Компоненты вычислительных сетей

27

РЕФЕРАТ

На тему: «Компоненты вычислительных сетей»

2009

Содержание

Введение

Глава 1. Введение в вычислительные сети

1.1 Понятие вычислительной сети

1.2 Классификация вычислительных сетей

1.3 Логическая и физическая структуры вычислительной сети

1.4 Особенности организации вычислительных сетей

1.5 Физическая передающая среда вычислительных сетей

1.6 Типовые топологии вычислительных сетей

Глава 2. Компоненты вычислительных сетей

2.1 Аппаратные компоненты локальных вычислительных сетей

2.2 Программные компоненты вычислительных сетей

Заключение

Список литературы

Введение

Современные информационные системы продолжают возникшую в конце 70-х гг. тенденцию распределенной обработки данных. Начальным этапом развития таких систем явились многомашинные ассоциации - совокупность вычислительных машин различной производительности, объединенных в систему с помощью каналов связи. Высшей стадией систем распределенной обработки данных являются компьютерные (вычислительные) сети различных уровней - от локальных до глобальных.

Компьютерные сети и сетевые технологии обработки информации стали основой для построения современных информационных систем. Компьютер ныне следует рассматривать не как отдельное устройство обработки, а как «окно» в компьютерные сети, средство коммуникаций с сетевыми ресурсами и другими пользователями сетей.

Достоинства компьютерных сетей обусловили их широкое распространение в информационных системах кредитно-финансовой сферы, органов государственного управления и местного самоуправления, предприятий и организаций.

1. Введение в вычислительные сети

1.1 Понятие вычислительной сети

Вычислительная сеть - это совокупность ЭВМ, объединённых средствами передачи данных. Средства передачи данных в ВС в общем случае состоят из следующих элементов: связных ЭВМ, каналов связи (спутниковых, телефонных, волоконно-оптических и др.), коммутирующей аппаратуры и др.

Сети предназначены для выполнения многих задач, в том числе:

Ш организация совместного использования файлов для повышения целостности информации;

Ш организация совместного использования периферийных устройств, например, принтеров, для уменьшения общих расходов на оборудование офиса;

Ш обеспечения централизованного хранения данных для облегчения их защиты и архивирования.

1.2 Классификация вычислительных сетей

В зависимости от территориального расположения абонентских систем вычислительные сети можно разделить на три основных класса:

§ глобальные сети (WAN -- Wide Area Network);

§ региональные сети (MAN -- Metropolitan Area Network);

§ локальные сети (LAN -- Local Area Network).

Глобальная вычислительная сеть объединяет абонентов, расположенных в различных странах, на различных континентах. Взаимодействие между абонентами такой сети может осуществляться на базе телефонных линий связи, радиосвязи и систем спутниковой связи. Глобальные вычислительные сети позволят решить проблему объединения информационных ресурсов всего человечества и организации доступа к этим ресурсам. Internet - глобальная компьютерная сеть, охватывающая весь мир. Сегодня Internet имеет около 15 миллионов абонентов в более чем 150 странах мира. Ежемесячно размер сети увеличивается на 7-10%. Internet образует как бы ядро, обеспечивающее связь различных информационных сетей, принадлежащих различным учреждениям во всем мире, одна с другой.

Если ранее сеть использовалась исключительно в качестве среды передачи файлов и сообщений электронной почты, то сегодня решаются более сложные задачи распределенного доступа к ресурсам. Около трёх лет назад были созданы оболочки, поддерживающие функции сетевого поиска и доступа к распределенным информационным ресурсам, электронным архивам.

Internet, служившая когда-то исключительно исследовательским и учебным группам, чьи интересы простирались вплоть до доступа к суперкомпьютерам, становится все более популярной в деловом мире.

Региональная вычислительная сеть связывает абонентов, расположенных на значительном расстоянии друг от друга. Она может включать абонентов внутри большого города, экономического региона, отдельной страны. Обычно расстояние между абонентами региональной вычислительной сети составляет десятки -- сотни километров.

Локальная вычислительная сеть объединяет абонентов, расположенных в пределах небольшой территории, В настоящее время не существует четких ограничений на территориальный разброс абонентов локальной вычислительной сети. Обычно такая сеть привязана к конкретному месту. К классу локальных вычислительных сетей относятся сети отдельных предприятий, фирм, банков, офисов и т.д. Благодаря относительно небольшим длинам линий связи (как правило, не более 300 метров), по ЛC можно передавать информацию в цифровом виде с высокой скоростью передачи. На больших расстояниях такой способ передачи неприемлем из-за неизбежного затухания высокочастотных сигналов, в этих случаях приходится прибегать к дополнительным техническим (цифро-аналоговым преобразованиям) и программным (протоколам коррекции ошибок и др.) решениям. Характерная особенность ЛС - наличие связывающего всех абонентов высокоскоростного канала связи для передачи информации в цифровом виде.

