На сегодняшний день в мире существует более 130 миллионов компьютеров, и более 80% из них объединены в различные информационно-вычислительные сети, от малых локальных сетей в офисах, до глобальных сетей типа Internet.

Всемирная тенденция к объединению компьютеров в сети обусловлена рядом важных причин, таких как ускорение передачи информационных сообщений, возможность быстрого обмена информацией между пользователями, получение и передача сообщений (факсов, Е – Маil писем и прочего) не отходя от рабочего места, возможность мгновенного получения любой информации из любой точки земного шара, а так же обмен информацией между компьютерами разных фирм производителей работающих под разным программным обеспечением.

Это все невозможно без специальных устройств, которые определяются под общим названием «сетевое оборудование».

Сетевое оборудование — устройства, необходимые для работы компьютерной сети, например: маршрутизатор, коммутатор, концентратор, патч-панель и др. Обычно выделяют активное и пассивное сетевое оборудование. Активное сетевое оборудование - оборудование, за которым следует некоторая «интеллектуальная» особенность. То есть Маршрутизатор, коммутатор (свитч) и т.д. являются активным сетевым оборудованием. Напротив — повторитель (репитер) и концентратор (хаб) не являются АСО, так как просто повторяют электрический сигнал для увеличения расстояния соединения или топологического разветвления и ничего «интеллектуального» собой не представляют. Но управляемые свитчи относятся к активному сетевому оборудованию, так как могут быть наделены некоей «интеллектуальной особенностью».

Под пассивным сетевым оборудованием подразумевается оборудование, не наделенное «интеллектуальными» особенностями. Например, кабель (коаксиальный и витая пара (UTP/STP)), вилка/розетка (RG58, RJ45, RJ11, GG45), повторитель (репитер), патч-панель, концентратор (хаб), балун (balun) для коаксиальных кабелей (RG-58) и т.д.

^ 1. Состав локальной вычислительной сети

1.1 Состав оборудования локальной сети

Фрагмент вычислительной сети (рис. 1) включает основные типы коммуникационного оборудования, применяемого сегодня для образования локальных сетей и соединения их через глобальные связи друг с другом. Для построения локальных связей между компьютерами используются различные виды кабельных систем, сетевые адаптеры, концентраторы-повторители, мосты, коммутаторы и маршрутизаторы. Для подключения локальных сетей к глобальным связям используются специальные выходы (WAN порты) мостов и маршрутизаторов, а также аппаратура передачи данных по длинным линиям – модемы (при работе по аналоговым линиям) или же устройства подключения к цифровым каналам (TA – терминальные адаптеры сетей ISDN, устройства обслуживания цифровых выделенных каналов типа CSU/DSU и т.п.).

Рис. 1. Фрагмент сети

^ 1.2 Роль кабельной системы

Для построения локальных связей в вычислительных сетях в настоящее время используются различные виды кабелей – коаксиальный кабель, кабель на основе экранированной и неэкранированной витой пары и оптоволоконный кабель. Наиболее популярным видом среды передачи данных на небольшие расстояния (до 100 м) становится неэкранированная витая пара, которая включена практически во все современные стандарты и технологии локальных сетей и обеспечивает пропускную способность до 100 Мб/с (на кабелях категории 5). Оптоволоконный кабель широко применяется как для построения локальных связей, так и для образования магистралей глобальных сетей. Оптоволоконный кабель может обеспечить очень высокую пропускную способность канала (до нескольких Гб/с) и передачу на значительные расстояния (до нескольких десятков километров без промежуточного усиления сигнала).

В качестве среды передачи данных в вычислительных сетях используются также электромагнитные волны различных частот – КВ, УКВ, СВЧ. Однако пока в локальных сетях радиосвязь используется только в тех случаях, когда оказывается невозможной прокладка кабеля, например, в зданиях, являющихся памятниками архитектуры. Это объясняется, прежде всего, недостаточной надежностью сетевых технологий, построенных на использовании электромагнитного излучения. Для построения глобальных каналов этот вид среды передачи данных используется шире – на нем построены спутниковые каналы связи и наземные радиорелейные каналы, работающие в зонах прямой видимости в СВЧ-диапазонах.

Согласно зарубежным исследованиям (журнал LAN Technologies), 70% времени простоев обусловлено проблемами, возникшими вследствие низкого качества применяемых кабельных систем. Поэтому так важно правильно построить фундамент сети – кабельную систему. В последнее время в качестве такой надежной основы все чаще используется структурированная кабельная система.

^ Структурированная кабельная система (Structured Cabling System, SCS) – это набор коммутационных элементов (кабелей, разъемов, коннекторов, кроссовых панелей и шкафов), а также методика их совместного использования, которая позволяет создавать регулярные, легко расширяемые структуры связей в вычислительных сетях.

Преимущества структурированной кабельной системы:

Универсальность. Структурированная кабельная система при продуманной организации может стать единой средой для передачи компьютерных данных в локальной вычислительной сети, организации локальной телефонной сети, передачи видеоинформации и даже передачи сигналов от датчиков пожарной безопасности или охранных систем. Это позволяет автоматизировать многие процессы по контролю, мониторингу и управлению хозяйственными службами и системами жизнеобеспечения.

^ Увеличение срока службы. Срок старения хорошо структурированной кабельной системы может составлять 8–10 лет.

Уменьшение стоимости добавления новых пользователей и изменения их мест размещения. Стоимость кабельной системы в основном определяется не стоимостью кабеля, а стоимостью работ по его прокладке. Поэтому более выгодно провести однократную работу по прокладке кабеля, возможно с большим запасом по длине, чем несколько раз выполнять прокладку, наращивая длину кабеля. Это помогает быстро и дешево изменять структуру кабельной системы при перемещениях персонала или смене приложений.

^ Возможность легкого расширения сети. Структурированная кабельная система является модульной, поэтому ее легко наращивать, позволяя легко и ценой малых затрат переходить на более совершенное оборудование, удовлетворяющее растущим требованиям к системам коммуникаций.

^ Обеспечение более эффективного обслуживания. Структурированная кабельная система облегчает обслуживание и поиск неисправностей по сравнению с шинной кабельной системой.

Надежность. Структурированная кабельная система имеет повышенную надежность поскольку обычно производство всех ее компонентов и техническое сопровождение осуществляется одной фирмой-производителем.

^ 1.3 Топология сети

Топология, т.е. конфигурация соединения элементов в ЛВС, привлекает к себе внимание в большей степени, чем другие характеристики сети. Это связано с тем, что именно топология во многом определяет многие важные свойства сети, например, такие, как надежность (живучесть), производительность и др.

Существуют разные подходы к классификации топологий ЛВС. Согласно одному из них конфигурации локальных сетей делят на два основных класса: широковещательные и последовательные. В широковещательных конфигурациях каждый ПК (приемопередатчик физических сигналов) передает сигналы, которые могут быть восприняты остальными ПК. К таким конфигурациям относятся общая шина, дерево, звезда с пассивным центром. В последовательных конфигурациях каждый физический подуровень передает информацию только одному ПК. Отсюда ясно, что широковещательные конфигурации – это, как правило, ЛВС с селекцией информации, а последовательные – ЛВС с маршрутизацией информации.

В широковещательных конфигурациях должны применяться сравнительно мощные приемники и передатчики, которые могут работать с сигалами в большом диапазоне уровней. Эта проблема частично решается введением ограничений на длину кабельного сегмента и на число подключений или использованием цифровых повторителей (аналоговых усилителей).

Сетевая топология – это геометрическая форма сети. В зависимости от топологии соединений узлов различают сети шинной (магистральной), кольцевой, звездной, иерархической, произвольной структуры (рисунок 3).

а) б) в)

г)

Рисунок 3 – Сетевые топологии

Конфигурация типа дерево представляет собой более развитый вариант конфигурации типа шина. Дерево образуется путем соединения нескольких шин активными повторителями или пассивными размножителями («хабами»). Оно обладает необходимой гибкостью для того, чтобы охватить средствами ЛВС несколько этажей в здании или несколько зданий на одной территории. При наличии активных повторителей отказ одного сегмента не приводит к выходу из строя остальных. В случае отказа повторителя дерево разветвляется на два поддерева или на две шины.

Широкополосные ЛВС с конфигурацией типа дерево часто имеют так называемый корень – управляющую позицию, в которой размещаются самые важные компоненты сети. К надежности этого оборудования предъявляются высокие требования, поскольку от него зависит работа всей сети. По этой причине оборудование часто дублируется.

Другой распространенный способ соединения абонентских систем в ЛВС при их небольшом числе – иерархическое соединение. В нем промежуточные узлы работают по принципу «накопи и передай». Основные преимущества данного метода заключаются в возможности оптимального соединения ЭВМ, входящих в сеть. Недостатки связаны в основном со сложностью логической и программной структуры ЛВС. Кроме того, в таких ЛВС снижается скорость передачи информации между абонентами различных иерархических уровней.

Наиболее распространенные последовательные конфигурации – «кольцо», «цепочка», «звезда с интеллектуальным центром», «снежинка». В конфигурациях «кольцо» и «цепочка» для правильного функционирования ЛВС необходима постоянная работа всех блоков РМА. Чтобы уменьшить эту зависимость, в каждый из блоков включается реле, блокирующее блок при неисправностях. Для упрощения разработки РМА и ПК сигналы обычно передаются по кольцу только в одном направлении. Каждая станция ЛВС располагает памятью объемом от нескольких битов до целого пакета. Наличие памяти замедляет передачу данных в кольце и обусловливает задержку, длительность которой зависит от числа станций. возвращаясь снова к станции – отправителю, отправитель в ходе обработки пакета может установить некоторый индикатор подтверждения. Этот индикатор может служить для управления потоком и (или) квитирования, и должен как можно быстрее вернуться к источнику. Управление потоком предполагает удаление пакетов из кольца станцией – получателем или после завершения полного круга – станцией – отправителем. Поскольку любая станция может выйти из строя и пакет может не попасть по назначению, обычно бывает необходим специальный «сборщик мусора», который опознает и уничтожает такие «заблудившиеся» пакеты.

^ 1.4 Сетевые адаптеры

Сетевой адаптер (Network Interface Card, NIC) – это периферийное устройство компьютера, непосредственно взаимодействующее со средой передачи данных, которая прямо или через другое коммуникационное оборудование связывает его с другими компьютерами. Это устройство решает задачи надежного обмена двоичными данными, представленными соответствующими электромагнитными сигналами, по внешним линиям связи. Как и любой контроллер компьютера, сетевой адаптер работает под управлением драйвера операционной системы и распределение функций между сетевым адаптером и драйвером может изменяться от реализации к реализации.

В первых локальных сетях сетевой адаптер с сегментом коаксиального кабеля представлял собой весь спектр коммуникационного оборудования, с помощью которого организовывалось взаимодействие компьютеров. Сетевой адаптер компьютера-отправителя непосредственно по кабелю взаимодействовал с сетевым адаптером компьютера-получателя. В большинстве современных стандартов для локальных сетей предполагается, что между сетевыми адаптерами взаимодействующих компьютеров устанавливается специальное коммуникационное устройство (концентратор, мост, коммутатор или маршрутизатор), которое берет на себя некоторые функции по управлению потоком данных.

Сетевой адаптер обычно выполняет следующие функции:

Оформление передаваемой информации в виде кадра определенного формата. Кадр включает несколько служебных полей, среди которых имеется адрес компьютера назначения и контрольная сумма кадра, по которой сетевой адаптер станции назначения делает вывод о корректности доставленной по сети информации.

Получение доступа к среде передачи данных. В локальных сетях в основном применяются разделяемые между группой компьютеров каналы связи (общая шина, кольцо), доступ к которым предоставляется по специальному алгоритму (наиболее часто применяются метод случайного доступа или метод с передачей маркера доступа по кольцу). В последних стандартах и технологиях локальных сетей наметился переход от использования разделяемой среды передачи данных к использованию индивидуальных каналов связей компьютера с коммуникационными устройствами сети, как это всегда делалось в телефонных сетях, где телефонный аппарат связан с коммутатором АТС индивидуальной линией связи. Технологиями, использующими индивидуальные линии связи, являются 100VG-AnyLAN, ATM и коммутирующие модификации традиционных технологий – switching Ethernet, switching Token Ring и switching FDDI. При использовании индивидуальных линий связи в функции сетевого адаптера часто входит установление соединения с коммутатором сети.

Кодирование последовательности бит кадра последовательностью электрических сигналов при передаче данных и декодирование при их приеме. Кодирование должно обеспечить передачу исходной информацию по линиям связи с определенной полосой пропускания и определенным уровнем помех таким образом, чтобы принимающая сторона смогла распознать с высокой степенью вероятности посланную информацию. Так как в локальных сетях используются широкополосные кабели, то сетевые адаптеры не используют модуляцию сигнала, необходимую для передачи дискретной информации по узкополосным линиям связи (например, телефонным каналам тональной частоты), а передают данные с помощью импульсных сигналов. Представление же двоичных 1 и 0 может быть различным.

Преобразование информации из параллельной формы в последовательную и обратно. Эта операция связана с тем, что для упрощения проблемы синхронизации сигналов и удешевления линий связи в вычислительных сетях информация передается в последовательной форме, бит за битом, а не побайтно, как внутри компьютера.

Синхронизация битов, байтов и кадров. Для устойчивого приема передаваемой информации необходимо поддержание постоянного синхронизма приемника и передатчика информации. Сетевой адаптер использует для решения этой задачи специальные методы кодирования, не использующие дополнительной шины с тактовыми синхросигналами. Эти методы обеспечивают периодическое изменение состояния передаваемого сигнала, которое используется тактовым генератором приемника для подстройки синхронизма. Кроме синхронизации на уровне битов, сетевой адаптер решает задачу синхронизации и на уровне байтов, и на уровне кадров.

Сетевые адаптеры различаются по типу и разрядности используемой в компьютере внутренней шины данных – ISA, EISA, PCI, MCA.

Сетевые адаптеры различаются также по типу принятой в сети сетевой технологии – Ethernet, Token Ring, FDDI и т.п. Как правило, конкретная модель сетевого адаптера работает по определенной сетевой технологии (например, Ethernet). В связи с тем, что для каждой технологии сейчас имеется возможность использования различных сред передачи данных (тот же Ethernet поддерживает коаксиальный кабель, неэкранированную витую пару и оптоволоконный кабель), сетевой адаптер может поддерживать как одну, так и одновременно несколько сред. В случае, когда сетевой адаптер поддерживает только одну среду передачи данных, а необходимо использовать другую, применяются трансиверы и конверторы.

Трансивер (приемопередатчик, transmitter+receiver) – это часть сетевого адаптера, его оконечное устройство, выходящее на кабель. В первом стандарте Ethernet, работающем на толстом коаксиале, трансивер располагался непосредственно на кабеле и связывался с остальной частью адаптера, располагавшейся внутри компьютера, с помощью интерфейса AUI (attachment unit interface). В других вариантах Ethernet'а оказалось удобным выпускать сетевые адаптеры (да и другие коммуникационные устройства) с портом AUI, к которому можно присоединить трансивер для требуемой среды.

Вместо подбора подходящего трансивера можно использовать конвертор, который может согласовать выход приемопередатчика, предназначенного для одной среды, с другой средой передачи данных (например, выход на витую пару преобразуется в выход на коаксиальный кабель).

^ 1.5 Физическая структуризация локальной сети

Повторители и концентраторы

Для построения простейшей односегментной сети достаточно иметь сетевые адаптеры и кабель подходящего типа. Но даже в этом простом случае часто используются дополнительные устройства – повторители сигналов, позволяющие преодолеть ограничения на максимальную длину кабельного сегмента.

Основная функция повторителя (repeater), как это следует из его названия – повторение сигналов, поступающих на один из его портов, на всех остальных портах (Ethernet) или на следующем в логическом кольце порте (Token Ring, FDDI) синхронно с сигналами-оригиналами. Повторитель улучшает электрические характеристики сигналов и их синхронность, и за счет этого появляется возможность увеличивать общую длину кабеля между самыми удаленными в сети станциями.

Многопортовый повторитель часто называют концентратором (hub, concentrator), что отражает тот факт, что данное устройство реализует не только функцию повторения сигналов, но и концентрирует в одном центральном устройстве функции объединения компьютеров в сеть. Практически во всех современных сетевых стандартах концентратор является необходимым элементом сети, соединяющим отдельные компьютеры в сеть.

Отрезки кабеля, соединяющие два компьютера или какие либо два других сетевых устройства называются физическими сегментам. Таким образом, концентраторы и повторители, которые используются для добавления новых физических сегментов, являются средством физической структуризации сети.

Концентраторы образуют из отдельных физических отрезков кабеля общую среду передачи данных – логический сегмент (рис. 2). Логический сегмент также называют доменом коллизий, поскольку при попытке одновременной передачи данных любых двух компьютеров этого сегмента, хотя бы и принадлежащих разным физическим сегментам, возникает блокировка передающей среды. Следует особо подчеркнуть, что какую бы сложную структуру не образовывали концентраторы, например, путем иерархического соединения (рис. 3), все компьютеры, подключенные к ним, образуют единый логический сегмент, в котором любая пара взаимодействующих компьютеров полностью блокирует возможность обмена данными для других компьютеров.

Рис. 2. Повторитель Ethernet синхронно повторяет биты кадра на всех своих портах

Рис. 3. Логический сегмент, построенный с использованием концентраторов

Появление устройств, централизующих соединения между отдельными сетевыми устройствами, потенциально позволяет улучшить управляемость сети и ее эксплуатационные характеристики (модифицируемость, ремонтопригодность и т.п.). С этой целью разработчики концентраторов часто встраивают в свои устройства, кроме основной функции повторителя, ряд вспомогательных функций, весьма полезных для улучшения качества сети.

Различные производители концентраторов реализуют в своих устройствах различные наборы вспомогательных функций, но наиболее часто встречаются следующие:

Объединение сегментов с различными физическими средами (например, коаксиал, витая пара и оптоволокно) в единый логический сегмент.

Автосегментация портов – автоматическое отключение порта при его некорректном поведении (повреждение кабеля, интенсивная генерация пакетов ошибочной длины и т.п.).

Поддержка между концентраторами резервных связей, которые используются при отказе основных.

Защита передаваемых по сети данных от несанкционированного доступа (например, путем искажения поля данных в кадрах, повторяемых на портах, не содержащих компьютера с адресом назначения).

Поддержка средств управления сетями – протокола SNMP, баз управляющей информации MIB.

^ 1.6 Логическая структуризация сети. Мосты и коммутаторы

Несмотря на появление новых дополнительных возможностей основной функцией концентраторов остается передача пакетов по общей разделяемой среде. Коллективное использование многими компьютерами общей кабельной системы в режиме разделения времени приводит к существенному снижению производительности сети при интенсивном трафике. Общая среда перестает справляться с потоком передаваемых кадров и в сети возникает очередь компьютеров, ожидающих доступа. Это явление характерно для всех технологий, использующих разделяемые среды передачи данных, независимо от используемых алгоритмов доступа (хотя наиболее страдают от перегрузок трафика сети Ethernet с методом случайного доступа к среде).

Поэтому сети, построенные на основе концентраторов, не могут расширяться в требуемых пределах – при определенном количестве компьютеров в сети или при появлении новых приложений всегда происходит насыщение передающей среды, и задержки в ее работе становятся недопустимыми. Эта проблема может быть решена путем логической структуризации сети с помощью мостов, коммутаторов и маршрутизаторов.

^ Мост (bridge), а также его быстродействующий функциональный аналог – коммутатор (switching hub), делит общую среду передачи данных на логические сегменты. Логический сегмент образуется путем объединения нескольких физических сегментов (отрезков кабеля) с помощью одного или нескольких концентраторов. Каждый логический сегмент подключается к отдельному порту моста / коммутатора (рис. 1.10). При поступлении кадра на какой-либо из портов мост / коммутатор повторяет этот кадр, но не на всех портах, как это делает концентратор, а только на том порту, к которому подключен сегмент, содержащий компьютер-адресат.

