передает пакеты, исходя из адреса узла назначения. Поскольку мосты «изучают», куда следует направить данные, можно сказать, что они обладают некоторым «интеллектом». Когда пакеты передаются через мост, данные об адресах компьютеров сохраняются в оперативной памяти моста. Он использует эти данные для построения таблицы маршрутизации, как показано на рисунке 28,б). В начале работы таблица маршрутизации моста пуста. Затем, когда узлы передают пакеты, адрес источника копируется в таблицу маршрутизации. Имея эти данные, мост изучает расположение компьютеров в сегментах сети.

Если адрес получателя есть в таблице маршрутизации и адресат находится в одном сегменте с источником, пакет отбрасывается. Эта фильтрация уменьшает сетевой график и изолирует сегменты сети.

Если адрес получателя есть в таблице маршрутизации, а адресат и источник находятся в разных сегментах, мост передает пакет адресату через соответствующий порт.

Если адреса получателя нет в таблице маршрутизации, мост передает пакет во все свои порты, исключая тот, через который пакет был принят.

Короче говоря, если мост знает о местонахождении узла-адресата, он передает пакет ему. Если адресат неизвестен, мост транслирует пакет во все сегменты. Управляя передачей пакетов в другие сегменты, мосты могут использовать таблицы маршрутизации для уменьшения сетевого трафика. Этот процесс называется сегментацией сетевого трафика.

Мосты — эффективное средство для расширения и сегментирования сети, поэтому они часто используются в больших сетях (отдаленные сегменты в таких сетях соединены телефонными линиями). Для соединения двух кабельных сегментов необходим только один мост. Однако и две локальные сети, расположенные на значительном расстоянии друг от друга, можно объединить в одну сеть. С этой целью используют два удаленных моста, которые подключают через синхронные модемы к выделенной телефонной линии, как показано на рисунке 29.

Так как удаленные сегменты локальных сетей можно объединить через телефонные линии, возникают ситуации, когда несколько локальных сетей объединены более чем по одному маршруту. Для обработки таких ситуаций служит алгоритм Spanning Tree Algorithm (STA), разработанный IEEE 802.1 Network Management Committee. Используя STA, программное обеспечение может распознать наличие нескольких маршрутов, определить самый эффективный из них, а затем сконфигурировать мост так, чтобы он работал именно с этим маршрутом. Другие маршруты программное обеспечение отключает. Однако, если основной маршрут становится недоступным, отключенные маршруты могут быть вновь активизированы.

Рисунок 29 – Пример соединения через мосты удаленных сегментов 3.3.4 Различия между мостами и повторителями Мосты работают на более высоком уровне модели OSI, чем репитеры (повторители). Это означает, что мосты «умней» репитеров и могут учитывать больше особенностей передаваемых данных. Мосты, так же как и репитеры, способны восстанавливать форму сигнала, однако делают это на уровне пакетов, из чего следует: мосты могут передавать пакеты на большие расстояния с использованием разнообразных сред передачи.

Во-первых, мосты, имея все возможности репитеров, позволяют подключать больше узлов. Кроме того, они обеспечивают более высокую производительность сети, чем репитеры. Так как сеть делится на изолированные сегменты, в каждом из них будет меньше компьютеров, конкурирующих за доступ к ресурсам.

Во-вторых, если обширную сеть Ethernet разделить на два сегмента, соединенных мостом, в каждом сегменте сети будет распространяться меньше пакетов, возникать меньше коллизий, и вся сеть будет работать более эффективно. Хотя каждый сегмент изолирован, мост будет передавать между ними соответствующие пакеты.

Мост может работать как автономное устройство (внешний мост), так и на сервере (внутренний мост), если сетевая операционная система допускает установку на сервере нескольких сетевых плат.

Администраторы сетей широко применяют мосты, потому что они:

просты в установке и незаметны пользователям;

обладают высокой гибкостью и адаптируемостью;

относительно дешевы.

Если для расширения сети принято решение использовать мосты, необходимо учитывать следующие факты:

мосты обладают всеми возможностями репитеров;

соединяют два сегмента и восстанавливают сигналы на уровне пакетов;

функционируют на Канальном уровне модели OSI;

не подходят для сетей со скоростями передачи менее 56 Кбит/с;

не могут одновременно использовать несколько маршрутов;

пропускают все широковещательные сообщения, допуская перегрузку сети;

считывают адреса источника и получателя каждого пакета;

пропускают пакеты с неизвестным адресом получателя.