Объединение глобальных, региональных и локальных вычислительных сетей позволяет создавать многосетевые иерархии. Они обеспечивают мощные, экономически целесообразные средства обработки огромных информационных массивов и доступ к неограниченным информационным ресурсам. Локальные вычислительные сети могут входить как компоненты в состав региональной сети, региональные сети -- объединяться в составе глобальной сети и, наконец, глобальные сети могут также образовывать сложные структуры.

Так же, в последнее время специалисты выделяют такой вид сети, как банковская, которая представляет собой частный случай корпоративной сети крупной компании. Очевидно, что специфика банковской деятельности предъявляет жесткие требования к системам защиты информации в компьютерных сетях банка. Не менее важную роль при построении корпоративной сети играет необходимость обеспечения безотказной и бесперебойной работы, поскольку даже кратковременный сбой в ее работе может привести к гигантским убыткам.

По принадлежности различают ведомственные и государственные сети.

Ш Ведомственные принадлежат одной организации и располагаются на ее территории.

Ш Государственные сети - сети, используемые в государственных структурах.

По принадлежности различают ведомственные и государственные сети. Ведомственные принадлежат одной организации и располагаются на ее территории. Государственные сети - сети, используемые в государственных структурах. По скорости передачи информации компьютерные сети делятся на низко-, средне- и высокоскоростные.

Так же сети классифицируются по методу доступа.

Типичная среда передачи данных в ЛВС - отрезок (сегмент) кабеля. К нему через аппаратуру окончания канала данных подключаются узлы - компьютеры и возможно общее периферийное оборудование. Поскольку среда передачи данных общая, а запросы на сетевые обмены у узлов появляются асинхронно, то возникает проблема разделения общей среды между многими узлами, другими словами, проблема обеспечения доступа к сети.

Доступом к сети называют взаимодействие станции (узла сети) со средой передачи данных для обмена информацией с другими станциями. Управление доступом к среде - это установление последовательности, в которой станции получают доступ к среде передачи данных.

Различают случайные и детерминированные методы доступа. Среди случайных методов наиболее известен метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением конфликтов. Англоязычное название метода - Collision Detection (CSMA/CD). Протокол CSMA/CD воплотил в себе идеи вышеперечисленных алгоритмов и добавил важный элемент - разрешение коллизий. Поскольку коллизия разрушает все передаваемые в момент ее возникновения кадры, то и нет смысла станциям продолжать дальнейшую передачу своих кадров, коль скоро они (станции) обнаружили коллизии. В противном случае, значительной была бы потеря времени при передаче длинных кадров. Поэтому для своевременного обнаружения коллизии станция прослушивает среду на всем протяжении собственной передачи.

В зависимости от способа управления различают сети:

"клиент/сервер" - в них выделяется один или несколько узлов (их название - серверы), выполняющих в сети управляющие или специальные обслуживающие функции, а остальные узлы (клиенты) являются терминальными, в них работают пользователи. Сети клиент/сервер различаются по характеру распределения функций между серверами, другими словами по типам серверов (например, файл-серверы, серверы баз данных). При специализации серверов по определенным приложениям имеем сеть распределенных вычислений. Такие сети отличают также от централизованных систем, построенных на мэйнфреймах;

одноранговые - в них все узлы равноправны; поскольку в общем случае под клиентом понимается объект (устройство или программа), запрашивающий некоторые услуги, а под сервером - объект, предоставляющий эти услуги, то каждый узел в одноранговых сетях может выполнять функции и клиента, и сервера.

Наконец появилась сетецентрическая концепция, в соответствии с которой пользователь имеет лишь дешевое оборудование для обращения к удаленным компьютерам, а сеть обслуживает заказы на выполнение вычислений и получения информации. То есть пользователю не нужно приобретать программное обеспечение для решения прикладных задач, ему нужно лишь платить за выполненные заказы. Подобные компьютеры называют тонкими клиентами или сетевыми компьютерами.

В зависимости от того, одинаковые или неодинаковые ЭВМ применяют в сети, различают сети однотипных ЭВМ, называемые однородными, и разнотипных ЭВМ - неоднородные (гетерогенные). В крупных автоматизированных системах, как правило, сети оказываются неоднородными.

Рассмотренные выше виды сетей являются сетями закрытого типа, доступ к ним разрешен только ограниченному кругу пользователей, для которых работа в такой сети непосредственно связана с их профессиональной деятельностью. Глобальные сети ориентированы на обслуживание любых пользователей.

1.3 Логическая и физическая структуры вычислительной сети

Логическая структура вычислительной сети состоит в том, что сетевая операционная система связывает все компьютеры и периферийные устройства в сети, координирует функции всех компьютеров и периферийных устройств в сети, обеспечивает защищённый доступ к данным и периферийным устройствам в сети. Сетевое программное обеспечение состоит из двух важнейших компонентов:

1) Сетевого программного обеспечения, устанавливаемого на компьютерах- клиентах.

