Лекция 7 Физическая среда передачи данных Основные типы кабельных и беспроводных сред передачи данных
Лекция 9-10. Беспроводные сети типы и компоненты беспроводных сетей
Лекция 11-12. Функционирование сети базовая эталонная модель архитектуры сети
Лекция 13-14. Сетевые архитектуры
Лекция 15-16. Расширение локальных сетей причины расширения лвс и используемые для этого устройства
Лекция 17-18. удаленный доступ к ресурсам сетей
Узбекское агентство почты и телекоммуникаций

Лекция 1-2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ

1.1.Назначение вычислительных сетей

Вычислительные сети (ВС) появились давно. Еще на заре появления компьютеров (в эпоху больших ЭВМ) существовали огромные системы, известные как системы разделения времени. Они позволяли использовать центральную ЭВМ с помощью удаленных терминалов. Такой терминал состоял из дисплея и клавиатуры. Внешне выглядел как обычный ПК, но не имел собственного процессорного блока. Пользуясь такими терминалами, сотни, а иногда тысячи сотрудников имели доступ к центральной ЭВМ.

Такой режим обеспечивался благодаря тому, что система разделения времени разбивала время работы центральной ЭВМ на короткие интервалы времени, распределяя их между пользователями. При этом создавалась иллюзия одновременного использования центральной ЭВМ многими сотрудниками.

В 70-х годах большие ЭВМ уступили место мини компьютерным системам, использующим тот же режим разделения времени. Но технология развивалась, и с конца 70-х годов на рабочих местах появились персональные компьютеры (ПК). Однако, автономно работающие ПК:

а) не дают непосредственного доступа к данным всей организации;

б) не позволяют совместно использовать программы и оборудование.

С этого момента начинается современное развитие компьютерных сетей.

Вычислительной сетью называется система, состоящая из двух или более удаленных ЭВМ, соединенных с помощью специальной аппаратуры и взаимодействующих между собой по каналам передачи данных.

Самая простая сеть (network) состоит из нескольких ПК, соединенных между собой сетевым кабелем (рис. 1.1). При этом в каждом ПК устанавливается специальная плата сетевого адаптера (NIC), осуществляющая связь между системной шиной компьютера и сетевым кабелем.

NIC – network interface card (карта сетевого интерфейса)

Рис. 1.1. Структура простейшей вычислительной сети

Кроме этого, все компьютерные сети работают под управлением специальной сетевой операционной системы (NOS – Network Operation Sistem). Основное назначение компьютерных сетей – совместное использование ресурсов и осуществление интерактивной связи как внутри одной фирмы, так и за ее пределами (рис. 1.2).

Рис. 1.2 Назначение вычислительной сети.

Ресурсы – представляют собой данные (в т. ч. корпоративные базы данных и знаний), приложение (в т. ч. различные сетевые программы), а также периферийные устройства, такие как принтер, сканер, модем и т. д.

До объединения ПК в сеть каждый пользователь должен был иметь свой принтер, плоттер и другие периферийные устройства, а также на каждом из ПК должны были быть установлены одни и те же программные средства, используемые группой пользователей.

Другой привлекательной стороной сети является наличие программ электронной почты и планирования рабочего дня. Благодаря им, сотрудники эффективно взаимодействуют между собой и партнерами по бизнесу, а планирование и корректировка деятельности всей компании осуществляется значительно проще. Использование компьютерных сетей позволяет: а) повысить эффективность работы персонала фирмы; б) снизить затраты за счет совместного использования данных, дорогостоящих ПУ и программных средств (приложений).

1.2. Локальные и глобальные сети

Локальные сети - ЛВС (LAN – Local Area Network)объединяют находящиеся недалеко друг от друга (в соседней комнате или здании) компьютеры. Иногда компьютеры могут находиться на расстоянии нескольких миль и все равно принадлежать локальной сети.

Компьютеры глобальной сети – ГВС (WAN – Wide Area Network) могут находиться в других городах или даже странах. Информация проделывает длинный путь, перемещаясь в данной сети. Интернет состоит из тысячи компьютерных сетей, разбросанных по всему миру. Однако, пользователь должен рассматривать Интернет как единую глобальную сеть.

Соединяя компьютеры между собой и давая им возможность общаться друг с другом, вы создаете сеть . Соединяя две и более сетей, вы создаете межсетевое объединение , называющееся «интернет» (internet – первая буква строчная). На рис.1.3 показано как соотносятся сети и межсетевое объединение.

ЛВС 1

ЛВС 2

>

>

Рис. 1.3. Межсетевое объединение

Интернет (с заглавной буквы) – самое большое и популярное межсетевое объединение в мире. Оно объединяет более 20 тыс. компьютерных сетей, расположенных в 130 странах. При этом объединены компьютеры тысяч различных видов, оснащенных различным программным обеспечением. Однако, пользуясь сетью, можно не обращать внимания на эти различия.

1.3. Пакет как основная единица информации в ВС

П

ри обмене данными как между ПК в ЛВС, так и между ЛВС любое информационное сообщение разбивается программами передачи данных на небольшие блоки данных, которые называются пакетами (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Информационное сообщение

Связано это с тем, что данные обычно содержатся в больших по размерам файлах, и если передающий компьютер пошлет его целиком, то он надолго заполнит канал связи и «свяжет» работу всей сети, т. е. будет препятствовать взаимодействию других участников сети. Кроме этого, возникновение ошибок при передаче крупных блоков вызовет большие затраты времени, чем на его повторную передачу.

Пакет – основная единица информации в компьютерных сетях. При разбиении данных на пакеты скорость их передачи возрастает на столько, что каждый компьютер сети получает возможность принимать и передавать данные практически одновременно с остальными ПК.

При разбиении данных на пакеты сетевая ОС к собственно передаваемым данным добавляет специальную добавляющую информацию:

• 
  заголовок, в котором указывается адрес отправителя, а также информация по сбору блоков данных в исходное информационное сообщение при их приеме получателем;
• 
  трейлер, в котором содержится информация для проверки безошибочности в передаче пакета. При обнаружении ошибки передача пакета должна повториться.

1.4.Переключение соединений

Переключение соединений используется сетями для передачи данных. Оно позволяет средством сети разделить один и тот же физический канал связи между многими устройствами. Различают два основных способа переключения соединений:

• 
  переключение цепей (каналов);
• 
  переключение пакетов.

Переключение цепей создает единое непрерывное соединение между двумя сетевыми устройствами. Пока эти устройства взаимодействуют, ни одно другое не может воспользоваться этим соединением для передачи собственной информации – оно вынуждено ждать, пока соединение освободится и наступит его очередь принимать данные.

Рис. 1.5. Переключение цепей.

Простейший пример переключения цепей – это переключатели для принтеров, позволяющие нескольким ПК использовать один принтер (рис. 1.5). Одновременно с принтером может работать только один ПК. Какой

именно, решит переключатель, который прослушивает сигналы ПК, и как только поступает сигнал с одного из них, он автоматически его подсоединяет и сохраняет это соединение, пока не закончится печатная серия этого ПК. Образуется соединение типа «точка-точка» (point to point), при котором другие ПК не могут воспользоваться соединением, пока оно не освободится и не наступит их очередь. Большинство современных сетей, включая Интернет, используют переключение каналов, являясь сетями с пакетной коммуникацией.

Рис. 1.6. Переключение каналов

Исходное информационное сообщение от ПК 1 к ПК 2 в зависимости от его размера может следовать одновременно одним пакетом или несколькими. Но т. к. в заголовке каждого из них есть адрес получателя, все они прибудут в одно и то же место назначения, несмотря на то, что они следовали совершенно различными маршрутами (рис. 1.6).

Для сравнения переключения цепей и пакетов допустим, что мы прервали канал в каждом из них. Например, отключив принтер от ПК 1 мы вовсе лишили его возможности печатать. Соединение с переключением цепей требует непрерывного канала связи.

Наоборот, данные в сети с переключением пакетов могут двигаться разными путями, и разрыв не приведет к потере соединения, т. к. есть множество альтернативных маршрутов. Концепция адресации пакетов и их маршрутиризации – одна из важнейших в ГВС, в том числе и в Интернет.

1.5. Способы организации передачи данных между ПК.

Передача данных между компьютерами и прочими устройствами происходит параллельно или последовательно.

Так большинство ПК пользуется параллельным портом для работы с принтером. Термин «параллельно» означает, что данные передаются одновременно по нескольким проводам.

Чтобы послать байт данных по параллельному соединению, ПК одновременно устанавливает весь бит на восьми проводах. Схему параллельного соединения можно иллюстрировать рис. 1.7:

 

Рис. 1.7. Параллельное соединение

Как видно из рисунка, параллельное соединение по восьми проводам позволяет передать байт данных одновременно.

Напротив, последовательное соединение подразумевает передачи данных по очереди, бит за битом. В сетях чаще всего используется именно такой способ работы, когда биты выстраиваются друг за другом и последовательно передаются (и принимаются тоже), что иллюстрирует рис. 1.8.



Рис. 1.8. Последовательное соединение

При соединении по сетевым каналам используют три различных метода. Соединение бывает: симплексное, полудуплексное и дуплексное.

О симплексном соединении говорят, когда данные перемещаются только в одном направлении (рис. 1.9). Полудуплексное соединение позволяет данным перемещаться в обоих направлениях, но в разное время.





Рис. 1.9. Типы соединений

И, наконец, дуплексное соединение позволяет данным перемещаться в обоих направлениях одновременно.

1.6.Основные характеристики ВС.

Основными характеристиками ВС являются:

• 
  операционные возможности сети;
• 
  временные характеристики;
• 
  надежность;
• 
  производительность;
• 
  стоимость.

Операционные возможности сети характеризуются такими условиями, как:

• 
  предоставление доступа к прикладным программным средствам, БД, БЗ, и т. д.;
• 
  удаленный ввод заданий;
• 
  передача файлов между узлами сети;
• 
  доступы к удаленным файлам;
• 
  выдача справок об информационных и программных ресурсах;
• 
  распределенная обработка данных на нескольких ЭВМ и т. д.

Временные характеристики сети определяют продолжительность обслуживания запросов пользователей:

• 
  среднее время доступа, которое зависит от размеров сети, удаленности пользователей, загрузки и пропускной способности каналов связи и т. д.;
• 
  среднее время обслуживания.

Надежностные характеризуют надежность как отдельных элементов сети, так и сеть в целом.

Контрольные вопросы:

1. 
   Назначение вычислительных сетей.
2. 
   Основная единица информации в ВС.

Передача информации между компьютерами.

Проводная и беспроводная связь.

Передача информации - физический процесс, посредством которого осуществляется перемещение информации в пространстве. Записали информацию на диск и перенесли в другую комнату. Данный процесс характеризуется наличием следующих компонентов:

• Источник информации.
• Приёмник информации (получатель сигнала).
• Носитель информации.
• Среда передачи.

Передача информации - заблаговременно организованное техническое мероприятие, результатом которого становится воспроизведение информации, имеющейся в одном месте, условно называемом "источником информации", в другом месте, условно называемом "приёмником информации". Данное мероприятие предполагает предсказуемый срок получения указанного результата.

Для осуществления передачи информации необходимо наличие, с одной стороны, так называемого "запоминающего устройства", или " носителя " , обладающего возможностью перемещения в пространстве и времени между "источником " и "приёмником ". С другой стороны, необходимы заранее известные "источнику" и "приемнику" правила и способы нанесения и снятия информации с "носителя". С третьей стороны, "носитель" должен продолжать существовать как таковой к моменту прибытия в пункт назначения. (к моменту окончания снятия с него информации "приёмником")

В качестве "носителей" на современном этапе развития техники используются как вещественно-предметные, так и волново- полевые объекты физической природы. Носителями могут быть при определённых условиях и сами передаваемые "информационные" "объекты" (виртуальные носители).

Передача информации в повседневной практике осуществляется по описанной схеме как "вручную", так и с помощью различных автоматов. Современная вычислительная машина, или попросту говоря компьютер, способен открыть все свои безграничные возможности только в том случае, если он подключен к локальной компьютерной сети, которая связывает каналом обмена данными все компьютеры той или иной организации.