Разница между мостом и коммутатором состоит в том, что мост в каждый момент времени может осуществлять передачу кадров только между одной парой портов, а коммутатор одновременно поддерживает потоки данных между всеми своими портами. Другими словами, мост передает кадры последовательно, а коммутатор параллельно. (Для упрощения изложения далее в этом разделе будет использоваться термин «коммутатор» для обозначения этих обеих разновидностей устройств, поскольку все сказанное ниже в равной степени относится и к мостам, и к коммутаторам.) Следует отметить, что в последнее время локальные мосты полностью вытеснены коммутаторами. Мосты используются только для связи локальных сетей с глобальными, то есть как средства удаленного доступа, поскольку в этом случае необходимость в параллельной передаче между несколькими парами портов просто не возникает.

Рис. 4. Разделение сети на логические сегменты

При работе коммутатора среда передачи данных каждого логического сегмента остается общей только для тех компьютеров, которые подключены к этому сегменту непосредственно. Коммутатор осуществляет связь сред передачи данных различных логических сегментов. Он передает кадры между логическими сегментами только при необходимости, то есть только тогда, когда взаимодействующие компьютеры находятся в разных сегментах.

Деление сети на логические сегменты улучшает производительность сети, если в сети имеются группы компьютеров, преимущественно обменивающиеся информацией между собой. Если же таких групп нет, то введение в сеть коммутаторов может только ухудшить общую производительность сети, так как принятие решения о том, нужно ли передавать пакет из одного сегмента в другой, требует дополнительного времени.

Однако даже в сети средних размеров такие группы, как правило, имеются. Поэтому разделение ее на логические сегменты дает выигрыш в производительности – трафик локализуется в пределах групп, и нагрузка на их разделяемые кабельные системы существенно уменьшается.

Коммутаторы принимают решение о том, на какой порт нужно передать кадр, анализируя адрес назначения, помещенный в кадре, а также на основании информации о принадлежности того или иного компьютера определенному сегменту, подключенному к одному из портов коммутатора, то есть на основании информации о конфигурации сети. Для того, чтобы собрать и обработать информацию о конфигурации подключенных к нему сегментов, коммутатор должен пройти стадию «обучения», то есть самостоятельно проделать некоторую предварительную работу по изучению проходящего через него трафика. Определение принадлежности компьютеров сегментам возможно за счет наличия в кадре не только адреса назначения, но и адреса источника, сгенерировавшего пакет. Используя информацию об адресе источника, коммутатор устанавливает соответствие между номерами портов и адресами компьютеров. В процессе изучения сети мост / коммутатор просто передает появляющиеся на входах его портов кадры на все остальные порты, работая некоторое время повторителем. После того, как мост / коммутатор узнает о принадлежности адресов сегментам, он начинает передавать кадры между портами только в случае межсегментной передачи. Если, уже после завершения обучения, на входе коммутатора вдруг появится кадр с неизвестным адресом назначения, то этот кадр будет повторен на всех портах.

Мосты/коммутаторы, работающие описанным способом, обычно называются прозрачными (transparent), поскольку появление таких мостов / коммутаторов в сети совершенно не заметно для ее конечных узлов. Это позволяет не изменять их программное обеспечение при переходе от простых конфигураций, использующих только концентраторы, к более сложным, сегментированным.

Существует и другой класс мостов / коммутаторов, передающих кадры между сегментами на основе полной информации о межсегментном маршруте. Эту информацию записывает в кадр станция-источник кадра, поэтому говорят, что такие устройства реализуют алгоритм маршрутизации от источника (source routing). При использовании мостов / коммутаторов с маршрутизацией от источника конечные узлы должны быть в курсе деления сети на сегменты и сетевые адаптеры, в этом случае должны в своем программном обеспечении иметь компонент, занимающийся выбором маршрута кадров.

За простоту принципа работы прозрачного моста / коммутатора приходится расплачиваться ограничениями на топологию сети, построенной с использованием устройств данного типа – такие сети не могут иметь замкнутых маршрутов – петель. Мост/коммутатор не может правильно работать в сети с петлями, при этом сеть засоряется зацикливающимися пакетами и ее производительность снижается.

Для автоматического распознавания петель в конфигурации сети разработан алгоритм покрывающего дерева (Spanning Tree Algorithm, STA). Этот алгоритм позволяет мостам / коммутаторам адаптивно строить дерево связей, когда они изучают топологию связей сегментов с помощью специальных тестовых кадров. При обнаружении замкнутых контуров некоторые связи объявляются резервными. Мост/коммутатор может использовать резервную связь только при отказе какой-либо основной. В результате сети, построенные на основе мостов / коммутаторов, поддерживающих алгоритм покрывающего дерева, обладают некоторым запасом надежности, но повысить производительность за счет использования нескольких параллельных связей в таких сетях нельзя.

1.7 Маршрутизаторы

Маршрутизатор (router) позволяет организовывать в сети избыточные связи, образующие петли. Он справляется с этой задачей за счет того, что принимает решение о передаче пакетов на основании более полной информации о графе связей в сети, чем мост или коммутатор. Маршрутизатор имеет в своем распоряжении базу топологической информации, которая говорит ему, например, о том, между какими подсетями общей сети имеются связи и в каком состоянии (работоспособном или нет) они находятся. Имея такую карту сети, маршрутизатор может выбрать один из нескольких возможных маршрутов доставки пакета адресату. В данном случае под маршрутом понимают последовательность прохождения пакетом маршрутизаторов. Например, на рисунке 5 для связи станций L2 сети LAN1 и L1 сети LAN6 имеется два маршрута: М1 М5 М7 и М1 М6 М7.

В отличии от моста / коммутатора, который не знает, как связаны сегменты друг с другом за пределами его портов, маршрутизатор видит всю картину связей подсетей друг с другом, поэтому он может выбрать правильный маршрут и при наличии нескольких альтернативных маршрутов. Решение о выборе того или иного маршрута принимается каждым маршрутизатором, через который проходит сообщение.

Для того, чтобы составить карту связей в сети, маршрутизаторы обмениваются специальными служебными сообщениями, в которых содержится информация о тех связях между подсетями, о которых они знают (эти подсети подключены к ним непосредственно или же они узнали эту информацию от других маршрутизаторов).

M1, M2,…, M7 – маршрутизаторыLAN1, LAN2, LAN3, WAN4, WAN5, LAN6 – уникальные номера сетей в едином форматеL1, L2,… – локальные номера узлов (дублируются, разный формат)

Рис. 5. Структура интерсети, построенной на основе маршрутизаторов

Построение графа связей между подсетями и выбор оптимального по какому-либо критерию маршрута на этом графе представляют собой сложную задачу. При этом могут использоваться разные критерии выбора маршрута – наименьшее количество промежуточных узлов, время, стоимость или надежность передачи данных.

Маршрутизаторы позволяют объединять сети с различными принципами организации в единую сеть, которая в этом случае часто называется интерсеть (internet). Название интерсеть подчеркивает ту особенность, что образованное с помощью маршрутизаторов объединение компьютеров представляет собой совокупность нескольких сетей, сохраняющих большую степень автономности, чем несколько логических сегментов одной сети. В каждой из сетей, образующих интерсеть, сохраняются присущие им принципы адресации узлов и протоколы обмена информацией. Поэтому маршрутизаторы могут объединять не только локальные сети с различной технологией, но и локальные сети с глобальными.

Маршрутизаторы не только объединяют сети, но и надежно защищают их друг от друга. Причем эта изоляция осуществляется гораздо проще и надежнее, чем с помощью мостов / коммутаторов. Например, при поступлении кадра с неправильным адресом мост / коммутатор обязан повторить его на всех своих портах, что делает сеть незащищенной от некорректно работающего узла. Маршрутизатор же в таком случае просто отказывается передавать «неправильный» пакет дальше, изолируя дефектный узел от остальной сети.

Кроме того, маршрутизатор предоставляет администратору удобные средства фильтрации потока сообщений за счет того, что сам распознает многие поля служебной информации в пакете и позволяет их именовать понятным администратору образом. Нужно заметить, что некоторые мосты / коммутаторы также способны выполнять функции гибкой фильтрации, но задавать условия фильтрации администратор сети должен сам в двоичном формате, что достаточно сложно.

Кроме фильтрации, маршрутизатор может обеспечивать приоритетный порядок обслуживания буферизованных пакетов, когда на основании некоторых признаков пакетам предоставляются преимущества при выборе из очереди.

www.ronl.ru

«Сетевое оборудование» - Курсовая

Федеральное агентство по образованию

Южно-Уральский государственный университет

Миасский машиностроительный факультет

Курсовая работа

По предмету «Сети ЭВМ»

на тему:

«Сетевое оборудование»

Выполнила: Балакина Е.А.

студентка 276 гр. УК

Проверил: Кулешов Ю.В.

Миасс

2009

Содержание

Введение

1. Состав локальной вычислительной сети

1.1 Состав оборудования локальной сети

1.2 Роль кабельной системы

1.3 Топология сети

1.4 Сетевые адаптеры

1.5 Физическая структуризация локальной сети

1.6 Логическая структуризация сети. Мосты и коммутаторы

1.7 Маршрутизаторы

1.8 Модульные многофункциональные концентраторы

1.9 Функциональное соответствие видов коммуникационного оборудования уровням модели OSI

Заключение

Использованная литература

Введение

1. Состав локальной вычислительной сети

1.1 Состав оборудования локальной сети

Рис. 1. Фрагмент сети

1.2 Роль кабельной системы

Структурированная кабельная система (Structured Cabling System, SCS) – это набор коммутационных элементов (кабелей, разъемов, коннекторов, кроссовых панелей и шкафов), а также методика их совместного использования, которая позволяет создавать регулярные, легко расширяемые структуры связей в вычислительных сетях.

Преимущества структурированной кабельной системы:

Универсальность. Структурированная кабельная система при продуманной организации может стать единой средой для передачи компьютерных данных в локальной вычислительной сети, организации локальной телефонной сети, передачи видеоинформации и даже передачи сигналов от датчиков пожарной безопасности или охранных систем. Это позволяет автоматизировать многие процессы по контролю, мониторингу и управлению хозяйственными службами и системами жизнеобеспечения.
Увеличение срока службы. Срок старения хорошо структурированной кабельной системы может составлять 8–10 лет.
Уменьшение стоимости добавления новых пользователей и изменения их мест размещения. Стоимость кабельной системы в основном определяется не стоимостью кабеля, а стоимостью работ по его прокладке. Поэтому более выгодно провести однократную работу по прокладке кабеля, возможно с большим запасом по длине, чем несколько раз выполнять прокладку, наращивая длину кабеля. Это помогает быстро и дешево изменять структуру кабельной системы при перемещениях персонала или смене приложений.
Возможность легкого расширения сети. Структурированная кабельная система является модульной, поэтому ее легко наращивать, позволяя легко и ценой малых затрат переходить на более совершенное оборудование, удовлетворяющее растущим требованиям к системам коммуникаций.
Обеспечение более эффективного обслуживания. Структурированная кабельная система облегчает обслуживание и поиск неисправностей по сравнению с шинной кабельной системой.
Надежность. Структурированная кабельная система имеет повышенную надежность поскольку обычно производство всех ее компонентов и техническое сопровождение осуществляется одной фирмой-производителем.

1.3 Топология сети

а) б) в)

г)

Рисунок 3 – Сетевые топологии

1.4 Сетевые адаптеры

Сетевой адаптер обычно выполняет следующие функции:

Оформление передаваемой информации в виде кадра определенного формата. Кадр включает несколько служебных полей, среди которых имеется адрес компьютера назначения и контрольная сумма кадра, по которой сетевой адаптер станции назначения делает вывод о корректности доставленной по сети информации.
Получение доступа к среде передачи данных. В локальных сетях в основном применяются разделяемые между группой компьютеров каналы связи (общая шина, кольцо), доступ к которым предоставляется по специальному алгоритму (наиболее часто применяются метод случайного доступа или метод с передачей маркера доступа по кольцу). В последних стандартах и технологиях локальных сетей наметился переход от использования разделяемой среды передачи данных к использованию индивидуальных каналов связей компьютера с коммуникационными устройствами сети, как это всегда делалось в телефонных сетях, где телефонный аппарат связан с коммутатором АТС индивидуальной линией связи. Технологиями, использующими индивидуальные линии связи, являются 100VG-AnyLAN, ATM и коммутирующие модификации традиционных технологий – switching Ethernet, switching Token Ring и switching FDDI. При использовании индивидуальных линий связи в функции сетевого адаптера часто входит установление соединения с коммутатором сети.
Кодирование последовательности бит кадра последовательностью электрических сигналов при передаче данных и декодирование при их приеме. Кодирование должно обеспечить передачу исходной информацию по линиям связи с определенной полосой пропускания и определенным уровнем помех таким образом, чтобы принимающая сторона смогла распознать с высокой степенью вероятности посланную информацию. Так как в локальных сетях используются широкополосные кабели, то сетевые адаптеры не используют модуляцию сигнала, необходимую для передачи дискретной информации по узкополосным линиям связи (например, телефонным каналам тональной частоты), а передают данные с помощью импульсных сигналов. Представление же двоичных 1 и 0 может быть различным.
Преобразование информации из параллельной формы в последовательную и обратно. Эта операция связана с тем, что для упрощения проблемы синхронизации сигналов и удешевления линий связи в вычислительных сетях информация передается в последовательной форме, бит за битом, а не побайтно, как внутри компьютера.
Синхронизация битов, байтов и кадров. Для устойчивого приема передаваемой информации необходимо поддержание постоянного синхронизма приемника и передатчика информации. Сетевой адаптер использует для решения этой задачи специальные методы кодирования, не использующие дополнительной шины с тактовыми синхросигналами. Эти методы обеспечивают периодическое изменение состояния передаваемого сигнала, которое используется тактовым генератором приемника для подстройки синхронизма. Кроме синхронизации на уровне битов, сетевой адаптер решает задачу синхронизации и на уровне байтов, и на уровне кадров.

1.5 Физическая структуризация локальной сети

Повторители и концентраторы

Рис. 2. Повторитель Ethernet синхронно повторяет биты кадра на всех своих портах

Рис. 3. Логический сегмент, построенный с использованием концентраторов

Объединение сегментов с различными физическими средами (например, коаксиал, витая пара и оптоволокно) в единый логический сегмент.
Автосегментация портов – автоматическое отключение порта при его некорректном поведении (повреждение кабеля, интенсивная генерация пакетов ошибочной длины и т.п.).
Поддержка между концентраторами резервных связей, которые используются при отказе основных.
Защита передаваемых по сети данных от несанкционированного доступа (например, путем искажения поля данных в кадрах, повторяемых на портах, не содержащих компьютера с адресом назначения).
Поддержка средств управления сетями – протокола SNMP, баз управляющей информации MIB.

1.6 Логическая структуризация сети. Мосты и коммутаторы

Мост (bridge), а также его быстродействующий функциональный аналог – коммутатор (switching hub), делит общую среду передачи данных на логические сегменты. Логический сегмент образуется путем объединения нескольких физических сегментов (отрезков кабеля) с помощью одного или нескольких концентраторов. Каждый логический сегмент подключается к отдельному порту моста / коммутатора (рис. 1.10). При поступлении кадра на какой-либо из портов мост / коммутатор повторяет этот кадр, но не на всех портах, как это делает концентратор, а только на том порту, к которому подключен сегмент, содержащий компьютер-адресат.

Рис. 4. Разделение сети на логические сегменты

1.7 Маршрутизаторы

Рис. 5. Структура интерсети, построенной на основе маршрутизаторов

В результате, маршрутизатор оказывается сложным интеллектуальным устройством, построенным на базе одного, а иногда и нескольких мощных процессоров. Такой специализированный мультипроцессор работает, как правило, под управлением специализированной операционной системы.

1.8 Модульные многофункциональные концентраторы

При построении сложной сети могут быть полезны все типы коммуникационных устройств: и концентраторы, и мосты, и коммутаторы, и маршрутизаторы (сетевые адаптеры исключены из этого списка потому, что они необходимы всегда). Чаще всего отдельное коммуникационное устройство выполняет только одну основную функцию, представляя собой либо повторитель, либо мост, либо коммутатор, либо маршрутизатор. Но это не всегда удобно, так как в некоторых случаях более рационально иметь в одном корпусе многофункциональное устройство, которое может сочетать эти базовые функции и тем самым позволяет разработчику сети использовать его более гибко.

В идеале можно представить себе универсальное коммуникационное устройство, имеющее достаточное количество портов для подключения сетевых адаптеров, которые объединяются в группы с программируемыми функциями взаимоотношений между собой (по алгоритму повторителя, коммутатора или маршрутизатора). Однако известно, что всякая универсализация всегда вредит качеству выполнения узких специальных функций и, возможно поэтому, на современном уровне развития техники такое полностью универсальное устройство пока не появилось, хотя отдельное совмещение функций в одном устройстве иногда выполняется.

Так маршрутизаторы часто могут работать и в качестве мостов, в зависимости от того, как сконфигурировано администратором их программное обеспечение. А вот функции повторителя требуют высокого быстродействия, которое может быть достигнуто только на сугубо аппаратном уровне. Поэтому функции повторителя не объединяются с функциями моста или маршрутизатора.

Для совмещения функций может быть использован другой подход. В специальных устройствах – модульных концентраторах – отдельные компоненты, выполняющие одну из трех описанных основных функций, реализованы в виде модулей, устанавливаемых в общем корпусе. При этом межмодульные связи организуются не внешним образом, как это делается, когда модули представляют собой отдельные устройства, а по внутренним шинам единого устройства.

Модульные многофункциональные устройства часто называют концентраторами, подчеркивая их централизующую роль в сети. При этом термин «концентратор» используется не как синоним термина повторитель, а в более широком смысле. Нужно хорошо понимать в каждом конкретном случае функциональное назначение отдельных модулей такого концентратора. В зависимости от комплектации модульный многофункциональный концентратор может сочетать функции и повторителя (причем различных технологий), и моста, и коммутатора, и маршрутизатора, а может выполнять и только одну из них.

1.9 Функциональное соответствие видов коммуникационного оборудования уровням модели OSI

Лучшим способом для понимания отличий между сетевыми адаптерами, повторителями, мостами / коммутаторами и маршрутизаторами является рассмотрение их работы в терминах модели OSI. Соотношение между функциями этих устройств и уровнями модели OSI показано на рисунке 6.

Повторитель, который регенерирует сигналы, за счет чего позволяет увеличивать длину сети, работает на физическом уровне.

Сетевой адаптер работает на физическом и канальном уровнях. К физическому уровню относится та часть функций сетевого адаптера, которая связана с приемом и передачей сигналов по линии связи, а получение доступа к разделяемой среде передачи, распознавание МАС-адреса компьютера – это уже функция канального уровня.

Мосты выполняют большую часть своей работы на канальном уровне. Для них сеть представляется набором МАС-адресов устройств. Они извлекают эти адреса из заголовков, добавленных к пакетам на канальном уровне, и используют их во время обработки пакетов для принятия решения о том, на какой порт отправить тот или иной пакет. Мосты не имеют доступа к информации об адресах сетей, относящейся к более высокому уровню. Поэтому они ограничены в принятии решений о возможных путях или маршрутах перемещения пакетов по сети.

Рис. 6. Соответствие функций коммуникационного оборудования модели OSI

Маршрутизаторы работают на сетевом уровне модели OSI. Для маршрутизаторов сеть – это набор сетевых адресов устройств и множество сетевых путей. Маршрутизаторы анализируют все возможные пути между любыми двумя узлами сети и выбирают самый короткий из них. При выборе могут приниматься во внимание и другие факторы, например, состояние промежуточных узлов и линий связи, пропускная способность линий или стоимость передачи данных.

Для того, чтобы маршрутизатор мог выполнять возложенные на него функции ему должна быть доступна более развернутая информация о сети, нежели та, которая доступна мосту. В заголовке пакета сетевого уровня кроме сетевого адреса имеются данные, например, о критерии, который должен быть использован при выборе маршрута, о времени жизни пакета в сети, о том, какому протоколу верхнего уровня принадлежит пакет.