Основное назначение мостов:

соединить два сегмента для увеличения длины сети или количества узлов;

уменьшить трафик за счет сегментации сети;

соединить разнородные сети.

3.3.5 Маршрутизаторы В среде, объединяющей несколько сетевых сегментов с различными протоколами и архитектурами, мосты не всегда гарантируют быструю связь между всеми сегментами. Для такой сложной сети необходимо устройство, которое не только знает адрес каждого сегмента, но и определяет наилучший маршрут для передачи данных и фильтрует широковещательные сообщения. Такое устройство называется маршрутизатором.

Маршрутизаторы (или роутеры, от англ. routers) работают на Сетевом уровне модели OSI. Это значит, что они могут переадресовывать и маршрутизировать пакеты через множество сетей, обмениваясь информацией (которая зависит от протокола) между раздельными сетями.

Маршрутизаторы считывают в пакете адресную информацию сложной сети и, поскольку они функционируют на более высоком по сравнению с мостами уровне модели OSI, имеют доступ к дополнительным данным.

Маршрутизаторы могут выполнять следующие функции мостов:

фильтровать и изолировать трафик;

соединять сегменты сети.

Однако маршрутизаторам доступно больше информации, чем мостам, и они используют ее для оптимизации доставки пакетов. В сложных сетях без применения маршрутизаторов обойтись трудно, так как они обеспечивают лучшее (по сравнению с мостами) управление трафиком и не пропускают широковещательных сообщений.

Маршрутизаторы могут совместно использовать данные о состоянии маршрутов и, основываясь на этой информации, обходить медленные или неисправные каналы связи.

Как показано на рисунке 30, таблица маршрутизации, которая находится в маршрутизаторах, содержит сетевые адреса. Для каждого протокола, используемого в сети, строится своя таблица.

Таблица помогает маршрутизатору определить адреса назначения для поступающих данных. Она включает следующую информацию:

все известные сетевые адреса;

способы связи с другими сетями;

возможные пути между маршрутизаторами;

стоимость передачи данных по этим путям.

С маршрутизаторами работают не все протоколы. Протоколы, работающие с маршрутизаторами, называются маршрутизируемыми. К ним относятся: DECnet, IP, IPX, OSI, XNS, DDP (AppleTalk).

Маршрутизатор выбирает наилучший маршрут для данных, сравнивая стоимость и доступность различных вариантов. При этом необходимо помнить, что таблицы маршрутизации существуют и для мостов, в которой содержатся адреса подуровня Управления доступом к среде, тогда как таблица маршрутизации маршрутизатора содержит номера сетей. Поэтому термин «таблица маршрутизации» имеет разный смысл для мостов и для маршрутизаторов.

Рисунок 30 – Пример соединения через мосты удаленных сегментов Маршрутизаторы требуют специальной адресации: им понятны только номера сетей и адреса локальных плат сетевого адаптера. К удаленным компьютерам маршрутизаторы обращаться не могут.

Маршрутизатор, принимая пакеты, предназначенные для удаленной сети, пересылает их тому маршрутизатору, который обслуживает сеть назначения. В некотором смысле это достоинство, потому что маршрутизаторы могут:

сегментировать большие сети на меньшие;

действовать как барьер безопасности между сегментами;

предотвращать избыток широковещательных сообщений (такие сообщения не передаются).

Так как маршрутизаторы должны выполнять сложную обработку каждою пакета, они медленнее большинства мостов. Воспринимая только адресованные сетевые пакеты, маршрутизаторы будут препятствовать проникновению в сеть некорректных пакетов. Таким образом, благодаря фильтрации некорректных данных и широковещательных пакетов, маршрутизаторы уменьшают нагрузку на сеть. Адрес узла назначения маршрутизаторы не проверяют; они «смотрят» только на адрес сети. Маршрутизаторы будут пропускать информацию только в том случае, если известен адрес сети. Эта возможность — контролировать данные, передаваемые через маршрутизатор, — позволяет уменьшить трафик между сетями и использовать его гораздо эффективнее, чем это делают мосты.

Ориентируясь на схему адресации маршрутизаторов, администраторы всегда могут разбить одну большую сеть на множество отдельных сетей, между которыми как барьер будут действовать маршрутизаторы: не пропуская все пакеты подряд и обрабатывая далеко не каждый пакет. Благодаря этому может быть значительно уменьшен трафик в сети и время ожидания пользователей.

3.3.6 Различия между мостами и маршрутизаторами На первый взгляд эти устройства выполняют одни и те же действия:

передают пакеты между сетями;

передают данные по каналам глобальных сетей.

