Виды компьютерных сетей. Их классификация и основные характеристики Что входит в компьютерную сеть

Компьютерная сеть — это практика взаимодействия двух или более вычислительных устройств друг с другом для совместного использования данных. Компьютерные сети построены с использованием комбинации аппаратного и программного обеспечения.

Классификация компьютерных сетей и локальные сети

Компьютерные сети можно разделить на несколько категорий.

Один подход определяет тип сети в соответствии с географической областью, в которой он распространяется. Например, локальные сети (ЛВС), как правило, охватывают один дом, школу или небольшое офисное здание, тогда как глобальные сети (WAN) охватывают города, штаты или даже по всему миру. Интернет является крупнейшей в мире глобальной сети WAN.

Сетевой дизайн

Компьютерные сети также отличаются своим дизайном. Две основные формы проектирования сети называются клиент / сервер и одноранговые. Сети клиент-сервер имеют централизованные серверные компьютеры, на которых хранятся электронная почта, веб-страницы, файлы и приложения, доступ к которым осуществляется клиентскими компьютерами и другими клиентскими устройствами.

В одноранговой сети, наоборот, все устройства имеют тенденцию поддерживать одни и те же функции. Сети клиент-сервер гораздо чаще встречаются в деловых и одноранговых сетях, более распространенных в домах.

Топология сети определяет ее компоновку или структуру с точки зрения потока данных.

Например, в так называемых шинных сетях все компьютеры совместно используют и обмениваются данными по одному общему каналу, тогда как в звездной сети все данные проходят через одно централизованное устройство. Обычные типы сетевых топологий включают шины, звезду, кольцевые сети и сетчатые сети.

Сетевые протоколы

Языки общения, используемые компьютерными устройствами, называются сетевыми протоколами.

Еще один способ классификации компьютерных сетей — это набор протоколов, которые они поддерживают. Сети часто реализуют несколько протоколов с каждым поддерживающим конкретные приложения. Популярные протоколы включают TCP / IP — наиболее часто встречающиеся в Интернете и в домашних сетях.

Компьютерная сетевая аппаратура и программное обеспечение

Специальные устройства связи, включая сетевые маршрутизаторы, точки доступа и сетевые кабели, физически склеивают сеть вместе. Сетевые операционные системы и другие программные приложения генерируют сетевой трафик и позволяют пользователям делать полезные вещи.

Домашние компьютерные сети

В то время как другие типы сетей строятся и поддерживаются инженерами, домашние сети принадлежат обычным домовладельцам, люди часто имеют небольшой или вообще не имеют технического фона. Различные производители производят оборудование широкополосного маршрутизатора, предназначенное для упрощения настройки домашней сети.

Домашний маршрутизатор позволяет устройствам в разных помещениях эффективно обмениваться широкополосным подключением к Интернету, помогает людям более легко делиться своими файлами и принтерами в сети и улучшает общую сетевую безопасность.

Домашние сети увеличили возможности с каждым поколением новых технологий.

Системы домашней автоматизации также существуют уже много лет, но в последнее время они также стали популярными с практическими системами управления освещением, цифровыми термостатами и приборами.

Компьютерные сети для бизнеса

В средах малого и домашнего офиса (SOHO) используются аналогичные технологии, которые можно найти в домашних сетях. Компании часто имеют дополнительную связь, хранение данных и требования безопасности, которые требуют расширения своих сетей по-разному, особенно по мере роста бизнеса.

В то время как домашняя сеть обычно функционирует как одна локальная сеть, бизнес-сеть имеет тенденцию содержать несколько локальных сетей. Компании со зданиями в нескольких местах используют широкополосные сети для объединения этих филиалов.

Хотя они также доступны и используются некоторыми домохозяйствами, технологии передачи голоса по IP, а также технологии хранения и резервного копирования в сети широко распространены в бизнесе. Более крупные компании также поддерживают собственные внутренние веб-сайты, называемые интрасетями, чтобы помочь с деловым сообществом сотрудников.

Сеть и Интернет

Популярность компьютерных сетей резко возросла благодаря созданию World Wide Web (WWW) в 1990-х годах. Публичные веб-сайты, системы обмена файлами с одноранговой связью (P2P) и различные другие службы, запущенные на интернет-серверах по всему миру.

Проводная и беспроводная компьютерная сеть

Многие из тех же протоколов, как TCP / IP, работают как в проводных, так и в беспроводных сетях. Сети с кабелями Ethernet преобладали в бизнесе, школах и домах в течение нескольких десятилетий. Однако в последнее время беспроводные технологии, такие как Wi-Fi, стали предпочтительным вариантом для создания новых компьютерных сетей, частично для поддержки смартфонов и других новых видов беспроводных гаджетов, которые вызвали рост мобильных сетей.