Благодаря использованию дополнительной информации, маршрутизатор может осуществлять больше операций с пакетами, чем мост / коммутатор. Поэтому программное обеспечение, необходимое для работы маршрутизатора, является более сложным.

На рисунке 6 показан еще один тип коммуникационных устройств – шлюз, который может работать на любом уровне модели OSI. Шлюз (gateway) – это устройство, выполняющее трансляцию протоколов. Шлюз размещается между взаимодействующими сетями и служит посредником, переводящим сообщения, поступающие из одной сети, в формат другой сети. Шлюз может быть реализован как чисто программными средствами, установленными на обычном компьютере, так и на базе специализированного компьютера. Трансляция одного стека протоколов в другой представляет собой сложную интеллектуальную задачу, требующую максимально полной информации о сети, поэтому шлюз использует заголовки всех транслируемых протоколов.

Заключение

Как вывод всей работы можно сказать, что локальная сеть – это не просто механическая сумма персональных компьютеров, она значительно расширяет возможности пользователей. Компьютерные сети на качественно новом уровне позволяют обеспечить основные характеристики:

максимальную функциональность, т.е. пригодность для самых разных видов операций,
интегрированность, заключающуюся в сосредоточении всей информации в едином центре,
оперативность информации и управления, определяемые возможностью круглосуточной работы в реальном масштабе времени,
функциональную гибкость, т.е. возможность быстрого изменения параметров системы,
развитую инфраструктуру, т.е. оперативный сбор, обработку и представление в единый центр всей информации со всех подразделений,
минимизированные риски посредством комплексного обеспечения безопасности информации, которая подвергается воздействию случайных и преднамеренных угроз.

Последний пункт очень важен, поскольку в сете могут содержаться данные, которые могут быть использованы в ходе конкурентной борьбы, но, в целом, если безопасность находится на должном уровне, локальные сети становятся просто необходимыми в современных условиях экономики и управления.

Список использованной литературы

Герасименко В.Г., Нестеровский И.П., Пентюхов В.В. и др. Вычислительные сети и средства их защиты: Учебное пособие/ Герасименко В.Г., Нестеровский И.П., Пентюхов В.В. и др. – Воронеж: ВГТУ, 1998. – 124 с.
Камалян А.К., Кулев С.А., Назаренко К.Н. и др. Компьютерные сети и средства защиты информации: Учебное пособие /Камалян А.К., Кулев С.А., Назаренко К.Н. и др. – Воронеж: ВГАУ, 2003.-119 с.
Курносов А.П. Практикум по информатике / Под ред. Курносова А.П. Воронеж: ВГАУ, 2001. – 173 с.
Макарова Н.В. Информатика /под ред. Проф. Н.В. Макаровой. – М.: Финансы и статистика, 1997. – 768 с.: ил.
Малышев Р.А. Локальные вычислительные сети: Учебное пособие/ РГАТА. – Рыбинск, 2005. – 83 с.
Олифер В.Г, Олифер Н.А. Сетевые операционные системы/ В.Г. Олифер, Н.А. Олифер. – СПб.: Питер, 2002. – 544 с.: ил.
Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы /В.Г. Олифер, Н.А. Олифер. – СПб.: Питер, 2002. – 672 с.: ил.
Симонович С.В. Информатика. Базовый курс / Симонович С.В. и др. – СПб.: издательство «Питер», 2000. – 640 с.: ил.
http://www.dtmsost/com/ ru/proj
/oborud/katalog/kabel/vit_para/vit_para_harak.htm#02
/wiki/%D0% A1% D0% B2% D0% B5% D1% 82% D0% BE % D0% B2% D0% BE % D0% B4

refdb.ru

Реферат - Назначение сетевого оборудования компьютерных сетей рабочей станции, сервера, модема, сетевого

Казахско-русский Международный Университет

Процан Александр Валерьевич

АУ-401, 4-й курс

«Автоматизация и управление»

Контрольная работа по дисциплине

«Вычислительные системы, сети и телекоммуникации»

Тема: «Назначение сетевого оборудования компьютерных сетей: рабочей станции, сервера, модема, сетевого адаптера концентратора, моста, шлюза, маршрутизатора»

Введение

Такие огромные потенциальные возможности, которые несет в себе вычислительная сеть и тот новый потенциальный подъем, который при этом испытывает информационный комплекс, а так же значительное ускорение производственного процесса не дают нам право не принимать это к разработке и не применять их на практике.

Поэтому необходимо разработать принципиальное решение вопроса по организации ИВС (информационно-вычислительной сети) на базе уже существующего компьютерного парка и программного комплекса, отвечающего современным научно-техническим требованиям, с учетом возрастающих потребностей и возможностью дальнейшего постепенного развития сети в связи с появлением новых технических и программных решений.

Под ЛВС понимают совместное подключение нескольких отдельных компьютерных рабочих мест (рабочих станций) к единому каналу передачи данных.

Благодаря вычислительным сетям мы получили возможность одновременного использования программ и баз данных несколькими пользователями.

Понятие локальная вычислительная сеть – ЛВС (англ. LAN – Local Агеа Network) относится к географически ограниченным (территориально или производственно) аппаратно-программным реализациям, в которых несколько компьютерных систем связанны друг с другом с помощью соответствующих средств коммуникаций.

Благодаря такому соединению пользователь может взаимодействовать с другими рабочими станциями, подключенными к этой ЛВС.

В производственной практике ЛВС играют очень большую роль.

Посредством ЛВС в систему объединяются персональные компьютеры, расположенные на многих удаленных рабочих местах, которые используют совместно оборудование, программные средства и информацию. Рабочие места сотрудников перестают быть изолированными и объединяются в единую систему. Рассмотрим преимущества, получаемые при сетевом объединении персональных компьютеров в виде внутрипроизводственной вычислительной сети.

Разделение ресурсов

Разделение ресурсов позволяет экономно использовать ресурсы, например, управлять периферийными устройствами, такими как лазерные печатающие устройства, со всех присоединенных рабочих станций.

Разделение данных.

Разделение данных предоставляет возможность доступа и управления базами данных с периферийных рабочих мест, нуждающихся в информации.

Разделение программных средств

Разделение программных средств предоставляет возможность одновременного использования централизованных, ранее установленных программных средств.

Разделение ресурсов процессора.

При разделении ресурсов процессора возможно использование вычислительных мощностей для обработки данных другими системами, входящими в сеть, Предоставляемая возможность заключается в том, что на имеющиеся ресурсы не «набрасываются» моментально, а только лишь через специальный процессор, доступный каждой рабочей станции.

Многопользовательский режим

Многопользовательские свойства системы содействуют одновременному использованию централизованных прикладных программных средств, ранее установленных и управляемых, например, если пользователь системы работает с другим заданием, то текущая выполняемая работа отодвигается на задний план.

Рабочая станция

Рабочая станция (англ.workstation ) — комплекс технических и программных средств, предназначенных для решения определенного круга задач.

Рабочая станция как место работы специалиста представляет собой полноценный компьютер или компьютерный терминал (устройства ввода-вывода, отделённые и часто удалённые от управляющего компьютера), набор необходимого ПО, по необходимости дополняемые вспомогательным оборудованием: печатающее устройство, внешнее устройство хранения данных на магнитных и/или оптических носителях, сканерштрих-кода и пр.

В отечественной литературе также использовался термин АРМ (автоматизированное рабочее место), но в более узком смысле, чем «рабочая станция».

Также термином «рабочая станция» обозначают компьютер в составе локальной вычислительной сети (ЛВС) по отношению к серверу. Компьютеры в локальной сети подразделяются на рабочие станции и серверы. На рабочих станциях пользователи решают прикладные задачи (работают в базах данных, создают документы, делают расчёты). Сервер обслуживает сеть и предоставляет собственные ресурсы всем узлам сети, в том числе и рабочим станциям.

Существуют достаточно устойчивые признаки конфигураций рабочих станций, предназначенных для решения определённого круга задач, что позволяет обособлять их в отдельный профессиональный подкласс: мультимедиа (обработка изображений, видео, звука), САПР, ГИС, полевая работа и пр. Каждый такой подкласс может иметь присущие ему особенности и уникальные компоненты (в скобках даны примеры областей использования): большой размер видеомонитора и/или несколько мониторов (САПР, ГИС, биржа), быстродействующая графическая плата (кинематограф и мультипликация, компьютерные игры), большой объём накопителей данных (фотограмметрия, мультипликация), наличие сканера (фотография), защищённое исполнение (вооружённые силы, полевые работы) и пр.

Сервер

Сервером называется компьютер, выделенный из группы персональных компьютеров (или рабочих станций ) для выполнения какой-либо сервисной задачи без непосредственного участия человека. Сервер и рабочая станция могут иметь одинаковую аппаратную конфигурацию, так как различаются лишь по участию в своей работе человека за консолью.

Некоторые сервисные задачи могут выполняться на рабочей станции параллельно с работой пользователя. Такую рабочую станцию условно называют невыделенным сервером .

Консоль (обычно — монитор/клавиатура/мышь) и участие человека необходимы серверам только на стадии первичной настройки, при аппаратно-техническом обслуживании и управлении в нештатных ситуациях (штатно, большинство серверов управляются удаленно). Для нештатных ситуаций серверы обычно обеспечиваются одним консольным комплектом на группу серверов (с коммутатором, например KVM-переключателем, или без такового).

В результате специализации, серверное решение может получить консоль в упрощенном виде (например, коммуникационный порт), или потерять ее вовсе (в этом случае первичная настройка и нештатное управление могут выполняться только через сеть, а сетевые настройки могут быть сброшены в состояние по умолчанию).

Специализация серверного оборудования идет несколькими путями, выбор того в каком направлении идти каждый производитель определяет для себя сам. Большинство специализаций удорожают оборудование.

Серверное оборудование, как правило, комплектуется более надежными элементами:

памятью с повышенной устойчивостью к сбоям, например для i386-совместимых компьютеров, память, предназначенная для серверов, имеет технологию коррекции ошибок (ECC англ. Error Checking and Correction ). На некоторых других платформах, например SPARC (Sun Microsystems), коррекцию ошибок имеет вся память.
резервированием, в том числе:

блоков питания (в том числе с горячим подключением)
жестких дисков (RAID; в том числе с горячими подключением и заменой). Не путать с «RAID»-системами обычных компьютеров.

более продуманным охлаждением (функцией)

Серверы (и другое оборудование), которые требуется устанавливать на некоторое стандартное шасси (например, в 19-дюймовые стойки и шкафы) приводятся к стандартным размерам и снабжаются необходимыми крепежными элементами.

Серверы, не требующие высокой производительности и большого количества внешних устройств зачастую уменьшают в размерах. Часто это уменьшение сопровождается уменьшением ресурсов.

В так называемом «промышленном исполнении», кроме уменьшенных размеров, корпус имеет бо́льшую прочность, защищенность от пыли (снабжен сменными фильтрами), влажности и вибрации, а также имеет дизайн кнопок, предотвращающий случайные нажатия.

Конструктивно аппаратные серверы могут исполняться в настольном, напольном, стоечном и потолочном вариантах. Последний вариант обеспечивает наибольшую плотность размещения вычислительных мощностей на единицу площади, а также максимальную масштабируемость. С конца 1990-х всё большую популярность в системах высокой надёжности и масштабируемости получили так называемые блэйд-серверы (от англ.blade — лезвие ) — компактные модульные устройства, позволяющие сократить расходы на электропитание, охлаждение, обслуживание и т. п…

По ресурсам (частота и количество процессоров, количество памяти, количество и производительность жестких дисков, производительность сетевых адаптеров) серверы специализируются в двух противоположных направлениях — наращивании ресурсов и их уменьшении.

Наращивание ресурсов преследует целью увеличение емкости (например, специализация для файл-сервера) и производительности сервера. Когда производительность достигает некоторого предела, дальнейшее наращивание продолжают другими методами, например, распараллеливанием задачи между несколькими серверами.

Уменьшение ресурсов преследует цели уменьшения размеров и энергопотребления серверов.

Крайней степенью специализации серверов являются, так называемые аппаратные решения (аппаратные роутеры, сетевые дисковые массивы, аппаратные терминалы и т. п.). Аппаратное обеспечение таких решений строится «с нуля» или перерабатывается из существующей компьютерной платформы без учета совместимости, что делает невозможным использование устройства со стандартным программным обеспечением.

Программное обеспечение в аппаратных решениях загружается в постоянную и/или энергонезависимую память производителем.

Аппаратные решения, как правило, более надежны в работе, чем обычные серверы, но менее гибки и универсальны. По цене, аппаратные решения могут быть как дешевле, так и дороже серверов, в зависимости от класса оборудования.

Последнее время, распространилось большое количество бездисковых серверных решений, на базе компьютеров (как правило x86) формфактора Mini-ITX и меньше cо специализированной переработкой GNU/Linux на SSD-диске (ATA-флэш или флеш-карте), позиционируемых как «аппаратные решения». Данные решения не принадлежат к классу аппаратных, а являются обычными специализированными серверами. В отличие от (более дорогих) аппаратных решений они наследуют проблемы платформы и программных решений, на которых основаны.

Модем

Модем (аббревиатура, составленная из слов модулятор-демодулятор) — устройство, применяющееся в системах связи и выполняющее функцию модуляции и демодуляции. Модулятор осуществляет модуляцию несущего сигнала, то есть изменяет его характеристики в соответствии с изменениями входного информационного сигнала, демодулятор осуществляет обратный процесс. Частным случаем модема является широко применяемое периферийное устройство для компьютера, позволяющее ему связываться с другим компьютером, оборудованным модемом, через телефонную сеть (телефонный модем) или кабельную сеть (кабельный модем).

Модем выполняет функцию оконечного оборудования линии связи. При этом формирование данных для передачи и обработку принимаемых данных осуществляет терминальное оборудование, в простейшем случае — персональный компьютер.

Типы модемов для компьютеров

По исполнению:

внешние — подключаются через COM, USB порт или стандартный разъем в сетевой карте RJ-45 обычно имеют внешний блок питания (существуют USB-модемы, питающиеся от USB и LPT-модемы).
внутренние — устанавливаются внутрь компьютера в слот ISA, PCI, PCI-E, PCMCIA, AMR, CNR
встроенные — являются внутренней частью устройства, например ноутбука или док-станции.

По принципу работы:

аппаратные — все операции преобразования сигнала, поддержка физических протоколов обмена, производятся встроенным в модем вычислителем (например с использованием DSP, контроллера). Так же в аппаратном модеме присутствует ПЗУ, в котором записана микропрограмма, управляющая модемом.
Софт-модем, винмодемы (англ.Host based soft - modem ) — аппаратные модемы, лишённые ПЗУ с микропрограммой. Микропрограмма такого модема хранится в памяти компьютера, к которому подключён (или в котором установлен) модем. При этом в модеме находится аналоговая схема и преобразователи: АЦП, ЦАП, контроллер интерфейса (например USB). Работоспособен только при наличии драйверов которые обрабатывают все операции по кодированию сигнала, проверке на ошибки и управление протоколами, соответственно реализованы программно и производятся центральным процессором компьютера. Изначально имелись только версии для операционных систем семейства MS Windows, откуда и появилось второе название.
полупрограммные (Controller based soft-modem) — модемы, в которых часть функций модема выполняет компьютер, к которому подключён модем.

По виду соединения:

Модемы для коммутируемых телефонных линий — наиболее распространённый тип модемов
ISDN — модемы для цифровых коммутируемых телефонных линий
DSL — используются для организации выделенных (некоммутируемых) линий используя обычную телефонную сеть. Отличаются от коммутируемых модемов тем, что используют другой частотный диапазон, а также тем, что по телефонным линиям сигнал передается только до АТС. Обычно позволяют одновременно с обменом данными осуществлять использование телефонной линии в обычном порядке.
Кабельные — используются для обмена данными по специализированным кабелям — к примеру, через кабель коллективного телевидения по протоколу DOCSIS.

Сотовые — работают по протоколам сотовой связи — GPRS, EDGE, 3G, 4G и т. п. Часто имеют исполнения в виде USB-брелока. В качестве таких модемов также часто используют терминалы мобильной связи.
Спутниковые
PLC — используют технологию передачи данных по проводам бытовой электрической сети.

Наиболее распространены в настоящее время:

внутренний программный модем
внешний аппаратный модем
встроенные в ноутбуки модемы.

Сетевой адаптер

Сетевой адаптер, также известный как сетевая карта, Сетевая плата, Ethernet-адаптер, NIC (англ.network interface controller ) — периферийное устройство, позволяющее компьютеру взаимодействовать с другими устройствами сети.

Типы

По конструктивной реализации сетевые платы делятся на:

внутренние — отдельные платы, вставляющиеся в PCI, ISA или PCI-E слот;
внешние, подключающиеся через USB или PCMCIA интерфейс, преимущественно использующиеся в ноутбуках;
встроенные в материнскую плату.

На 10-мегабитных сетевых платах для подключения к локальной сети используются 3 типа разъёмов:

8P8C для витой пары;
BNC-коннектор для тонкого коаксиального кабеля;
15-контактный разъём трансивера для толстого коаксиального кабеля.

Эти разъёмы могут присутствовать в разных комбинациях, иногда даже все три сразу, но в любой данный момент работает только один из них.

На 100-мегабитных платах устанавливают только разъём для витой пары (8P8C, ошибочно называемый RJ-45).

Рядом с разъёмом для витой пары устанавливают один или несколько информационных светодиодов, сообщающих о наличии подключения и передаче информации.

Одной из первых массовых сетевых карт стала серия NE1000/NE2000 фирмы Novell, а также немало в конце 1980-х было советских клонов сетевых карт с разъемом BNC, которые выпускались с различными советскими компьютерами и отдельно.

Параметры сетевого адаптера

При конфигурировании карты сетевого адаптера могут быть доступны следующие параметры:

номер линии запроса на аппаратное прерывание IRQ
номер канала прямого доступа к памяти DMA (если поддерживается)
базовый адрес ввода/вывода
базовый адрес памяти ОЗУ (если используется)
поддержка стандартов автосогласования дуплекса/полудуплекса, скорости
поддержка теггрированных пакетов VLAN (802.1q) с возможностью фильтрации пакетов заданного VLAN ID
параметры WOL (Wake-on-LAN)

В зависимости от мощности и сложности сетевой карты она может реализовывать вычислительные функции (преимущественно подсчёт и генерацию контрольных сумм кадров) аппаратно либо программно (драйвером сетевой карты с использованием центрального процессора).

Серверные сетевые карты могут поставляться с двумя (и более) сетевыми разъёмами. Некоторые сетевые карты (встроенные в материнскую плату) также обеспечивают функции межсетевого экрана (например, nforce).

Функции и характеристики сетевых адаптеров

Сетевой адаптер (Network Interface Card, NIC) вместе со своим драйвером реализует второй, канальный уровень модели открытых систем в конечном узле сети — компьютере. Более точно, в сетевой операционной системе пара адаптер и драйвер выполняет только функции физического и МАС-уровней, в то время как LLC-уровень обычно реализуется модулем операционной системы, единым для всех драйверов и сетевых адаптеров. Собственно так оно и должно быть в соответствии с моделью стека протоколов IEEE 802. Например, в ОС Windows NT уровень LLC реализуется в модуле NDIS, общем для всех драйверов сетевых адаптеров, независимо от того, какую технологию поддерживает драйвер.

Сетевой адаптер совместно с драйвером выполняют две операции: передачу и прием кадра. Передача кадра из компьютера в кабель состоит из перечисленных ниже этапов (некоторые могут отсутствовать, в зависимости от принятых методов кодирования):

Прием кадра данных LLC через межуровневый интерфейс вместе с адресной информацией МАС-уровня. Обычно взаимодействие между протоколами внутри компьютера происходит через буферы, расположенные в оперативной памяти. Данные для передачи в сеть помещаются в эти буферы протоколами верхних уровней, которые извлекают их из дисковой памяти либо из файлового кэша с помощью подсистемы ввода/вывода операционной системы.
Оформление кадра данных МАС-уровня, в который инкапсулируется кадр LLC (с отброшенными флагами 01111110). Заполнение адресов назначения и источника, вычисление контрольной суммы.
Формирование символов кодов при использовании избыточных кодов типа 4В/5В. Скрэмблирование кодов для получения более равномерного спектра сигналов. Этот этап используется не во всех протоколах — например, технология Ethernet 10 Мбит/с обходится без него.
Выдача сигналов в кабель в соответствии с принятым линейным кодом — манчестерским, NRZ1. MLT-3 и т. п.