Однако мост, работающий на подуровне Управления доступом к среде Канального уровня модели OSI, «видит» только адрес узла, точнее, в каждом пакете мост ищет адрес узла подуровня Управления доступом к среде. Если мост распознает адрес, он оставляет пакет в локальном сегменте или передает его в нужный сегмент. Если адрес мосту неизвестен, он пересылает пакет во все сегменты, исключая тот, из которого пакет прибыл.

Маршрутизатор, работающий на Сетевом уровне, принимает во внимание больше информации, чем мост: он определяет и то, что нужно передавать, и то, куда нужно передавать. Маршрутизатор распознает не только адрес, как это делает мост, но и тип протокола. Кроме того, маршрутизатор может установить адреса других маршрутизаторов и решить, какие пакеты каким маршрутизаторам переадресовать. Маршрутизатор работает только с маршрутизируемыми протоколами.

Как показано на рисунке 31, мост распознает только один маршрут между сетями.

Маршрутизатор среди нескольких возможных путей определяет самый лучший на данный момент. Например, маршрутизатор А должен переслать данные маршрутизатору D. Однако он может направить пакеты маршрутизатору С или В, и данные все равно будут доставлены маршрутизатору D. Маршрутизаторы способны оценить оба пути и выбрать среди них наиболее целесообразный.

Рисунок 31 – Одно из отличий между мостами и маршрутизаторами Мост распространяет пакеты с неизвестным ему адресом получателя по всем направлениям, а все пакеты с известным адресом передает только через соответствующий порт.

Маршрутизатор фильтрует адреса. Пакеты определенных протоколов он передает по определенным адресам (другим маршрутизаторам).

3.3.7 Мосты-маршрутизаторы Мост-маршрутизатор, о чем и говорит его название, обладает свойствами и моста, и маршрутизатора. С одними протоколами он работает как маршрутизатор, а с другими — как мост.

Мосты-маршрутизаторы могут выполнять следующие функции:

маршрутизировать отдельные маршрутизируемые протоколы;

функционировать как мост для немаршрутизируемых протоколов;

обеспечивать более экономичное и более управляемое взаимодействие сетей по сравнению с раздельными мостами и маршрутизаторами.

Шлюзы обеспечивают связь между различными архитектурами и средами. Они переупаковывают и преобразуют данные, передаваемые из одной среды в другую, чтобы каждая среда могла понимать данные других сред. В частности, шлюз переупаковывает информацию в соответствии с требованиями системы назначения; изменяет формат сообщения, чтобы прикладная программа на принимающей стороне могла распознать данные. Например, шлюзы электронной почты (такие, как Х.400) принимают сообщение в одном формате, транслируют его и пересылают в формате Х.400, используемом получателем, и наоборот. Шлюз связывает две системы, которые используют разные коммуникационные протоколы, структуры и форматы данных, языки, архитектуры.

Шлюзы связывают гетерогенные сети. Они изменяют формат данных, чтобы сделать их понятными прикладной программе на принимающей стороне.

Шлюзы создаются для выполнения конкретного типа задач, т. е. для конкретного типа преобразования данных.

На рисунке 32 показано, что шлюз принимает данные из одной среды, удаляет старый протокольный стек и переупаковывает их в протокольный стек системы назначения.

Обрабатывая данные, шлюз:

извлекает данные из приходящих пакетов, пропуская их снизу вверх через полный стек протоколов передающей сети;

заново упаковывает полученные данные, пропуская их сверху вниз через стек протоколов сети назначения.

Некоторые шлюзы используют все семь уровней модели OSI, однако обычно шлюзы выполняют преобразование протоколов на Прикладном уровне. Однако, это целиком зависит от типа шлюза.

В локальной сети один компьютер обычно выделяется на роль шлюза. Обычно роль шлюзов в сети выполняют выделенные серверы. При этом может быть задействована значительная часть мощности сервера, потому что решаются такие ресурсоемкие задачи, как преобразование протоколов. Если сервер-шлюз используется и для других целей, необходимо установить на нем адекватный объем оперативной памяти и мощный центральный процессор, в противном случае производительность сервера снизится.

Шлюзы имеют некоторые особенности:

не создают высокой нагрузки для межсетевых каналов связи;

эффективно выполняют специфичные задачи.

Шлюзы осуществляют преобразование протоколов и данных. Они имеют некоторые ограничения:

предназначены для выполнения одной конкретной задачи;

могут работать с низкой производительностью;

стоимость шлюзов достаточно высока.

Рекомендуется использовать шлюзы, если необходимо установить связь между различными средами.