5.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЯХ

Можно дать несколько определений компьютерной сети.

Определение 1. Компьютерная сеть – это система распределенной обработки информации, состоящая как минимум из двух компьютеров, взаимодействующих между собой с помощью специальных средств св язи.

Определение 2. Компьютерная сеть – это совокупность компьютеров и различных устройств, обеспечивающих информационный обмен без использования каких-либо промежуточных носителей информации (гибких дисков, компакт дисков, флэш-карт и тому подобных).

Определение 3. Компьютерная сеть – это объединение двух или более вычислительных машин специальными средствами связи, с помощью которых можно осуществлять обмен информацией между любыми включенными в сеть компьютерами.

Следует различать компьютерные сети и сети терминалов (терминальные сети). Компьютерные сети связывают компьютеры, каждый из которых может работать и автономно. Терминальные сети обычно связывают мощные компьютеры - майнфреймы (mainframes ), а в отдельных случаях и персональные компьютеры с устройствами (терминалами), которые могут быть достаточно сложны, но вне сети их работа или невозможна, или вообще теряет смысл. Например, сеть банкоматов или касс по продаже билетов. Строятся они на совершенно иных, чем компьютерные сети, принципах и даже на другой вычислительной технике.

Достоинства объединения компьютеров в сеть:

1. возможность оперативного, практически мгновенного, обмена информацией между пользователями, имеющими доступ к компьютерам сети;

2. возможность совместного использования дорогостоящей и эффективной аппаратуры, включенной в состав сети (например, лазерных принтеров; устройств дл я записи на компакт-диски,dvd -диски; профессиональных сканеров; жесткого диска большой ёмкости);

3. возможность совместного использования программного обеспечения и данных, хранящихся в компьютерах сети, что позволяет экономить дисковую память, не дублируя файлы на каждом из компьютеров;

4. доступ к уникальной, то есть имеющейся в единичных экземплярах, информации для большого числа людей;

5. возможность использования для обработки информации более мощных компьютеров;

6. возможность объединения вычислительных мощностей для решения сложных задач.

Однако работа в сети выдвигает и целый ряд проблем:

1. сохранность ценной информации общего использования;

2. обеспечение надежности работы сетевой аппаратуры;

3. ограничение доступа к конфиденциальной информации;

4. защита от вирусов;

5. разрешение конфликтов, когда несколько пользователей одновременно пытаются использовать одну и ту же аппаратуру, одни и те же программы или данные.

Любая компьютерная сеть характеризуется топологией, протоколами, интерфейсами, сетевыми техническими и программными средствами.

· Топология – это способ соединения компьютеров в сети

· Сетевые технические средства – это различные устройства, обеспечивающие объединение компьютеров вединую компьютерную сеть.

· Сетевые программные средства осуществляют управление работой компьютерной сети и обеспечивают соответствующий интерфейс с пользователями.

Протоколы (Protocol ) представляют собой правила взаимодействияфункциональных элементов сети. Можно дать другие определения протокола, например: протокол - строго определенная процедура и формат сообщений, допустимые для коммуникаций между двумя или более системами через общую среду передачи данных; протокол - формализованный набор правил, используемый компьютерами для коммуникаций.

Из-за сложности коммуникаций между системами и необходимости соблюдения различных коммуникационных требований протоколы разделяются на модульные уровни. Каждый уровень выполняет конкретную функцию для расположенного выше уровня. В настоящее время используется достаточно большое количество сетевых протоколов, причем в рамках одной и той же сети определяется сразу несколько из них.

Интерфейсы – это средства сопряжения функциональных элементов сети. Следует обратить внимание, что в качествефункциональных элементов могут выступать как от дельные устройства, так и программные модули. Соответственно различают аппаратные и программные интерфейсы.

Компьютерная сеть (англ. Computer NetWork, от net - сеть, и work - работа) - это система обмена информацией между компьютерами. Представляет собой совокупность трех компонент:

• • сети передачи данных (включающей в себя каналы передачи данных и средства коммутации);
  • компьютеров, взаимосвязанных сетью передачи данных;
  • сетевого программного обеспечения.

Пользователи компьютерной сети получают возможность совместно использовать её программные, технические, информационные и организационные ресурсы.

Компьютерная сеть представляет собой совокупность узлов (компьютеров, рабочих станций и др.) и соединяющих их ветвей .

Ветвь сети - это путь, соединяющий два смежных узла.

Узлы сети бывают трёх типов:

• • оконечный узел - расположен в конце только одной ветви;
  • промежуточный узел - расположен на концах более чем одной ветви;
  • смежный узел - такие узлы соединены по крайней мере одним путём, не содержащим никаких других узлов.

Компьютеры могут объединяться в сеть разными способами.