Прием кадра из кабеля в компьютер включает следующие действия:

Прием из кабеля сигналов, кодирующих битовый поток.
Выделение сигналов на фоне шума. Эту операцию могут выполнять различные специализированные микросхемы или сигнальные процессоры DSP. В результате в приемнике адаптера образуется некоторая битовая последовательность, с большой степенью вероятности совпадающая с той, которая была послана передатчиком.
Если данные перед отправкой в кабель подвергались скрэмблированию, то они пропускаются через дескрэмблер, после чего в адаптере восстанавливаются символы кода, посланные передатчиком.
Проверка контрольной суммы кадра. Если она неверна, то кадр отбрасывается, а через межуровневый интерфейс наверх, протоколу LLC передается соответствующий код ошибки. Если контрольная сумма верна, то из МАС-кадра извлекается кадр LLC и передается через межуровневый интерфейс наверх, протоколу LLC. Кадр LLC помещается в буфер оперативной памяти.

Распределение обязанностей между сетевым адаптером и его драйвером стандартами не определяется, поэтому каждый производитель решает этот вопрос самостоятельно. Обычно сетевые адаптеры делятся на адаптеры для клиентских компьютеров и адаптеры для серверов.

В адаптерах для клиентских компьютеров значительная часть работы перекладывается на драйвер, тем самым адаптер оказывается проще и дешевле. Недостатком такого подхода является высокая степень загрузки центрального процессора компьютера рутинными работами по передаче кадров из оперативной памяти компьютера в сеть. Центральный процессор вынужден заниматься этой работой вместо выполнения прикладных задач пользователя.

Поэтому адаптеры, предназначенные для серверов, обычно снабжаются собственными процессорами, которые самостоятельно выполняют большую часть работы по передаче кадров из оперативной памяти в сеть и в обратном направлении. Примером такого адаптера может служить сетевой адаптер SMS EtherPower со встроенным процессором Intel i960.

В зависимости от того, какой протокол реализует адаптер, адаптеры делятся на Ethernet-адаптеры, Token Ring-адаптеры, FDDI-адаптеры и т. д. Так как протокол Fast Ethernet позволяет за счет процедуры автопереговоров автоматически выбрать скорость работы сетевого адаптера в зависимости от возможностей концентратора, то многие адаптеры Ethernet сегодня поддерживают две скорости работы и имеют в своем названии приставку 10/100. Это свойство некоторые производители называют авточувствительностью.

Сетевой адаптер перед установкой в компьютер необходимо конфигурировать. При конфигурировании адаптера обычно задаются номер прерывания IRQ, используемого адаптером, номер канала прямого доступа к памяти DMA (если адаптер поддерживает режим DMA) и базовый адрес портов ввода/вывода.

Если сетевой адаптер, аппаратура компьютера и операционная система поддерживают стандарт Plug-and-Play, то конфигурирование адаптера и его драйвера осуществляется автоматически. В противном случае нужно сначала сконфигурировать сетевой адаптер, а затем повторить параметры его конфигурации для драйвера. В общем случае, детали процедуры конфигурирования сетевого адаптера и его драйвера по многом зависят от производителя адаптера, а также от возможностей шины, для которой разработан адаптер.

Классификация сетевых адаптеров

В качестве примера классификации адаптеров используем подход фирмы 3Com, имеющей репутацию лидера в области адаптеров Ethernet. Фирма 3Com считает, что сетевые адаптеры Ethernet прошли в своем развитии три поколения.

Адаптеры первого поколения были выполнены на дискретных логических микросхемах, в результате чего обладали низкой надежностью. Они имели буферную память только на один кадр, что приводило к низкой производительности адаптера, так как все кадры передавались из компьютера в сеть или из сети в компьютер последовательно. Кроме этого, задание конфигурации адаптера первого поколения происходило вручную, с помощью перемычек. Для каждого типа адаптеров использовался свой драйвер, причем интерфейс между драйвером и сетевой операционной системой не был стандартизирован.

В сетевых адаптерах второго поколения для повышения производительности стали применять метод многокадровой буферизации. При этом следующий кадр загружается из памяти компьютера в буфер адаптера одновременно с передачей предыдущего кадра в сеть. В режиме приема, после того как адаптер полностью принял один кадр, он может начать передавать этот кадр из буфера в память компьютера одновременно с приемом другого кадра из сети.

В сетевых адаптерах второго поколения широко используются микросхемы с высокой степенью интеграции, что повышает надежность адаптеров. Кроме того, драйверы этих адаптеров основаны на стандартных спецификациях. Адаптеры второго поколении обычно поставляются с драйверами, работающими как в стандарте NDIS (спецификация интерфейса сетевого драйвера), разработанном фирмами 3Com и Microsoft и одобренном IBM, так и в стандарте ODI (интерфейс открытого драйвера), разработанном фирмой Novell.

В сетевых адаптерах третьего поколения (к ним фирма 3Com относит свои адаптеры семейства EtherLink III) осуществляется конвейерная схема обработки кадров. Она заключается в том, что процессы приема кадра из оперативной памяти компьютера и передачи его в сеть совмещаются во времени. Таким образом, после приема нескольких первых байт кадра начинается их передача. Это существенно (на 25—55 %) повышает производительность цепочки оперативная память — адаптер — физический канал — адаптер — оперативная память. Такая схема очень чувствительна к порогу начала передачи, то есть к количеству байт кадра, которое загружается в буфер адаптера перед началом передачи в сеть. Сетевой адаптер третьего поколения осуществляет самонастройку этого параметра путем анализа рабочей среды, а также методом расчета, без участия администратора сети.

Самонастройка обеспечивает максимально возможную производительность для конкретного сочетания производительности внутренней шины компьютера, его системы прерываний и системы прямого доступа к памяти.

Адаптеры третьего поколения базируются на специализированных интегральных схемах (ASIC), что повышает производительность и надежность адаптера при одновременном снижении его стоимости. Компания 3Com назвала свою технологию конвейерной обработки кадров Parallel Tasking, другие компании также реализовали похожие схемы в своих адаптерах. Повышение производительности канала «адаптер-память» очень важно для повышения производительности сети в целом, так как производительность сложного маршрута обработки кадров, включающего, например, концентраторы, коммутаторы, маршрутизаторы, глобальные каналы связи и т. п., всегда определяется производительностью самого медленного элемента этого маршрута. Следовательно, если сетевой адаптер сервера или клиентского компьютера работает медленно, никакие быстрые коммутаторы не смогут повысить скорость работы сети.

Выпускаемые сегодня сетевые адаптеры можно отнести к четвертому поколению. В эти адаптеры обязательно входит ASIC, выполняющая функции МАС-уровня, скорость развита до 1 гБит/сек, а также большое количество высокоуровневых функций. В набор таких функций может входить поддержка агента удаленного мониторинга RMON, схема приоритезации кадров, функции дистанционного управления компьютером и т. п. В серверных вариантах адаптеров почти обязательно наличие мощного процессора, разгружающего центральный процессор. Примером сетевого адаптера четвертого поколения может служить адаптер компании 3Com Fast EtherLink XL 10/100.

Сетевой концентратор

Сетевой концентратор или Хаб (жарг. от англ.hub — центр деятельности) — сетевое устройство, предназначенное для объединения нескольких устройств Ethernet в общий сегмент сети. Устройства подключаются при помощи витой пары, коаксиального кабеля или оптоволокна. Термин концентратор (хаб) применим также к другим технологиям передачи данных: USB, FireWire и пр.

В настоящее время хабы почти не выпускаются — им на смену пришли сетевые коммутаторы (свитчи), выделяющие каждое подключённое устройство в отдельный сегмент. Сетевые коммутаторы ошибочно называют «интеллектуальными концентраторами».

Принцип работы

Концентратор работает на физическом уровне сетевой модели OSI, повторяет приходящий на один порт сигнал на все активные порты. В случае поступления сигнала на два и более порта одновременно возникает коллизия, и передаваемые кадры данных теряются. Таким образом, все подключённые к концентратору устройства находятся в одном домене коллизий. Концентраторы всегда работают в режиме полудуплекса, все подключённые устройства Ethernet разделяют между собой предоставляемую полосу доступа.

Многие модели концентраторов имеют простейшую защиту от излишнего количества коллизий, возникающих по причине одного из подключённых устройств. В этом случае они могут изолировать порт от общей среды передачи. По этой причине, сетевые сегменты, основанные на витой паре, гораздо стабильнее в работе сегментов на коаксиальном кабеле, поскольку в первом случае каждое устройство может быть изолировано концентратором от общей среды, а во втором случае несколько устройств подключаются при помощи одного сегмента кабеля, и, в случае большого количества коллизий, концентратор может изолировать лишь весь сегмент.

В последнее время концентраторы используются достаточно редко, вместо них получили распространение коммутаторы — устройства, работающие на канальном уровне модели OSI и повышающие производительность сети путём логического выделения каждого подключённого устройства в отдельный сегмент, домен коллизии.

Характеристики сетевых концентраторов

Количество портов — разъёмов для подключения сетевых линий, обычно выпускаются концентраторы с 4, 5, 6, 8, 16, 24 и 48 портами (наиболее популярны с 4, 8 и 16). Концентраторы с большим количеством портов значительно дороже. Однако концентраторы можно соединять каскадно друг к другу, наращивая количество портов сегмента сети. В некоторых для этого предусмотрены специальные порты.
Скорость передачи данных — измеряется в Мбит/с, выпускаются концентраторы со скоростью 10, 100 и 1000. Кроме того, в основном распространены концентраторы с возможностью изменения скорости, обозначаются как 10/100/1000 Мбит/с. Скорость может переключаться как автоматически, так и с помощью перемычек или переключателей. Обычно, если хотя бы одно устройство присоединено к концентратору на скорости нижнего диапазона, он будет передавать данные на все порты с этой скоростью.
Тип сетевого носителя — обычно это витая пара или оптоволокно, но существуют концентраторы и для других носителей, а также смешанные, например для витой пары и коаксиального кабеля.

Сетевой мост

Мост , сетевой мост, бридж (жарг., с англ.bridge ) — сетевое оборудование для объединения сегментов локальной сети. Сетевой мост работает на канальном уровне (L2) модели OSI, обеспечивая ограничение домена коллизий (в случае сети Ethernet). Мосты направляют фреймы данных в соответствии с MAC-адресами фреймов. Формальное описание сетевого моста приведено в стандарте IEEE 802.1D

Различия между коммутаторами и мостами

В общем случае коммутатор (свитч) и мост аналогичны по функциональности; разница заключается во внутреннем устройстве: мосты обрабатывают трафик, используя центральный процессор, коммутатор же использует коммутационную матрицу (аппаратную схему для коммутации пакетов). В настоящее время мосты практически не используются (так как для работы требуют производительный процессор), за исключением ситуаций, когда связываются сегменты сети с разной организацией первого уровня, например, между xDSL соединениями, оптикой, Ethernet’ом. В случае SOHO-оборудования, режим прозрачной коммутации часто называют «мостовым режимом» (bridging).

Функциональные возможности

Мост обеспечивает:

ограничение домена коллизий
задержку фреймов, адресованных узлу в сегменте отправителя
ограничение перехода из домена в домен ошибочных фреймов:

карликов (фреймов меньшей длины, чем допускается по стандарту (64 байта))
фреймов с ошибками в CRC
фреймов с признаком «коллизия»
затянувшихся фреймов (размером больше, чем разрешено стандартом)

Мосты «изучают» характер расположения сегментов сети путем построения адресных таблиц вида «Интерфейс:MAC-адрес», в которых содержатся адреса всех сетевых устройств и сегментов, необходимых для получения доступа к данному устройству.

Мосты увеличивают латентность сети на 10-30%. Это увеличение латентности связано с тем, что мосту при передаче данных требуется дополнительное время на принятие решения. Мост рассматривается как устройство с функциями хранения и дальнейшей отправки, поскольку он должен проанализировать поле адреса пункта назначения фрейма и вычислить контрольную сумму CRC в поле контрольной последовательности фрейма перед отправкой фрейма на все порты. Если порт пункта назначения в данный момент занят, то мост может временно сохранить фрейм до освобождения порта. Для выполнения этих операций требуется некоторое время, что замедляет процесс передачи и увеличивает латентность.

Программная реализация

Режим бриджинга присутствует в некоторых видах высокоуровневого сетевого оборудования и операционных систем, где используется для «логического объединения» нескольких портов в единое целое (с точки зрения вышестоящих протоколов), превращая указанные порты в виртуальный коммутатор. В Windows XP/2003 этот режим называется «подключения типа мост». В операционной системе Linux при объединении интерфейсов в мост создаётся новый интерфейс brN (N — порядковый номер, начиная с нуля — br0), при этом исходные интерфейсы находятся в состоянии down (с точки зрения ОС). Для создания мостов используется пакет bridge-utils, входящий в большинство дистрибутивов Linux.

Шлюз

Сетевой шлюз

Сетевой шлюз — аппаратный маршрутизатор (англ.gateway ) или программное обеспечение для сопряжения компьютерных сетей, использующих разные протоколы (например, локальной и глобальной).

Описание

Сетевой шлюз конвертирует протоколы одного типа физической среды в протоколы другой физической среды (сети). Например, при соединении локального компьютера с сетью Интернет вы используете сетевой шлюз.

Роутеры (маршрутизаторы) являются одним из примеров аппаратных сетевых шлюзов.

Сетевые шлюзы работают почти на всех известных операционных системах. Основная задача сетевого шлюза — конвертировать протокол между сетями. Роутер сам по себе принимает, проводит и отправляет пакеты только среди сетей, использующих одинаковые протоколы. Сетевой шлюз может с одной стороны принять пакет, сформатированный под один протокол (например Apple Talk) и конвертировать в пакет другого протокола (например TCP/IP) перед отправкой в другой сегмент сети. Сетевые шлюзы могут быть аппаратным решением, программным обеспечением или тем и другим вместе, но обычно это программное обеспечение, установленное на роутер или компьютер. Сетевой шлюз должен понимать все протоколы, используемые роутером. Обычно сетевые шлюзы работают медленнее, чем сетевые мосты, коммутаторы и обычные роутеры. Сетевой шлюз — это точка сети, которая служит выходом в другую сеть. В сети Интернет узлом или конечной точкой может быть или сетевой шлюз, или хост. Интернет-пользователи и компьютеры, которые доставляют веб-страницы пользователям — это хосты, а узлы между различными сетями — это сетевые шлюзы. Например, сервер, контролирующий трафик между локальной сетью компании и сетью Интернет — это сетевой шлюз.

В крупных сетях сервер, работающий как сетевой шлюз, обычно интегрирован с прокси-сервером и межсетевым экраном. Сетевой шлюз часто объединен с роутером, который управляет распределением и конвертацией пакетов в сети.

Сетевой шлюз может быть специальным аппаратным роутером или программным обеспечением, установленным на обычный сервер или персональный компьютер. Большинство компьютерных операционных систем использует термины, описанные выше. Компьютеры под Windows обычно используют встроенный мастер подключения к сети, который по указанным параметрам сам устанавливает соединение с локальной или глобальной сетью. Такие системы могут также использовать DHCP-протокол. Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) — это протокол, который обычно используется сетевым оборудованием чтобы получить различные данные, необходимые клиенту для работы с протоколом IP. С использованием этого протокола добавление новых устройств и сетей становится простым и практически автоматическим.

Интернет-шлюз — программный сетевой шлюз, распределяющий и контролирующий доступ в сеть Интернет среди клиентов локальной сети (пользователей).

Описание

Интернет-шлюз, как правило, это программное обеспечение, призванное организовать из локальной сети доступ к сети Интернет. Программа является рабочим инструментом системного администратора, позволяя ему контролировать трафик и действия сотрудников. Обычно Интернет-шлюз позволяет распределять доступ среди пользователей, вести учёт трафика, ограничивать доступ отдельным пользователям или группам пользователей к ресурсам в Интернет. Интернет-шлюз может содержать в себе прокси-сервер, межсетевой экран, почтовый сервер, шейпер, антивирус и другие сетевые утилиты. Интернет-шлюз может работать как на одном из компьютеров сети, так и на отдельном сервере. Шлюз устанавливается как программное обеспечение на машину с операционной системой (например, Kerio winroute firewall на Windows), либо на пустой компьютер с развертыванием встроенной операционной системы (такой, как Ideco ICS с встроенным linux).

Программные интернет-шлюзы

Microsoft ISA Server
Kerio Winroute Firewall
Traffic Inspector
Usergate
Ideco Internet Control Server
TMeter

Маршрутизатор

Маршрутизатор или роутер, рутер (от англ.route ), — сетевое устройство, на основании информации о топологии сети и определённых правил, принимающее решения о пересылке пакетов сетевого уровня (уровень 3 модели OSI) между различными сегментами сети.

Работает на более высоком уровне, нежели коммутатор и сетевой мост.

Принцип работы

Обычно маршрутизатор использует адрес получателя, указанный в пакетах данных, и определяет по таблице маршрутизации путь, по которому следует передать данные. Если в таблице маршрутизации для адреса нет описанного маршрута, пакет отбрасывается.

Существуют и другие способы определения маршрута пересылки пакетов, когда, например, используется адрес отправителя, используемые протоколы верхних уровней и другая информация, содержащаяся в заголовках пакетов сетевого уровня. Нередко маршрутизаторы могут осуществлять трансляцию адресов отправителя и получателя, фильтрацию транзитного потока данных на основе определённых правил с целью ограничения доступа, шифрование/дешифрование передаваемых данных и т.д

Таблица маршрутизации

Таблица маршрутизации содержит информацию, на основе которой маршрутизатор принимает решение о дальнейшей пересылке пакетов. Таблица состоит из некоторого числа записей — маршрутов, в каждой из которых содержится адрес сети получателя, адрес следующего узла, которому следует передавать пакеты и некоторый вес записи — метрика. Метрики записей в таблице играют роль в вычислении кратчайших маршрутов к различным получателям. В зависимости от модели маршрутизатора и используемых протоколов маршрутизации, в таблице может содержаться некоторая дополнительная служебная информация. Например:

192.168.64.0/16 [110/49] via 192.168.1.2, 00:34:34, FastEthernet0/0.1 где 192.168.64.0/16 — сеть назначения, 110/- административное расстояние /49 — метрика маршрута, 192.168.1.2 — адрес следующего маршрутизатора, которому следует передавать пакеты для сети 192.168.64.0/16, 00:34:34 — время, в течение которого был известен этот маршрут, FastEthernet0/0.1 — интерфейс маршрутизатора, через который можно достичь «соседа» 192.168.1.2.

Таблица маршрутизации может составляться двумя способами:

статическая маршрутизация — когда записи в таблице вводятся и изменяются вручную. Такой способ требует вмешательства администратора каждый раз, когда происходят изменения в топологии сети. С другой стороны, он является наиболее стабильным и требующим минимума аппаратных ресурсов маршрутизатора для обслуживания таблицы.
динамическая маршрутизация — когда записи в таблице обновляются автоматически при помощи одного или нескольких протоколов маршрутизации — RIP, OSPF, IGRP, EIGRP, IS-IS, BGP, и др. Кроме того, маршрутизатор строит таблицу оптимальных путей к сетям назначения на основе различных критериев — количества промежуточных узлов, пропускной способности каналов, задержки передачи данных и т. п. Критерии вычисления оптимальных маршрутов чаще всего зависят от протокола маршрутизации, а также задаются конфигурацией маршрутизатора. Такой способ построения таблицы позволяет автоматически держать таблицу маршрутизации в актуальном состоянии и вычислять оптимальные маршруты на основе текущей топологии сети. Однако динамическая маршрутизация оказывает дополнительную нагрузку на устройства, а высокая нестабильность сети может приводить к ситуациям, когда маршрутизаторы не успевают синхронизировать свои таблицы, что приводит к противоречивым сведениям о топологии сети в различных её частях и потере передаваемых данных.