3.3.9 Концентраторы и коммутаторы Сетевой концентратор (хаб) — устройство для объединения компьютеров в сеть c применением кабельной инфраструктуры типа витая пара - представлен на рисунке 33. Сетевые концентраторы также могли иметь разъёмы для подключения к существующим сетям на базе толстого или тонкого коаксиального кабеля.

Концентратор работает на первом (физическом) уровне сетевой модели OSI, ретранслируя входящий сигнал с одного из портов в сигнал на все остальные (подключённые) порты, реализуя, таким образом, свойственную Ethernet топологию «общая шина». Сетевой концентратор также обеспечивает бесперебойную работу сети при отключении устройства от одного из портов или повреждении кабеля, в отличие, например, от сети на коаксиальном кабеле, которая в таком случае прекращает работу целиком.

Единственное преимущество концентратора — низкая стоимость — было актуально лишь в первые годы развития сетей Ethernet. По мере совершенствования и удешевления электронных микропроцессорных компонентов данное преимущество концентратора полностью сошло на нет, так как их стоимость вычислительной части коммутаторов и маршрутизаторов составляет лишь малую долю на фоне стоимости разъмов, разделительных трансформаторов, корпуса и блока питания, общих для концентратора и коммутатора.

Недостатки концентратора являются логическим продолжением недостатков топологии общая шина, а именно — снижение пропускной способности сети по мере увеличения числа узлов. Кроме того, поскольку на канальном уровне узлы не изолированы друг от друга, все они будут работать со скоростью передачи данных самого худшего узла. Например, если в сети присутствуют узлы со скоростью 100 Мбит/с и всего один узел со скоростью 10 Мбит/с, то все узлы будут работать на скорости 10 Мбит/с, даже если узел 10 Мбит/с вообще не проявляет никакой информационной активности.

Ещё одним недостатком является вещание сетевого трафика во все порты, что снижает уровень сетевой безопасности.

В настоящее время хабы вытеснены сетевыми коммутаторами.

Когда появились первые устройства, позволяющие разъединять сеть на несколько доменов коллизий (по сути, фрагменты ЛВС, построенные на хабах), они были двух портовыми и получили название мостов. По мере развития данного типа оборудования, они стали многопортовыми и получили название коммутаторов (или свитчей).

Некоторое время оба понятия существовали одновременно, а позднее вместо термина «мост» стали применять «коммутатор».

Сетевой коммутатор (свич, от англ. switch — переключатель) — устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного или нескольких сегментов сети. Коммутатор работает на канальном (втором) уровне модели OSI. Коммутаторы были разработаны с использованием мостовых технологий и часто рассматриваются как многопортовые мосты. Для соединения нескольких сетей на основе сетевого уровня служат маршрутизаторы.

В отличие от концентратора, который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передаёт данные только непосредственно получателю (исключение составляет широковещательный трафик всем узлам сети и трафик для устройств, для которых не известен исходящий порт коммутатора).

Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости (и возможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались.

Обычно, проектируя сеть, с помощью коммутаторов соединяют несколько доменов коллизий локальной сети между собой. В реальной жизни в качестве доменов коллизий выступают, как правило, этажи здания, в котором создается сеть. Их обычно более двух, а в результате обеспечивается гораздо более эффективное управление трафиком, чем у прародителя коммутатора - моста.

3.3.10 Рекомендации по использованию сетевого оборудования Расширяя локальную сеть, администратор должен учитывать множество факторов. Не всегда увеличить размеры и производительность сети удается за счет прокладки нового кабеля, установки дополнительных компьютеров, принтеров и т. д. Каждая топология имеет свои ограничения. Существуют различные устройства, среди которых (в зависимости от типа сети и планируемых масштабов ее расширения) надо выбрать наиболее подходящие именно для Вашего варианта.

Использование повторителей — самый дешевый способ расширить сеть, однако их функции ограничиваются соединением двух сегментов. Они не подходят, если трафик сети достаточно интенсивен. Мосты могут выполнять те же функции, что и повторители, однако они уменьшают трафик каждого сегмента. Вы можете использовать мосты для соединения сетей с разным типом среды передачи.

Маршрутизаторы соединяют сети и обеспечивают фильтрацию. Они могут определить самый целесообразный маршрут для передачи данных. Однако не все протоколы являются маршрутизируемыми. Маршрутизаторы наилучшим образом подходят для соединения удаленных сетей, так как передают по коммуникационному каналу только те данные, которые предназначены для этих сетей.