Наиболее распространенные виды топологий сетей:

Содержит только два оконечных узла, любое число промежуточных узлов и имеет только один путь между любыми двумя узлами.

Сеть, в которой к каждому узлу присоединены две и только две ветви.

Сеть, которая содержит более двух оконечных узлов и по крайней мере два промежуточных узла, и в которой между двумя узлами имеется только один путь.

Сеть, в которой имеется только один промежуточный узел.

Сеть, которая содержит по крайней мере два узла, имеющих два или более пути между ними.

Полносвязанная сеть. Сеть, в которой имеется ветвь между любыми двумя узлами. Важнейшая характеристика компьютерной сети - её архитектура.

Наиболее распространённые архитектуры:

• • Ethernet (англ. ether - эфир) - широковещательная сеть. Это значит, что все станции сети могут принимать все сообщения. Топология - линейная или звездообразная. Скорость передачи данных 10 или 100 Мбит/сек.
  • Arcnet (Attached Resource Computer Network - компьютерная сеть соединённых ресурсов) - широковещательная сеть. Физическая топология - дерево. Скорость передачи данных 2,5 Мбит/сек.
  • Token Ring (эстафетная кольцевая сеть, сеть с передачей маркера) - кольцевая сеть, в которой принцип передачи данных основан на том, что каждый узел кольца ожидает прибытия некоторой короткой уникальной последовательности битов - маркера - из смежного предыдущего узла. Поступление маркера указывает на то, что можно передавать сообщение из данного узла дальше по ходу потока. Скорость передачи данных 4 или 16 Мбит/сек.
  • FDDI (Fiber Distributed Data Interface ) - сетевая архитектура высокоскоростной передачи данных по оптоволоконным линиям. Скорость передачи - 100 Мбит/сек. Топология - двойное кольцо или смешанная (с включением звездообразных или древовидных подсетей). Максимальное количество станций в сети - 1000. Очень высокая стоимость оборудования.
  • АТМ (Asynchronous Transfer Mode ) - перспективная, пока ещё очень дорогая архитектура, обеспечивает передачу цифровых данных, видеоинформации и голоса по одним и тем же линиям. Скорость передачи до 2,5 Гбит/сек. Линии связи оптические.

2.23. Как соединяются между собой устройства сети?

Опишите организацию хранения файлов на дисках компьютера.

Перечислите функции операционной системы по обслуживанию файловой структуры.

Виды компьютерных сетей.

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

· локальные сети;

· региональные сети;

· глобальные сети.

Локальные сети (ЛС) представляющие собой самую элементарную форму сетей, соединяют абонентов, расположенных в пределах небольшой территории. Каждый ПК в локальной сети называется рабочей станцией или сетевым узлом.

Региональные сети связывают абонентов, расположенных на значительном расстоянии друг от друга, внутри города, экономического района.

Глобальные сети объединяют абонентов, расположенных в различных странах, на различных континентах, позволяют решить проблему объединения информационных ресурсов всего человечества и организации доступа к этим ресурсам.

Любая компьютерная сеть характеризуется: топологией, протоколами, интерфейсами, сетевыми техническими и программными средствами.

Топология - компьютерной сети отражает структуру связей между ее основными функциональными элементами.

Сетевые технические средства - это различные устройства, обеспечивающие объединение компьютеров в единую компьютерную сеть.

Сетевые программные средства - осуществляют управление работой компьютерной сети и обеспечивают соответствующий интерфейс с пользователями.

Протоколы - представляют собой правила взаимодействия функциональных элементов сети.

Интерфейсы - средства сопряжения функциональных элементов сети.

2, Базовые сетевые топологии.

Топология локальной сети

При создании сети в зависимости от задач, которые она должна будет выполнять, может быть реализована одна из четырех сетевых топологий.

1. Наиболее простой вид топологии - шина. В такой сети все компьютеры подключены к одному кабелю. Рабочие станции с помощью сетевых адаптеров подключаются к общей магистрали /шине/ (рис. 1).

На шину похожа и структура, которая называется кольцо. Здесь компьютеры также соединяются друг с другом в виде замкнутого кольца (рис. 2).

2. Для локальных сетей, основанных на файловом сервере, может применяться схема звезда. Характеризуется наличием центрального узла коммутации – сетевого сервера, которому или через который посылаются все сообщения (рис.3).

От схемы зависит состав оборудования и программного обеспечения Топологию выбирают исходя из потребностей предприятия. Если предприятие занимает многоэтажное здание, то в нем оптимально может быть применена схема снежинка, в которой имеются файловые серверы для разных рабочих групп и один центральный сервер для всего предприятия (рис. 4).

3. Сетевые технические средства.