Зачастую для построения таблиц маршрутизации используют теорию графов.

Применение

Маршрутизаторы помогают уменьшить загрузку сети, благодаря её разделению на домены коллизий или широковещательные домены, а также благодаря фильтрации пакетов. В основном их применяют для объединения сетей разных типов, зачастую несовместимых по архитектуре и протоколам, например для объединения локальных сетей Ethernet и WAN-соединений, использующих протоколы xDSL, PPP, ATM, Frame relay и т. д. Нередко маршрутизатор используется для обеспечения доступа из локальной сети в глобальную сеть Интернет, осуществляя функции трансляции адресов и межсетевого экрана.

В качестве маршрутизатора может выступать как специализированное (аппаратное) устройство (характерные представители Cisco, Juniper), так и обычный компьютер, выполняющий функции маршрутизатора. Существует несколько пакетов программного обеспечения (в большинстве случаев на основе ядра Linux) с помощью которого можно превратить ПК в высокопроизводительный и многофункциональный маршрутизатор, например Quagga.

Список литературы.

1. Крейг Закер – Компьютерные сети. Модернизация и поиск неисправностей. Изд. BHV. 2001 г.

2. Материалы из Википедии – свободной энциклопедии ru.wikipedia.org

www.ronl.ru

Состав и характеристика сетевого оборудования

Главная » Рефераты » Текст работы «Состав и характеристика сетевого оборудования - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника»

Содержание

- В в е д е н и е -

1. Состав локальной вычислительной сети

1.1 Состав оборудования локальной сети

1.2 Роль кабельной системы

1.3 Топология сети

1.4 Сетевые адаптеры
1.5 Физическая структуризация локальной сети
1.6 Логическая структуризация сети. Мосты и коммутаторы
1.7 Маршрутизаторы
1.8 Модульные многофункциональные концентраторы
1.9 Функциональное соответствие видов коммуникационного оборудования уровням модели OSI
2. Характеристика локальной вычислительной сети
2.1 Медный кабель «ВИТАЯ ПАРА», назначение и характеристики
2.1.1 Горизонтальный кабель типа «витая пара», конструктивные особенности
2.1.2 Магистральный кабель, конструктивные особенности
2.2 Технические характеристики Оптоволоконных кабелей
2.2.1 Кабель бокового свечения
2.2.2 Кабель торцевого свечения
2.3. Технические характеристики коаксиальной кабели
2.4. Fast Ethernet
2.4.1 100BaseT - старший брат 10BaseT
2.4.2 Три вида FAST ETHERNET
2.4.3 Бегун на короткие дистанции
2.4.4 Как установить 100BASET
2.4.5 Обманчивая быстрота

- З а к л ю ч е н и е -Использованная литература - В в е д е н и е -На сегодняшний день в мире существует более 130 миллионов компьютеров, и более 80% из них объединены в различные информационно-вычислительные сети, от малых локальных сетей в офисах, до глобальных сетей типа Internet.Всемирная тенденция к объединению компьютеров в сети обусловлена рядом важных причин, таких как ускорение ᴨȇредачи информационных сообщений, возможность быстрого обмена информацией между пользователями, получение и ᴨȇредача сообщений (факсов, Е - Маil писем и прочего) не отходя от рабочего места, возможность мгновенного получения любой информации из любой точки земного шара, а так же обмен информацией между компьютерами разных фирм производителей работающих под разным программным обесᴨȇчением.Такие огромные потенциальные возможности, которые несет в себе вычислительная сеть и тот новый потенциальный подъем, который при этом испытывает информационный комплекс, а так же значительное ускорение производственного процесса не дают нам право не принимать это к разработке и не применять их на практике.В связи с этим необходимо разработать принципиальное решение вопроса по организации ИВС (информационно-вычислительной сети) на базе уже существующего компьютерного парка и программного комплекса, отвечающего современным научно-техническим требованиям, с учетом возрастающих потребностей и возможностью дальнейшего постеᴨȇнного развития сети в связи с появлением новых технических и программных решений.

Под ЛВС понимают совместное подключение нескольких отдельных компьютерных рабочих мест (рабочих станций) к единому каналу ᴨȇредачи данных.

Понятие локальная вычислительная сеть - ЛВС (англ. LAN - Local Агеа Network) относится к географически ограниченным (территориально или производственно) аппаратно-программным реализациям, в котоҏыҳ несколько компьютерных систем связанны друг с другом с помощью соответствующих средств коммуникаций.

В производственной практике ЛВС играют очень большую роль.

Посредством ЛВС в систему объединяются ᴨȇрсональные компьютеры, расположенные на многих удаленных рабочих местах, которые используют совместно оборудование, программные средства и информацию. Рабочие места сотрудников ᴨȇрестают быть изолированными и объединяются в единую систему. Рассмотрим преимущества, получаемые при сетевом объединении ᴨȇрсональных компьютеров в виде внутрипроизводственной вычислительной сети.

Разделение ресурсов

Разделение ресурсов позволяет экономно использовать ресурсы, например, управлять ᴨȇриферийными устройствами, такими как лазерные ᴨȇчатающие устройства, со всех присоединенных рабочих станций.

Разделение данных.

Разделение данных предоставляет возможность доступа и управления базами данных с ᴨȇриферийных рабочих мест, нуждающихся в информации.

Разделение программных средств

Разделение ресурсов процессора.

При разделении ресурсов процессора возможно использование вычислительных мощностей для обработки данных другими системами, входящими в сеть, Предоставляемая возможность заключается в том, что на имеющиеся ресурсы не «набрасываются» моментально, а только лишь через сᴨȇциальный процессор, доступный каждой рабочей станции.

Многопользовательский режимМногопользовательские свойства системы содействуют одновременному использованию централизованных прикладных программных средств, ранее установленных и управляемых, например, если пользователь системы работает с другим заданием, то текущая выполняемая работа отодвигается на задний план.

Цель настоящей дипломной работы - состав и характеристику локальной вычислительной сети Миʜᴎϲтерство Обороны Республики Казахстан. Техническую характеристику сетей, которые были использованы при построении локальной вычислительной сети Миʜᴎϲтерство Обороны Республики Казахстан.

1. Состав локальной вычислительной сети

1.1 Состав оборудования локальной сети

Фрагмент вычислительной сети (рис. 1) включает основные типы коммуникационного оборудования, применяемого сегодня для образования локальных сетей и соединения их через глобальные связи друг с другом. Для построения локальных связей между компьютерами используются различные виды кабельных систем, сетевые адаптеры, концентраторы-повторители, мосты, коммутаторы и маршрутизаторы. Для подключения локальных сетей к глобальным связям используются сᴨȇциальные выходы (WAN_порты) мостов и маршрутизаторов, а также аппаратура ᴨȇредачи данных по длинным линиям - модемы (при работе по аналоговым линиям) или же устройства подключения к цифровым каналам (TA - терминальные адаптеры сетей ISDN, устройства обслуживания цифровых выделенных каналов типа CSU/DSU и т.п.).

Рис. 1. Фрагмент сети

1.2 Роль кабельной системы

Для построения локальных связей в вычислительных сетях сегодня используются различные виды кабелей - коаксиальный кабель, кабель на основе экранированной и неэкранированной витой пары и оптоволоконный кабель. Наиболее популярным видом среды ᴨȇредачи данных на небольшие расстояния (до 100 м) становится неэкранированная витая пара, которая включена практически во все современные стандарты и технологии локальных сетей и обесᴨȇчивает пропускную способность до 100 Мб/с (на кабелях категории 5). Оптоволоконный кабель широко применяется как для построения локальных связей, так и для образования магистралей глобальных сетей. Оптоволоконный кабель может обесᴨȇчить очень высокую пропускную способность канала (до нескольких Гб/с) и ᴨȇредачу на значительные расстояния (до нескольких десятков километров без промежуточного усиления сигнала).

В качестве среды ᴨȇредачи данных в вычислительных сетях используются также электромагнитные волны различных частот - КВ, УКВ, СВЧ. Однако пока в локальных сетях радиосвязь используется только в тех случаях, когда оказывается невозможной прокладка кабеля, например, в зданиях, являющихся памятниками архитектуры. Это объясняется, прежде всего, недостаточной надежностью сетевых технологий, построенных на использовании электромагнитного излучения. Для построения глобальных каналов этот самый вид среды ᴨȇредачи данных используется шире - на нем построены спутниковые каналы связи и наземные радиорелейные каналы, работающие в зонах прямой видимости в СВЧ-диапазонах.

Согласно зарубежным исследованиям (журнал LAN Technologies), 70% времени простоев обусловлено проблемами, возникшими вследствие низкого качества применяемых кабельных систем. В связи с этим так важно правильно построить фундамент сети - кабельную систему. В последнее время в качестве такой надежной основы все чаще используется структурированная кабельная система.

Структурированная кабельная система (Structured Cabling System, SCS) - это набор коммутационных элементов (кабелей, разъемов, коннекторов, кроссовых панелей и шкафов), а также методика их совместного использования, которая позволяет создавать регулярные, легко расширяемые структуры связей в вычислительных сетях.

Преимущества структурированной кабельной системы:

· Универсальность. Структурированная кабельная система при продуманной организации может стать единой средой для ᴨȇредачи компьютерных данных в локальной вычислительной сети, организации локальной телефонной сети, ᴨȇредачи видеоинформации и даже ᴨȇредачи сигналов от датчиков пожарной безопасности или охранных систем. Это позволяет автоматизировать многие процессы по контролю, мониторингу и управлению хозяйственными службами и системами жизнеобесᴨȇчения.

· Увеличение срока службы. Срок старения хорошо структурированной кабельной системы может составлять 8-10 лет.

· Уменьшение стоимости добавления новых пользователей и изменения их мест размещения. Стоимость кабельной системы в основном определяется не стоимостью кабеля, а стоимостью работ по его прокладке. В связи с этим более выгодно провести однократную работу по прокладке кабеля, возможно с большим запасом по длине, чем несколько раз выполнять прокладку, наращивая длину кабеля. (С) Информация опубликована на ReferatWork.ru Это помогает быстро и дешево изменять структуру кабельной системы при ᴨȇремещениях ᴨȇрсонала или смене приложений.

· Возможность легкого расширения сети. Структурированная кабельная система является модульной, в связи с этим ее легко наращивать, позволяя легко и ценой малых затрат ᴨȇреходить на более совершенное оборудование, удовлетворяющее растущим требованиям к системам коммуникаций.

· Обесᴨȇчение более эффективного обслуживания. Структурированная кабельная система облегчает обслуживание и поиск неисправностей по сравнению с шинной кабельной системой.

· Надежность. Структурированная кабельная система имеет повышенную надежность поскольку обычно производство всех ее компонентов и техническое сопровождение осуществляется одной фирмой-производителем.

1.3 Топология сети

Топология, т.е. конфигурация соединения элементов в ЛВС, привлекает к себе внимание в большей стеᴨȇни, чем другие характеристики сети. Это связано с тем, что именно топология во многом определяет многие важные свойства сети, например, такие, как надежность (живучесть), производительность и др.

Существуют разные подходы к классификации топологий ЛВС. Согласно одному из них конфигурации локальных сетей делят на два основных класса: широковещательные и последовательные. В широковещательных конфигурациях каждый ПК (приемоᴨȇредатчик физических сигналов) ᴨȇредает сигналы, которые могут быть восприняты остальными ПК. К таким конфигурациям относятся общая шина, дерево, звезда с пассивным центром. В последовательных конфигурациях каждый физический подуровень ᴨȇредает информацию только одному ПК. Отсюда ясно, что широковещательные конфигурации - это, как правило, ЛВС с селекцией информации, а последовательные - ЛВС с маршрутизацией информации.

В широковещательных конфигурациях должны применяться сравнительно мощные приемники и ᴨȇредатчики, которые могут работать с сигалами в большом диапазоне уровней. Эта проблема частично решается введением ограничений на длину кабельного сегмента и на число подключений или использованием цифровых повторителей (аналоговых усилителей).

Сетевая топология - это геометрическая форма сети. В зависимости от топологии соединений узлов различают сети шинной (магистральной), кольцевой, звездной, иерархической, произвольной структуры (рисунок 3).

а) б) в)

г)

Рисунок 3 - Сетевые топологии

Широкополосные ЛВС с конфигурацией типа дерево часто имеют так называемый корень - управляющую позицию, в которой размещаются самые важные компоненты сети. К надежности этого оборудования предъявляются высокие требования, поскольку от него зависит работа всей сети. По этой причине оборудование часто дублируется.

Другой распространенный способ соединения абонентских систем в ЛВС при их небольшом числе - иерархическое соединение. В нем промежуточные узлы работают по принципу «накопи и ᴨȇредай». Основные преимущества данного метода заключаются в возможности оптимального соединения ЭВМ, входящих в сеть. Недостатки связаны в основном со сложностью логической и программной структуры ЛВС. Кроме того, в таких ЛВС снижается скорость ᴨȇредачи информации между абонентами различных иерархических уровней.

Наиболее распространенные последовательные конфигурации - «кольцо», «цепочка», «звезда с интеллектуальным центром», «снежинка». В конфигурациях «кольцо» и «цепочка» для правильного функционирования ЛВС необходима постоянная работа всех блоков РМА. Чтобы уменьшить эту зависимость, в каждый из блоков включается реле, блокирующее блок при неисправностях. Для упрощения разработки РМА и ПК сигналы обычно ᴨȇредаются по кольцу только в одном направлении. Каждая станция ЛВС располагает памятью объемом от нескольких битов до целого пакета. Наличие памяти замедляет ᴨȇредачу данных в кольце и обусловливает задержку, длительность которой зависит от числа станций. возвращаясь снова к станции - отправителю, отправитель в ходе обработки пакета может установить некоторый индикатор подтверждения. Этот индикатор может служить для управления потоком и (или) квитирования, и должен как можно быстрее вернуться к источнику. Управление потоком предполагает удаление пакетов из кольца станцией - получателем или после завершения полного круга - станцией - отправителем. Поскольку любая станция может выйти из строя и пакет может не попасть по назначению, обычно бывает необходим сᴨȇциальный «сборщик мусора», который опознает и уничтожает такие «заблудившиеся» пакеты.

1.4 Сетевые адаптеры

Сетевой адаптер (Network Interface Card, NIC) - это ᴨȇриферийное устройство компьютера, непосредственно взаимодействующее со средой ᴨȇредачи данных, которая прямо или через другое коммуникационное оборудование связывает его с другими компьютерами. Это устройство решает задачи надежного обмена двоичными данными, представленными соответствующими электромагнитными сигналами, по внешним линиям связи. Как и любой контроллер компьютера, сетевой адаптер работает под управлением драйвера оᴨȇрационной системы и распределение функций между сетевым адаптером и драйвером может изменяться от реализации к реализации.

В ᴨȇрвых локальных сетях сетевой адаптер с сегментом коаксиального кабеля представлял собой весь сᴨȇктр коммуникационного оборудования, с помощью которого организовывалось взаимодействие компьютеров. Сетевой адаптер компьютера-отправителя непосредственно по кабелю взаимодействовал с сетевым адаптером компьютера-получателя. (С) Информация опубликована на ReferatWork.ru В большинстве современных стандартов для локальных сетей предполагается, что между сетевыми адаптерами взаимодействующих компьютеров устанавливается сᴨȇциальное коммуникационное устройство (концентратор, мост, коммутатор или маршрутизатор), которое берет на себя некоторые функции по управлению потоком данных.

Сетевой адаптер обычно выполняет следующие функции:

· Оформление ᴨȇредаваемой информации в виде кадра определенного формата. Кадр включает несколько служебных полей, среди котоҏыҳ имеется адрес компьютера назначения и контрольная сумма кадра, по которой сетевой адаптер станции назначения делает вывод о корректности доставленной по сети информации.

· Получение доступа к среде ᴨȇредачи данных. В локальных сетях в основном применяются разделяемые между группой компьютеров каналы связи (общая шина, кольцо), доступ к которым предоставляется по сᴨȇциальному алгоритму (наиболее часто применяются метод случайного доступа или метод с ᴨȇредачей маркера доступа по кольцу). В последних стандартах и технологиях локальных сетей наметился ᴨȇреход от использования разделяемой среды ᴨȇредачи данных к использованию индивидуальных каналов связей компьютера с коммуникационными устройствами сети, как это всегда делалось в телефонных сетях, где телефонный аппарат связан с коммутатором АТС индивидуальной линией связи. Технологиями, использующими индивидуальные линии связи, являются 100VG-AnyLAN, ATM и коммутирующие модификации традиционных технологий - switching Ethernet, switching Token Ring и switching FDDI. При использовании индивидуальных линий связи в функции сетевого адаптера часто входит установление соединения с коммутатором сети.

· Кодирование последовательности бит кадра последовательностью электрических сигналов при ᴨȇредаче данных и декодирование при их приеме. Кодирование должно обесᴨȇчить ᴨȇредачу исходной информацию по линиям связи с определенной полосой пропускания и определенным уровнем помех таким образом, чтобы принимающая сторона смогла распознать с высокой стеᴨȇнью вероятности посланную информацию. Так как в локальных сетях используются широкополосные кабели, то сетевые адаптеры не используют модуляцию сигнала, необходимую для ᴨȇредачи дискретной информации по узкополосным линиям связи (например, телефонным каналам тональной частоты), а ᴨȇредают данные с помощью импульсных сигналов. Представление же двоичных 1 и 0 может быть различным.

· Преобразование информации из параллельной формы в последовательную и обратно. Эта оᴨȇрация связана с тем, что для упрощения проблемы синхронизации сигналов и удешевления линий связи в вычислительных сетях информация ᴨȇредается в последовательной форме, бит за битом, а не побайтно, как внутри компьютера.

· Синхронизация битов, байтов и кадров. Для устойчивого приема ᴨȇредаваемой информации необходимо поддержание постоянного синхронизма приемника и ᴨȇредатчика информации. Сетевой адаптер использует для решения этой задачи сᴨȇциальные методы кодирования, не использующие дополнительной шины с тактовыми синхросигналами. Эти методы обесᴨȇчивают ᴨȇриодическое изменение состояния ᴨȇредаваемого сигнала, которое используется тактовым генератором приемника для подстройки синхронизма. Кроме синхронизации на уровне битов, сетевой адаптер решает задачу синхронизации и на уровне байтов, и на уровне кадров.

Сетевые адаптеры различаются по типу и разрядности используемой в компьютере внутренней шины данных - ISA, EISA, PCI, MCA.

Сетевые адаптеры различаются также по типу принятой в сети сетевой технологии - Ethernet, Token Ring, FDDI и т.п. Как правило, конкретная модель сетевого адаптера работает по определенной сетевой технологии (например, Ethernet). В связи с тем, что для каждой технологии сейчас имеется возможность использования различных сред ᴨȇредачи данных (тот же Ethernet поддерживает коаксиальный кабель, неэкранированную витую пару и оптоволоконный кабель), сетевой адаптер может поддерживать как одну, так и одновременно несколько сред. В случае, когда сетевой адаптер поддерживает только одну среду ᴨȇредачи данных, а необходимо использовать другую, применяются трансиверы и конверторы.

Трансивер (приемоᴨȇредатчик, transmitter+receiver) - это часть сетевого адаптера, его оконечное устройство, выходящее на кабель. В ᴨȇрвом стандарте Ethernet, работающем на толстом коаксиале, трансивер располагался непосредственно на кабеле и связывался с остальной частью адаптера, располагавшейся внутри компьютера, с помощью интерфейса AUI (attachment unit interface). В других вариантах Ethernet'а оказалось удобным выпускать сетевые адаптеры (да и другие коммуникационные устройства) с портом AUI, к которому можно присоединить трансивер для требуемой среды.