Мосты-маршрутизаторы соединяют в себе достоинства мостов и маршрутизаторов. Они могут действовать как маршрутизаторы для маршрутизируемых протоколов, и как мосты — для немаршрутизируемых протоколов.

Шлюзы применяются для соединения двух различных сред. Они связывают системы, которые используют различные коммуникационные протоколы, структуры и форматы данных, языки и архитектуры. Обычно в качестве шлюзов выступают выделенные серверы сети, специализированные для конкретного типа обмена данных.

3.4 Базовые сетевые технологии 3.4.1 Технология локальных сетей Ethernet Исторически первые сети технологии Ethernet создавались на коаксиальном кабеле диаметром 0,5 дюйма. В дальнейшем были определены и другие спецификации физического уровня для стандарта Ethernet, позволяющие использовать различные среды передачи данных. Метод доступа CSMA/CD и все временные параметры остаются одними и теми же для любой спецификации физической среды технологии Ethernet со скоростью передачи 10 Мбит/с. Физические спецификации технологии Ethernet включают (кроме упомянутых выше морально устаревших спецификаций 10Base-5 и 10Base-2 на коаксиальном кабеле) спецификации 10Base-Т на неэкранированной витой паре UTP (образует звездообразную топологию на основе концентратора, расстояние между концентратором и конечным узлом – не более 100 м) и 10Base-F на волоконнооптическом кабеле (топология аналогична 10Base-Т, для разных вариантов этой спецификации расстояние между концентратором и конечным узлом может составлять от 1000 м до 2000 м). Число 10 в указанных выше названиях обозначает битовую скорость передачи данных этих стандартов – 10 Мбит/с, а слово Base – метод передачи на одной базовой частоте 10 МГц (в отличие от методов, использующих несколько несущих частот и называемых широкополосными – broadband). Последний символ в названии спецификации обозначает либо допустимую длину сегмента («5» – 500 метров, «2» – метров) или тип линии связи («Т» – витая пара, «F» – волоконно-оптический кабель).

Cеть Ethernet на базе витой пары развивается с 1990 года и на сегодняшний день наиболее распространена, в ней передача сигналов осуществляется по двум витым парам проводов, каждая из которых передает только в одну сторону (одна пара – передающая, другая – принимающая). Каждый из абонентов сети присоединяется кабелем, содержащим двойные витые пары, к концентратору, использование которого в данном случае обязательно. На рисунке 35 показано, что концентратор производит смешение сигналов от абонентов, то есть в данном случае используется конфигурация «пассивная звезда», которая равноценна «шине», потому что информация от каждого компьютера одновременно передается ко всем другим компьютерам, а центрального абонента не существует. Длина соединительного кабеля между адаптером и концентратором не должна превышать 100 м при наличии витой пары не ниже категории 3. Это расстояние определяется полосой пропускания витой пары – на длине 100 м она позволяет передавать данные со скоростью 10 Мбит/с. Кабели присоединяются 8-контактными разъемами типа RJ-45, в которых используются только четыре контакта. Если надо объединить в сеть всего два компьютера, можно обойтись без концентратора.

Рисунок 35 - Подключение абонентов сети по топологии «пассивная звезда»

При создании сети 10Base-T с большим числом станций концентраторы можно соединять друг с другом иерархическим способом, образуя древовидную структуру, как показано на рисунке 36. Общее количество станций в сети 10Base-T не должно превышать 1024.

Рисунок 36 - Иерархическое соединение концентраторов Ethernet Сравнительно недавно в Ethernet начали широко применять волоконнооптический кабель. Это позволило увеличить допустимую длину сегмента и существенно повысить помехоустойчивость передачи. Передача информации идет по двум оптоволоконным кабелям, передающим сигналы в разные стороны. Иногда используются двухпроводные кабели, содержащие два кабеля в общей оболочке.

В технологии Ethernet, независимо от применяемого стандарта физического уровня, существует понятие домена коллизий. Сеть Ethernet, построенная на повторителях, всегда образует один домен коллизий. Домен коллизий соответствует одной разделяемой среде. Мосты, коммутаторы и маршрутизаторы делят сеть Ethernet на несколько доменов коллизий. Приведенная на рисунке 36 схема сети представляет собой один домен коллизий. Если, например, столкновение кадров произошло в концентраторе 4, то в соответствии с логикой работы концентраторов 10Base-T сигнал коллизии распространится по всем портам всех концентраторов. Узлы, образующие один домен коллизий, работают синхронно, как единая распределенная электронная схема.