2) Сетевого программного обеспечения, устанавливаемого на компьютерах- серверах.

Мосты, шлюзы, репитеры и маршрутизаторы.

Мосты и шлюзы, а также репитеры и маршрутизаторы это такие компоненты, которые служат для расширения сетей. С помощью них можно сегментировать локальные сети так, что каждый сегмент становится самостоятельной локальной сетью, объединять две локальные сети в одну, подключать сеть к другим сетям и компьютерным средам для объединения их в большую разнородную систему.

· Репитер восстанавливает ослабленные сигналы, он принимает затухающий сигнал из одного сегмента, восстанавливает его и передаёт в следующий сегмент. Для того чтобы данные через репитер поступали из одного сегмента в другой, каждый сегмент должен использовать одинаковые пакеты и протоколы. Другими словами, они не могут транслировать пакеты Ethernet в пакеты Token Ring. Но репитеры могут передавать пакеты из одного типа физического носителя в другой. Если репитер имеет соответствующие разъёмы, он примет пакет Ethernet, приходящий из сегмента на коаксиальном кабеле, и передаст его в сегмент на оптоволокне. Применение репитеров оправдано, когда при расширении сети необходимо преодолеть ограничения по длине сегмента или по количеству узлов.

· Мост, как и репитер, может соединять сегменты или вокальные сети рабочих групп. Но в отличие от репитера, мост также служит для разбиения сети, что помогает изолировать трафик.

Мосты решают следующие задачи:

- Увеличивают размер сети.

- Увеличивают максимальное количество компьютеров в сети.

- Разбивают перегруженную сеть на отдельные сегменты с уменьшенным трафиком. В итоге каждая подсеть работает более эффективно.

- Соединяют разнородные физические носители, такие, как витая пара и коаксиальный кабель.

- Соединяют разнородные сегменты сети, например Ethernet и Token Ring, и переносят между ними пакеты.

Мосты допускают использование в сети всех протоколов, не отличая при этом один протокол от другого. Поскольку любые протоколы могут работать через мосты, каждый компьютер должен определять, с какими протоколами он работает.

Мост выполняет следующие действия:

- “слушает” весь трафик.

- Проверяет адреса источника и получателя каждого пакета.

- Строит таблицу маршрутизации.

- Передаёт пакеты.

Передача пакетов осуществляется следующим образом:

если адресат не указан в таблице маршрутизации, мост передаёт пакет во все сегменты. Если адресат указан в таблице, мост передает пакет в этот сегмент (если сегмент получателя не совпадает с сегментом источника). Мосты изучают, куда следует направить данные. Когда пакеты передаются через мост, данные об адресах компьютеров сохраняются в оперативной памяти моста. Он использует эти данные для построения таблицы маршрутизации. В начале работы таблица пуста. С целью соединения двух локальных сетей, расположенных на значительном расстоянии друг от друга также используются два удалённых моста, которые подключают через синхронные модемы к выделенной телефонной линии.

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

Маршрутизаторы могут выполнять следующие функции мостов:

- фильтровать и изолировать трафик.

- соединять сегменты сети.

Однако маршрутизаторам доступно больше информации, чем мостам, и они используют её для оптимизации доставки пакетов. Принцип работы его заключается в том, что строится таблица маршрутизации, которая содержит сетевые адреса. Для каждого протокола, используемого в сети, строится своя таблица. Таблица помогает маршрутизатору определить адреса назначения для поступающих данных. Она включает следующую информацию:

- Все известные сетевые адреса.

- Способы связи с другими сетями.

- Возможные пути между маршрутизаторами.

- Стоимость передачи данных по этим путям.

Важное отличие маршрутизатора и моста в том, что таблица маршрутизации моста содержит адреса удалённых компьютеров, а таблица маршрутизации маршрутизатора содержит только номера сетей. Маршрутизаторы взаимодействуют с другими маршрутизаторами, а не с удалёнными компьютерами.

Воспринимая только адресованные сетевые пакеты, маршрутизаторы фильтруют некорректные данные и широковещательные пакеты, тем самым, уменьшая нагрузку на сеть. Адрес узда назначения маршрутизаторы не проверяют, они смотрят только на адрес сети и могут прослушивать сеть и определять, какие её части сильнее загружены. Маршрутизатор также устанавливает количество транзитов между сегментами сети.

Используя эту информацию, он выбирает маршрут передачи данных. Если один путь перегружен, он укажет альтернативный.

Маршрутизаторы подразделяются на два основных типа.

1)Статические

Они требуют, чтобы администратор вручную создал и сконфигурировал таблицу маршрутизации, а также указал каждый маршрут.