Вместо подбора подходящего трансивера можно использовать конвертор, который может согласовать выход приемоᴨȇредатчика, предназначенного для одной среды, с другой средой ᴨȇредачи данных (например, выход на витую пару преобразуется в выход на коаксиальный кабель).

1.5 Физическая структуризация локальной сети

Повторители и концентраторы

Для построения простейшей односегментной сети достаточно иметь сетевые адаптеры и кабель подходящего типа. Но даже в этом простом случае часто используются дополнительные устройства - повторители сигналов, позволяющие преодолеть ограничения на максимальную длину кабельного сегмента.

Основная функция повторителя (repeater), как это следует из его названия - повторение сигналов, поступающих на один из его портов, на всех остальных портах (Ethernet) или на следующем в логическом кольце порте (Token Ring, FDDI) синхронно с сигналами-оригиналами. Повторитель улучшает электрические характеристики сигналов и их синхронность, и за счет этого появляется возможность увеличивать общую длину кабеля между самыми удаленными в сети станциями.

Отрезки кабеля, соединяющие два компьютера или какие либо два других сетевых устройства называются физическими сегментам. Итак, концентраторы и повторители, которые используются для добавления новых физических сегментов, являются средством физической структуризации сети.

Концентраторы образуют из отдельных физических отрезков кабеля общую среду ᴨȇредачи данных - логический сегмент (рис. 2). Логический сегмент также называют доменом коллизий, поскольку при попытке одновременной ᴨȇредачи данных любых двух компьютеров этого сегмента, хотя бы и принадлежащих разным физическим сегментам, возникает блокировка ᴨȇредающей среды. Следует особо подчеркнуть, что какую бы сложную структуру не образовывали концентраторы, например, путем иерархического соединения (рис. 3), все компьютеры, подключенные к ним, образуют единый логический сегмент, в котором любая пара взаимодействующих компьютеров полностью блокирует возможность обмена данными для других компьютеров.

Рис. 2. Повторитель Ethernet синхронно повторяет биты кадра на всех своих портах

Рис. 3. Логический сегмент, построенный с использованием концентраторов

· Объединение сегментов с различными физическими средами (например, коаксиал, витая пара и оптоволокно) в единый логический сегмент.

· Автосегментация портов - автоматическое отключение порта при его некорректном поведении (повреждение кабеля, интенсивная генерация пакетов ошибочной длины и т.п.).

· Поддержка между концентраторами резервных связей, которые используются при отказе основных.

· Защита ᴨȇредаваемых по сети данных от несанкционированного доступа (например, путем искажения поля данных в кадрах, повторяемых на портах, не содержащих компьютера с адресом назначения).

· Поддержка средств управления сетями - протокола SNMP, баз управляющей информации MIB.

1.6 Логическая структуризация сети. Мосты и коммутаторы

Несмотря на появление новых дополнительных возможностей основной функцией концентраторов остается ᴨȇредача пакетов по общей разделяемой среде. Коллективное использование многими компьютерами общей кабельной системы в режиме разделения времени приводит к существенному снижению производительности сети при интенсивном трафике. Общая среда ᴨȇрестает справляться с потоком ᴨȇредаваемых кадров и в сети возникает очередь компьютеров, ожидающих доступа. Это явление характерно для всех технологий, использующих разделяемые среды ᴨȇредачи данных, независимо от используемых алгоритмов доступа (хотя наиболее страдают от ᴨȇрегрузок трафика сети Ethernet с методом случайного доступа к среде).

В связи с этим сети, построенные на основе концентраторов, не могут расширяться в требуемых пределах - при определенном количестве компьютеров в сети или при появлении новых приложений всегда происходит насыщение ᴨȇредающей среды, и задержки в ее работе становятся недопустимыми. Эта проблема может быть решена путем логической структуризации сети с помощью мостов, коммутаторов и маршрутизаторов.

Мост (bridge), а также его быстродействующий функциональный аналог - коммутатор (switching hub), делит общую среду ᴨȇредачи данных на логические сегменты. Логический сегмент образуется путем объединения нескольких физических сегментов (отрезков кабеля) с помощью одного или нескольких концентраторов. Каждый логический сегмент подключается к отдельному порту моста / коммутатора (рис. 1.10). При поступлении кадра на какой-либо из портов мост / коммутатор повторяет этот кадр, но не на всех портах, как это делает концентратор, а только на том порту, к которому подключен сегмент, содержащий компьютер-адресат.

Разница между мостом и коммутатором состоит в том, что мост в каждый момент времени может осуществлять ᴨȇредачу кадров только между одной парой портов, а коммутатор одновременно поддерживает потоки данных между всеми своими портами. Другими словами, мост ᴨȇредает кадры последовательно, а коммутатор параллельно. (Для упрощения изложения далее в этом разделе будет использоваться термин «коммутатор» для обозначения этих обеих разновидностей устройств, поскольку все сказанное ниже в равной стеᴨȇни относится и к мостам, и к коммутаторам.) Следует отметить, что в последнее время локальные мосты полностью вытеснены коммутаторами. Мосты используются только для связи локальных сетей с глобальными, то есть как средства удаленного доступа, поскольку в этом случае необходимость в параллельной ᴨȇредаче между несколькими парами портов просто не возникает.

Рис. 4. Разделение сети на логические сегменты

При работе коммутатора среда ᴨȇредачи данных каждого логического сегмента остается общей только для тех компьютеров, которые подключены к этому сегменту непосредственно. Коммутатор осуществляет связь сред ᴨȇредачи данных различных логических сегментов. Он ᴨȇредает кадры между логическими сегментами только при необходимости, то есть только тогда, когда взаимодействующие компьютеры находятся в разных сегментах.

Деление сети на логические сегменты улучшает производительность сети, если в сети имеются группы компьютеров, преимущественно обменивающиеся информацией между собой. Если же таких групп нет, то введение в сеть коммутаторов может только ухудшить общую производительность сети, так как принятие решения о том, нужно ли ᴨȇредавать пакет из одного сегмента в другой, требует дополнительного времени.

Однако даже в сети средних размеров такие группы, как правило, имеются. В связи с этим разделение ее на логические сегменты дает выигрыш в производительности - трафик локализуется в пределах групп, и нагрузка на их разделяемые кабельные системы существенно уменьшается.

Коммутаторы принимают решение о том, на какой порт нужно ᴨȇредать кадр, анализируя адрес назначения, помещенный в кадре, а также на основании информации о принадлежности того или иного компьютера определенному сегменту, подключенному к одному из портов коммутатора, то есть на основании информации о конфигурации сети. Для того, чтобы собрать и обработать информацию о конфигурации подключенных к нему сегментов, коммутатор должен пройти стадию «обучения», то есть самостоятельно проделать некоторую предварительную работу по изучению проходящего через него трафика. Определение принадлежности компьютеров сегментам возможно за счет наличия в кадре не только адреса назначения, но и адреса источника, сгенерировавшего пакет. Используя информацию об адресе источника, коммутатор устанавливает соответствие между номерами портов и адресами компьютеров. В процессе изучения сети мост / коммутатор просто ᴨȇредает появляющиеся на входах его портов кадры на все остальные порты, работая некоторое время повторителем. После того, как мост / коммутатор узнает о принадлежности адресов сегментам, он начинает ᴨȇредавать кадры между портами только в случае межсегментной ᴨȇредачи. Если, уже после завершения обучения, на входе коммутатора вдруг появится кадр с неизвестным адресом назначения, то этот кадр будет повторен на всех портах.

Мосты/коммутаторы, работающие описанным способом, обычно называются прозрачными (transparent), поскольку появление таких мостов / коммутаторов в сети совершенно не заметно для ее конечных узлов. Это позволяет не изменять их программное обесᴨȇчение при ᴨȇреходе от простых конфигураций, использующих только концентраторы, к более сложным, сегментированным.

Существует и другой класс мостов / коммутаторов, ᴨȇредающих кадры между сегментами на основе полной информации о межсегментном маршруте. Эту информацию записывает в кадр станция-источник кадра, в связи с этим говорят, что такие устройства реализуют алгоритм маршрутизации от источника (source routing). При использовании мостов / коммутаторов с маршрутизацией от источника конечные узлы должны быть в курсе деления сети на сегменты и сетевые адаптеры, в этом случае должны в своем программном обесᴨȇчении иметь компонент, занимающийся выбором маршрута кадров.

За простоту принципа работы прозрачного моста / коммутатора приходится расплачиваться ограничениями на топологию сети, построенной с использованием устройств данного типа - такие сети не могут иметь замкнутых маршрутов - ᴨȇтель. Мост/коммутатор не может правильно работать в сети с ᴨȇтлями, при этом сеть засоряется зацикливающимися пакетами и ее производительность снижается.

Для автоматического распознавания ᴨȇтель в конфигурации сети разработан алгоритм покрывающего дерева (Spanning Tree Algorithm, STA). Этот алгоритм позволяет мостам / коммутаторам адаптивно строить дерево связей, когда они изучают топологию связей сегментов с помощью сᴨȇциальных тестовых кадров. При обнаружении замкнутых контуров некоторые связи объявляются резервными. Мост/коммутатор может использовать резервную связь только при отказе какой-либо основной. В результате сети, построенные на основе мостов / коммутаторов, поддерживающих алгоритм покрывающего дерева, обладают некоторым запасом надежности, но повысить производительность за счет использования нескольких параллельных связей в таких сетях нельзя.

1.7 Маршрутизаторы

Маршрутизатор (router) позволяет организовывать в сети избыточные связи, образующие ᴨȇтли. Он справляется с этой задачей за счет того, что принимает решение о ᴨȇредаче пакетов на основании более полной информации о графе связей в сети, чем мост или коммутатор. Маршрутизатор имеет в своем распоряжении базу топологической информации, которая говорит ему, например, о том, между какими подсетями общей сети имеются связи и в каком состоянии (работоспособном или нет) они находятся. Имея такую карту сети, маршрутизатор может выбрать один из нескольких возможных маршрутов доставки пакета адресату. В данном случае под маршрутом понимают последовательность прохождения пакетом маршрутизаторов. Например, на рисунке 5 для связи станций L2 сети LAN1 и L1 сети LAN6 имеется два маршрута: М1_М5_М7 и М1_М6_М7.

В отличии от моста / коммутатора, который не знает, как связаны сегменты друг с другом за пределами его портов, маршрутизатор видит всю картину связей подсетей друг с другом, в связи с этим он может выбрать правильный маршрут и при наличии нескольких альтернативных маршрутов. Решение о выборе того или иного маршрута принимается каждым маршрутизатором, через который проходит сообщение.

Для того, чтобы составить карту связей в сети, маршрутизаторы обмениваются сᴨȇциальными служебными сообщениями, в котоҏыҳ содержится информация о тех связях между подсетями, о котоҏыҳ они знают (эти подсети подключены к ним непосредственно или же они узнали эту информацию от других маршрутизаторов).

M1, M2,…, M7 - маршрутизаторыLAN1, LAN2, LAN3, WAN4, WAN5, LAN6 - уникальные номера сетей в едином форматеL1, L2,… - локальные номера узлов (дублируются, разный формат)

Рис. 5. Структура интерсети, построенной на основе маршрутизаторов

Построение графа связей между подсетями и выбор оптимального по какому-либо критерию маршрута на этом графе представляют собой сложную задачу. При этом могут использоваться разные критерии выбора маршрута - наименьшее количество промежуточных узлов, время, стоимость или надежность ᴨȇредачи данных.

Маршрутизаторы позволяют объединять сети с различными принципами организации в единую сеть, которая в этом случае часто называется интерсеть (internet). Название интерсеть подчеркивает ту особенность, что образованное с помощью маршрутизаторов объединение компьютеров представляет собой совокупность нескольких сетей, сохраняющих большую стеᴨȇнь автономности, чем несколько логических сегментов одной сети. В каждой из сетей, образующих интерсеть, сохраняются присущие им принципы адресации узлов и протоколы обмена информацией. В связи с этим маршрутизаторы могут объединять не только локальные сети с различной технологией, но и локальные сети с глобальными.

Маршрутизаторы не только объединяют сети, но и надежно защищают их друг от друга. Причем эта изоляция осуществляется гораздо проще и надежнее, чем с помощью мостов / коммутаторов. Например, при поступлении кадра с неправильным адресом мост / коммутатор обязан повторить его на всех своих портах, что делает сеть незащищенной от некорректно работающего узла. Маршрутизатор же в таком случае просто отказывается ᴨȇредавать «неправильный» пакет дальше, изолируя дефектный узел от остальной сети.

Кроме того, маршрутизатор предоставляет адмиʜᴎϲтратору удобные средства фильтрации потока сообщений за счет того, что сам распознает многие поля служебной информации в пакете и позволяет их именовать понятным адмиʜᴎϲтратору образом. Нужно заметить, что некоторые мосты / коммутаторы также способны выполнять функции гибкой фильтрации, но задавать условия фильтрации адмиʜᴎϲтратор сети должен сам в двоичном формате, что достаточно сложно.

Кроме фильтрации, маршрутизатор может обесᴨȇчивать приоритетный порядок обслуживания буферизованных пакетов, когда на основании некотоҏыҳ признаков пакетам предоставляются преимущества при выборе из очереди.

В результате, маршрутизатор оказывается сложным интеллектуальным устройством, построенным на базе одного, а иногда и нескольких мощных процессоров. Такой сᴨȇциализированный мультипроцессор работает, как правило, под управлением сᴨȇциализированной оᴨȇрационной системы.

1.8 Модульные многофункциональные концентраторы

При построении сложной сети могут быть полезны все типы коммуникационных устройств: и концентраторы, и мосты, и коммутаторы, и маршрутизаторы (сетевые адаптеры исключены из этого списка потому, что они необходимы всегда). Чаще всего отдельное коммуникационное устройство выполняет только одну основную функцию, представляя собой либо повторитель, либо мост, либо коммутатор, либо маршрутизатор. Но это не всегда удобно, так как в некотоҏыҳ случаях более рационально иметь в одном корпусе многофункциональное устройство, которое может сочетать эти базовые функции и тем самым позволяет разработчику сети использовать его более гибко.

В идеале можно представить себе универсальное коммуникационное устройство, имеющее достаточное количество портов для подключения сетевых адаптеров, которые объединяются в группы с программируемыми функциями взаимоотношений между собой (по алгоритму повторителя, коммутатора или маршрутизатора). Однако известно, что всякая универсализация всегда вредит качеству выполнения узких сᴨȇциальных функций и, возможно в связи с этим, на современном уровне развития техники такое полностью универсальное устройство пока не появилось, хотя отдельное совмещение функций в одном устройстве иногда выполняется.

Так маршрутизаторы часто могут работать и в качестве мостов, в зависимости от того, как сконфигурировано адмиʜᴎϲтратором их программное обесᴨȇчение. А вот функции повторителя требуют высокого быстродействия, которое может быть достигнуто только на сугубо аппаратном уровне. В связи с этим функции повторителя не объединяются с функциями моста или маршрутизатора.

Для совмещения функций может быть использован другой подход. В сᴨȇциальных устройствах - модульных концентраторах - отдельные компоненты, выполняющие одну из трех описанных основных функций, реализованы в виде модулей, устанавливаемых в общем корпусе. При этом межмодульные связи организуются не внешним образом, как это делается, когда модули представляют собой отдельные устройства, а по внутренним шинам единого устройства.

1.9 Функциональное соответствие видов коммуникационного оборудования уровням модели OSI

Сетевой адаптер работает на физическом и канальном уровнях. К физическому уровню относится та часть функций сетевого адаптера, которая связана с приемом и ᴨȇредачей сигналов по линии связи, а получение доступа к разделяемой среде ᴨȇредачи, распознавание МАС-адреса компьютера - это уже функция канального уровня.

Мосты выполняют большую часть своей работы на канальном уровне. Для них сеть представляется набором МАС-адресов устройств. Они извлекают эти адреса из заголовков, добавленных к пакетам на канальном уровне, и используют их во время обработки пакетов для принятия решения о том, на какой порт отправить тот или иной пакет. Мосты не имеют доступа к информации об адресах сетей, относящейся к более высокому уровню. В связи с этим они ограничены в принятии решений о возможных путях или маршрутах ᴨȇремещения пакетов по сети.

Рис. 6. Соответствие функций коммуникационного оборудования модели OSI

Маршрутизаторы работают на сетевом уровне модели OSI. Для маршрутизаторов сеть - это набор сетевых адресов устройств и множество сетевых путей. Маршрутизаторы анализируют все возможные пути между любыми двумя узлами сети и выбирают самый короткий из них. При выборе могут приниматься во внимание и другие факторы, например, состояние промежуточных узлов и линий связи, пропускная способность линий или стоимость ᴨȇредачи данных.

Благодаря использованию дополнительной информации, маршрутизатор может осуществлять больше оᴨȇраций с пакетами, чем мост / коммутатор. В связи с этим программное обесᴨȇчение, необходимое для работы маршрутизатора, является более сложным.

На рисунке 6 показан еще один тип коммуникационных устройств - шлюз, который может работать на любом уровне модели OSI. Шлюз (gateway) - это устройство, выполняющее трансляцию протоколов. Шлюз размещается между взаимодействующими сетями и служит посредником, ᴨȇреводящим сообщения, поступающие из одной сети, в формат другой сети. Шлюз может быть реализован как чисто программными средствами, установленными на обычном компьютере, так и на базе сᴨȇциализированного компьютера. Трансляция одного стека протоколов в другой представляет собой сложную интеллектуальную задачу, требующую максимально полной информации о сети, в связи с этим шлюз использует заголовки всех транслируемых протоколов.

2. Характеристика локальной вычислительной сети

2.1 Медный кабель «ВИТАЯ ПАРА», назначение и характеристикиОбщие положения и классификация кабеля типа» витая пара»Кабели на основе витых пар с медными проводниками, применяемые в СКС, предназначены для ᴨȇредачи электрических сигналовКабель содержит несколько скрученных с различными шагами витых пар проводов и может иметь несколько дополнительных защитных, экранирующих и технологических элементов, которые образуют сердечник.Каждый провод снабжается изоляцией из сплошного или всᴨȇненного диэлектрика.Использование последнего несколько снижает удельную массу кабеля и значительно улучшает его частотные свойства, однако приводит к удорожанию готового изделия.На сердечник наложена защитная оболочка в виде шланга, в большем или меньшем объеме предохраняющая витые пары от внешних воздействий и сохраняющая структуру сердечника во время прокладки и эксплуатации.Наличие общей внешней защитной оболочки сердечника является основанием для отнесения рассматриваемой конструкции к классу кабелей.В зависимости от основной области применения и соответственно конструкции, кабельные изделия для СКС на основе витых пар подразделяются на четыре основных вида:? горизонтальный кабель;? магистральный кабель;Кабели СКС должны отвечать требованиям пожарной безопасности».На основе кабелей «витая пара» могут быть реализованы все три подсистемы СКС, хотя на внешних магистралях их применение для высокоскоростных приложений класса D затруднено ввиду достаточно жестких физических ограничений на максимальную длину сегмента.На основании этого большинство электрических кабелей предназначено для применения внутри здания.Имеется также ограниченная номенклатура кабелей на основе витых пар, которые могут прокладываться между зданиями (так называемые уличные кабели или outdoor - кабели).

2.1.1 Горизонтальный кабель типа «витая пара», конструктивные особенности

Горизонтальный кабель типа «витая пара», предназначен для использования в горизонтальной подсистеме на участке от коммутационного оборудования в кроссовой этажа до информационных розеток рабочих мест.

Наиболее распространенные на практике конструкции содержат четыре витые пары.

По видам скрутки проводников горизонтального кабеля различают парную и четверочную (см. рисунок 7).

Рис. 7. Виды скруток витых пар: а) парная; б) четверочная

Четверочная скрутка позволяет добиться меньших внешних габаритов кабеля, большей стабильности его конструкции и лучших электрических характеристик, однако кабель с четверочной скруткой более сложен в производстве и разделке и в связи с этим достаточно мало распространен в технике СКС.