3.4.2 Технология локальных сетей Fast Ethernet Технология Fast Ethernet представляет собой более быструю версию стандартной сети Ethernet, использующую все тот же метод доступа, но работающую на значительно большей скорости передачи – 100 Мбит/с. В Fast Ethernet сохраняется тот же формат кадра, который принят в классической версии Ethernet. Более высокая пропускная способность среды передачи в Fast Ethernet позволяет резко снизить нагрузку на сеть по сравнению с классической технологией Ethernet (при том же объеме передаваемой информации) и уменьшить вероятность возникновения коллизий.

Основная топология сети Fast Ethernet – «пассивная звезда». Это сближает ее со спецификациями 10Base-T и 10Base-F.

Стандарт определяет следующие спецификации Fast Ethernet: 100Base-T4 (передача ведется со скоростью 100 Мбит/с в основной полосе частот по четырем витым парам электрических проводов), 100Base-TX (передача ведется со скоростью 100Мбит/с в основной полосе частот по двум витым парам электрических проводов), 100Base-FX (передача ведется со скоростью 100 Мбит/с в основной полосе частот по двум волоконно-оптическим кабелям).

Схема объединения компьютеров в сети Fast Ethernet практически не отличается от схемы спецификации 10Base-T. Длина кабеля также не может превышать 100 метров, однако кабель должен быть более качественным (не ниже категории 5). Более того, стандарт рекомендует ограничиваться длиной сегмента, равной 90 м, чтобы имелся запас в 10 %.

Основное отличие аппаратуры 10Base-T4 oт 100Base-TX состоит в том, что в качестве соединительных кабелей в ней используются неэкранированные кабели, содержащие четыре витые пары. Применение волоконно-оптического кабеля и в этом случае позволяет существенно увеличить протяженность сети, а также избавиться от электрических наводок и повысить секретность передаваемой информации. Максимальная длина кабеля между компьютером и концентратором может составлять до 400 метров, причем это ограничение определяется не качеством кабеля, а временными соотношениями. Согласно стандарту, в этом случае необходимо применять мультимодовый волоконно-оптический кабель.

3.4.3 Сетевая технология Gigabit Ethernet Технология Gigabit Ethernet со скоростью передачи 1 Гбит/с (1000 Мбит/с) – это естественный, эволюционный путь развития концепции, заложенной в стандартной сети Ethernet. Она наследует все недостатки своих прямых предшественников, например, негарантированное время доступа к сети. Однако огромная пропускная способность приводит к тому, что загрузить сеть до тех уровней, когда этот фактор становится определяющим, довольно трудно. Зато сохранение преемственности позволяет легко и просто соединять сегменты Ethernet, Fast Ethernet и Gigabit Ethernet в единую сеть, и, самое главное, переходить к новым скоростям постепенно, вводя гигабитные сегменты только на самых напряженных участках сети.

Семейство стандартов 802.3z описывает несколько вариантов волоконнооптических стандартов, использующих различные типы светодиодных и лазерных передатчиков и обеспечивающих разные соотношения стоимости порта и дальности передачи. Кроме этого, в стандартах представлены спецификации физического уровня 1000Base-CX (обеспечивает передачу по витой паре не ниже 6 категории и специальному двуосному кабелю на расстояние до 25 м) и 1000Base-T (обеспечивает передачу по четырехпарным кабелям категории 5 на расстояния до 100 м).

3.4.4 Технология Token Ring Технологии других типов локальных сетей по сравнению с Ethernet распространены гораздо меньше.

Технология Token Ring («маркерное кольцо») характеризуется теми же основными элементами, что и Ethernet: спецификациями физического уровня, форматом и механизмом MAC. Но при этом в нем используется совершенно иной подход к передаче и приему данных в среде общего доступа к сети.

Сети Token Ring изначально были рассчитаны на передачу данных со скоростью Мбит/с, но в более поздних реализациях она возросла до 16 Мбит/с. Это больше, чем у обычного Ethernet, нo заметно уступает скорости Fast Ethernet. Однако важно помнить, что в сетях Token Ring (при их нормальной работе) не бывает коллизий, что повышает их общую эффективность.

Сеть TokenRing физически имеет комбинированную звездно-кольцевую топологию. Это связано с тем, что отдельные станции присоединяются к сети не напрямую, а через специальные концентраторы – многостанционные устройства подключения к среде передачи данных MAU (Medium Attachment Unit), как показано на рисунке 37.

Логически же станции объединяются в кольцо, т.е. каждая из них передает информацию к одной соседней станции, а принимает информацию от другой соседней станции.

Концентратор MAU при этом позволяет задавать конфигурацию сети, отключать неисправных абонентов, контролировать работу сети.