Базовые компоненты и технологии, связанные с архитектурой локальных или территориально-распределенных сетей, могут включать в себя:

Аппаратное обеспечение:

o Серверы

o Сетевые интерфейсные платы (NIC, Network Interface Card)

o Концентраторы

o Коммутаторы

o Маршрутизаторы (территориально-распределенные сети)

o Серверы удаленного доступа (территориально-распределенные сети)

o Модемы (территориально-распределенные сети).

Кабели. Данные по кабелю передаются в виде пакетов, пересылающихся с одного сетевого устройства на другое. Существует несколько типов кабелей, каждый из которых имеет свои преимущества.

Кабель типа "витая пара" (ТР, Twisted Pair) бывает двух видов: экранированная витая пара (STP, Shielded Twisted Pair) и неэкранированная витая пара (UTP, Unshielded Twisted Pair). Оба типа кабеля состоят из пары скрученных медных проводов.

Тонкий и толстый коаксиальный кабель

Это типы кабеля аналогичны стандартному телевизионному кабелю. Поскольку с такими кабелями труднее работать, в новых инсталляциях практически всегда применяется витая пара или оптоволоконный кабель.

Оптоволоконный кабель

Оптоволоконный кабель поддерживает скорость передачи данных (в виде пакетов) 10, 100 или 1000 Мбит/с. Данные передаются с помощью световых импульсов, проходящих по оптическому волокну. Хотя этот кабель гораздо дороже и сложнее в инсталляции, чем UTP, он часто применяется в центральных магистральных сетях, поскольку обеспечивает полную защиту от электрических помех и позволяет передавать информацию на очень большие расстояния. Кроме того, благодаря совершенствованию оптоволоконной технологии данный кабель становится все более приемлемым по цене.

Серверы

Сервер в сети клиент/сервер представляет собой ПК с жестким диском большой емкости, на котором можно хранить приложения и файлы, доступные для других ПК в сети. Сервер может также управлять доступом к периферийным устройствам (таким как принтеры) и используется для выполнения сетевой операционной системы (NOS, Network Operating System).

Сетевые интерфейсные платы

Сетевые интерфейсные платы (NIC, Network Interface Card) устанавливаются на настольных и портативных ПК. Они служат для взаимодействия с другими устройствами в локальной сети. Существует целый спектр сетевых плат для различных ПК, имеющих определенные требования требованиям к производительности. Характеризуются по скорости передачи данных и способах подключения к сети.

Концентраторы

В структурированной кабельной конфигурации все входящие в сеть ПК взаимодействуют с концентратором (или коммутатором).

Hab (хаб; концентратор) - устройство множественного доступа, выполняющее роль центральной точки соединения в топологии "физическая звезда". Наряду с традиционным названием "концентратор" в литературе встречается также термин "хаб".

Коммутатор

Коммутатор предоставляет каждому устройству (серверу, ПК или концентратору), подключенному к одному из его портов, всю полосу пропускания сети. Это повышает производительность и уменьшает время отклика сети за счет сокращения числа пользователей на сегмент.

Маршрутизаторы могут выполнять следующие простые функции:

Подключение локальных сетей (LAN) к территориально-распределенным сетям (WAN).

Соединение нескольких локальных сетей.

Маршрутизаторы зависят от используемого протокола (например, TCP/IP, IPX, AppleTalk) и, в отличие от мостов и коммутаторов, функционирующих на втором уровне, работают на третьем или седьмом уровне модели OSI. Производительность маршрутизатора в плане объема передаваемых данных в секунду обычно пропорциональна его стоимости. Поскольку маршрутизатор работает на основе протокола, он может принимать решение о наилучшем маршруте доставки данных, руководствуясь такими факторами, как стоимость, скорость доставки и т.д. Кроме того, маршрутизаторы позволяют эффективно управлять трафиком широковещательной рассылки, обеспечивая передачу данных только в нужные порты.

Модемы

Модемы позволяют пользователям ПК обмениваться информацией и подключаться к Internet по обычным телефонным линиям. Название "модем" обусловлена от функцией устройства и означает "модулятор/демодулятор". Модем модулирует цифровые сигналы, поступающие от ПК, в аналоговые сигналы, передаваемые по телефонной сети общего пользования, а другой модем демодулирует эти сигналы на приемном конце, снова преобразуя их в цифровую форму.

4. Сетевые программные средства.

Сетевое программное обеспечение состоит из трех частей:

· общего программного обеспечения;

· системного программного обеспечения;

· специального программного обеспечения

Особая роль в программном обеспечении отводится операционным системам.

Сетевая операционная система

Сетевая операционная система (NOS, Network Operating System) - это программное обеспечение, применяемое на каждом подключенном к сети ПК. Оно осуществляет управление и координирует доступ к сетевым ресурсам. Сетевая ОС отвечает за маршрутизацию сообщений в сети, разрешение конфликтов при конкуренции за сетевые устройства и работу с операционной системой ПК, например Windows 95, Windows NT, UNIX, Macintosh или OS/2.