2)Динамические

Они автоматически определяют маршруты и поэтому требуют минимальной настройки и конфигурирования, динамические маршрутизаторы сложнее статических, так как анализируют информацию от других маршрутизаторов и для каждого пакета принимают отдельное решение о маршруте передачи через сеть.

· Шлюзы. Шлюзы обеспечивают связь между различными архитектурами и средами. Они переупаковывают и преобразуют данные, передаваемые из одной среды в другую, чтобы каждая среда могла понимать данные других сред. Шлюз в частности переупаковывает информацию в соответствии с требованиями системы назначения, изменяет формат сообщения, чтобы прикладная программа на принимающей стороне могла распознать данные.

Шлюз связывает две системы, которые используют разные:

- Коммуникационные протоколы

- Структуры и форматы данных

- Языки

- Архитектуры

Шлюзы создаются для выполнения конкретного типа задач, т.е. для конкретного типа преобразования данных. Шлюз принимает данные из одной среды, удаляет старый протокольный стек и переупаковывает их в протокольный стек системы назначения.

Обрабатывая данные, шлюз выполняет следующие операции:

- Извлекает данные из приходящих пакетов, пропуская их снизу вверх через полный стек протоколов передающей сети.

- Заново упаковывает полученные данные, пропуская сверху вниз через стек протоколов сети назначения.

Главное назначение шлюзов - осуществлять связь между персональными компьютерами и средой мэйнфреймов. В локальной сети один компьютер обычно выделяется на роль шлюза. Прикладные программы на настольных компьютерах через компьютер-шлюз получают доступ к мэйнфрейму. Таким образом, пользователи могут работать с ресурсами мэйнфрейма так же просто, как будто эти ресурсы принадлежат их собственным компьютерам.

1.4 Особенности организации вычислительных сетей

Функциональные группы устройств в сети

Основное назначение любой компьютерной сети - предоставление информационных и вычислительных ресурсов подключенным к ней пользователям.

С этой точки зрения локальную вычислительную сеть можно рассматривать как совокупность серверов и рабочих станций.

Ш Сервер - компьютер, подключенный к сети и обеспечивающий ее пользователей определенными услугами.

Серверы могут осуществлять хранение данных, управление базами данных, удаленную обработку заданий, печать заданий и ряд других функций, потребность в которых может возникнуть у пользователей сети. Сервер - источник ресурсов сети.

Ш Рабочая станция - персональный компьютер, подключенный к сети, через который пользователь получает доступ к ее ресурсам.

Рабочая станция сети функционирует как в сетевом, так и в локальном режиме. Она оснащена собственной операционной системой (MS DOS, Windows и т.д.), обеспечивает пользователя всеми необходимыми инструментами для решения прикладных задач.

Особое внимание следует уделить одному из типов серверов - файловому серверу (File Server). В распространенной терминологии для него принято сокращенное название - файл-сервер.

Файл-сервер хранит данные пользователей сети и обеспечивает им доступ к этим данным. Это компьютер с большой емкостью оперативной памяти, жесткими дисками большой емкости и дополнительными накопителями на магнитной ленте (стримерами).

Он работает под управлением специальной операционной системы, которая обеспечивает одновременный доступ пользователей сети к расположенным на нем данным.

Файл-сервер выполняет следующие функции: хранение данных, архивирование данных, синхронизацию изменений данных различными пользователями, передачу данных.

Для многих задач использование одного файл-сервера оказывается недостаточным. Тогда в сеть могут включаться несколько серверов. Возможно также применение в качестве файл-серверов мини-ЭВМ.

Управление взаимодействием устройств в сети

Информационные системы, построенные на базе компьютерных сетей, обеспечивают решение следующих задач: хранение данных, их обработка, организация доступа пользователей к данным, передача данных и результатов обработки данных пользователям.

В системах централизованной обработки эти функции выполняла центральная ЭВМ (Mainframe, Host). Компьютерные сети реализуют распределенную обработку данных. Обработка данных в этом случае распределена между двумя объектами: клиентом и сервером.

Клиент - задача, рабочая станция или пользователь компьютерной сети.

В процессе обработки данных клиент может сформировать запрос на сервер для выполнения сложных процедур, чтение файла, поиск информации в базе данных и т. д.

Сервер, определенный ранее, выполняет запрос, поступивший от клиента. Результаты выполнения запроса передаются клиенту. Сервер обеспечивает хранение данных общего пользования, организует доступ к этим данным и передает данные клиенту.

Клиент обрабатывает полученные данные и представляет результаты обработки в виде, удобном для пользователя. В принципе обработка данных может быть выполнена и на сервере. Для подобных систем приняты термины- системы клиент-сервер или архитектура клиент-сервер.