Концентратор может быть в единственном числе, тогда в кольцо замыкаются только абоненты, подключенные к нему. В каждом кабеле, соединяющем адаптеры и концентратор, находятся на самом деле разнонаправленные линии связи. Такими же двумя разнонаправленными линиями связи, входящими в магистральный кабель, объединяются между собой в кольцо различные концентраторы, хотя для этой же цели может также использоваться и единственная однонаправленная линия связи.

Технология Token Ring позволяет использовать для соединения конечных станций и концентраторов различные типы кабелей на основе витой пары, а также волоконнооптический кабель. При использовании экранированной витой пары STP в кольцо допускается объединять до 260 станций при длине ответвительных кабелей до 100 м, а при использовании неэкранированной витой пары UTP максимальное количество станций сокращается до 72 при длине ответвительных кабелей до 45 м. Расстояние между пассивными концентраторами MAU может достигать 100 м при использовании кабеля STP и 45 м при использовании кабеля UTP. Между активными концентраторами MAU максимальное расстояние увеличивается, соответственно, до 730 м или 365 м в зависимости от типа кабеля.

Максимальная длина кольца Token Ring составляет 4000 м. Как и в Ethernet, определяющим элементом стандарта Token Ring является механизм MAC. В Token Ring он называется доступом с передачей маркера (token passing). Теоретически передача маркера более эффективна, чем CSMA/CD, так как обеспечивает всем станциям равные возможности для передачи данных, не создавая коллизий и не снижая производительности сети при высоких уровнях нагрузки.

Суть механизма передачи маркера состоит в непрерывной циркуляции по сетевому кольцу специального пакета – маркера (token). Маркер имеет длину всего 3 байта и не содержит обычных данных. Его единственное назначение – выделить в сети станцию, которой разрешается передавать данные. В пассивном состоянии станции Token Ring находятся в так называемом режиме повтора: они принимают пакеты из сети и тут же отправляют их назад в MAU для передачи на следующий порт. Если станция не возвращает пакет, кольцо как бы разрывается, и связь в сети прекращается. Mapкер генерируется станцией (которой отведена роль активного монитора), а затем он странствует по сети от станции к станции. Если какой-либо станции нужно передать данные, она может сделать это, только дождавшись, пока до нее дойдет маркер. Ни одна станция не может передавать данные, не захватив маркер, а поскольку он существует в единственном экземпляре, в любой момент времени данные передает только одна станция. Следовательно, в сети Token Ring принципиально не может быть коллизий. Захватив маркер для передачи данных, станция переходит в режим отправки, меняет в маркере значение бита установки монитора и отправляет его назад в MAU для передачи по кольцу.

Измененное значение бита установки монитора информирует другие станции, что сеть используется, и они не могут захватывать маркер.

В первоначальном варианте сети Token Ring станция, передавшая пакет данных, дожидалась возвращения в нее последнего бита данных и лишь потом присваивала биту установки монитора в кадре маркера его исходное значение и передавала маркер в сеть.

В сетях Token Ring со скоростью 16 Мбит/с используется раннее освобождение маркера: маркер с сигналом «сеть свободна» передается сразу после пакета данных.

Станция, которой адресован пакет данных, может захватить маркер и начать передачу собственного пакета данных еще до того, как все данные из первого пакета вернутся к исходной станции. Таким образом, в сети могут одновременно находиться фрагменты двух пакетов данных, но никогда не бывает более одного маркера «сеть свободна».

Передача маркера используется в качестве механизма MAC и в других сетевых технологиях, например, в кольцевой волоконно-оптической технологии FDDI (Fiber Distributed Data Interface – волоконно-оптический интерфейс распределенных данных). Двойное волоконно-оптическое кольцо FDDI со скоростью 100 Мбит/с допускает наличие в кольце нескольких маркеров, длину кольца до 100 км и количество станций в кольце до 500.

3.5 Тестовые вопросы по тематике раздела Тема 1 – Сетевые кабели Заполните пропуски в следующих высказываниях.

1 Коаксиальный кабель имеет жилу, изготовленную из.

2 Если жила коаксиального кабеля соприкоснется с металлической оплеткой, произойдет.

3 Жила в коаксиальном кабеле окружена _, который отделяет ее от металлической оплетки.

4 Толстый коаксиальный кабель иногда используется в качестве, соединяющей сегменты на тонком коаксиальном кабеле.

5 Тонкий коаксиальный кабель способен передавать сигнал на расстояние до м, затем начнется заметное его искажение, вызванное.