Сетевая ОС обеспечивает совместную работу с файлами и приложениями. Такие ресурсы, находящиеся на одной рабочей станции, могут совместно использоваться, передаваться или изменяться с другой рабочей станции. Сетевая ОС выполняет роль регулировщика трафика, предоставляет сервис каталога, обеспечивает контроль полномочий в системе защиты и реализует функции управления сетью. В число популярных сетевых ОС входят Windows NT Server, Novell NetWare и Banyan VINES.

5. Сетевые технологии

Сетевая технология – это согласованный набор стандартных протоколов и реализующих их программно-аппаратных средств (например, сетевых адаптеров, драйверов, кабелей и разъемов), достаточный для построения вычислительной сети.

Ethernet. Ethernet - самая популярная технология построения локальных сетей. Другие базовые сетевые технологии – Token Ring, FDDI, - хотя и обладают многими индивидуальными чертами, в то же время имеют много общих черт.

Технологии с кольцевой архитектурой. Технологии Token Ring и FDDI используются для создания эстафетных сетей с маркерным доступом. Они образуют непрерывное кольцо, в котором в одном направлении циркулирует специальная последовательность битов, называемая маркером (token). Маркер передается по кольцу, минуя каждую рабочую станцию в сети. Рабочая станция, располагающая информацией, которую необходимо передать, может добавить к маркеру кадр данных. В противном случае (при отсутствии данных) она просто передает маркер следующей станции. Сети Token Ring функционируют со скоростью 4 или 16 Мбит/с и применяются главным образом в среде IBM.

Fast Ethernet

В сети Fast Ethernet применяется та же базовая технология, что и в Ethernet Сети Fast Ethernet позволяют передавать данные со скоростью 100 Мбит/с, то есть в десять раз быстрее Ethernet

Gigabit Ethernet

Сети Gigabit Ethernet совместимы с сетевой инфраструктурой Ethernet и Fast Ethernet, но функционируют со скоростью 1000 Мбит/с - в 10 раз быстрее Fast Ethernet.

6. Электронная почта.

Электронная почта (E-Mail). Эта служба также является одной из наиболее ранних. Ее обеспечением в Интернете занимаются специальные почтовые серверы. Обратите внимание на то, что когда мы говорим о каком-либо сервере, не имеется в виду, что это специальный выделенный компьютер. Здесь и далее под сервером может понимать­ся программное обеспечение. Таким образом, один узловой компьютер Интернета может выполнять функции нескольких серверов и обеспечивать работу различных служб, оставаясь при этом универсальным компьютером, на котором можно выпол­нять и другие задачи, характерные для средств вычислительной техники.

Почтовые серверы получают сообщения от клиентов и пересылают их по цепочке к почтовым серверам адресатов, где эти сообщения накапливаются. При установ­лении соединения между адресатом и его почтовым сервером происходит автоматическая передача поступивших сообщений на компьютер адресата.

Принципы работы электронной почты.

Система электронной почты состоит из трех компонентов:

Пользовательского агента - позволяет пользователям читать и составлять сообщения.

Транспортного агента - пересылает сообщения с одной машины на другую.

Доставочного агента - помещает сообщения в почтовые ящики пользователей-получателей.

Пользовательские агенты.

Программы, которые позволяют пользователям читать и составлять почтовые сообщения. Примерами этих агентов могут служить программа Internet Mail в Windows 95,команда mail в UNIX.

Транспортные агенты.

Программы, которые принимают почту от пользовательского агента, интерпретируют адреса пользователей и пере направляет почту на соответствующие компьютеры для последующей доставки. Кроме этого транспортный агент принимает входящую почту от других транспортных агентов.

Доставочные агенты.

Программы, которые принимают почту от транспортного агента и доставляют ее соответствующим пользователям. Почта может доставляться конкретному лицу, в список рассылки, в файл, в программу и т.п. Для обслуживания получателей каждого типа необходим отдельный агент mail - доставочный агент локальных пользователей.

Адресация в системе электронной почты

Есть два вида адресов электронной почты: маршрутно-зависимые и маршрутно-независимые. При использовании первого способа адресации требуется чтобы, отправитель знал промежуточные машины, через которые должно пройти сообщение, для того чтобы попасть в пункт назначения. В адресе второго вида просто указывается пункт назначения. UUCP-адреса являются маршрутно-зависимыми, а Internet-адреса (обычно) от маршрута не зависят.

Электронно-почтовый Internet-адрес имеет следующий формат пользователь@машина , где знак @ отделяет имя пользователя от обозначения машины. Почта доставляется в почтовый ящик пользователя на машине.