Проводные локальные сети являются фундаментальной основой любой компьютерной сети и способны превратить компьютер в чрезвычайно гибкий и универсальный инструмент, без которого попросту невозможен никакой современный бизнес.

Локальная сеть позволяет осуществлять сверхбыстрый обмен данными между вычислительными машинами, реализовать работу с любыми базами данных , осуществлять коллективный выход во всемирную сеть Интернет, работать с электронной почтой, проводить распечатку информации на бумажный носитель, используя при этом всего один единый принт-сервер и многое другое, что оптимизирует рабочий процесс, а значит и увеличивает эффективность бизнеса .

Высокие технологии и технический прогресс современности позволил дополнить локальные компьютерные сети «беспроводными» технологиями. Другими словами, беспроводные сети , функционирующие на обмене радиоволнами определенной фиксированной частоты способны стать прекрасным дополняющим элементом к любым проводным локальным сетям. Их основная особенность заключается в том, что в тех местах, где архитектурные особенности того или иного помещения или здания, где находится фирма или организация, не предоставляют возможности прокладки кабеля локальной сети, с задачей помогут справиться радиоволны.

Однако беспроводные сети являются лишь дополнительным элементом локальной компьютерной сети, где основную работу выполняют магистральные кабели обмена данных. Основной причиной этого является феноменальная надежность проводных локальных сетей, которые используют все современные фирмы и организации, вне зависимости от их размеров и области занятости.

Сетевая топология

Сетевая тополо́гия (от греч. τόπος , - место) - способ описания конфигурации сети, схема расположения и соединения сетевых устройств.

Сетевая топология может быть:

• физической - описывает реальное расположение и связи между узлами сети.
• логической - описывает хождение сигнала в рамках физической топологии.
• информационной - описывает направление потоков информации, передаваемых по сети.
• управления обменом - это принцип передачи права на пользование сетью.

Существует множество способов соединения сетевых устройств. Выделяют следующие базовых топологии:

• Шина
• Линия
• Кольцо
• Звезда
  • Полносвязная
• Дерево

И дополнительные (производные):

• Двойное кольцо
• Ячеистая топология
• Решётка
• Fat Tree

Дополнительные способы являются комбинациями базовых. В общем случае такие топологии называются смешанными или гибридными, но некоторые из них имеют собственные названия, например «Дерево».

Шина (топология компьютерной сети)

Топология типа общая ши́на , представляет собой общий кабель (называемый шина или магистраль), к которому подсоединены все рабочие станции. На концах кабеля находятся терминаторы, для предотвращения отражения сигнала.

Работа в сети

Топология общая шина предполагает использование одного кабеля, к которому подключаются все компьютеры сети. Отправляемое какой-либо рабочей станцией сообщение распространяется на все компьютеры сети. Каждая машина проверяет, кому адресовано сообщение, - если сообщение адресовано ей, то обрабатывает его. Принимаются специальные меры для того, чтобы при работе с общим кабелем компьютеры не мешали друг другу передавать и принимать данные. Для того, чтобы исключить одновременную посылку данных, применяется либо «несущий» сигнал, либо один из компьютеров является главным и «даёт слово» «МАРКЕР» остальным компьютерам такой сети.

Шина самой своей структурой допускает идентичность сетевого оборудования компьютеров, а также равноправие всех абонентов. При таком соединении компьютеры могут передавать информацию только по очереди, - последовательно - потому что линия связи единственная. В противном случае пакеты передаваемой информации будут искажаться в результате взаимного наложения (т. е. произойдет конфликт, коллизия). Таким образом, в шине реализуется режим полудуплексного (half duplex) обмена (в обоих направлениях, но по очереди, а не одновременно (т. е. последовательно, а не параллельно )).

В топологии «шина» отсутствует центральный абонент, через которого передается вся информация, что увеличивает надежность «шины». (При отказе любого центра перестает функционировать вся управляемая им система). Добавление новых абонентов в «шину» достаточно простое и обычно возможно даже во время работы сети. В большинстве случаев при использовании «шины» нужно минимальное количество соединительного кабеля по сравнению с другой топологией. Правда, нужно учесть, что к каждому компьютеру (кроме двух крайних) подходят два кабеля, что не всегда удобно.

«Шине» не страшны отказы отдельных компьютеров, потому что все другие компьютеры сети продолжат нормально обмениваться информацией. Но так как используется только один общий кабель, - в случае его обрыва нарушается работа всей сети. Тем не менее может показаться, что «шине» обрыв кабеля не страшен, поскольку в этом случае остаются две полностью работоспособные «шины». Однако из-за особенности распространения электрических сигналов по длинным линиям связи необходимо предусматривать включение на концах шины специальных устройств - терминаторов.

Без включения терминаторов в «шину» сигнал отражается от конца линии и искажается так, что связь по сети становится невозможной. Таким образом, при разрыве или повреждении кабеля нарушается согласование линии связи, и прекращается обмен даже между теми компьютерами, которые остались физически соединенными между собой. Короткое замыкание в любой точке кабеля «шины» выводит из строя всю сеть. Хотя в целом надежность «шины» все же сравнительно высока, так как выход из строя отдельных компьютеров не нарушит работоспособность сети в целом, поиск, тем не менее, неисправности в «шине» затруднен. В частности: любой отказ сетевого оборудования в «шине» очень трудно локализовать, потому что все сетевые адаптеры включены параллельно, и понять, который из них вышел из строя, не так-то просто.

При построении больших сетей возникает проблема ограничения на длину линии связи между узлами, - в таком случае сеть разбивают на сегменты. Сегменты соединяются различными устройствами - повторителями, концентраторами или хабами. Например, технология Ethernet позволяет использовать кабель длиной не более 185 метров.

Достоинства

• Небольшое время установки сети;
• Дешевизна (требуется кабель меньшей длины и меньше сетевых устройств);
• Простота настройки;
• Выход из строя одной рабочей станции не отражается на работе всей сети.

Недостатки

• Неполадки в сети, такие как обрыв кабеля или выход из строя терминатора, полностью блокируют работу всей сети;
• Затрудненность выявления неисправностей;
• С добавлением новых рабочих станций падает общая производительность сети.

Шинная топология представляет собой топологию, в которой все устройства локальной сети подключаются к линейной сетевой среде передачи данных. Такую линейную среду часто называют каналом, шиной или трассой. Каждое устройство (например, рабочая станция или сервер) независимо подключается к общему кабелю-шине с помощью специального разъема. Шинный кабель должен иметь на конце согласующий резистор, или терминатор, который поглощает электрический сигнал, не давая ему отражаться и двигаться в обратном направлении по шине.

Преимущества и недостатки шинной топологии

Типичная шинная топология имеет простую структуру кабельной системы с короткими отрезками кабелей. Поэтому по сравнению с другими топологиями стоимость ее реализации невелика. Однако низкая стоимость реализации компенсируется высокой стоимостью управления. Фактически, самым большим недостатком шинной топологии является то, что диагностика ошибок и изолирование сетевых проблем могут быть довольно сложными, поскольку здесь имеются несколько точек концентрации. Так как среда передачи данных не проходит через узлы, подключенные к сети, потеря работоспособности одного из устройств никак не сказывается на других устройствах. Хотя использование всего лишь одного кабеля может рассматриваться как достоинство шинной топологии, однако оно компенсируется тем фактом, что кабель, используемый в этом типе топологии, может стать критической точкой отказа. Другими словами, если шина обрывается, то ни одно из подключенных к ней устройств не сможет передавать сигналы.

Примеры

Примерами использования топологии общая шина является сеть 10BASE5 (соединение ПК толстым коаксиальным кабелем) и 10BASE2 (соединение ПК тонким коаксиальным кабелем). Сегмент компьютерной сети, использующей коаксиальный кабель в качестве носителя и подключенных к этому кабелю рабочих станций. В этом случае шиной будет являться отрезок коаксиального кабеля, к которому подключены компьютеры.

Кольцо (топология компьютерной сети)

Кольцо́ - это топология, в которой каждый компьютер соединен линиями связи только с двумя другими: от одного он только получает информацию, а другому только передает. На каждой линии связи, как и в случае звезды, работает только один передатчик и один приемник. Это позволяет отказаться от применения внешних терминаторов.

Работа в сети кольца заключается в том, что каждый компьютер ретранслирует (возобновляет) сигнал, то есть выступает в роли повторителя, потому затухание сигнала во всем кольце не имеет никакого значения, важно только затухание между соседними компьютерами кольца. Четко выделенного центра в этом случае нет, все компьютеры могут быть одинаковыми. Однако достаточно часто в кольце выделяется специальный абонент, который управляет обменом или контролирует обмен. Понятно, что наличие такого управляющего абонента снижает надежность сети, потому что выход его из строя сразу же парализует весь обмен.

Компьютеры в кольце не являются полностью равноправными (в отличие, например, от шинной топологии). Одни из них обязательно получают информацию от компьютера, который ведет передачу в этот момент, раньше, а другие - позже. Именно на этой особенности топологии и строятся методы управления обменом по сети, специально рассчитанные на «кольцо». В этих методах право на следующую передачу (или, как еще говорят, на захват сети) переходит последовательно к следующему по кругу компьютеру.

Подключение новых абонентов в «кольцо» обычно совсем безболезненно, хотя и требует обязательной остановки работы всей сети на время подключения. Как и в случае топологии « шина», максимальное количество абонентов в кольце может быть достаточно большое (1000 и больше). Кольцевая топология обычно является самой стойкой к перегрузкам, она обеспечивает уверенную работу с самыми большими потоками переданной по сети информации, потому что в ней, как правило, нет конфликтов (в отличие от шины), а также отсутствует центральный абонент (в отличие от звезды).

В кольце, в отличие от других топологий (звезда, шина), не используется конкурентный метод посылки данных, компьютер в сети получает данные от стоящего предыдущим в списке адресатов и перенаправляет их далее, если они адресованы не ему. Список адресатов генерируется компьютером, являющимся генератором маркера. Сетевой модуль генерирует маркерный сигнал (обычно порядка 2-10 байт во избежание затухания) и передает его следующей системе (иногда по возрастанию MAC-адреса). Следующая система, приняв сигнал, не анализирует его, а просто передает дальше. Это так называемый нулевой цикл.

Последующий алгоритм работы таков - пакет данных GRE, передаваемый отправителем адресату начинает следовать по пути, проложенному маркером. Пакет передаётся до тех пор, пока не доберётся до получателя.

Сравнение с другими топологиями

Достоинства

• Простота установки;
• Практически полное отсутствие дополнительного оборудования;
• Возможность устойчивой работы без существенного падения скорости передачи данных при интенсивной загрузке сети, поскольку использование маркера исключает возможность возникновения коллизий.

Недостатки

• Выход из строя одной рабочей станции, и другие неполадки (обрыв кабеля), отражаются на работоспособности всей сети;
• Сложность конфигурирования и настройки;
• Сложность поиска неисправностей.
• Необходимость иметь две сетевые платы, на каждой рабочей станции.

Применение

Наиболее широкое применение получила в волоконно-оптических сетях. Используется в стандартах FDDI, Token ring.

Звезда (топология компьютерной сети)

Звезда́ - базовая топология компьютерной сети, в которой все компьютеры сети присоединены к центральному узлу (обычно коммутатор), образуя физический сегмент сети . Подобный сегмент сети может функционировать как отдельно, так и в составе сложной сетевой топологии (как правило, «дерево»). Весь обмен информацией идет исключительно через центральный компьютер, на который таким способом возлагается очень большая нагрузка, поэтому ничем другим, кроме сети, он заниматься не может. Как правило, именно центральный компьютер является самым мощным, и именно на него возлагаются все функции по управлению обменом. Никакие конфликты в сети с топологией звезда в принципе невозможны, потому что управление полностью централизовано.

Работа в сети

Рабочая станция, с которой необходимо передать данные, отсылает их на концентратор. В определённый момент времени только одна машина в сети может пересылать данные, если на концентратор одновременно приходят два пакета, обе посылки оказываются не принятыми и отправителям нужно будет подождать случайный промежуток времени, чтобы возобновить передачу данных. Этот недостаток отсутствует на сетевом устройстве более высокого уровня - коммутаторе, который, в отличие от концентратора, подающего пакет на все порты, подает лишь на определенный порт - получателю. Одновременно может быть передано несколько пакетов. Сколько - зависит от коммутатора.