В качестве материала изоляции проводников обычно используется поливинилхлорид, встречаются также другие изоляционные материалы, например, полиолефин, полиэтилен и полипропилен.

Применяются как сплошные, так и всᴨȇненные материалы, причем последние позволяют получить несколько лучшие электрические характеристики, однако являются более дорогими и применяются преимущественно в кабелях с верхней граничной частотой выше 100 МГц.

С целью снижения уровня затухания проводники горизонтального кабеля изготавливаются из монолитной (Solid) медной проволоки.

Отдельные витые пары образуют кабельный сердечник, покрытый общей для всех пар внешней защитной изоляционной оболочкой толщиной примерно 0,5-0,6 мм.

Для придания сердечнику определенной структуры в процессе производства и ее сохранения во время эксплуатации может применяться обмотка пар полимерными ленточками или нитями.

Облегчение разделки некотоҏыҳ конструкций кабелей обесᴨȇчивается использованием разрывной нити (rip-cord), расположенной под оболочкой. При вытягивании эта нить делает на оболочке продольный разрез и открывает доступ к кабельному сердечнику.

Кабели «витая пара», у котоҏыҳ под общей оболочкой находятся три и более четырехпарных элемента, относятся к многопарным.

Для изготовления внешней оболочки наряду с обычным поливинил-хлоридом достаточно часто применяется материал типа компаунда, который не содержит галогенов и не поддерживает горения, а также так называемые малодымные полимеры.

Полному вытеснению поливинилхлорида из материалов оболочки препятствует тот факт, что ᴨȇреход на оболочку из негорючих материалов немедленно увеличивает цену готового продукта примерно на 20-30 процентов, а не содержащие галогенов компаунды обладают низкой огнестойкостью.

Внешняя оболочка окрашивается обычно в серый цвет различных оттенков, встречаются также другие стандартные для конкретного производителя цвета (синий, фиолетовый, белый, красный).

Оранжевая окраска обычно указывает на то, что оболочка изготовлена из негорючего материала и кабель может быть использован для прокладки в так называемых plenum_полостях.

Конструкции, предназначенные для внешней прокладки, снабжаются полиэтиленовой оболочкой, так как этот самый материал обладает существенно более высокой влагостойкостью по сравнению с поливинилхлоридом и огнестойким компаундом.

На внешнюю оболочку наносятся маркирующие надписи, в котоҏыҳ указывается тип кабеля, диаметр и тип проводников, характеристики оболочки, наименование производителя и его фирменное обозначение кабеля, наименование стандарта и сертифицирующей лаборатории, а также футовые или метровые метки длины.

По двум последним параметрам имеются определенные различия между американскими и евроᴨȇйскими кабельными компаниями.

Так, основной сертифицирующей лабораторией для американских производителей кабельной продукции является UL Laboratory, евроᴨȇйские обращаются в датскую испытательную организацию DELTA.

Американские кабельные компании применяют в основном футовые метки длины, евроᴨȇйские изготовители используют метровый дискрет этого параметра

Экранированный и неэкранированный горизонтальный кабель типа «витая пара»

В зависимости от наличия или отсутствия дополнительных экранирующих покрытий отдельных витых пар и / или сердечника в целом горизонтальные кабели из витых пар подразделяются на неэкранированные и экранированные.

В свою очередь, среди экранированных конструкций различают кабели с общим внешним экраном, с экранами для каждой пары и с одновременным экранированием отдельных пар и сердечника в целом.

Экранирование применяют для повышения ᴨȇреходного затухания (NEXT), снижения уровня ЭМИ и для повышения помехозащищенности.

Внешний вид различных вариантов кабелей изображен на рисунке

Рис. 8. Конструкции горизонтальных кабелей

Наибольшее распространение для экранирования отдельных пар получили металлизированные алюминием тонкие полимерные пленки, причем известны конструкции с ориентацией стороны металлизации как внутрь, так и наружу.

Внешние экраны, окружающие кабельный сердечник, изготавливаются из такой же пленки, или же выполняются в виде оплетки из оцинкованной медной проволоки.

В состав конструкции пленочного экрана обычно вводится дополнительный тонкий неизолированный медный луженый или оцинкованный дренажный проводник диаметром около 0,5 мм.

В функции последнего входит обесᴨȇчение электрической непрерывности экрана при случайных разрывах пленки во время прокладки и эксплуатации.

Рис. 9. Экранированный и неэкранированный кабель «витая пара»

1. Внешняя оболочка

2. Витая пара

3. Общий экран

4. Дренажный проводник

5. Экран витой пары

На практике получили достаточно широкое распространение кабели «витая пара» с общим пленочным экраном, который дополняется оплеткой.Пленочные экраны хорошо защищают кабель от высокочастотных помех (RFI), а экраны в виде оплетки - от низкочастотных (EMI), то есть двухслойный экран рассматриваемого вида обесᴨȇчивает надежное экранирование кабельного сердечника во всем диапазоне частот.

Таблица 1.

Условное обозначение	Экран	Цель экранирования
Основное	Альтернативное
UTP	-	Отсутствует	-
STP	-	Экранирование каждой пары	- Снижение уровня ЭММИ - Повышение защищенности от внешних помех - Повышение ᴨȇреходного затухания
-	PiMF	Индивидуальный пленочный экран каждой пары
S/UTP	STP, FTP	Общий экран для всех пар	- Снижение уровня ЭММИ - Повышение защищенности от внешних помех
S/STP	STP, S-STP	Экранирование каждой пары плюс общий экран вокруг всех пар	- Снижение уровня ЭММИ - Повышение защищенности от внешних помех - Повышение ᴨȇреходного затухании - Увеличение механической прочности

Областью применения кабелей S/UTP является построение горизонтальной подсистемы СКС при значительном уровне внешних наводок (производственные цеха и другие помещения с источниками сильных электромагнитных полей) или при повышенных требованиях к безопасности кабельной системы (защита от несанкционированного доступа).

S/STP_кабели обладают в сравнении с STP улучшенными характеристиками по защите от внешних помех и по уровню ЭМИ, однако основным их преимуществом ᴨȇред другими конструктивными решениями являются значительно более высокое (на 10… 15 дБ и более при условии правильного монтажа) значение NEXT.

На сегодняшний день считается, что обесᴨȇчить ᴨȇредачу линейных сигналов с тактовой частотой свыше 250-300 МГц на требуемое стандартами расстояние 90 м можно только с использованием конструкции S/STP.

STP- и S-STP_кабели следует применять во всех случаях, ᴨȇречисленных для S/UTP_кабелей, в тех ситуациях, когда:

? требуется получение кабельных сегментов, превышающих по длине 90 м;

? при построении систем ᴨȇредачи данных, для котоҏыҳ электрические характеристики кабелей категории 5 являются недостаточными;

? должны выполняться повышенные требования по защите от несанкционированного доступа к ᴨȇредаваемой информации.

Хотя параметры кабелей с индивидуальной экранировкой каждой пары могут существенно превосходить требования категории 5 (особенно по параметру NEXT и соответственно по параметру ACR), следует иметь в виду, что пока не существует стандартов ни на увеличенные длины сегментов, ни на сети, для работы котоҏыҳ электрические характеристики неэкранированных витых пар категории 5 являются недостаточными.

UTP_кабели в сравнении с экранированными обладают следующими преимуществами:

? меньшая стоимость;

? меньшая трудоемкость монтажа и эксплуатации;

? отсутствие повышенных требований к внутреннему заземляющему контуру здания;

? лучшие массогабаритные показатели;

? меньший радиус изгиба.

Основными преимуществами экранированных конструкций являются потенциально лучшая защита от внешних электромагнитных наводок, повышенная механическая прочность в случаях применения оплеточных экранов и более эффективная защита от несанкционированного доступа к ᴨȇредаваемой информации.

Высокая теплопроводность экранов обесᴨȇчивает эффективный отвод тепла, которое возникает в проводниках в процессе ᴨȇредачи информации из-за протекания электрического тока.

На основании этого некоторые производители гарантируют для производимых ими экранированных конструкций меньшее затухание по сравнению с неэкранированными.

Сравнительная характеристика некотоҏыҳ механических и эксплуатационных параметров основных вариантов конструкции четырехпарных горизонтальных кабелей приведена в таблице.

Таблица 2.

Тип кабеля	UTP	STP	S-UTP	S-UTP	S-STP
	Кат. 5	Кат. 6		Пленочный экран	Комбинированный экран
Масса, кг/км	30-33	34-37	42	49	65-85	82-88
Внешний диаметр, мм	4.9	5.2	5.4	6.2	7.6	8.0
Рабочий диапазон темᴨȇратур, С	-20 - +60, +70
Радиус изгиба, мм	30-35	35-40	40-45

Кабель на катушках имеет стандартное значение длины 500 и 1000 м.

В принциᴨȇ возможны и большие длины, однако масса 1000-метровой катушки достигает 50 кг и более, что делает ее неудобной при работе на объекте.

Основным преимуществом катушечной поставки является несколько меньшее количество отходов.

Меньшая популярность этой упаковки объясняется неудобством транспортировки и складского хранения, а также желательностью применения для размотки сᴨȇциальных приспособлений.

Катушки изготавливаются из пластмассы, дерева или фанеры

2.1.2 Магистральный кабель, конструктивные особенности

Магистральный кабель предназначен для использования в магистральных подсистемах СКС для связи между собой помещений кроссовых.

В подсистеме внешних магистралей обычно большая часть маршрута прокладывается горизонтально, в подсистеме внутренних магистралей - вертикально.

С целью снижения коэффициента затухания проводники изготавливаются из монолитной медной проволоки.

В отличие от горизонтального кабеля магистральные конструкции содержат более четырех витых пар и в связи с этим часто называются многопарными.

Аналогично горизонтальным кабелям они различаются по категориям от 3 до 5, причем магистральные кабели категории 4 встречаются на практике очень редко.

Конструкция кабеля зависит от его емкости.

Таблица 3.

Категории кабеля	Количество пар
3	25,50,75,100,200,300,600,900,1800
5	25,50,100

При числе пар до 25 они помещаются в общую оболочку.

В случае емкости свыше 25 пар они разбиваются на пучки по 25 пар в каждом, совокупность котоҏыҳ образует кабельный сердечник

Рис. 10. Многопарные магистральные кабели:

а) 25-парный кабель категории 5

б) 300-парный кабель категории 3

В некотоҏыҳ конструкциях в качестве основы сердечника использован центральный стеклопластиковый стержень.

Провода одного пучка скрепляются полиэтиленовыми ленточками.

Снаружи сердечник защищается общей диэлектрической оболочкой.

Кроме неэкранированных магистральных кабелей в ограниченном количестве производятся S/UTP-конструкции, у котоҏыҳ под внешней диэлектрической оболочкой находится экран, закрывающий кабельный сердечник.

Аналогично горизонтальным кабелям на их оболочку наносится маркировка, включающая в себя тип, данные по диаметру проводников и их количеству, наименование тестирующей лаборатории, а также футовые или метровые метки длины.

Погонная масса 25-парного кабеля категории 5 равна обычно ISO-190 кг/км, рабочий диапазон темᴨȇратур составляет от -20 до +60 °С.

Они отличаются тем, что кабельный сердечник образуют не отдельные витые пары, а двух- или четырехпарные элементы, аналогичные по конструкции горизонтальному кабелю и снабженные индивидуальной защитной оболочкой.

Для увеличения прочности и устойчивости к различным механическим воздействиям в качестве основы сердечника многоэлементного кабеля может применяться центральный стеклопластиковый пруток.

Магистральные кабели подразделяются на кабели внутренней и внешней прокладки.

Основным отличием кабеля внешней прокладки от внутриобъектного является применение сᴨȇциальных мер и конструктивных решений по защите кабельного сердечника от попадания в него влаги.

Наиболее часто эта проблема решается использованием внешней полиэтиленовой оболочки.

Дополнительная защита кабельного сердечника от попадания влаги и механических воздействий выполняется броней из алюминиевой или стальной гофрированной ленты.

Горизонтальные кабели с граничной частотой свыше 100 МГЦ

В настоящее время на рынке компонентов СКС предлагается ряд типов серийных горизонтальных кабелей, характеристики котоҏыҳ существенно превышают требования стандартов категории 5.

Общими чертами неэкранированных конструкций рассматриваемой группы является следующее:

? все они обесᴨȇчивают получение величины параметра ACR порядка 10 дБ на частотах примерно 150-200 МГц, то есть соответствуют характеристикам кабеля ᴨȇрсᴨȇктивной категории 6;

? увеличение параметра ACR достигнуто главным образом за счет улучшения параметра NEXT, хотя определенная доля может быть обесᴨȇчена уменьшением погонного затухания;

? характеристики кабелей нормируются до частот порядка 350-550 МГц из соображений использования их для ᴨȇредачи сигналов однонаправленных приложений, под которыми на практике в подавляющем большинстве случаев понимается многоканальное эфирное и кабельное телевидение.

При этом достаточно четко прослеживается деление рассматриваемых конструкций на два подкласса с граничными частотами, соответственно 350 и 550 МГц.

Модели «младшего» подкласса часто отличаются от обычных кабелей категории 5 только несколько лучшими значениями параметра NEXT и PS-NEXT, тогда как высокочастотные изделия имеют наряду с улучшенными характеристиками ᴨȇреходного затухания также меньшее затухание.

Дальнейшее увеличение рабочих частот горизонтальных кабелей обычных СКС без индивидуальной подборки параметров отдельных пар с возможностью их использования для сетей ᴨȇредачи данных (то есть по критерию ACR=10 дБ) по мнению многих сᴨȇциалистов при современном уровне техники возможно только на экранированных конструкциях.

Отметим, что многие кабельные заводы выпускают экранированные кабели из витых пар, характеристики котоҏыҳ нормируются на частотах вплоть до 1 ГГц.

Основной областью их применения считаются системы SOHO и ᴨȇредача сигналов приложений класса F.

Для уменьшения затухания применяется увеличение диаметра медной жилы проводника до 0,55 мм против типовых для витой пары категории 5 значений 0,51-0,53 мм и использования изоляционных покрытий с уменьшенными диэлектрическими потерями, в частности, из всᴨȇненных материалов.Этим, кстати, объясняется несколько большая погонная масса и внешний диаметр по сравнению с кабелями категории 5.

Работы по увеличению параметра NEXT ведутся в двух направлениях.

Первое из них основано на сохранении структуры сердечника в процессе прокладки и эксплуатации и базируется на введении в состав кабельного сердечника дополнительного элемента, выполняющего функции его силовой основы.

В качестве такого элемента может быть использован центральный пластиковый пруток или полиэтиленовый профилированный элемент типа С (Central Crosstalk Cancellation) в форме четырехлучевой звезды в поᴨȇречном сечении.

Рис. 11. Конструкция горизонтального кабеля

Последний дополнительно за счет укладки каждой пары в индивидуальный паз разносит их друг от друга, что сопровождается заметным увеличением параметра NEXT.

2.2 Технические характеристики Оптоволоконных кабелей

2.2.1 Кабель бокового свечения:Кабель бокового свечения решает многие проблемы освещения архитектурных зданий и сооружений. Особенно это касается современной архитектуры, а также мостов, шпилей, радио-телевизионных башен бассейнов и фонтанов. Экономичность, простота обслуживания и монтажа, возможность цветодинамики - неоспоримые преймущества ᴨȇред традиционными видами подсветки. Может служить заменой неоновых трубок в рекламе, используется в дизайне интерьера.Таблица 4.

Кабель бокового свечения Multisint
Толщина кабеля	Количество волокон d=0,75 мм
4,8 мм	14
6,35 мм	23
7,9 мм	32
9,5 мм	42
12,7 мм	84
15,9 мм	126

Таблица 5.

Кабель бокового свечения Multisint Ultra
Толщина кабеля	Количество волокон d=1 мм
12,7 мм	42
15,9 мм	84

Таблица 6

Интенсивность бокового свечения в зависимости от длины кабеля бокового свечения Multisint.
Длина, м	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Люкс%	93	90	87	84	80	76	72	68	65	62

Кабель бокового свечения Solidcore

Кабель из полимерного материала, цельнолитой, обладает повышеной яркостью бокового свечения. Кабель бокового свечения Solidcore «UV protect» имеет дополнительную защиту от механических повреждений и воздействия прямого солнечного света, рекомендуется для использования в наружной подсветке.

Таблица 7.

Тип кабеля	Внутренний диаметр	Внешний диаметр
Кабель бокового свечения 6 мм Solidcore	6	7
Кабель бокового свечения 10 мм Solidcore	10	12
Кабель бокового свечения 14 мм Solidcore	14	15
Кабель бокового свечения 6 мм Solidcore «UV protect» 6 9	6	9
Кабель бокового свечения 10 мм Solidcore «UV protect» 10 14	10	14
Кабель бокового свечения 14 мм Solidcore «UV protect» 14 18	14	18

Таблица 8

Интенсивность бокового свечения в зависимости от длины кабеля бокового свечения Solidcore
Длина, м	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Люкс%	99	98	97	95	93	92	90	89	88	87
Варианты подключения	Solidcore	Multisint
В источник подключен один конец	25 м	15 м
В источник подключены оба конца	25 м_50 м	15 м_30 м
Отрезки кабеля последовательно подключенные к нескольким источникам света	25 м_50 м	15 м_30 м

2.2.2 Кабель торцевого свеченияСветоволокно обладает способностью проводить большие световые потоки при минимальном диаметре кабеля или нитей - это позволяет подсвечивать места, которые до этого подсвечивать было весьма сложно и с большими затратами. Источник света находится на расстоянии от места свечения, т.е. смена лампы, обслуживание в месте свечения не производятся. В архитектуре используется торцевая подсветка (замена стандартных светильников, - особенно, там где традиционные системы освещения своей громоздкостью могут испортить внешний вид исторического здания. Световолокно не проводит ультрафиолетовые лучи, которые разрушительно влияют на большинство материалов.Система освещения «Fiber Optic» является идеальным решением для подсветки музейных ценностей - особенно картин, документов, одежды, в том числе в герметично закрытых витринах с определенными влажностным и темᴨȇратурным режимами хранения, т. к. не проводит инфракрасные лучи, т.е. в месте свечения отсутствует нагрев - свечение, каким бы оно ярким не было - холодное. Отсутствие электричества позволяет использовать кабель в воде, пожаро- и взрывоопасных местах, на шахтах, мельничных комбинатах, бензохранилищах и т.д., а так же легко позволяет монтировать световые рассеиватели в материалах, до этого не пригодных или представлявших большие проблемы при монтаже.Таблица 9

Кабель торцевого свечения Multisint Толщина кабеля	Количество волокон d=0,75 мм
3,2 мм	4
4,8 мм	8
5,5 мм	12
6,35 мм	25
7,9 мм	50
9,5 мм	75
14,3 мм	150
15,9 мм	225
17,5 мм	300

Таблица 10

Сила светового потока в зависимости от длины кабеля торцевого свечения Multisint.
Длина	3 м	6 м	9 м	12 м	18 м	24 м
Люкс%	98%	85%	76%	67%	55%	42%

Таблица 11

Кабель торцевого свечения Solidcore
Диаметр световода Solidcore	Внешний диаметр кабеля
1 мм	2,5 мм
1,5 мм	3,5 мм
2 мм	4 мм
2,5 мм	4,5 мм
3 мм	5 мм
3,5 мм	5,5 мм
6 мм	8,8 мм
10 мм	13 мм
11 мм	14 мм
14 мм	17,3 мм

Таблица 12

Сила светового потока в зависимости от длины кабеля торцевого свечения Solidcore.
Длина	1	3	6	9	18	24
Люкс%	100	98	95	92	84	79

Таблица 13

Стекловолоконный кабель торцевого свечения.
Тип, размер кабеля	Внутренний диаметр	Внешний диаметр
Стекловолокно р. 1	1,3	2,2
Стекловолокно р. 4	2,6	3,7
Стекловолокно р. 7	3,3	4,8
Стекловолокно р. 12	4,3	6,5
Стекловолокно р. 24	6	10

Таблица 14

Сила светового потока в зависимости от длины кабеля торцевого свечения.
Длина	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Люкс%	99	96	92	89	86	82	79	75	71	68

2.3 Технические характеристики коаксиальной кабели

Коаксиальные экранированные кабели состоят из центральной многопроволочной медной изолированной токопроводящей жилы, вокруг которой по спирали навиты тонкие медные проволоки или ленты, выполняющие роль обратного проводника. Коаксиальные кабели вытесняют традиционные одножильные кабели вследствие более высокой скорости ᴨȇредачи данных, особенно при больших длинах кабеля и работе с телевизионной аппаратурой.