6 Электрические сигналы, кодирующие данные, передаются по _.

7 Гибкий коаксиальный кабель, удобный в использовании, который нельзя прокладывать в вентиляционных пространствах, — это кабель _.

8 Слой изоляции и внешняя оболочка _ коаксиального кабеля выполнены из специальных огнеупорных материалов.

9 Наиболее популярным типом витой пары является_(или иначе lOBaseT).

10 Неэкранированная витая пара, способная передавать данные со скоростью до 10 Мбит/с, относится к категории _.

11 Неэкранированная витая пара, способная передавать данные со скоростью до 100 Мбит/с, относится к категории.

12 В экранированной витой паре оболочка из фольги используется для _от внешних помех.

13 Экранированная витая пара меньше подвержена воздействию электрических и может передавать данные с более высокой скоростью и на большие расстояния, чем неэкранированная витая пара.

14 Для подключения витой пары к компьютеру используются коннекторы.

15 Разъем RJ-45 имеет _ контактов, в то время как RJ-11 — только _.

16 Оптические волокна переносят_ данные в виде световых импульсов.

17 К оптоволоконному кабелю невозможно, чтобы перехватывать передаваемые по сети данные.

18 Для передачи больших объемов данных с очень высокой скоростью оптоволоконные кабели выгодно отличаются от кабелей, так как сигнал в оптоволокне практически не затухает и не искажается.

19 Передача данных по оптоволоконному кабелю не подвержена воздействию электрических _.

Тема 2 – Сетевые адаптеры Выберите «Да», если утверждение верно, в противном случае обведите «Нет».

1 Для передачи по сетевому кабелю плата сетевого адаптера преобразует последовательные данные, поступающие от компьютера, в параллельные. Да Нет 2 Сегодня наиболее популярными являются 16- и 32-разрядные шины. Да Нет 3 Чтобы помочь плате сетевого адаптера передать данные по сетевому кабелю, компьютер выделяет ей всю свою память. Да Нет 4 Данные временно хранятся в трансивере платы сетевого адаптера, который выступает в качестве буфера. Да Нет Тема 3 – Аппаратура для создания больших сетей Заполните пропуски в следующих высказываниях:

1 Некоторые многопортовые повторители работают как многопортовые _, соединяющие различные типы носителя.

2 Повторители не имеют функций _, т. е. они передают из сегмента в сегмент абсолютно все данные.

3 Повторитель получает ослабленный сигнал и _ его.

4 Повторитель работает на _ уровне модели OSI.

5 Если трафик одного-двух компьютеров «наводняет» сеть пакетами, уменьшая ее производительность, то с помощью _можно изолировать эти компьютеры.

6 Мост строит таблицу маршрутизации, основываясь на адресах пакетов.

7 Мосты работают на уровне модели OSI.

8 Мосты часто используются в больших сетях, отдаленные сегменты которых соединены.

9 Используя алгоритм STA, программное обеспечение находит все возможные, определяет среди них самый эффективный, а затем конфигурирует мост так, чтобы он работал именно с этим маршрутом.

10 Мосты соединяют два сегмента и восстанавливают сигналы на уровне.

11Маршрутизаторы работают на _ уровне модели OSI.

12 Так как маршрутизаторы выполняют сложную обработку каждого пакета, они большинства мостов.

13 Адрес узла назначения маршрутизаторы не проверяют; они «смотрят» только на адрес.

14 В отличие от мостов, маршрутизаторы могут не только использовать несколько активных между сегментами локальных сетей, но и выбирать среди них наиболее оптимальный.

15 Для немаршрутизируемых протоколов мост-маршрутизатор функционирует как _.

16 Обычно роль шлюзов в сети выполняют выделенные _.

17 Шлюз принимает данные из одной среды, распаковывает их, затем преобразует, пропуская через _ системы назначения.

18 Шлюзы создаются для выполнения конкретного типа _, т.е. конкретного типа преобразования данных.

3.6 Проверочная работа по тематике раздела Упражнение 1. Закончите фразу. К началу фразы из колонки А подберите наиболее подходящий конец из колонки В. Выбрав вариант, закончите фразу. Имейте в виду, что каждый пункт можно использовать только один раз.

1 Оптоволоконный кабель А Требует прямой видимости.

3 Тонкий коаксиальный кабель С Поддерживает передачу речи, данных и видео.

7 Толстый коаксиальный кабель G Относится к семейству кабелей RG-58, проводящих сигналы на расстояние до 185 м..

Упражнение 2. Выберите «Да», если утверждение верно, в противном случае обведите «Нет».