Активная звезда

В центре сети содержится компьютер, который выступает в роли сервера.

Пассивная звезда

В центре сети с данной топологией содержится не компьютер, а концентратор, или коммутатор, что выполняет ту же функцию, что и повторитель. Он возобновляет сигналы, которые поступают, и пересылает их в другие линии связи. Все пользователи в сети равноправны.

Сравнение с другими типами сетей

Достоинства

• выход из строя одной рабочей станции не отражается на работе всей сети в целом;
• хорошая масштабируемость сети;
• лёгкий поиск неисправностей и обрывов в сети;
• высокая производительность сети (при условии правильного проектирования);
• гибкие возможности администрирования.

Недостатки

• выход из строя центрального концентратора обернётся неработоспособностью сети (или сегмента сети) в целом;
• для прокладки сети зачастую требуется больше кабеля, чем для большинства других топологий;
• конечное число рабочих станций в сети (или сегменте сети) ограничено количеством портов в центральном концентраторе.

Применение

Одна из наиболее распространённых топологий, поскольку проста в обслуживании. В основном используется в сетях, где носителем выступает кабель витая пара UTP категории 3 или 5.

Дерево (топология компьютерной сети)

Топология типа общая Древовидная топология , представляет собой топологию Звезда . Если представить как растут ветки у дерева то мы получим топологию "Звезда ", изначально топология называлась именно "древовидная", с течением времени начали в скобках указывать - (звезда). В современной топологии указывается только "звезда". Долгое время базовой топологией считалась именно древовидная, но ее постепенно начали заменять. Выбор звезда или дерево зависит только от личных предпочтений. Различия только в том что в "древовидной" топологии, как правило, схема более строгая и иерархичная в ней легче отслеживать сетевые связи, и эта схема часто использует элементы "шинной" архитектуры. Сеть fat tree (утолщенное дерево) - топология компьютерной сети, является дешевой и эффективной для суперкомпьютеров. В отличие от классической топологии дерево, в которой все связи между узлами одинаковы, связи в утолщенном дереве становятся более широкими (толстыми, производительными по пропускной способности) с каждым уровнем по мере приближения к корню дерева.

Полносвязная топология

Полносвязная топология - топология компьютерной сети , в которой каждая рабочая станция подключена ко всем остальным. Этот вариант является громоздким и неэффективным, несмотря на свою логическую простоту. Для каждой пары должна быть выделена независимая линия, каждый компьютер должен иметь столько коммуникационных портов сколько компьютеров в сети. По этим причинам сеть может иметь только сравнительно небольшие конечные размеры. Чаще всего эта топология используется в многомашинных комплексах или глобальных сетях при малом количестве рабочих станций.

Недостатки

• Сложное расширение сети (при добавлении одного узла необходимо соединить его со всеми остальными).
• Огромное количество соединений при большом количестве узлов

Беспроводные компьютерные сети - это технология, позволяющая создавать вычислительные сети, полностью соответствующие стандартам для обычных проводных сетей без использования кабельной проводки. В качестве носителя информации в таких сетях выступают радиоволны СВЧ-диапазона.

Применение

Существует два основных направления применения беспроводных компьютерных сетей:

• Работа в замкнутом объеме (офис, выставочный зал и т. п.);
• Соединение удаленных локальных сетей (или удаленных сегментов локальной сети).

Для организации беспроводной сети в замкнутом пространстве применяются передатчики с всенаправленными антеннами. Стандарт I EEE 802.1 1 определяет два режима работы сети - Ad-hoc и клиент-сервер. Режим Ad-hoc (иначе называемый «точка-точка») - это простая сеть, в которой связь между станциями (клиентами) устанавливается напрямую, без использования специальной точки доступа. В режиме клиент-сервер беспроводная сеть состоит, как минимум, из одной точки доступа, подключенной к проводной сети, и некоторого набора беспроводных клиентских станций. Поскольку в большинстве сетей необходимо обеспечить доступ к файловым серверам, принтерам и другим устройствам, подключенным к проводной локальной сети, чаще всего используется режим клиент-сервер. Без подключения дополнительной антенны устойчивая связь для оборудования IEEE 802.11b достигается в среднем на следующих расстояниях: открытое пространство - 500 м, комната, разделенная перегородками из неметаллического материала - 100 м, офис из нескольких комнат - 30 м. Следует иметь в виду, что через стены с большим содержанием металлической арматуры (в железобетонных зданиях таковыми являются несущие стены) радиоволны диапазона 2,4 ГГц иногда могут вообще не проходить, поэтому в комнатах, разделенных подобной стеной, придется ставить свои точки доступа.

Для соединения удаленных локальных сетей (или удаленных сегментов локальной сети) используется оборудование с направленными антеннами, что позволяет увеличить дальность связи до 20 км (а при использовании специальных усилителей и большой высоте размещения антенн - до 50 км). Причем в качестве подобного оборудования могут выступать и устройства Wi-Fi, нужно лишь добавить к ним специальные антенны (конечно, если это допускается конструкцией). Комплексы для объединения локальных сетей по топологии делятся на «точку-точку» и «звезду». При топологии «точка-точка» организуется радиомост между двумя удаленными сегментами сети. При топологии «звезда» одна из станций является центральной и взаимодействует с другими удаленными станциями. При этом центральная станция имеет всенаправленную антенну, а другие удаленные станции - однонаправленные антенны. Применение всенаправленной антенны в центральной станции ограничивает дальность связи дистанцией примерно 7 км. Поэтому, если требуется соединить между собой сегменты локальной сети, удаленные друг от друга на расстояние более 7 км, приходится соединять их по принципу «точка-точка». При этом организуется беспроводная сеть с кольцевой или иной, более сложной топологией.

Мощность, излучаемая передатчиком точки доступа или же клиентской станции, не превышает 0,1 Вт, но многие производители беспроводных точек доступа ограничивают мощность лишь программным путем, и достаточно просто поднять мощность до 0,2-0,5 Вт. Для сравнения - мощность, излучаемая мобильным телефоном, на порядок больше (в момент звонка - до 2 Вт). Поскольку, в отличие от мобильного телефона, элементы сети расположены далеко от головы, в целом можно считать, что беспроводные компьютерные сети более безопасны с точки зрения здоровья, чем мобильные телефоны.

Если беспроводная сеть используется для объединения сегментов локальной сети, удаленных на большие расстояния, антенны, как правило, размещаются за пределами помещения и на большой высоте.

Еще одно преимущество беспроводной сети связано с тем, что физические характеристики сети делают ее локализованной. В результате дальность действия сети ограничивается лишь определенной зоной покрытия. Для подслушивания потенциальный злоумышленник должен будет находиться в непосредственной физической близости, а значит, привлекать к себе внимание. В этом преимущество беспроводных сетей с точки зрения безопасности. Беспроводные сети имеют также уникальную особенность: их можно отключить или модифицировать их параметры, если безопасность зоны вызывает сомнения.

Несанкционированное вторжение в сеть. Для вторжения в сеть необходимо к ней подключиться. В случае проводной сети требуется электрическое соединение, беспроводной - достаточно оказаться в зоне радиовидимости сети с оборудованием того же типа, на котором построена сеть.

В беспроводных сетях для снижения вероятности несанкционированного доступа предусмотрен контроль доступа по MAC-адресам устройств и тот же самый WEP. Поскольку контроль доступа реализуется с помощью точки доступа, он возможен только при инфраструктурной топологии сети. Механизм контроля подразумевает заблаговременное составление таблицы MAC-адресов разрешенных пользователей в точке доступа и обеспечивает передачу только между зарегистрированными беспроводными адаптерами. При топологии «ad-hoc» (каждый с каждым) контроль доступа на уровне радиосети не предусмотрен.

Для проникновения в беспроводную сеть злоумышленник должен:

• Иметь оборудование для беспроводных сетей, совместимое с используемым в сети;
• При использовании в оборудовании FHSS нестандартных последовательностей скачков частоты узнать их;
• Знать идентификатор сети, закрывающий инфраструктуру и единый для всей логической сети (SSID);
• Знать, на какой из 14 возможных частот работает сеть, или включить режим автосканирования;
• Быть занесенным в таблицу разрешенных MAC-адресов в точке доступа при инфраструктурной топологии сети;
• Знать 40-разрядный ключ шифра WEP в случае, если в беспроводной сети ведется шифрованная передача.

Решить все это практически невозможно, поэтому вероятность несанкционированного вхождения в беспроводную сеть, в которой приняты предусмотренные стандартом меры безопасности, можно считать очень низкой.

Radio Ethernet

Беспроводная связь, или связь по радиоканалу, сегодня используется и для построения магистралей (радиорелейные линии), и для создания локальных сетей, и для подключения удаленных абонентов к сетям и магистралям разного типа. Весьма динамично развивается в последние годы стандарт беспроводной связи Radio Ethernet. Изначально он предназначался для построения локальных беспроводных сетей, но сегодня все активнее используется для подключения удаленных абонентов к магистралям. Radio Ethernet сейчас обеспечивает пропускную способность до 54 Мбит/с и позволяет создавать защищенные беспроводные каналы для передачи мультимедийной информации.

Wi-Fi

Wi-Fi - торговая марка Wi-Fi Alliance для беспроводных сетей на базе стандарта IEEE 802.11. Под аббревиатурой Wi-Fi (от английского словосочетания Wireless Fidelity, которое можно дословно перевести как «высокая точность беспроводной передачи данных») в настоящее время развивается целое семейство стандартов передачи цифровых потоков данных по радиоканалам.

Wi-Fi был создан в 1991 году в Ньивегейн, Нидерланды. Термин «Wi-Fi» изначально был придуман как игра слов для привлечения внимания потребителя «намёком» на Hi-Fi (англ. High Fidelity - высокая точность). Вначале скорость передачи данных была от 1 до 2 Мбит/с. 29 июля 2011 года IEEE (Институт инженеров по электротехнике и электронике) выпустил официальную версию стандарта IEEE 802.22. Это есть Super Wi-Fi. Системы и устройства, поддерживающие этот стандарт, позволят передавать данные на скорости до 22 Мб/с в радиусе 100 км от ближайшего передатчика.

Принцип работы. Обычно схема Wi-Fi сети содержит не менее одной точки доступа и не менее одного клиента. Также возможно подключение двух клиентов в режиме точка-точка, когда точка доступа не используется, а клиенты соединяются посредством сетевых адаптеров «напрямую». Точка доступа передаёт свой идентификатор сети (SSID (англ. )) с помощью специальных сигнальных пакетов на скорости 0,1 Мбит/с каждые 100 мс. Поэтому 0,1 Мбит/с - наименьшая скорость передачи данных для Wi-Fi. Зная SSID сети, клиент может выяснить, возможно ли подключение к данной точке доступа.

По способу объединения точек доступа в единую систему можно выделить:

• Автономные точки доступа (называются также самостоятельные, децентрализованные, умные)
• Точки доступа, работающие под управлением контроллера (называются также «легковесные», централизованные)
• Бесконтроллерные, но не автономные (управляемые без контроллера)

По способу организации и управления радиоканалами можно выделить беспроводные локальные сети:

• Со статическими настройками радиоканалов
• С динамическими (адаптивными) настройками радиоканалов
• Со «слоистой» или многослойной структурой радиоканалов

Преимущества Wi-Fi

• Позволяет развернуть сеть без прокладки кабеля, что может уменьшить стоимость развёртывания и/или расширения сети. Места, где нельзя проложить кабель, например, вне помещений и в зданиях, имеющих историческую ценность, могут обслуживаться беспроводными сетями.
• Позволяет иметь доступ к сети мобильным устройствам.
• Коммерческий доступ к сервисам на основе Wi-Fi предоставляется в таких местах, как Интернет-кафе, аэропорты и кафе по всему миру (обычно эти места называют Wi-Fi-кафе).
• Мобильность. Вы больше не привязаны к одному месту и можете пользоваться Интернетом в комфортной для вас обстановке.
• В пределах Wi-Fi зоны в сеть Интернет могут выходить несколько пользователей с компьютеров, ноутбуков, телефонов и т. д.
• Излучение от Wi-Fi устройств в момент передачи данных на два порядка (в 100 раз) меньше, чем у сотового телефона.