7. Сеть INTERNET

В настоящее время в мире насчитываются сотни тысяч больших и малых сетей. Большинство из них уже соединены. Так постепенно образовалось единое информационное поле, состоящее из миллионов взаимосвязанных компьютеров. Это единое информационное пространство я называют Интернетом. Самое простое определение звучит так: Интернет - это сеть сетей.

Физически структуру Интернета составляют компьютеры самых разных типов. Те из них, которые подключены постоянно и участвуют в передаче данных между другими участниками сети, называются серверами. Несмотря на то, что многие из серверов несовместимы программно, вся система функционирует надежно благодаря тому, что каждый сервер использует стандартный протокол передачи данных - TCP/IP.

Адреса Интернета

Протокол ТСР/ТР - это на самом деле не один протокол, а два. Первый - TCP отвечает за то, как информация разделяется на пакеты и как потом собирается в полный документ. Второй протокол - IP - отвечает за то, как эти пакеты передаются в сети и как они достигают адресата.

Все компьютеры, включенные во всемирную сеть, работают в автоматическом режиме, без участия людей. Промежуточные серверы, пересылающие пакеты, не могут и не должны знать, где находятся отправитель и получатель. Их задача простая - переслать пакет своему соседу, который находится к получателю ближе, чем они сами. Что такое «ближе» и что такое «дальше», сервер определяет по четырем байтам адреса, например 198.137.240.100. Такая форма записи адреса называется IP-адресом. Эта форма удобна для компьютеров, но неудобна для людей. Запоминать такие адреса трудно. Поэтому существует и другая, более удобная форма записи, использующая систему имен доменов (DNS).

Что такое сеть

Компьютерная сеть - это совокупность ПК и других устройств, объединяемых вместе с помощью сетевых кабелей таким образом, что они могут взаимодействовать друг с другом с целью совместного использования информации и ресурсов. Сети отличаются размерами: некоторые размещаются внутри одного офиса, другие охватывают несколько зданий и даже весь земной шар.

При создании сетей наиболее часто используются технологии Ethernet и Fast Ethernet. В одной сети может использоваться сразу несколько технологий. Ethernet- и Fast Ethernet-сети функционируют аналогично; главное отличие заключается в скорости передачи данных.

Как сеть работает

Передача информации производится пакетами. Каждый пакет содержит адрес передающего и принимающего устройств, что позволяет ему достигать адресата.

Ethernet- и Fast Ethernet-сети используют протокол CSMA/CD (множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий). Этот протокол позволяет только одному устройству передавать данные в каждый момент времени. Если два устройства пытаются одновременно передавать информацию, возникает коллизия, которая обнаруживается передающими устройствами. Оба устройства останавливают передачу и ждут, когда можно будет повторно начать передачу данных. Этот механизм похож на разговор двух людей: если оба начинают говорить одновременно, то они останавливаются и затем один начинает говорить снова.

Преимущества сетей

В сети как информация, так и ресурсы могут использоваться совместно или, как говорят, разделяться пользователями. Это имеет ряд преимуществ:

• можно использовать одни и те же периферийные устройства, такие как принтеры, модемы, сканеры и т.д. (например, в сети может быть только один принтер);
• можно передавать данные без использования дискет. Передача файлов по сети экономит время, которое затрачивается на запись и считывание данных с дискеты. Кроме того, отсутствуют ограничения на размеры копируемых файлов;
• можно централизованно использовать важные компьютерные программы, например бухгалтерские. Часто пользователям необходимо иметь доступ к одной и той же программе и работать с ней одновременно. Например, программа продажи билетов должна быть единой, чтобы можно было предотвратить их повторную продажу;
• можно предусмотреть автоматическое резервное копирование важных файлов. При этом программа резервного копирования запускается автоматически, экономя время и гарантируя сохранность файлов.

Компоненты сети

Небольшая сеть обычно состоит из:

• ПК и периферийных устройств, таких как принтеры;
• сетевых адаптеров для ПК и cетевых кабелей;
• cетевого оборудования, такого как концентраторы и коммутаторы, которые соединяют между собой ПК и принтеры;
• cетевой операционной системы, например Windows NT или NetWare.

Кроме того, может потребоваться и другое оборудование.

В ПК для того, чтобы его можно было использовать в сети, необходимо установить сетевые адаптеры. Некоторые ПК имеют заранее установленный сетевой адаптер. Сетевой адаптер должен быть по скорости совместим с концентратором, к которому ПК подключается. Так, сетевой адаптер Ethernet соответствует концентратору Ethernet, а сетевой адаптер Fast Ethernet - концентратору Fast Ethernet.

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.