Архитектура клиент-сервер может использоваться как в одноранговых локальных вычислительных сетях, так и в сети с выделенным сервером.

Одноранговая сеть.

В такой сети нет единого центра управления взаимодействием рабочих станций и нет единого устройства для хранения данных. Сетевая операционная система распределена по всем рабочим станциям. Каждая станция сети может выполнять функции как клиента, так и сервера. Она может обслуживать запросы от других рабочих станций и направлять свои запросы на обслуживание в сеть.

Пользователю сети доступны все устройства, подключенные к другим станциям (диски, принтеры).

Достоинства одноранговых сетей:

o низкая стоимость и высокая надежность.

Недостатки одноранговых сетей:

o зависимость эффективности работы сети от количества станций

o сложность управления сетью

o сложность обеспечения защиты информации

o трудности обновления и изменения программного обеспечения станций

Сеть с выделенным сервером.

В сети с выделенным сервером один из компьютеров выполняет функции хранения данных, предназначенных для использования всеми рабочими станциями, управления взаимодействием между рабочими станциями и ряд сервисных функций.

Такой компьютер обычно называют сервером сети. На нем устанавливается сетевая операционная система, к нему подключаются все разделяемые внешние устройства -- жесткие диски, принтеры и модемы.

Взаимодействие между рабочими станциями в сети, как правило, осуществляется через сервер.

Достоинства сети с выделенным сервером

o надежная система защиты информации

o высокое быстродействие

o отсутствие ограничений на число рабочих станций

o простота управления по сравнению с одноранговыми сетями

Недостатки сети:

o высокая стоимость из-за выделения одного компьютера под сервер

o зависимость быстродействия и надежности сети от сервера

o меньшая гибкость по сравнению с одноранговой сетью

o сети с выделенным сервером являются наиболее распространенными у пользователей компьютерных сетей

1.5 Физическая передающая среда вычислительных сетей

Физическая среда обеспечивает перенос информации между абонентами вычислительной сети.

Для построения компьютерных вычислительных сетей применяются линии связи, использующие различную физическую среду. В качестве физической среды в коммуникациях используются: металлы (в основном медь), сверхпрозрачное стекло (кварц) или пластик и эфир. Физическая среда передачи данных может представлять собой кабель "витая пара", коаксиальные кабель, волоконно-оптический кабель и окружающее пространство. Линии связи или линии передачи данных - это промежуточная аппаратура и физическая среда, по которой передаются информационные сигналы (данные). В одной линии связи можно образовать несколько каналов связи (виртуальных или логических каналов), например путем частотного или временного разделения каналов. Канал связи - это средство односторонней передачи данных. Если линия связи монопольно используется каналом связи, то в этом случае линию связи называют каналом связи.Канал передачи данных - это средства двухстороннего обмена данными, которые включают в себя линии связи и аппаратуру передачи (приема) данных. Каналы передачи данных связывают между собой источники информации и приемники информации. В зависимости от физической среды передачи данных каналы связи можно разделить на:

проводные линии связи без изолирующих и экранирующих оплеток;

кабельные, где для передачи сигналов используются такие линии связи как кабели "витая пара", коаксиальные кабели или оптоволоконные кабели;

беспроводные (радиоканалы наземной и спутниковой связи), использующие для передачи сигналов электромагнитные волны, которые распространяются по эфиру.

Проводные линии связи

Проводные (воздушные) линии связи используются для передачи телефонных и телеграфных сигналом, а также для передачи компьютерных данных. Эти линии связи применяются в качестве магистральных линий связи. По проводным линиям связи могут быть организованы аналоговые и цифровые каналы передачи данных. Скорость передачи по проводным линиям "простой старой телефонной линии" (POST - Primitive Old Telephone System) является очень низкой. Кроме того, к недостаткам этих линий относятся помехозащищенность и возможность простого несанкционированного подключения к сети.

Кабельные каналы связи

Кабельные линии связи имеют довольно сложную структуру. Кабель состоит из проводников, заключенных в несколько слоев изоляции. В компьютерных сетях используются три типа кабелей.

Витая пара - кабель связи, который представляет собой витую пару медных проводов (или несколько пар проводов), заключенных в экранированную оболочку. Пары проводов скручиваются между собой с целью уменьшения наводок. Витая пара является достаточно помехоустойчивой. Существует два типа этого кабеля: неэкранированная витая пара UTP и экранированная витая пара STP.

Характерным для этого кабеля является простота монтажа. Данный кабель является самым дешевым и распространенным видом связи, который нашел широкое применение в самых распространенных локальных сетях с архитектурой Ethernet, построенных по топологии типа “звезда”. Кабель подключается к сетевым устройствам при помощи соединителя RJ45.Кабель используется для передачи данных на скорости 10 Мбит/с и 100 Мбит/с. Витая пара обычно используется для связи на расстояние не более нескольких сот метров. К недостаткам кабеля "витая пара" можно отнести возможность простого несанкционированного подключения к сети. Коаксиальный кабель - это кабель с центральным медным проводом, который окружен слоем изолирующего материала для того, чтобы отделить центральный проводник от внешнего проводящего экрана (медной оплетки или слой алюминиевой фольги). Внешний проводящий экран кабеля покрывается изоляцией.