Недостатки Wi-Fi

• Bluetooth, и др, и даже микроволновые печи, что ухудшает электромагнитную совместимость.
  • Реальная скорость передачи данных в Wi-Fi сети всегда ниже максимальной скорости, заявляемой производителями Wi-Fi оборудования. Реальная скорость зависит от многих факторов: наличия между устройствами физических преград (мебель, стены), наличия помех от других беспроводных устройств или электронной аппаратуры, расположения устройств относительно друг друга и т. п.
  • Частотный диапазон и эксплуатационные ограничения в различных странах неодинаковы. Во многих европейских странах разрешены два дополнительных канала, которые запрещены в США; В Японии есть ещё один канал в верхней части диапазона, а другие страны, например Испания, запрещают использование низкочастотных каналов. Более того, некоторые страны, например Россия, требуют регистрации всех сетей Wi-Fi, работающих вне помещений, или требуют регистрации Wi-Fi-оператора.
  • Как было упомянуто выше - в России точки беспроводного доступа, а также адаптеры Wi-Fi с ЭИИМ, превышающей 100 мВт (20 дБм), подлежат обязательной регистрации.
  • Стандарт шифрования WEP может быть относительно легко взломан даже при правильной конфигурации (из-за слабой стойкости алгоритма). Новые устройства поддерживают более совершенный протокол шифрования данных

Wi-Fi и телефоны сотовой связи

Некоторые считают, что Wi-Fi и подобные ему технологии со временем могут заменить сотовые сети, такие как GSM. Препятствиями для такого развития событий в ближайшем будущем являются отсутствие роуминга и возможностей аутентификации, ограниченность частотного диапазона и сильно ограниченный радиус действия Wi-Fi. Более правильным выглядит сравнение Wi-Fi с другими стандартами сотовых сетей.

Тем не менее, Wi-Fi пригоден для использования в среде SOHO. Первые образцы оборудования появились уже в начале 2000-х, однако на рынок они вышли только в 2005 году. Тогда компании представили на рынок VoIP Wi-Fi-телефоны по «разумным» ценам. Когда звонки с помощью VoIP стали очень дешёвыми, а зачастую вообще бесплатными, провайдеры, способные предоставлять услуги VoIP, получили возможность открыть новый рынок - услуг VoIP.

В настоящий момент непосредственное сравнение Wi-Fi и сотовых сетей нецелесообразно. Телефоны, использующие только Wi-Fi, имеют очень ограниченный радиус действия, поэтому развёртывание таких сетей обходится очень дорого. Тем не менее, развёртывание таких сетей может быть наилучшим решением для локального использования, например, в корпоративных сетях.

WiMAX (англ. W orldwideI nteroperability for M icrowave A ccess )- телекоммуникационная технология, разработанная с целью предоставления универсальнойбеспроводной связина больших расстояниях для широкого спектра устройств (отрабочих станцийипортативных компьютеров домобильных телефонов). Основана на стандарте IEEE 802.16, который также называютWireless MAN(WiMAX следует считать жаргонным названием, так как это не технология, а название форума, на котором Wireless MAN и был согласован). Максимальная скорость - до 1Гбит/секна ячейку.

Область использования

WiMAX подходит для решения следующих задач:

• Соединения точек доступа Wi-Fiдруг с другом и другими сегментами Интернета.
• Обеспечения беспроводного широкополосного доступа как альтернативы
• Предоставления высокоскоростных сервисов передачи данных и телекоммуникационных услуг.
• Создания точек доступа, не привязанных к географическому положению.
• Создания систем удалённого мониторинга (monitoring системы), как это имеет место в системе

WiMAX позволяет осуществлять доступ в Интернетна высоких скоростях, с гораздо большим покрытием, чем уWi-Fi-сетей. Это позволяет использовать технологию в качестве «магистральных каналов», продолжением которых выступают традиционные DSL- и выделенные линии, а такжелокальные сети. В результате подобный подход позволяет создавать масштабируемые высокоскоростные сети в рамках городов.

Фиксированный и мобильный вариант WiMAX

Набор преимуществ присущ всему семейству WiMAX, однако его версии существенно отличаются друг от друга. Разработчики стандарта искали оптимальные решения как для фиксированного, так и для мобильного применения, но совместить все требования в рамках одного стандарта не удалось. Хотя ряд базовых требований совпадает, нацеленность технологий на разные рыночные ниши привела к созданию двух отдельных версий стандарта (вернее, их можно считать двумя разными стандартами). Каждая из спецификаций WiMAX определяет свои рабочие диапазоны частот, ширину полосы пропускания, мощность излучения, методы передачи и доступа, способы кодирования и модуляции сигнала, принципы повторного использования радиочастот и прочие показатели.

Основное различие двух технологий состоит в том, что фиксированный WiMAX позволяет обслуживать только «статичных» абонентов, а мобильный ориентирован на работу с пользователями, передвигающимися со скоростью до 150 км/ч. Мобильность означает наличие функций роуминга и «бесшовного» переключения между базовыми станциями при передвижении абонента (как происходит в сетях сотовой связи). В частном случае мобильный WiMAX может применяться и для обслуживания фиксированных пользователей.

Широкополосный доступ

Многие телекоммуникационные компании делают большие ставки на использование WiMAX для предоставления услуг высокоскоростной связи. И тому есть несколько причин.

Во-первых, технологии позволят экономически более эффективно (по сравнению с проводными технологиями) не только предоставлять доступ в сеть новым клиентам, но и расширять спектр услуг и охватывать новые труднодоступные территории.

Во-вторых, беспроводные технологии многим более просты в использовании, чем традиционные проводные каналы. WiMAX и Wi-Fi сети просты в развёртывании и по мере необходимости легко масштабируемы. Этот фактор оказывается очень полезным, когда необходимо развернуть большую сеть в кратчайшие сроки. К примеру, WiMAX был использован для того чтобы предоставить доступ в Сеть выжившим после цунами, произошедшего в декабре 2004 года в Индонезии (Aceh). Вся коммуникационная инфраструктура области была выведена из строя и требовалось оперативное восстановление услуг связи для всего региона.

В сумме все эти преимущества позволят снизить цены на предоставление услуг высокоскоростного доступа в Интернет как для бизнес структур, так и для частных лиц.

• Wi-Fiэто система более короткого действия, обычно покрывающая десятки метров, которая использует нелицензированные диапазоны частот для обеспечения доступа к сети. ОбычноWi-Fi используется пользователями для доступа к их собственной локальной сети, которая может быть и не подключена к Интернету. Если WiMAX можно сравнить с мобильной связью, тоWi-Fi скорее похож на стационарный беспроводной телефон.

Вы когда-нибудь играли “по сети”? И как, понравилось? Игра с ботами не идет ни в какое сравнение… В отличие от ботов, люди могут придумать и исполнить такие финты, что поневоле тянет снять шляпу (вспомните, например, “рокет-джамп”). Только вот в большинстве случаев играть приходится по модему, вызывая недовольство домочадцев – телефон-то занят целыми часами. Локальные сети пока есть не везде, вот и приходится порой занимать телефон, хотя соперник по играм живет в соседней квартире (через стену) или в доме напротив. Или даже в одной квартире рядом (или в соседних комнатах) стоят компьютеры – “новый” и “старый”. Неужели, кроме локалок, нет других вариантов? Да и условия у всех разные – не каждый решится заняться протягиванием коаксиального кабеля или витой пары в подьезде, зная, что проводку могут элементарно срезать несознательные граждане.

Варианты для решения этой проблемы есть, причем самые разные. Начнем, как всегда, с самого простого.

Эх, провода…

Вы знаете, что такое “нуль-модем”? Это всего лишь кабель для соединения компьютеров через порты. Самый простой вариант – спаять такой кабель для СОМ-порта. Максимальная длина данного кабеля может достигать 15 метров, но при предельной длине кабеля скорость передачи уменьшается – начинает сказываться качество соединительных проводов (академически говоря, это будет уже “длинная линия с распределенными параметрами”).

Самый “малобюджетный” вариант данного соединителя должен иметь всего 3 провода. Один из них “общий”, два других – сигнальные. Сигнальные провода желательно использовать экранированные. Так получается два канала – один на прием, другой на передачу. Перемычки на контактах разъема устанавливаются для того, чтобы просигнализировать о наличии устройства, готового к обмену данными. В этом случае все работает так: если устройство, принимающее данные, не может их более принимать, оно по обратному каналу посылает байт-символ XOFF (13h). Противоположное устройство, приняв этот символ, останавливает передачу. Когда приемное устройство снова готово к приему данных, оно посылает байт-символ XON (11h), после приема которого противоположное устройство возобновляет передачу данных. Такой способ обмена носит мудреное название “Программный протокол управления потоком XON/XOFF”. Его достоинство – минимум проводов, потому что отсутствуют управляющие сигналы. Недостатки – требование наличия буфера для принимаемых данных и увеличенное время реакции (из-за ожидания прохождения сигнала XON). Поэтому общая производительность в данном случае – не самая высокая. Это всего лишь один из видов “Прямого кабельного соединения” – в WINDOWS оно находится в меню “Программы – Стандартные – Связь – Прямое кабельное соединение”. Если у вас его там нет, поставьте – может быть, и пригодится…

Примечание: если вы используете нуль-модемный кабель, необходимо ОБЯЗАТЕЛЬНО соединить корпуса компьютеров достаточно толстым проводом, чтобы выровнять потенциалы корпусов – иначе уравнивающий ток потечет по микросхемам последовательного порта, а это им не понравится. Перед подключением каких-либо устройств к портам необходимо отключить питание их обоих – и компьютера, и девайса.

Хорошо, если компьютеры стоят рядом, или, в крайнем случае, через стену в соседних комнатах (или квартирах). А если дом вашего приятеля стоит напротив, метрах так в 50-100? И телефона у него в квартире еще нет (например, дело происходит в районе новостроек). Тогда придется поднапрячься, привлечь ресурсы и фантазию…

“BlueTooth”? Нет, “RedEye”!

В последнее время на наших рынках в немерянных количествах по вполне приемлемым ценам продаются “китайские” лазерные указки. Естественно, народные умельцы в разных странах (а не только у нас) стали использовать их в самых разных схемах – от сигнализаций до переговорных устройств. Ну и, конечно, был изобретен девайс для связи компьютеров на дальности около 200 метров (естественно, при прямой видимости). А вот и его схема:

Приводится она специально в “первозданном” виде, в каком она и была опубликована в журнале “Practicka elektronica A Radio”, №3/2001, автор – Джек Катц. Вот как это все работает:

Луч лазера попадает на фототранзистор (максимум его спектральной чувствительности находится в пределах 550…1050 нм), затем через два последовательно включенных триггера Шмитта поступает на вход микросхемы. Триггеры Шмитта необходимы для того, чтобы увеличить крутизну фронтов сигнала. (Не смейтесь, термин “крутизна” в радиотехнике есть на самом деле. Например, как вам понравится выражение: “Он был крутой, как фронт прямоугольного импульса…”) Микросхема МАХ232А преобразовывает сигналы с уровнем ТТЛ/КМОП в сигналы, которые понимает последовательный порт компьютера – с уровнями примерно +-10 Вольт (ну и обратно, естественно). В данной схеме используется один канал на прием и один канал на передачу (вообще-то, микросхема позволяет организовать обмен с двумя устройствами, поэтому в ней два независимых канала на прием и два на передачу). Микросхема содержит встроенный преобразователь напряжения, поэтому ей достаточно одного источника питания +5 Вольт. Для работы преобразователя и нужны внешние конденсаторы, их емкость может находиться в пределах от 0,1 до 1 мкФ. С выхода микросхемы сигнал поступает на кабель, идущий к СОМ-порту компьютера. Преремычки на разъеме распаяны совершенно аналогично предыдущему варианту.