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. Если вы используете концентратор или коммутатор с индикаторами, показывающими степень загруженности сети, то, анализируя их показания, можно сделать определенные выводы. Так, в случае если трафик постоянно велик, следует использовать коммутатор для разделения сети на сегменты. В случае добавления в сеть новых концентраторов следует соблюдать правила, ограничивающие количество непосредственно соединяемых друг с другом концентраторов. Применение коммутаторов позволяет увеличить число используемых в сети концентраторов и тем самым расширить сеть.

Правила формирования сети

Правила Ethernet и Fast Ethernet

При формировании сети из нескольких устройств необходимо соблюдать ряд правил, относящихся к:

• числу концентраторов, которые можно соединять друг с другом;
• длине используемого кабеля;
• типу используемого кабеля.

Эти правила аналогичны для Ethernet и Fast Ethernet. Если вы имеете дело с концентраторами, поддерживающими соединения двух типов - Ethernet и Fast Ethernet, то вы должны использовать Ethernet- или Fast Ethernet-правила в зависимости от типа подключаемого к концентратору оборудования. Если же вы соединяете два концентратора вместе, то должно иметь место Fast Ethernet-соединение.

Когда необходимо подключить к сети больше пользователей, вы можете просто использовать еще один концентратор, подключив его к существующему оборудованию сети. Концентраторы работают не так, как другое оборудование сети. Они просто передают поступающую к ним информацию на все остальные порты. Существует ограничение на число концентраторов, которые можно соединять вместе, поскольку большое число концентраторов вызывает чувствительность сети к коллизиям.

В сетях Ethernet 10Base-T максимальное количество расположенных подряд концентраторов не должно превышать четырех.

Проблема может быть решена путем размещения между концентраторами одного коммутатора. Как известно, коммутаторы разделяют сеть на сегменты. В данном случае коммутатор следует расположить так, чтобы между ПК и коммутатором находилось не более двух концентраторов. Именно такая структура соответствует требованиям Ethernet и гарантирует корректную работу сети.

Правила для сети Fast Ethernet на витой паре

Максимальное число концентраторов в одной ветви - два.

Для стандарта 100Base-TX необходим кабель на витой паре категории 5. Максимальная длина сегмента кабеля - 100 м. Общая длина кабеля на витой паре, проходящего через непосредственно соединенные концентраторы, не должна превышать 205 м.

Коннекторы и кабели

Коаксиальный кабель

Витая пара и коаксиальный кабель представляют собой различные типы кабеля, которые используются для соединения оборудования вычислительных сетей.

Коаксиальный кабель стал использоваться в сетях раньше витой пары. Сети на коаксиальном кабеле создаются путем объединения Т-образных секций в один длинный сегмент. Два свободных конца сегмента завершаются терминаторами. ПК подключаются к одному из концов Т-образной секции. Данные передаются вдоль всего сегмента и достигают всех устройств, входящих в сегмент. Для того чтобы сеть функционировала, весь сегмент должен оставаться неповрежденным. Это означает, что, если какая-нибудь секция кабеля повреждена или отключена, то сеть работать не будет. В процессе модернизации сети (например, при добавлении новых ПК) происходит разрыв сегмента, что делает сеть временно неработоспособной.

Коаксиальный кабель может использоваться только для сетей стандарта Ethernet.

Кабель на витой паре

Кабель на витой паре легче в использовании и значительно более гибок, чем коаксиальный. Поэтому в большинстве сетей в качестве физической среды передачи используется именно кабель на витой паре. В небольших сетях на витой паре обычно используется центральное устройство - концентратор или коммутатор, - к которому по витой паре подключаются все ПК. Это устройство распределяет информацию между ПК, которые к нему подключены.

Кабель на витой паре очень гибок и имеет удобные для использования коннекторы, которые легко вставляются в порты сетевого оборудования, ПК и принтеров. Если кабель на витой паре поврежден, то только то устройство, которое он подключает к сети, будет блокировано. Все остальные устройства остаются работоспособными. Модернизировать сеть (например, добавить новые ПК) очень легко, и этот процесс не влияет на работу других устройств. Кабель категории 5 можно использовать для сетей Fast Ethernet. Кроме того, применение кабеля категории 5 позволит перейти от сетей Ethernet к сетям Fast Ethernet.

Как можно установить соединение с сетью на коаксиальном кабеле

Раньше именно коаксиальный кабель наиболее часто использовался как среда передачи в сетях Ethernet. Для того чтобы обеспечить переход на витую пару, следует использовать концентраторы с портами двух типов - на витой паре и на коаксиальном кабеле.

Если у вас есть один из этих концентраторов, то установить соединение с сетью на коаксиальном кабеле будет достаточно легко. Все, что для этого надо, - соединить существующую сеть с соответствующим портом концентратора. Помимо соединения с коаксиальным кабелем эти концентраторы позволяют проводить соединения и по витой паре.