Существует два типа коаксиального кабеля: тонкий коаксиальный кабель диаметром 5 мм и толстый коаксиальный кабель диаметром 10 мм. У толстого коаксиального кабеля затухание меньше, чем у тонкого. Стоимость коаксиального кабеля выше стоимости витой пары и выполнение монтажа сети сложнее, чем витой парой.

Коаксиальный кабель применяется, например, в локальных сетях с архитектурой Ethernet, построенных по топологии типа “общая шина”. Коаксиальный кабель более помехозащищенный, чем витая пара и снижает собственное излучение. Пропускная способность - 50-100 Мбит/с. Допустимая длина линии связи - несколько километров. Несанкционированное подключение к коаксиальному кабелю сложнее, чем к витой паре.

Кабельные оптоволоконные каналы связи. Оптоволоконный кабель (fiber optic) - это оптическое волокно на кремниевой или пластмассовой основе, заключенное в материал с низким коэффициентом преломления света, который закрыт внешней оболочкой.

Оптическое волокно передает сигналы только в одном направлении, поэтому кабель состоит из двух волокон. На передающем конце оптоволоконного кабеля требуется преобразование электрического сигнала в световой, а на приемном конце обратное преобразование.

Основное преимущество этого типа кабеля - чрезвычайно высокий уровень помехозащищенности и отсутствие излучения. Несанкционированное подключение очень сложно. Скорость передачи данных 3Гбит/c. Основные недостатки оптоволоконного кабеля - это сложность его монтажа, небольшая механическая прочность и чувствительность к ионизирующим излучениям.

1.6 Типовые топологии вычислительных сетей

Топология ЛВС - это усредненная геометрическая схема соединений узлов сети.

Топологии вычислительных сетей могут быть самыми различными, но для локальных вычислительных сетей типичными являются всего три: кольцевая, шинная, звездообразная.

Иногда для упрощения используют термины -- кольцо, шина и звезда. Не следует думать, что рассматриваемые типы топологий представляют собой идеальное кольцо, идеальную прямую или звезду.

Любую компьютерную сеть можно рассматривать как совокупность узлов.

Узел - любое устройство, непосредственно подключенное к передающей среде сети.

Ш шинная (bus) - локальная сеть, в которой связь между любыми двумя станциями устанавливается через один общий путь и данные, передаваемые любой станцией, одновременно становятся доступными для всех других станций, подключенных к этой же среде передачи данных (последнее свойство называют широковещательностью). Различают толстые и тонкие сети. Толстая сеть использует толстый коаксиальный кабель в качестве магистрали, от которого отходят более тонкие кабели. В тонкой сети используется более тонкий и гибкий кабель, к которому напрямую подключены рабочий станции.

Ш кольцевая (ring) - узлы связаны кольцевой линией передачи данных (к каждому узлу подходят только две линии); данные, проходя по кольцу, поочередно становятся доступными всем узлам сети. Кольцевая топология является идеальной для сетей, занимающих сравнительно и большое пространство. В ней отсутствует центральный узел, что повышает надежное сети. Ретрансляция информации позволяет использовать в качестве передающей среды любые типы кабелей.

Ш звездная (star) - имеется центральный узел, от которого расходятся линии передачи данных к каждому из остальных узлов. При звездообразной топологии каждый сервер и рабочая станция подключаются к специальному устройству - центральному концентратору, который осуществляет соединение пары узлов сети - коммутацию.

2. Компоненты вычислительных сетей

2.1 Аппаратные компоненты локальных вычислительных сетей

Типичная вычислительная сеть включает в себя шесть основных компонентов.1. Основным составляющим элементом сети является настольный ПК, такой, как IBM-совместимый компьютер. Его называют «клиентом» или «рабочей станцией» (реже - автоматизированными рабочими местами или сетевыми станциями).2. Сервер - это любая сетевая ЭВМ, обслуживающая другие сетевые ЭВМ. Сервером обычно является высокопроизводительный ПК с жестким диском большой емкости. Он играет роль центрального узла, на котором пользователи ПК могут хранить свою информацию, печатать файлы и обращаться к его сетевым средствам. В одноранговых сетях выделенный сервер отсутствует. Существуют серверы различных типов, которые определяются типом предоставляемых услуг.

Файловый сервер предоставляет другим ЭВМ (клиентам) доступ к данным, которые хранятся во внешней памяти сервера. Таким образом, на файловый сервер возложены все задачи по безопасности хранения данных, поиску данных, архивированию и др. Внешняя память сервера становится распределяемым ресурсом, так как её могут использовать несколько клиентов.