Сигналы от компьютера поступают на вход микросхемы, и после преобразования попадают на другие триггеры Шмитта, которые делают то же самое, что и предыдущие. Дальше сигнал приходит на шестерку мощных инверторов, включенных параллельно – это позволяет обеспечить ток около 35 мА, который требуется указке (длина волны излучаемого света около 670 нм). Включенные последовательно с указкой диоды “гасят” лишнее напряжение (на каждом из них падает около 0,7 – 1 Вольта). Напряжение питания +5 Вольт стабилизировано микросхемой типа 7805. Скорость обмена была обещана около 200 кбит (странно, скорость порта обычно вообще-то 115200, “разогнали” они его, что ли?).

Данная схема достаточно проста в изготовлении, трудностей с настройкой быть не должно. Компьютер просто обязан воспринимать ее так же, как и предыдущий кабель – в виде “Прямого кабельного соединения”.

Суровая действительность

Естественно, возникло желание собрать такую штуку и испытать ее на добровольцах. Добровольцы нашлись быстро, но вот с деталями возникли проблемы. Вместо МАХ232А прислали Р233ММХ (разница, надеюсь, понятна?..) Нужного фототранзистора тоже не оказалось. Вот и пришлось изобретать замену из доступных деталей. Деталей получилось много, но они нужны для того, чтобы обеспечить соответствие сигналов стандарту RS232. Выглядит это все, конечно, страшновато, но работает вполне удовлетворительно. (Правда, пока искалась и разрабатывалась замена, добровольцы куда-то подевались…) Элементы данной схемы могут быть использованы и в других устройствах. Работает схема так:

Сигналы с последовательного порта компьютера поступают на вход ключевой схемы, собранной на транзисторах VT1, VT2, VT3 и триггера на логических элементах DD1.2 и DD2.2. Если полярность сигнала положительная, то входное напряжение через диоды VD1, VD2 открывает транзистор VT1. На входе триггера получается низкий уровень наряжения, на его выходе устанавливается “1”. Если напряжение на входе схемы отрицательное, открывается транзистор VT2, затем VT3. Напряжение на выводе 5 меняется с высокого уровня на низкий, RS-триггер перебрасывается в другое состояние. К выходу триггера подключены последовательно соединенные триггеры Шмитта. Далее идет шестерка параллельно соединенных мощных инверторов, к выходам которых подключена лазерная указка.

Такая мудреная схема нужна для того, чтобы передатчик реагировал только на сигналы, находящиеся в пределах от –10…-3 до +3…+10 Вольт. Причем, пока сигнал колеблется между –3…+3 Вольтами, сигнал на выходе не меняется. Этот интервал и называется “зона нечувствительности”.

Световой луч от противоположного передатчика попадает на линзу фотодиода, подключенного к базе транзистора VT4. Далее – опять триггеры Шмитта, затем – вход микросхемы А1. На другой вход микросхемы подается “опорное” напряжение, с которым и сравнивается входной сигнал. Опорное напряжение получается из-за падения напряжения на прямом сопротивлении диодов VD7,VD8. К выходу операционного усилителя подключены транзисторы VT5 и VT6. Такой вариант использования операционного усилителя называется “компаратор” - устройство сравнения. В зависимости от того, какое напряжение на выходе ОУ – положительное или отрицательное, открывается транзистор VT5 и VT6 соответственно. Через резистор, ограничивающий ток на случай короткого замыкания в линии, сигнал подается на выходной разъем.

Переключатели S1 и S2 необходимы при настройке схемы. Например, при помощи переключателя S1 необходимо добиться того, чтобы лазер светился в “исходном” состоянии (или при настройке без подключения к компьютеру). При переключении S2 полярность сигнала на выходе схемы (на разъеме СОМ-порта) должна скачком меняться с положительной на отрицательную. (В большинстве случаев сразу после перезагрузки полярность сигнала ТD именно отрицательная, хотя это может зависеть от конкретной материнской платы и версии BIOS. Поэтому и используется преключатель S2 – вдруг понадобится поменять полярность сигнала.)

Советы

Для питания данного “оптического модема”можно использовать простые блоки питания, например, “китайские”, выбрав их с максимальным током примерно в 500 мА. Напряжение можно стабилизировать с помощью микросхемы

К142ЕН5Б (на 5 Вольт). Для первого варианта этого будет достаточно. Со вторым вариантом сложнее – ведь там питание двуполярное. Но проблема решается очень просто – достаточно купить второй блочок питания (желательно, аналогичный первому) и соединить все по схеме:

Переключатели напряжения в блоках питания на схеме не показаны. С их помощью необходимо выставить напряжение в 10 Вольт под нагрузкой. Светодиоды можно использовать из негодных “мышей”. Если вы планируете только кратковременные сеансы, попробуйте использовать светодиоды в пластиковых корпусах, а если же планируется установка данной системы “всерьез и надолго”, лучше поискать светодиды со стеклянными линзами (например, что-то вроде ФД-256, часто применяемых в приемниках систем дистанционного управления телевизорами). Приемные светодиоды необходимо поместить в зачерненную внутри трубку диаметром около 1 см и длиной 4-5 см для исключения боковой засветки. Питание на лазерную указку подается так: “+” на корпус указки, “-” - на внутренний контакт.

ВНИМАНИЕ! При работе с лазерной указкой будьте осторожны – не направляйте ее луч в глаза людям или животным, вы можете серьезно повредить зрение!

Лазерную указку и трубку со светодиодом лучше всего совместно (“соосно”) закрепить на чем-нибудь вроде штатива для фотоаппарата (чтобы иметь возможность наклона и поворота в любую сторону). Иначе придется комбинировать что-то из проволоки и быть готовым к тому, что в самый неожиданный момент ветром собъет настройку. Наводку блоков друг на друга лучше всего производить рано утром или вечером, когда солнечный свет не такой яркий. При этом хорошо, если под руками будет бинокль, хотя бы “театральный”.

При установки лазерно-фотодиодного блока на нужном месте (лучше всего на лоджии или балконе) избегайте попадания лазерного луча в чужие окна – там могут проживать очень нервные люди, и к вам неожиданно могут прийти в гости недовольные товарищи в бронежилетах или неразговорчивые господа в кожаных куртках (смотря кого эти нервные люди вызовут…).

Приемно-предающий блок лучше собрать в отдельном небольшом корпусе. Чтобы уменьшить число соединительных проводов, можно соединить его с основной схемой так:

Используется два экранированных кабеля, желательно небольшой длины. Изоляция на кабелях должна быть достаточно прочной – ведь по оплетке одного кабеля подается напряжение питания +5 Вольт, по оплетке другого – “корпус”. Центральные проводники идут к выводам микросхем. Естественно, оплетки кабелей в данном случае необходимо хорошо изолировать друг от друга.

Скорее всего, трудно будет достать и разъемы для СОМ-порта. Выйти из положения можно так: придется найти четыре неисправные мыши с нужными разъемами. Разъемы аккуратно разрезаются, извлекается вставка с контактами (как правило, она залита в пластмассу – это будет видно сразу, как только начнете “вскрытие”). Контактов будет всего четыре, остальные придется установить самим. Для этого в нужных местах круглым надфилем со стороны проводов аккуратно просверливаются отверстия, в которые плотно вставляются недостающие контакты. Контакт №9 в данной схеме не нужен. Вначале можно и потренироваться – все равно нужно только два разъема из четырех.

Если яркость свечения “указки” будет недостаточной, достаточно убрать один из последовательно включенных диодов.

Операционный усилитель можно заменить другим, лишь бы он относился к “быстродействующим” и выдерживал напряжение на входах не менее 3 Вольт. Если его быстродействие будет недостаточным, максимальной скорости передачи данных вы не получите.

Диоды в схеме – любые импульсные, выдерживающие прямой ток не менее 50 мА. Если при работе они будут заметно нагреваться, придется заменить их на более мощные.

Остается надеяться, что особенных трудностей при изготовлении и установке данного устройства не возникнет, а удовольствие от его использования компенсирует все переживания. Замечательно, если удастся достать МАХ232А – ведь тогда все будет достаточно просто. Скорость передачи данных будет, может быть, и невысокой – по сравнению с “фирменными” оптическими и радиомодемами. Зато и затраты на детали должны быть набольшими.

Через сетевую карту

Соединение двух и более компьютеров по витой паре - это самый дешёвый, качественный и высокоскоростной способ соединения.

Для такого соединения требуется наличие сетевой карты. Почти все современные материнские платы имеют встроенную сетевую карту. А узнать есть ли она можно, посмотрев на задней панели разъёмов над USB-портами должен быть небольшой разъём, похожий на телефонный разъём, только размером по больше (чтобы убедится этот ли разъём, просто вставьте туда телефонный кабель, но сеть с ним работать не будет). Так же не помешало бы почитать документацию к материнской плате. Если нет встроенной сетевой карты, то её можно купить, вставляющуюся в PCI-слот.

Скорость такого соединения может достигать до 1Гбит. Скорость зависит от сетевой карты. При подключение более двух компьютеров нужно приобретать коммутатор. В такую сеть можно подключать неограниченное число компьютеров.

Не только игры

А теперь перейдем к практическому применению вышеописанных соединений. Вот типичный пример “вопроса из народа” и ответа из Интернета (большое спасибо “потрошителю” WINDOWS Сергею Трошину!):

Имеем два компьютера, но один модем. И хочется в Интернет с обоих компьютеров. Можно ли обойтись без установки сетевых карточек?

Это довольно просто. Берем кабель для соединения двух компьютеров через параллельные порты (в данном случае, для СОМ-портов), на обоих устанавливается Dial-Up adapter. Управлять всем этим будет WinRoute home 3.04 (или 4.0, 4.1…)

Соединение “кабелем” уже встроено в Windows95/98. Его использует Parallel sharing. Все, что нужно на первом этапе, это установить адаптер dial-up на каждом компьютере. Проверьте, что оба компьютера с W95/98 имеют апгрейд DUN1.3 (dial-up networking upgrade) - этот апгрейд есть на сайте Microsoft, достаточно зайти на их “поисковик” и поискать точно “DUN 1.3” - результатом будет множество необходимых ссылок. Win95 OSR2 или Win98 уже имеют все, что нужно, а Windows NT не поддерживает соединения через параллельный порт (а через последовательный?).

К тому же убедитесь в том, что DCC (Direct Cable Connection) инсталлировано на обоих компьютерах. Проверьте, что network neighbours каждого компьютера содержат dial-up-adapter (у хостовой машины должнобыть инсталлировано два dial-up-адаптера). Инсталлируйте WinRoute Home на хостовом компьютере. Убедитесь, что на втором компьютере протокол TCP/IP инсталлирован ипривязан следующим образом: TCP/IP->Dial up adapter. В настройках вам понадобится лишь поле DNS - внесите туда DNS-сервер провайдера или адресхост-машины. На хост-машине установите TCP/IP адаптера (т.е. модема) как обычно - все установки, как требует провайдер. Установки dial-up-адаптера, который связан с DCC, можно не трогать. Запустить WinRoute на хост-машине, запустить DCC. Не устанавливайте в браузерах опцию "Соединение через proxy". Скорость соединения с хост-машиной через DCC - до 4 Mbps. (Не для СОМ-порта, естественно...) Перечень игр, поддерживающих прямое соединение, желающие могут поискать сами.

Кстати, а вы читали книгу “Гиперболоид инженера Гарина”?..

Введение

Сложный характер и динамизм современных мирохозяйственных связей привел к необходимости создания новых телекоммуникационных технологий, порождающих новые услуги и соответственно увеличивающуюся потребность в них.

Объем и способы информирования специалистов с помощью средств компьютерных коммуникаций коренным образом изменились за последние годы. И если ранее подобные средства предназначались лишь для узкого круга специалистов и опытных пользователей, то теперь они рассчитаны на самую широкую аудиторию.

В настоящее время передача данных с помощью компьютеров, использование локальных и глобальных компьютерных сетей становится столь же распространенным, как и сами компьютеры.

Целью данного пособия является подготовка студентов к умелому использованию локальных и глобальных компьютерных сетей, коммуникационного оборудования и программных средств.

После окончания изучения представленного раздела студенты должны уметь ориентироваться среди богатого разнообразия предлагаемой аппаратуры и программ, в принципах функционирования локальных вычислительных сетей, в сетевых протоколах и основах Internet-технологий.