Расширение и модернизация

Рассмотрим вопросы расширения сети, связанные с увеличением числа пользователей.

В каких случаях требуется расширять или модернизировать сеть? Существует по крайней мере три причины:

• требуется больше портов;
• требуется более широкая полоса пропускания;
• одноранговая сеть стала слишком сложной.

Требуется больше портов .

В тех случаях, когда количество пользователей сети увеличивается, можно просто добавить другой концентратор, подключив его к существующему. В результате появится нужное число дополнительных портов.

Для сопряжения устройств в сетях Ethernet используется MDI-интерфейс, регламентирующий правила соединения. Большинство портов концентраторов и коммутаторов относятся к MDI-X-портам, которые используют стандартный кабель на витой паре для подключения к ПК. Часть портов может относиться к категории MDI/MDI-X. Это значит, что режим их работы выбирается с помощью переключателя. Для того чтобы соединение между двумя устройствами заработало, принимающие линии одного устройства должны быть соединены с передающими линиями другого. Для соединения двух портов MDI или двух портов MDI-X надо использовать так называемый кроссоверный кабель - кабель с перекрещиванием передающих и принимающих линий. Сформулируем наиболее часто используемые правила сопряжения устройств:

1. Для соединения MDI/MDI-X-порта (установленного в режим MDI с помощью переключателя) одного устройства с MDI-X-портом другого нужен стандартный кабель на витой паре.
2. Для соединения двух MDI-X-портов нужен кроссоверный кабель на витой паре.

Требуется более широкая полоса пропускания .
Ethernet-сети, базирующиеся на концентраторах, являются идеальным решением для большинства небольших сетей. Однако если Ethernet-сеть постоянно работает с большими нагрузками, то можно:

• добавить Ethernet-коммутатор. Если в сети более 25 пользователей или большинство пользователей имеют обычные Ethernet-адаптеры в своих ПК, то добавление Ethernet-коммутатора позволит разделить сеть на менее загруженные сегменты;
• перейти к Fast Ethernet. Если по сети передается много больших файлов (например, графических), то переход к Fast Ethernet обеспечит в 10 раз большую полосу пропускания. Это ускорит передачу файлов и выполнение других сетевых операций.

Отметим, что переход к Fast Ethernet потребует сетевые адаптеры стандарта Fast Ethernet. Если вы не собираетесь сразу модернизировать всю сеть, можно рекомендовать использовать концентраторы с автоматическим определением скорости. Эти устройства обеспечивают автонастройку портов Ethernet/Fast Ethernet, что позволит подключать к концентратору старое оборудование Ethernet и новое Fast Ethernet.

Одноранговая сеть стала слишком сложной .

В ряде случаев возникают трудности, связанные с ростом одноранговой сети:

• Если существует много совместно используемых (разделяемых) папок или файлов, то неудобно контролировать их месторасположение и права доступа к ним.
• Если к разделяемым папкам и локальным принтерам часто обращаются, то это приводит к замедлению работы тех ПК, к которым они подключены.

Технология «клиент-сервер»

Очень часто бывает целесообразно перейти от одноранговой сети к сети, базирующейся на технологии «клиент-сервер», применение которой позволяет более эффективно эксплуатировать мощности ЛВС. В этом случае приложение делится на две части: клиентскую и серверную. Один или несколько наиболее мощных компьютеров сети конфигурируются как серверы приложений; на них выполняются серверные части приложений. Клиентские части выполняются на рабочих станциях; именно на рабочих станциях формируются запросы к серверам приложений и обрабатываются полученные результаты.

Различают сети с одним или несколькими выделенными серверами. В таких сетях именно ресурсы сервера, чаще всего дисковая память, доступны всем пользователям. Серверы, разделяемым ресурсом которых является дисковая память, называются файл-серверами. Можно сказать, что сервер обслуживает все рабочие станции. Файловый сервер обычно используется только администратором сети и не предназначен для решения прикладных задач. Поэтому он может быть оснащен недорогим, даже монохромным дисплеем. Однако файловые серверы почти всегда содержат несколько быстродействующих накопителей или даже RAID-массив. Сервер должен быть высоконадежным, поскольку его выход из строя приводит к остановке работы всей сети. На файловом сервере обычно устанавливается сетевая операционная система: чаще всего это Windows NT, NetWare или Linux.

На рабочих станциях устанавливается обычная ОС, например DOS, Windows или Windows NT. Рабочая станция - это индивидуальное рабочее место пользователя. Полноправным владельцем всех ресурсов рабочей станции в отличие от одноранговой сети является пользователь. В то же время ресурсы файл-сервера разделяются всеми пользователями. В качестве рабочей станции может использоваться компьютер практически любой конфигурации. Но в конечном счете все зависит от тех приложений, которые данный компьютер использует.

КомпьютерПресс 10"1999