Сервер печати организует совместное использование принтера.

Коммуникационные серверы служат для связи локальной сети с внешним миром, например, с глобальной сетью Internet. Для этого используются модемные пулы, прокси-серверы и маршрутизаторы.

Модемный пул представляет собой ЭВМ, снабжённую особой сетевой платой, к которой можно подключить несколько модемов. Таким образом достигается определённая экономия, когда, например, десять ЭВМ работают, используя три модема.

Прокси-сервер не только использует единственное соединение с Internet, но и предоставляет свою память для хранения временных файлов, что убыстряет работу с Internet.

Маршрутизатор представляет собой либо специализированную ЭВМ, либо обычную ЭВМ со специальным программным обеспечением. Главной задачей маршрутизатора является поиск кратчайшего пути, по которому будет отправлено сообщение, адресованное некоторой ЭВМ в глобальной сети.

Сервер приложений используется для выполнения программ, которые по каким-то причинам нецелесообразно или невозможно выполнить на других сетевых ЭВМ. Очевидной причиной может быть недостаточная производительность клиентских ЭВМ. Другая причина - использование каких-нибудь стандартных библиотек, копирование которых на каждую клиентскую ЭВМ трудоёмко и, кроме того, создаёт возможность несогласованности версии библиотеки. Многопользовательские операционные системы (Linux, Windows NT) позволяют построить так называемую тонкую клиентную сеть, в которой все ресурсы клиентов предоставлены сервером. Сами клиентские ЭВМ не тратят ничего на обработку данных. Тогда ЭВМ пользователей в такой сети называются терминалами, а сам сервер - терминальным сервером. Такой сервер должен иметь большой объём основной и внешней памяти и высокую производительность.

3. Каждый компьютер сети, включая сервер, оснащен платой сетевого адаптера (сетевым интерфейсом, модулем, картой). Сетевые интерфейсные платы представляют собой дополнительные платы, устанавливаемые на материнскую плату ПК. К сетевой плате подключаются сетевые кабели.

Адаптер вставляется в свободное гнездо (слот) материнской платы. Эти адаптеры связывают компьютер с сетевым кабелем. Сетевая плата определяет тип локальной сети. На практике используют два типа локальных сетей - Ethernet и Token Ring. Оба типа имеют модификации.

Типы сетей Ethernet

Название	Физическая топология и кабель	Скорость передачи Мбит/с
10Base2	Шинная, тонкий коаксиальный	10
10BaseS	Шинная, толстый коаксиальный	10
Fast Ethernet	Звездообразная, витая пара	100
Gigabit Ethernet	Звездообразная, оптоволоконный	1000

Многие ПК поставляются уже готовыми к работе в сети и включают в себя сетевой адаптер. Для построения сетей применяют 8-, 16- и 32-битовые сетевые платы. Сервер обычно оснащают 32-битовой картой. Для обычных рабочих станций используют недорогие 16-битовые.4. Все соединения с сети осуществляются посредством специальных сетевых кабелей. Основными характеристиками сетевого кабеля являются скорость передачи данных и максимально допустимая длина. Обе характеристики определяются физическими свойствами кабеля.

В качестве сетевого кабеля могут применяться и телефонные линии.

Основные типы сетевого кабеля:

Ш Витая пара - позволяет передавать информацию со скоростью 10 Мбит/с (либо 100 Мбит/с), легко наращивается. Длина кабеля не может превышать 1000 м при скорости передачи 10 Мбит/с. Иногда используют экранированную витую пару, т. е. витую пару, помещенную в экранирующую оболочку.

Ш Толстый Ethernet - коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом. Обладает высокой помехозащищенностью. Максимально доступное расстояние без повторителя не превышает 500 м, а общее расстояние сети Ethernet - около 3000м.

Ш Тонкий Ethernet - это также 50-омный коаксиальный кабель со скоростью передачи информации в 10 Мбит/с. Соединения с сетевыми платами производятся при помощи специальных (байонетных) разъемов и тройниковых соединений. Расстояние между двумя рабочими станциями без повторителей может составлять максимум 185м, а общее расстояние по сети -- 1000м.

Ш Оптоволоконные линии -- наиболее дорогой тип кабеля. Скорость передачи по ним информации достигает нескольких гигабит в секунду. Допустимое удаление более 50 км. Внешнее воздействие помех практически отсутствует.

5. Совместно используемые периферийные устройства -- жесткие диски большой емкости, принтеры, цветные и слайд-принтеры, дисководы CD-ROM и накопители на магнитной ленте для резервного копирования. Поскольку сети ПК состоят в основном из «клиентов» и «серверов», их часто называют сетями клиент/сервер.