Изложение материала во всех главах опирается на множество примеров. После каждой главы представлены контрольные вопросы для закрепления изученного теоретического материала, тесты для самоконтроля, а также список рекомендуемой литературы для изучения курса.

1 Общие сведения о вычислительных сетях 1.1 Назначение вычислительных сетей

Вычислительные сети (ВС) появились давно. Еще на заре появления компьютеров существовали огромные системы, известные как системы разделения времени. Они позволяли использовать центральную ЭВМ с помощью удаленных терминалов. Такой терминал состоял из дисплея и клавиатуры. Внешне выглядел как обычный персональный компьютер, но не имел собственного процессорного блока. Пользуясь такими терминалами, сотни, а иногда тысячи сотрудников имели доступ к центральной ЭВМ.

Такой режим обеспечивался благодаря тому, что система разделения времени разбивала время работы центральной ЭВМ на короткие интервалы времени, распределяя их между пользователями. При этом создавалась иллюзия одновременного использования центральной ЭВМ многими сотрудниками.

В 70-х годах большие ЭВМ уступили место миникомпьютерным системам, использующим тот же режим разделения времени. Но технология развивалась, и с конца 70-х годов на рабочих местах появились персональные компьютеры. Однако, автономно работающие персональные компьютеры не дают непосредственного доступа к данным всей организации и не позволяют совместно использовать программы и оборудование.

С этого момента начинается современное развитие компьютерных сетей.

Вычислительной сетью называется система, состоящая из двух или более удаленных ЭВМ, соединенных с помощью специальной аппаратуры и взаимодействующих между собой по каналам передачи данных.

Самая простая сеть (network) состоит из нескольких персональных компьютеров, соединенных между собой сетевым кабелем (рисунок 1). При этом в каждом компьютере устанавливается специальная плата сетевого адаптера (NIC), осуществляющая связь между системной шиной компьютера и сетевым кабелем /1/.

Кроме этого, все компьютерные сети работают под управлением специальной сетевой операционной системы (NOS – Network Operation Sistem). Основное назначение компьютерных сетей – совместное использование ресурсов и осуществление интерактивной связи как внутри одной фирмы, так и

за ее пределами (рисунок 2).

Рисунок 2 - Назначение вычислительной сети

Ресурсы - представляют собой данные (в том числе корпоративные базы данных и знаний), приложения (в том числе различные сетевые программы), а также периферийные устройства, такие как принтер, сканер, модем и т. д.

До объединения персонального компьютера в сеть каждый пользователь должен был иметь свой принтер, плоттер и другие периферийные устройства, а также на каждом из компьютеров должны были быть установлены одни и те же программные средства, используемые группой пользователей.

Другой привлекательной стороной сети является наличие программ электронной почты и планирования рабочего дня. Благодаря им, сотрудники эффективно взаимодействуют между собой и партнерами по бизнесу, а планирование и корректировка деятельности всей компании осуществляется значительно проще. Использование компьютерных сетей позволяет: а) повысить эффективность работы персонала фирмы; б) снизить затраты за счет совместного использования данных, дорогостоящих периферийных устройтв и программных средств (приложений).

Основными характеристиками вычислительной сети являются:

операционные возможности сети;

временные характеристики;

надежность;

производительность;

Операционные возможности сети характеризуются такими условиями,

Предоставление доступа к прикладным программным средствам, БД,

БЗ, и т. д.;

удаленный ввод заданий;

передача файлов между узлами сети;

доступы к удаленным файлам;

выдача справок об информационных и программных ресурсах;

распределенная обработка данных на нескольких ЭВМ и т. д. Временные характеристики сети определяют продолжительность обслуживания запросов пользователей:

среднее время доступа, которое зависит от размеров сети, удаленности пользователей, загрузки и пропускной способности каналов связи и т. д.;

среднее время обслуживания.

Надежностные характеризуют надежность, как отдельных элементов сети, так и сеть в целом.

Пакет как основная единица информации в вычислительных сетях. При обмене данными между персональными компьютерами любое информационное сообщение разбивается программами передачи данных на небольшие блоки данных, которые называются пакетами (рисунок 3).

Рисунок 3 - Информационное сообщение

Связано это с тем, что данные обычно содержатся в больших по размерам файлах, и если передающий компьютер пошлет его целиком, то он надолго заполнит канал связи и «свяжет» работу всей сети, то есть будет препятствовать взаимодействию других участников сети. Кроме этого, возникновение ошибок при передаче крупных блоков вызовет большие затраты времени, чем на его повторную передачу.

Пакет – основная единица информации в компьютерных сетях. При разбиении данных на пакеты скорость их передачи возрастает на столько, что каждый компьютер сети получает возможность принимать и передавать данные практически одновременно с остальными ПК /2/.

При разбиении данных на пакеты сетевая операционная система к собственно передаваемым данным добавляет специальную добавляющую информацию:

заголовок, в котором указывается адрес отправителя, а также информация по сбору блоков данных в исходное информационное сообщение при их приеме получателем;

трейлер, в котором содержится информация для проверки безошибочности в передаче пакета. При обнаружении ошибки передача пакета

должна повториться.

Способы организации передачи данных между персональными компьютерами. Передача данных между компьютерами и прочими устройствами происходит параллельно или последовательно.

Так большинство персональных компьютеров пользуется параллельным портом для работы с принтером. Термин «параллельно» означает, что данные передаются одновременно по нескольким проводам.

Чтобы послать байт данных по параллельному соединению, компьютер одновременно устанавливает весь байт на восьми проводах. Схему параллельного соединения можно иллюстрировать на рисунке 4.

Рисунок 4 – Параллельное соединение

Как видно из рисунка, параллельное соединение по восьми проводам позволяет передать байт данных одновременно.

Напротив, последовательное соединение подразумевает передачу данных по очереди, бит за битом. В сетях чаще всего используется именно такой способ работы, когда биты выстраиваются друг за другом и последовательно передаются (и принимаются тоже), что иллюстрирует рисунок 5.

Рисунок 5 – Последовательное соединение

При соединении по сетевым каналам используют три различных метода. Соединение бывает: симплексное, полудуплексное и дуплексное.

О симплексном соединении говорят, когда данные перемещаются только в одном направлении (рисунок 6). Полудуплексное соединение позволяет данным перемещаться в обоих направлениях, но в разное время.

И, наконец, дуплексное соединение позволяет данным перемещаться в обоих направлениях одновременно.

Рисунок 6 - Типы соединений

Архитектура "клиент-сервер"

Сеть ЭВМ (компьютерная сеть, или вычислительная сеть - ВС) - это совокупность компьютеров и терминалов, соединенных с помощью каналов связи в единую систему, удовлетворяющую требованиям распределенной обра-ботки данных, совместного использования общих информационных и вычисли-тельных ресурсов.

Часто возникает путаница между распределенными системами и сетями ЭВМ. Работая с распределенной системой, пользователь может не иметь ни малейшего представления на каких процессорах, где, с использованием конкретно каких физических ресурсов будет исполняться его программа. В сети, поскольку все машины там автономны, пользователь должен делать все явно. Основное различие между этими системами лежит в организации их программного обеспечения. И там и там происходит передача информации. В сети - пользователь, в распределенной системе - система.

Распределенные вычисления в компьютерных сетях основаны на архи-тектуре "клиент-сервер", ставшей доминирующим способом обработки данных. Термины "клиент" и "сервер" обозначают роли, которые играют различные компоненты в распределенной среде вычислений. Компоненты "клиент" и "сервер" не обязательно должны работать на разных машинах, хотя обычно это так и есть - клиент-приложение находится на рабочей станции пользователя, а сервер - на специальной выделенной машине. Наиболее распространены слеующие виды серверов: файл-серверы, серверы баз данных, серверы печати, серверы электронной почты, Web-сервер и другие. В последнее время интенсивно внедряются многофункциональные серверы приложений.

Клиент формирует запрос на сервер для выполнения соответствующих функций. Например, файл-сервер обеспечивает хранение данных общего поль-зования, организует доступ к ним и передает данные клиенту. Обработка данных распределяется в том или ином соотношении между сервером и клиентом. В последнее время долю обработки, приходящуюся на клиента, стали называть "толщиной" клиента.

Развитие архитектуры "клиент-сервер" происходит по спирали и в

настоящее время намечается тенденция централизации вычислений, то есть замены "толстых" клиентов - рабочих станций на основе высокопроизводительных ПЭВМ, оснащенных мощным программным обеспечением для поддержки прикладных программ, мультимедийных средств, навигационного и графического интерфейса - "тонкими" клиентами. Историческими предшественниками "тонких" клиентов были алфавитно-цифровые терминалы, подключавшиеся к главным ЭВМ, или мэйнфреймам (mainframe) через специализированные интерфейсы или универсальные последовательные порты.

Мэйнфреймы - классический пример централизации вычислений, поскольку в едином комплексе были сконцентрированы все вычислительные ресурсы, хранение и обработка огромных массивов данных. Основные достоинства централизованной архитектуры - простота администрирования и защиты информации. Все терминалы были однотипными - следовательно, устройства на рабочих местах пользователей вели себя предсказуемо и в любой момент могли бы быть заменены, затраты на обслуживание терминалов и линий связи также легко прогнозировались /3/.

С появлением персональных компьютеров, стало возможным иметь вычислительные и информационные ресурсы на рабочем столе пользователя и управлять ими по собственному разумению с помощью цветного оконного графического интерфейса. Увеличение производительности ПК позволило перенести части системы (интерфейс с пользователем, прикладную логику) для выполнения на персональном компьютере, непосредственно на рабочем месте, а функции обработки данных оставить на центральном компьютере. Система стала распределенной - одна часть функций выполняется на центральном компьютере, другая - на персональном, который связан с центральным посредством коммуникационной сети. Таким образом, появилась клиент-серверная модель взаимодействия компьютеров и программ в сети и на этой основе стали развиваться средства разработки приложений для реализации ин-формационных систем.

Однако двухуровневая архитектура "клиент-сервер" имеет такие существенные недостатки, как сложность администрирования и низкая ин-формационная безопасность, особенно заметные при сравнении ее с централи-зованной архитектурой мэйнфреймов (таблица 1).

Таблица 1 - Сравнение централизованной архитектуры мэйнфреймов и двухуровневой архитектуры "клиент-сервер"

Централизованная архитектура мэйнфреймов	Двухуровневая архитектура "клиент-сервер"
Вся информационная система на центральном компьютере	Систему, состоящую из большого числа разнотипных компьютеров, на которых работают разнородные приложения, трудно администрировать
На рабочих местах простые устройства доступа, дающие возможность пользователю управлять процессами в информационной системе	Компьютеры сложны в конфигурировании и поиске неисправностей, стоимость обслуживания достаточно высока
Устройство доступа общается с центральным компьютером посредством простого, аппаратно реализованного протокола	Компьютер весьма уязвим для вирусов и несанкционированного доступа

Классификация вычислительных сетей

На сегодня нет общепризнанной классификации сетей. Есть два общепризнанных фактора для их различения: технология передачи и масштаб .

Есть два основных типа технологий передачи, используемые в сетях:

вещание (от одного ко многим);

точка-точка.

Сети типа вещание имеют единый канал передачи данных, который используют все машины сети. Пакет, отправленный какой-то машиной, получают все другие машины сети. В определенном поле пакета указан адрес получателя. Каждая машина проверяет это поле и если она обнаруживает в этом поле свой адрес, она приступает к обработке этого пакета; если в этом поле не ее адрес, то она просто игнорирует этот пакет.

Сети типа вещание, как правило, имеют режим, когда один пакет адресуется всем машинам в сети. Это, так называемый, режим широкого вещания. Есть в таких сетях режим группового вещания - один и тот же пакет получают машины принадлежащие к определенной группе в сети.

Сети точка-точка соединяют каждую пару машин индивидуальным каналом. Поэтому, прежде чем пакет достигнет адресата, он проходит через несколько промежуточных машин. В этих сетях возникает потребность в маршрутизации. От ее эффективности зависит скорость доставки сообщений, распределение нагрузки в сети.

Сети типа вещание, как правило, используются на географически небольших территориях. Сети точка-точка - для построения крупных сетей, охватывающих большие регионы /4/.

Масштаб сети - другой критерий для классификации сетей. Протяженность связи, которую обеспечивает вычислительная сеть, может быть различной: в пределах одного помещения, здания, предприятия, региона, континента или всего мира.

К локальным сетям - Local Area Networks (LAN ) - относят сети компьютеров, сосредоточенные на небольшой территории (обычно в радиусе не более 1-2 км). В общем случае локальная сеть представляет собой коммуникационную систему, принадлежащую одной организации. Из-за коротких расстояний в локальных сетях имеется возможность использования относительно дорогих высококачественных линий связи, которые позволяют, применяя простые методы передачи данных, достигать высоких скоростей обмена данными порядка 100 Мбит/с. В связи с этим услуги, предоставляемые локальными сетями, отличаются широким разнообразием и обычно предусматривают реализацию в режиме on-line.

Глобальные сети - Wide Area Networks (WAN ) - объединяют территориально рассредоточенные компьютеры, которые могут находиться в различных городах и странах. Так как прокладка высококачественных линий связи на большие расстояния обходится очень дорого, в глобальных сетях часто используются уже существующие линии связи, изначально предназначенные совсем для других целей. Например, многие глобальные сети строятся на основе телефонных и телеграфных каналов общего назначения. Из-за низких скоростей таких линий связи в глобальных сетях (десятки килобит в секунду) набор предоставляемых услуг обычно ограничивается передачей файлов, преимущественно не в оперативном, а в фоновом режиме, с использованием электронной почты. Для устойчивой передачи дискретных данных по некачественным линиям связи применяются методы и оборудование, существенно отличающиеся от методов и оборудования, характерных для

локальных сетей. Как правило, здесь применяются сложные процедуры контроля и восстановления данных, так как наиболее типичный режим передачи данных по территориальному каналу связи связан со значительными искажениями сигналов.

Городские сети (или сети мегаполисов) - Metropolitan Area Networks (MAN ) - являются менее распространенным типом сетей. Эти сети появились сравнительно недавно. Они предназначены для обслуживания территории крупного города - мегаполиса. В то время как локальные сети наилучшим образом подходят для разделения ресурсов на коротких расстояниях и широковещательных передач, а глобальные сети обеспечивают работу на больших расстояниях, но с ограниченной скоростью и небогатым набором услуг, сети мегаполисов занимают некоторое промежуточное положение. Они используют цифровые магистральные линии связи, часто оптоволоконные, со скоростями от 45 Мбит/с, и предназначены для связи локальных сетей в масштабах города и соединения локальных сетей с глобальными. Эти сети первоначально были разработаны для передачи данных, но также они поддерживают и такие услуги, как видеоконференции и интегральную передачу голоса и текста. Развитие технологии сетей мегаполисов осуществлялось местными телефонными компаниями.

Локальные вычислительные сети

Локальные вычислительные сети (ЛВС) получили в настоящее время широкое распространение из-за небольшой сложности и невысокой стоимости. Они используются при автоматизации коммерческой, банковской деятельности, а также для создания распределенных, управляющих и информационно-справочных систем. ЛВС имеют модульную организацию (рисунок 7):

Их основные компоненты - это

Серверы – это аппаратно-программные комплексы, которые исполняют функции управления распределением сетевых ресурсов общего доступа,

рабочие станции – это компьютеры, осуществляющие доступ к сетевым ресурсам, предоставляемым сервером,

физическая среда передачи данных (сетевой кабель)– это коаксиальные и оптоволоконные кабели, витые пары проводов, а также беспроводные каналы связи (инфракрасное излучение, лазеры, радиопередача).

Выделяется два основных типа локальных вычислительных сетей: одноранговые и на основе сервера. Различия между ними имеют принципиальное значение, так как определяют разные возможности этих сетей.

Одноранговые сети. В этих сетях все компьютеры равноправны: нет иерархии среди них; нет выделенного сервера. Как правило, каждый ПК функционирует и как рабочая станция (РС), и как сервер, то есть нет ПК ответственного за администрирование всей сети. Все пользователи решают сами, какие данные и ресурсы на своем компьютере сделать общедоступными по сети.

Рабочая группа – это небольшой коллектив, объединенный общей целью и интересами. Поэтому в одноранговых сетях чаще всего не более 10 компьютеров. Эти сети относительно просты, так как каждый ПК является одновременно и РС, и сервером. Нет необходимости в мощном центральном сервере или в других компонентах, обязательных для более сложных сетей.

В такие операционные системы, как MS Widows NT for Workstation, MS Widows 95/98, Widows 2000 встроена поддержка одноранговых сетей. Поэтому, чтобы установить одноранговую сеть, дополнительного программного обеспечения не требуется, а для объединения компьютеров применяется простая кабельная система.

Несмотря на то, что одноранговые сети вполне удовлетворяют потребностям небольших фирм, возникают ситуации, когда их использование является неуместным. В этих сетях защита предполагает установку пароля на разделяемый ресурс (например, каталог). Централизованно управлять защитой в одноранговой сети очень сложно, так как:

пользователь устанавливает ее самостоятельно;

«общие» ресурсы могут находиться на всех ПК, а не только на центральном сервере.

Такая ситуация – угроза для всей сети; кроме того, некоторые пользователи могут вообще не установить защиту. Если вопросы конфиденциальности являются для фирмы принципиальными, то такие сети применять не рекомендуется. Кроме того, так как в этих ЛВС каждый ПК работает и как РС, и как сервер, пользователи должны обладать достаточным уровнем знаний, чтобы работать и как пользователи, и как администраторы своего компьютера.

Сети на основе сервера. При подключении более 10 пользователей одноранговая сеть может оказаться недостаточно производительной. Поэтому большинство сетей используют выделенные серверы. Выделенными называются такие серверы, которые функционируют только как сервер (исключая функции РС или клиента). Они специально оптимизированы для быстрой обработки

запросов от сетевых клиентов и для управления защитой файлов и каталогов.

Круг задач, которые выполняют серверы, многообразен и сложен. Чтобы приспособиться к возрастающим потребностям пользователей, серверы в ЛВС стали специализированными. Так, например, в операционной системе Windows NT Server существуют различные типы серверов:

Файл-серверы и принт-серверы. Они управляют доступом пользователей к файлам и принтерам.

Серверы приложений (в том числе сервер баз данных, Web–сервер). На них выполняются прикладные части клиент серверных приложений (программ).

Почтовые серверы – управляют передачей электронных сообщений между пользователями сети.

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

Коммуникационные серверы – управляют потоком данных и почтовых сообщений между данной ЛВС и другими сетями или удаленными пользователями через модем и телефонную линию. Они же обеспечивают доступ к Интернет.

Сервер служб каталогов – предназначен для поиска, хранения и защиты информации в сети. Windows NT Server объединяет PC в логические группы-домены, система защиты которых наделяет пользователей различными правами доступа к любому сетевому ресурсу.

Сети отделов, кампусов, корпоративные сети

Еще одним популярным способом классификации сетей является их классификация по масштабу производственного подразделения, в пределах которого действует сеть. Различают сети отделов, сети кампусов и корпоративные сети.

Сети отделов - это сети, которые используются сравнительно небольшой группой сотрудников, работающих в одном отделе предприятия. Эти сотрудники решают некоторые общие задачи, например, ведут бухгалтерский учет или занимаются маркетингом. Считается, что отдел может насчитывать до 100-150 сотрудников.

Главной целью сети отдела является разделение локальных ресурсов, таких как приложения, данные, лазерные принтеры и модемы. Обычно сети отделов имеют один или два файловых сервера и не более тридцати пользователей. Сети отделов обычно не разделяются на подсети. В этих сетях локализуется большая часть трафика предприятия. Сети отделов обычно создаются на основе какой-либо одной сетевой технологии - Ethernet, Token Ring

Задачи управления сетью на уровне отдела относительно просты: добавление новых пользователей, устранение простых отказов, инсталляция новых узлов и установка новых версий программного обеспечения. Такой сетью может управлять сотрудник, посвящающий обязанностям

администратора только часть своего времени. Чаще всего администратор сети отдела не имеет специальной подготовки, но является тем человеком в отделе, который лучше всех разбирается в компьютерах, и само собой получается так, что он занимается администрированием сети.

Существует и другой тип сетей, близкий к сетям отделов, - сети рабочих групп . К таким сетям относят совсем небольшие сети, включающие до 10-20 компьютеров. Характеристики сетей рабочих групп практически не отличаются от описанных выше характеристик сетей отделов. Такие свойства, как простота сети и однородность, здесь проявляются в наибольшей степени, в то время как сети отделов могут приближаться в некоторых случаях к следующему по масштабу типу сетей - сетям кампусов.

Сети кампусов получили свое название от английского слова campus -студенческий городок. Именно на территории университетских городков часто возникала необходимость объединения нескольких мелких сетей в одну большую сеть. Сейчас это название не связывают со студенческими городками, а используют для обозначения сетей любых предприятий и организаций.

Главными особенностями сетей кампусов являются следующие. Сети этого типа объединяют множество сетей различных отделов одного предприятия в пределах отдельного здания или в пределах одной территории, покрывающей площадь в несколько квадратных километров. При этом глобальные соединения в сетях кампусов не используются. Службы такой сети включают взаимодействие между сетями отделов, доступ к общим базам данных предприятия, доступ к общим факс-серверам, высокоскоростным модемам и высокоскоростным принтерам. В результате сотрудники каждого отдела предприятия получают доступ к некоторьм файлам и ресурсам сетей других отделов. Важной службой, предоставляемой сетями кампусов, стал доступ к корпоративным базам данных независимо от того, на каких типах компьютеров они располагаются.

Именно на уровне сети кампуса возникают проблемы интеграции неоднородного аппаратного и программного обеспечения. Типы компьютеров, сетевых операционных систем, сетевого аппаратного обеспечения могут отличаться в каждом отделе. Отсюда вытекают сложности управления сетями

кампусов. Администраторы должны быть в этом случае более квалифицированными, а средства оперативного управления сетью - более совершенными.

Корпоративные сети называют также сетями масштаба предприятия. Сети масштаба предприятия (корпоративные сети) объединяют большое количество компьютеров на всех территориях отдельного предприятия. Они могут быть сложно связаны и покрывать город, регион или даже континент. Число пользователей и компьютеров может измеряться тысячами, а число серверов - сотнями, расстояния между сетями отдельных территорий могут оказаться такими, что становится необходимым использование глобальных связей. Для соединения удаленных локальных сетей и отдельных компьютеров в корпоративной сети применяются разнообразные телекоммуникационные средства, в том числе телефонные каналы, радиоканалы, спутниковую связь. Корпоративную сеть можно представить в виде «островков локальных сетей», плавающих в телекоммуникационной среде.

В корпоративной сети обязательно будут использоваться различные типы компьютеров - от мэйнфреймов до персоналок, несколько типов операционных

систем и множество различных приложений. Неоднородные части корпоративной сети должны работать как единое целое, предоставляя пользователям по возможности прозрачный доступ ко всем необходимым ресурсам.

При объединении отдельных сетей крупного предприятия, имеющего филиалы в разных городах и даже странах, в единую сеть многие количественные характеристики объединенной сети превосходят некоторый критический порог, за которым начинается новое качество.

Рисунок – Пример корпоративной сети

Наиболее простой способ ее решения - помещение учетных данных каждого пользователя в локальную базу учетных данных каждого компьютера, к ресурсам которого пользователь должен иметь доступ. При попытке доступа эти данные извлекаются из локальной учетной базы и на их основе доступ предоставляется или не предоставляется. Для небольшой сети, состоящей из 5-10 компьютеров и примерно такого же количества пользователей, такой способ работает очень хорошо. Но если в сети насчитывается несколько тысяч пользователей, каждому из которых нужен доступ к нескольким десяткам

серверов, то, очевидно, это решение становится крайне неэффективным. Администратор должен повторить несколько десятков раз операцию занесения учетных данных пользователя. Сам пользователь также вынужден повторять процедуру логического входа каждый раз, когда ему нужен доступ к ресурсам нового сервера. Хорошее решение этой проблемы для крупной сети -использование централизованной справочной службы, в базе данной которой хранятся учетные записи всех пользователей сети. Администратор один раз выполняет операцию занесения данных пользователя в эту базу, а пользователь один раз выполняет процедуру логического входа, причем не в отдельный сервер, а в сеть целиком.