6. Сетевое оборудование, такое как концентраторы и коммутаторы, которые соединяют между собой ПК и принтеры

Чем отличается концентратор от коммутатора

Концентратор и коммутатор относятся к разным типам активного сетевого оборудования, которое используется для соединения устройств сети. Они различаются способом передачи в сеть поступающих данных (трафика).

Концентраторы

Термин "концентратор" иногда используется для обозначения любого сетевого устройства, которое служит для объединения ПК сети, но на самом деле концентратор - это многопортовый повторитель. Устройства подобного типа просто передают (повторяют) всю информацию, которую они получают - то есть все устройства, подключенные к портам концентратора, получают одну и ту же информацию.

Концентраторы используются для расширения сети. Однако чрезмерное увлечение концентраторами может привести к большому количеству ненужного трафика, который поступает на сетевые устройства. Ведь концентраторы передают трафик в сеть, не определяя реальный пункт назначения данных. ПК, которые получают пакеты данных, используют адреса назначения, имеющиеся в каждом пакете, для определения, предназначен ли пакет им или нет. В небольших сетях это не является проблемой, но даже в сетях среднего размера с интенсивным трафиком следует использовать коммутаторы, которые минимизируют количество необязательного трафика.

Коммутаторы

Коммутаторы контролируют сетевой трафик и управляют его движением, анализируя адреса назначения каждого пакета, Коммутатор знает, какие устройства соединены с его портами, и направляет пакеты только на необходимые порты. Это дает возможность одновременно работать с несколькими портами, расширяя тем самым полосу пропускания.

Таким образом, коммутация уменьшает количество лишнего трафика, что происходит в тех случаях, когда одна и та же информация передается всем портам,

Коммутаторы и концентраторы часто используются в одной и той же сети; концентраторы расширяют сеть, увеличивая число портов, а коммутаторы разбивают сеть на небольшие, менее перегруженные сегменты. Однако применение коммутатора оправдано лишь в крупных сетях, т. к, его стоимость на порядок выше стоимости концентратора.

Когда следует использовать концентратор или коммутатор. В небольшой сети (до 20 рабочих мест) концентратор или группа концентраторов вполне могут справиться с сетевым трафиком, В этом случае концентратор просто служит для соединения всех пользователей сети,

В сети большего размера (около 50 пользователей) может появиться необходимость использовать коммутаторы для разделения сети на сегменты, чтобы уменьшить количество необязательного трафика.

2.2 Программные компоненты сети

Сеть включает в себя три основных программных компонента:1. Сетевую операционную систему, которая управляет функционированием сети. Например, она обеспечивает совместное использование ресурсов и включает в себя программное обеспечение для управления сетью. Операционная система состоит из серверного ПО, которое функционирует на сервере, и клиентского программного обеспечения, работающего на каждом настольном ПК.

Сетевая операционная система выполняется на сервере и обеспечивает его функционирование. Среди сетевых операционных систем преобладают Novell NetWare, Windows NT, Unix.

2. Сетевые приложения и утилиты - это программы, инсталлируемые и выполняемые на сервере. Они включают в себя ПО коллективного пользования и поддержки рабочих групп, такие как электронная почта, средства ведения календаря и планирования. Кроме того, в число таких программных средств могут входить сетевые версии персональных приложений, например, текстовых процессоров, электронных таблиц, программ презентационной графики и приложений баз данных. Наконец, к данному ПО относятся такие утилиты, как программы резервного копирования, позволяющие архивировать хранимые на сервере файлы и приложения.3. Бизнес-приложения - это программы, реализующие в компании конкретные бизнес-функции. По своей природе они могут быть «горизонтальными» и применяться в компаниях самого разного типа для общих деловых операций (таких как бухгалтерский учет и ввод заказов) либо «вертикальными» и поддерживать осуществление конкретных коммерческих операций, например, оценку недвижимости, страхование либо использоваться в области здравоохранения или фирмах, оказывающих юридические услуги.

Заключение

Компьютерные вычислительные сети и сетевые технологии обработки информации стали основой для построения современных информационных систем. Поэтому очень важно знать принципы их функционирования и методы использования, а так же их компоненты.

Список литературы

1. Энциклопедия «Информатика» 2007г.

2. Косарев В.П. Ерёмин Л.В. Компьютерные системы и сети. 1999г.

1. А.В. Фролов, Г.В. Фролов. Локальные сети персональных компьютеров.

2. IBM-PC Краткий курс пользователя 2001г.

3. С.И.Казаков “Основы сетевых технологий”

4. Леонов А.В. Организация компьютерных сетей, подключение сетевых компонентов. 2004г

5. Казаков С.И. Основы сетевых технологий. 1997.

6. Справочник «Локальные вычислительные сети» 1994г

7. Шатт С. Мир компьютерных сетей 1996.