При переходе от более простого типа сетей к более сложному - от сетей отдела к корпоративной сети - сеть должна быть все более надежной и отказоустойчивой, при этом требования к ее производительности также существенно возрастают. По мере увеличения масштабов сети увеличиваются и ее функциональные возможности. По сети циркулирует все возрастающее количество данных, и сеть должна обеспечивать их безопасность и защищенность наряду с доступностью. Соединения, обеспечивающие взаимодействие, должны быть более прозрачными. При каждом переходе на следующий уровень сложности компьютерное оборудование сети становится все более разнообразным, а географические расстояния увеличиваются, делая достижение целей более сложным; более проблемным и дорогостоящим становится управление такими соединениями.

Сетевые топологии и методы доступа к среде передачи данных

Топология сети характеризует взаимосвязи и пространственное распо-ложение друг относительно друга компонентов сети - сетевых компьютеров (хостов), рабочих станций, кабелей и других активных и пассивных устройств.

Топологии сетей можно разделить на две основные группы: полносвязные и неполносвязные.

Топология влияет на:

состав и характеристики оборудования сети;

возможности расширения сети;

способ управления сетью.

Все сети строятся на основе трех базовых топологий:

• звезда (star);

  кольцо (ring).

Метод доступа к среде передачи данных определяет, каким образом раз-деляемый ресурс - сетевой кабель - предоставляется узлам сети для осуществления актов передачи данных. Основные методы доступа к среде передачи данных:

состязательный метод (множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий - CSMA/CD);

с передачей маркера;

по приоритету запроса.

Даже в век развития компьютерных сетей и сетевых технологий время от времени возникает задача переноса файлов с одного компьютера на другой, но встречаются машины, не связанные ни локальной, ни глобальной сетью. Производители компьютеров, как настольных, так и портативных, предусмотрительно оснастили свою продукцию набором интерфейсов ввода-вывода, предназначенных для подключения разнообразных периферийных устройств или собратьев-компьютеров.

Самыми популярными интерфейсами ввода-вывода являются последовательные (COM) и параллельные (LPT) порты. К последовательным чаще подключаются устройства, которые должны не только передавать информацию в компьютер, но и принимать ее - например, мышь, модем, сканер. Всеми устройствами, которым необходима двунаправленная связь с компьютером, используется стандартный последовательный порт RS232C (Reference Standart number 232 revision C), который позволяет передавать данные между несовместимыми устройствами. Классическое соединение двух компьютеров выполняется нуль-модемным кабелем и обеспечивает скорость передачи данных не более 115,2 Кбит/с. Кабель для такого соединения несложно изготовить самостоятельно.

Параллельные порты обычно используются для подключения принтеров и работают в однонаправленном режиме, хотя могут передавать информацию в обоих направлениях. Отличие двунаправленного порта от однонаправленного не только в толщине кабеля, но и в самом интерфейсе. Возможность переключения параллельного порта в двунаправленный режим можно проверить в настройках CMOS. Расширенный параллельный порт (ECP) обеспечивает скорость передачи данных не более 2,5 Мбит/с и является самым дешевым и доступным решением.
Портативные компьютеры и другие устройства иногда оснащаются инфракрасным IrDA-портом ввода-вывода. Современные мобильные устройства поддерживают скорость передачи данных до 4 Мбит/с, но даже у старых моделей с IrDA-портом скорость передачи достигала 1 Мбит/с. В настоящее время для настольных и портативных компьютеров разработано два высокоскоростных устройства с последовательной шиной, получивших название USB (Universal Serial Bus - универсальная последовательная шина) и IEEE 1394, называемая также i.Link или FireWare.

Практически любой современный компьютер имеет разъемы подключения USB. В разработке этого стандарта принимали участие семь компаний: Digital Equipment, IBM, Intel, Compaq, NEC, Microsoft и Northern Telecom. На физическом уровне кабель представляет собой две скрученные пары проводников: по одной передаются данные в двух направлениях, вторая является линией питания (+5 В), обеспечивающей ток до 500 мА, благодаря чему USB позволяет применять периферийные устройства без блока питания. Скорость передачи данных составляет 12 Мбит/с - это даже выше 10 Мбит/с LAN. Но величина затухания сигнала в USB гораздо выше, поэтому расстояние между подключенными устройствами ограничивается несколькими метрами. USB-порты лишены несовместимости, которая иногда встречается у СOM- или LPT-портов. Все подключенные через USB устройства конфигурируются автоматически (PnP) и допускают горячее Hot Swap включение/выключение.
К одному компьютеру теоретически можно подсоединить до 127 устройств через цепочку концентраторов по топологии "звезда". На практике это число ниже - не более 16-17 - ограничительными факторами выступают сила тока и пропускная способность шины. Передача данных по шине может осуществляться как в асинхронном, так и в синхронном режиме.
Скоростные характеристики различных портов ввода-вывода: скорость передачи данных (Мбит/сек) USB - 12; IrDA - 4; LPT (ECP) - 2,5; COM - 0,115
Организовать связь между двумя компьютерами можно посредством стандартного комплекта ПО, встроенного в Windows. Это Direct Cable Connection (DCC) - прямое кабельное соединение по параллельному или последовательному порту. Но оно не всегда будет успешным из-за неполной аппаратной совместимости СOM- или LPT-портов в соединяемых машинах.

Для соединения двух компьютеров по USB нельзя использовать простой кабель USB A-A. Потребуется специальный кабель USB Smart Link, который оснащен оптронной развязкой и специальной микросхемой-контроллером, выполняющей функцию моста (bridge).
Установка и конфигурация драйвера осуществляется автоматически, после установки драйверов устройство сразу готово к работе, потребуется только установить программу - что-то вроде менеджера файлов. В комплекте с кабелем и драйвером обычно поставляется программа USB Link. Она позволяет передавать файлы от одного компьютера к другому, имеет простой интерфейс, который разделен на два окна: свой компьютер и удаленный. В правом нижнем углу программы есть два индикатора, зеленый цвет которых свидетельствует об установлении полнодуплексной связи. При запуске она автоматически производит поиск устройства USB Smart Link и пытается обнаружить удаленный компьютер и запущенную на нем аналогичную программу. После этого происходит полная синхронизация файловых систем на всех дисках обоих компьютеров. Программа работает в режиме Hot Swap, при отключении и подключении второго компьютера срабатывает автоматически. К сожалению, поставляемый драйвер стабильно работает и без проблем устанавливается только под операционной системой Windows 98 SE, но зато в этой "тарелке" обеспечивается высокая скорость передачи данных, а также простота настройки и подключения.
Еще одно решение для соединения между собой двух компьютеров предоставляет PC-Link USB Bridge Cable Link-100. Это USB-кабель с разъемами типа А с обеих сторон и утолщением, в котором смонтирована плата на чипсете компании Prolific. Вместе с драйвером устанавливается программа PC-Linq - разновидность Link Commander. Работа и внешний вид программы аналогичны USB Link, но у нее есть преимущества в поддержке операционных систем Windows XP и Windows 2000.

Скорость обмена данными между компьютерами значительно превышает скорость соединения через последовательный и даже параллельный порт и сопоставима со скоростью работы локальной сети на 10 Мбит/с. Успешно решаются задачи регулярной перекачки как малого, так и значительного объема файлов, например, между портативным и настольным компьютером.
Разумеется, такой набор полезных функций может показаться недостаточным. А как же поддержка работы компьютерных игр, совместные сетевые ресурсы и доступ всех пользователей к одному каналу Интернет? Все это становится возможным с помощью другого устройства - модели Link-200. Она позволит организовать на основе USB-связи одноранговую сеть, к которой можно подключить до 16 компьютеров. Link-200 использует контроллер и драйверы от фирмы AnchorChips. Устройство представляет собой небольшую полупрозрачную коробочку с интегрированным в нее кабелем USB A. На другой стороне коробочка снабжена USB-разъемом типа B. В комплекте поставляется кабель A-B и дискета с драйверами.
Для построения сети используется топология типа "звезда". Один компьютер выполняет роль ведущего, а остальные находятся под его управлением. Это связано с тем, что сеть на основе EZ-Link имеет свою внутреннюю структуру из собственных цифровых имен и через драйверы, которые являются бриджами, подключаются к обычной сети. Есть возможность совместно использовать принтеры и другую периферию, как в обычной локальной сети. Также можно использовать этот кабель для подключения портативного компьютера к корпоративной сети. Для этого потребуется компьютер, уже подключенный к сети и имеющий свободный USB-порт. В данной конфигурации настольный компьютер будет работать как шлюз между корпоративной и USB-сетями.

Как обычно для USB-устройств, установка очень простая. Программа автоустановки установит необходимые драйверы и программное обеспечение EZ-Link manager. Если на вашем компьютере до этого не была установлена сеть, то вам придется ввести имя компьютера, под которым он будет виден в сети. После установки драйверов необходимо перезагрузить компьютер и только после этого подключить Link 200 к свободному порту. В настройках драйвера Link 200 в разделе Advanced можно изменить уникальный номер компьютера, под которым он виден в USB-сети на основе Link 200.
EZ-Link manager будет запускаться при каждой загрузке компьютера. Если компьютер не подключен к сети, иконка будет серой, а после подключения кабеля Link 200 к USB-портам двух компьютеров он автоматом определит наличие связи, активирует сетевое соединение, и иконка сменит цвет на синий. Работа с сетью на основе адаптеров Link 200 полностью идентична работе с обычной сетью: можно подключать сетевые диски и прочие сетевые ресурсы, запускать сетевые игры через протокол TCP/IP или IPX.
Таким образом, Link 200 дает возможность создать полнофункциональную сеть при минимальных затратах. Установка и настройка драйверов осуществляется очень просто. При сравнительно небольшой цене за комплект для соединения двух машин Link 200 создает серьезную конкуренцию обычным сетевым картам. К сожалению, данное решение пока работает только под Windows 98/95, но производители обещают выпустить драйверы и под Windows 2000.

Еще одно устройство, USBNet, позволяет соединить два компьютера, построив сеть без установки сетевых карт. Минимальные требования к компьютерам - Windows 98 и наличие USB. При использовании USBNet компьютеры в сети получают возможность совместного использования файлов, программ и периферийного оборудования: дисководов гибких и жестких дисков, CD-ROM, принтеров, сканеров, модемов. USBNet - это идеальное решение для небольших офисов, сетевых игр и небольших домашних сетей. Количество пользователей в такой сети может достигать 17. Скорость передачи данных до 5 Мб/сек. Устанавливается специалный протокол соединения USB, имеется поддержка TCP/IP и других сетевых протоколов. Устройство устанавливается как адаптер локальной сети.

USB Smart link позволяет соединять для работы не только PC и PC, но и PC/Mac, Mac/Mac. При подключении через USBLink достаточно установить драйвер устройства на оба компьютера и программу USB Bridge cable. С помощью этой программы можно переносить файлы и папки с одного компьютера на другой примерно так, как это происходит в любом из файловых менеджеров. Но копирование файлов можно производить только в одну сторону - одновременно не получится. Кстати, USBNet лишен этого недостатка. Драйвер устройства, все необходимые сетевые протоколы и службы доступа устанавливаются автоматически. Специфические протоколы, именуемые чаще всего USB-USB Bridge net, необходимо установить только на внешний компьютер, у которого есть подключение к локальной сети, причем установка произойдет автоматом - вам нужно лишь согласиться с запросом: да или нет. Недостаток USBNet - низкая скорость прокачки: при заявленных 5 Мбит/с чаще всего получается 3 Мбит/с. Но это компенсируется возможностью доступа не только к файлам, но и к приложениям второго компьютера, а также использование по сети принтера, сканера и других периферийных устройств. Различия в операционных системах и процессорах соединяемых компьютеров на их работу не влияют.

Екатерина Грень