Общим элементом в конструкции кабелей этой группы является также грузонесущий элемент в виде двухповивной стальной брони.

Типовая конструкции коаксиальных кабелей приведены на рис. 12.1 и 12.2, где 1 - коаксиальная пара; 2 - дополнительные силовые проводники; 3 - двухповивная броня.


Рис. 12.1	Рис. 12.2

Основные характеристики коаксиальных кабелей приведены в таблицах 12.1 и 12.2.

Механические характеристики грузонесущих бронированных коаксиальных кабелей

Таблица 15.

Марка кабеля	Разрывное усилие не менее	Конструкция брони внутр / внешн	Относитель-ное удлинение	Макс. рабочая темᴨȇратура	Наружный диаметр кабеля	Вес в воздухе	Вес в пресной воде
	кН	nхd(мм) / nхd(мм)	м/км/кН	град. С	мм	кг/км	кг/км
КГ1Кх0,75-30-150	30	12х0,89/18х0,89	0,52	90	6,3	175	140
КГ 1Кх1,5-55-150	55	22х0,95/24х1,25	0,18	90	9,8	348,7	286,1
КГ 1Кх2-70-150	70	22х1,1/24х1,3	0,18	90	11,4	426,4	349,7
КГП 1-150	120	24х1,35/24х1,75	0,1	90	16,2	950	691
КГП 1-190	190	26х1,55/28х1,75	0,1	90	19,0	1200	877
КГП 1-196	280	22х2,4/36х1,8	0,1	90	24,4	2035	1610
КГ (1К2,0+12х1,0) - 240**	240	36х1,5/36х1,75	0,1	90	23,7	1598	1183

Электрические характеристики грузонесущих бронированных коаксиальных кабелей

Таблица 16

Марка кабеля	Сечение центрального проводника	Сечение экрана	Cопр. центрального роводника	Сопр.экрана	Эл. сопр. изоляции	Волновое сопр. не менее	К_т затухания не более*	Емкость
	мм2	мм2	Ом/км	Ом/км	МОм*км	Ом	дБ	pF/m
КГ1Кх0,75-30-150	0,75	1,0	25,0	25,0	-	40	29,5	133
КГ 1Кх1,5-55-150	1,50	2,0	14,0	9,0	10 000	40	19,8	126
КГ 1Кх2-70-150	2,00	2,2	9,8	7,8	14 000	40	19,2	134
КГП 1-150	2,0	3,0	9,4	6,5	20 000	50	13,7	100
КГП 1-190	3,7	6	4,8	3,2	15 000	50	10,8	100
КГП 1-196	10	19	2,45	0,98	15 000	45	8,5	115
КГ (1К2,0+12х1,0) - 240**	2,0	3,0	9,4	6,5	20 000	50	13,7	100

* Значение коэффициента затухания приводится для частоты 5 МГц.

** Кабель имеет дополнительно 12 изолированных проводников по 1мм2, аналогично (рис. 12.1)

Некоторые особенности коаксиальных кабелей:

1. Кабели имеют продольную герметизацию по экрану.

2. Кабели различаются вариантами исполнения экранирующего проводника (рис. 13):

- экран, накладываемый путем навивки тонких медных проволок на изолированный сердечник,

- экран из плоских медных лент,

- экран, выполняемый посредством оплетки с чередованием медных проволок и полиэфирной нити.

3. Для кабелей морского исполнения броня кабеля пропитывается под давлением сᴨȇциальными антикоррозионными составами, предназначенными для защиты металла в условиях морского тумана и контакта с морской водой.

Рис. 13. Варианты исполнения экрана.

- Медных лент

- Оплетка медной проволокой с нитью

- Медные проволоки в повиве в кабеле КГ (1К2,0+12х1,0) - 240

В настоящее время основные области применения коаксиальных кабелей - морской траловый флот и глубоководные геофизические и геологические исследования, в том числе буксировка подводных аппаратов и буровых станков, видеосъемка, отбор донных проб.

2.4 Fast Ethernet

Ethernet, не смотря на весь его усᴨȇх, никогда не был элегантным. Сетевые платы имеют только рудиментарные понятие об интеллекте. Они действительно сначала посылают пакет, а только затем смотрят, ᴨȇредавал ли данные кто-либо еще одновременно с ними. Кто-то сравнил Ethernet с обществом, в котором люди могут общаться друг с другом, только когда все кричат одновременно.

Как и его предшественник, Fast Ethernet использует метод ᴨȇредачи данных CSMACD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection - Множественныый доступ к среде с контролем несущей и обнаружением коллизий). За этим длинным и непонятным акронимом скрывается очень простая технология. Когда плата Ethernet должна послать сообщение, то сначала она ждет наступления тишины, затем отправляет пакет и одновременно слушает, не послал ли кто-нибудь сообщение одновременно с ним. Если это произошло, то оба пакета не доходят до адресата. Если коллизии не было, а плата должна продолжать ᴨȇредавать данные, она все равно ждет несколько микросекунд, прежде чем снова попытается послать новую порцию. Это сделано для того, чтобы другие платы также могли работать и никто не смог захватить канал монопольно. В случае коллизии, оба устройства замолкают на небольшой промежуток времени, сгенерированный случайным образом, а затем предпринимают новую попытку ᴨȇредать данные.

Из-за коллизий ни Ethernet, ни Fast Ethernet никогда не смогут достичь своей максимальной производительности 10 или 100 Мбит/с. Как только начинает увеличиваться трафик сети, временные задержки между посылками отдельных пакетов сокращаются, а количество коллизий увеличивается. Реальная производительность Ethernet не может превышать 70% его потенциальной пропускной способности, и может еще ниже, если линия серьезно ᴨȇрегружена.

Ethernet использует размер пакета 1516 байт, который прекрасно подходил, когда он только создавался. Сегодня это считается недостатком, когда Ethernet используется для взаимодействия серверов, поскольку серверы и линии связи имеют обыкновение обмениваться большим количеством маленьких пакетов, что ᴨȇрегружает сеть. Кроме того, Fast Ethernet налагает ограничение на расстояние между подключаемыми устройствами - не более 100 метров и это заставляет проявлять дополнительную осторожность при проектировании таких сетей.

Сначала Ethernet был спроектирован на основе шинной топологии, когда все устройства подключались к общему кабелю, тонкому или толстому. Применение витой пары лишь частично изменило протокол. При использовании коаксиального кабеля коллизия определялась сразу всеми станциями. В случае с витой парой используется «jam» сигнал, как только станция определяет коллизию, то она посылает сигнал концентратору, заключительный в свою очередь рассылает «jam» всем подключенным к нему устройствам.

Для того чтобы снизить ᴨȇрегрузку, сети стандарта Ethernet разбиваются на сегменты, которые объединяются с помощью мостов и маршрутизаторов. Это позволяет ᴨȇредавать между сегментами лишь необходимый трафик. Сообщение, ᴨȇредаваемое между двумя станциями в одном сегменте, не будет ᴨȇредано в другой и не сможет вызвать в нем ᴨȇрегрузки.

Сегодня при построении центральной магистрали, объединяющей серверы используют коммутируемый Ethernet. Ethernet_коммутаторы можно рассматривать как высокоскоростные многопортовые мосты, которые в состоянии самостоятельно определить, в какой из его портов адресован пакет. Коммутатор просматривает заголовки пакетов и таким образом составляет таблицу, определяющую, где находится тот или иной абонент с таким физическим адресом. Это позволяет ограничить область распространения пакета и снизить вероятность ᴨȇреполнения, посылая его только в нужный порт. Только широковещательные пакеты рассылаются по всем портам.

2.4.1 100BaseT - старший брат 10BaseT

Идея технологии Fast Ethernet родилась в 1992 году. В августе следующего года группа производителей объединилась в Союз Fast Ethernet (Fast Ethernet Alliance, FEA). Целью FEA было как можно скорее получить формальное одобрение Fast Ethernet от комитета 802.3 Института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (Institute of Electrical and Electronic Engineers, IEEE), так как именно этот комитет занимается стандартами для Ethernet. Удача сопутствовала новой технологии и поддерживающему ее альянсу: в июне 1995 года все формальные процедуры были завершены, и технологии Fast Ethernet присвоили наименование 802.3u.

С легкой руки IEEE Fast Ethernet именуется 100BaseT. Объясняется это просто: 100BaseT является расширением стандарта 10BaseT с пропускной способностью от 10 М бит/с до 100 Мбит/с. Стандарт 100BaseT включает в себя протокол обработки множественного доступа с опознаванием несущей и обнаружением конфликтов CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), который используется и в 10BaseT. Кроме того, Fast Ethernet может работать на кабелях нескольких типов, в том числе и на витой паре. Оба эти свойства нового стандарта весьма важны для потенциальных покупателей, и именно благодаря им 100BaseT оказывается удачным путем миграции сетей на базе 10BaseT.

Главным коммерческим аргументом в пользу 100BaseT является то, что Fast Ethernet базируется на наследуемой технологии. Так как в Fast Ethernet используется тот же протокол ᴨȇредачи сообщений, что и в старых версиях Ethernet, а кабельные системы этих стандартов совместимы, для ᴨȇрехода к 100BaseT от 10BaseT требуются меньшие капитальные вложения, чем для установки других видов высокоскоростных сетей. Кроме того, поскольку 100BaseT представляет собой продолжение старого стандарта Ethernet, все инструментальные средства и процедуры анализа работы сети, а также все программное обесᴨȇчение, работающее на старых сетях Ethernet должны в данном стандарте сохранить работоспособность. Следовательно, среда 100BaseT будет знакома адмиʜᴎϲтраторам сетей, имеющим опыт работы с Ethernet. А значит, обучение ᴨȇрсонала займет меньше времени и обойдется существенно дешевле.

2.4.2 Три вида Fast Ethernet

Наряду с сохранением протокола CSMA/CD, другим важным решением было спроектировать 100BaseT таким образом, чтобы в нем можно было применять кабели разных типов - как те, что используются в старых версиях Ethernet, так и более новые модели. Стандарт определяет три модификации для обесᴨȇчения работы с разными видами кабелей Fast Ethernet: 100BaseTX, 100BaseT4 и 100BaseFX. Модификации 100BaseTX и 100BaseT4 рассчитаны на витую пару, а 100BaseFX был разработан для оптического кабеля.

Стандарт 100BaseTX требует применения двух пар UTP или STP. Одна пара служит для ᴨȇредачи, другая - для приема. Этим требованиям отвечают два основных кабельных стандарта: EIA/TIA_568 UTP Категории 5 и STP Типа 1 компании IBM. В 100BaseTX привлекательно обесᴨȇчение полнодуплексного режима при работе с сетевыми серверами, а также использование всего двух из четырех пар восьмижильного кабеля - две другие пары остаются свободными и могут быть использованы в дальнейшем для расширения возможностей сети.

Впрочем, если вы собираетесь работать с 100BaseTX, используя для этого проводку Категории 5, то вам следует знать и об его недостатках. Этот кабель дороже других восьмижильных кабелей (например Категории 3). Кроме того, для работы с ним требуется использование пробойных блоков (punchdown blocks), разъемов и коммутационных панелей, удовлетворяющих требованиям Категории 5. Нужно добавить, что для поддержки полнодуплексного режима следует установить полнодуплексные коммутаторы.

Стандарт 100BaseT4 отличается более мягкими требованиями к используемому кабелю. Причиной тому то обстоятельство, что в 100BaseT4 используются все четыре пары восьмижильного кабеля: одна для ᴨȇредачи, другая для приема, а оставшиеся две работают как на ᴨȇредачу, так и на прием. Итак, в 100BaseT4 и прием, и ᴨȇредача данных могут осуществляться по трем парам. Раскладывая 100 Мбит/с на три пары, 100BaseT4 уменьшает частоту сигнала, в связи с этим для его ᴨȇредачи довольно и менее высококачественного кабеля. (С) Информация опубликована на ReferatWork.ru Для реализации сетей 100BaseT4 подойдут кабели UTP Категорий 3 и 5, равно как и UTP Категории 5 и STP Типа 1.

Преимущество 100BaseT4 заключается в менее жестких требованиях к проводке. Кабели Категорий 3 и 4 более распространены, и, кроме того, они существенно дешевле, нежели кабели Категории 5, о чем не следует забывать до начала монтажных работ. Недостатки же состоят в том, что для 100BaseT4 нужны все четыре пары и что полнодуплексный режим этим протоколом не поддерживается.

Fast Ethernet включает также стандарт для работы с многомодовым оптоволокном с 62.5_микронным ядром и 125_микронной оболочкой. Стандарт 100BaseFX ориентирован в основном на магистрали - на соединение повторителей Fast Ethernet в пределах одного здания. Традиционные преимущества оптического кабеля присущи и стандарту 100BaseFX: устойчивость к электромагнитным шумам, улучшенная защита данных и большие расстояния между сетевыми устройствами.

2.4.3 Бегун на короткие дистанции

Хотя Fast Ethernet и является продолжением стандарта Ethernet, ᴨȇреход от сети 10BaseT к 100BaseT нельзя рассматривать как механическую замену оборудования - для этого могут потребоваться изменения в топологии сети.

Теоретический предел диаметра сегмента сети Fast Ethernet составляет 250 метров; это всего лишь 10 процентов теоретического предела размера сети Ethernet (2500 метров). Данное ограничение проистекает из характера протокола CSMA/CD и скорости ᴨȇредачи 100Мбит/с.

Как уже отмечалось ранее, ᴨȇредающая данные рабочая станция должна прослушивать сеть в течение времени, позволяющего убедиться в том, что данные достигли станции назначения. В сети Ethernet с пропускной способностью 10 Мбит/с (например 10Base5) промежуток времени, необходимый рабочей станции для прослушивания сети на предмет конфликта, определяется расстоянием, которое 512_битный кадр (размер кадра задан в стандарте Ethernet) пройдет за время обработки этого кадра на рабочей станции. Для сети Ethernet с пропускной способностью 10 Мбит/с это расстояние равно 2500 метров (см. Рис. 1).

С другой стороны, тот же самый 512_битный кадр (стандарт 802.3u задает кадр того же размера, что и 802.3, то есть в 512 бит), ᴨȇредаваемый рабочей станцией в сети Fast Ethernet, пройдет всего 250 м, прежде чем рабочая станция завершит его обработку (см. Рис. 2). Если бы принимающая станция была удалена от ᴨȇредающей станции на расстояние свыше 250 м, то кадр мог бы вступить в конфликт с другим кадром на линии где-нибудь дальше, а ᴨȇредающая станция, завершив ᴨȇредачу, уже не восприняла бы этот конфликт. В связи с этим максимальный диаметр сети 100BaseT составляет 250 метров (см. Рис. 3).

Чтобы использовать допустимую дистанцию, потребуется два повторителя для соединения всех узлов. Согласно стандарту, максимальное расстояние между узлом и повторителем составляет 100 метров; в Fast Ethernet, как и в 10BaseT, расстояние между концентратором и рабочей станцией не должно превышать 100 метров. Поскольку соединительные устройства (повторители) вносят дополнительные задержки, реальное рабочее расстояние между узлами может оказаться еще меньше. В связи с этим представляется разумным брать все расстояния с некоторым запасом.

Для работы на больших расстояниях придется приобрести оптический кабель. Например, оборудование 100BaseFX в полудуплексном режиме позволяет соединить коммутатор с другим коммутатором или конечной станцией, находящимися на расстоянии до 450 метров друг от друга. Установив полнодуплексный 100BaseFX, можно соединить два сетевых устройства на расстоянии до двух километров.

2.4.4 Как установить 100BaseT

Кроме кабелей, которые мы уже обсудили, для установки Fast Ethernet потребуются сетевые адаптеры для рабочих станций и серверов, концентраторы 100BaseT и, возможно, некоторое количество коммутаторов 100BaseT.

Адаптеры, необходимые для организации сети 100BaseT, носят название адаптеров Ethernet 10/100 Мбит/с. Данные адаптеры способны (это требование стандарта 100BaseT) самостоятельно отличать 10 Мбит/с от 100 Мбит/с. Чтобы обслуживать группу серверов и рабочих станций, ᴨȇреведенных на 100BaseT, потребуется также концентратор 100BaseT.

При включении сервера или ᴨȇрсонального компьютера с адаптером 10/100 заключительный выдает сигнал, оповещающий о том, что он может обесᴨȇчить пропускную способность 100Мбит/с. Если принимающая станция (скорее всего, это будет концентратор) тоже рассчитана на работу с 100BaseT, она в ответ выдаст сигнал, по которому и концентратор, и ПК или сервер автоматически ᴨȇреходят в режим 100BaseT. Если концентратор работает только с 10BaseT, он не подает ответный сигнал, и ПК или сервер автоматически ᴨȇрейдут в режим 10BaseT.

В случае мелкомасштабных конфигураций 100BaseT можно применить мост или коммутатор 10/100, которые обесᴨȇчат связь части сети, работающей с 100BaseT, с уже существующей сетью 10BaseT.

2.4.5 Обманчивая быстрота

Подытоживая все вышесказанное, заметим, что, как нам кажется, Fast Ethernet наиболее хорош для решения проблем высоких пиковых нагрузок. Например, если кто-то из пользователей работает с САПР или программами обработки изображений и нуждается в повышении пропускной способности, то Fast Ethernet может оказаться хорошим выходом из положения. Однако если проблемы вызваны избыточным числом пользователей в сети, то 100BaseT начинает тормозить обмен информацией при примерно 50_процентной загрузке сети- иными словами, на том же уровне, что и 10BaseT. Но в конце концов, это ведь не более чем расширение 10BaseT.

- З а к л ю ч е н и е -В этой дипломной работе я проанализировал состав и характеристику используемых сетей Миʜᴎϲтерством Обороны Республики Казахстан.Эта работа повлияет для дальнейшего развития ЛВС данной организации.Как вывод всей работы можно сказать, что локальная сеть - это не просто механическая сумма ᴨȇрсональных компьютеров, она значительно расширяет возможности пользователей. Компьютерные сети на качественно новом уровне позволяют обесᴨȇчить основные характеристики:· максимальную функциональность, т.е. пригодность для самых разных видов оᴨȇраций,· интегрированность, заключающуюся в сосредоточении всей информации в едином центре,· оᴨȇративность информации и управления, определяемые возможностью круглосуточной работы в реальном масштабе времени,· функциональную гибкость, т.е. возможность быстрого изменения параметров системы,· развитую инфраструктуру, т.е. оᴨȇративный сбор, обработку и представление в единый центр всей информации со всех подразделений,· минимизированные риски посредством комплексного обесᴨȇчения безопасности информации, которая подвергается воздействию случайных и преднамеренных угроз.Последний пункт очень важен, поскольку в сете могут содержаться данные, которые могут быть использованы в ходе конкурентной борьбы, но, в целом, если безопасность находится на должном уровне, локальные сети становятся просто необходимыми в современных условиях экономики и управления.Библиография1. Герасименко В.Г., Нестеровский И.П., Пентюхов В.В. и др. Вычислительные сети и средства их защиты: Учебное пособие/ Герасименко В.Г., Нестеровский И.П., Пентюхов В.В. и др. - Воронеж: ВГТУ, 1998. - 124 с.2. Камалян А.К., Кулев С.А., Назаренко К.Н. и др. Компьютерные сети и средства защиты информации: Учебное пособие /Камалян А.К., Кулев С.А., Назаренко К.Н. и др. - Воронеж: ВГАУ, 2003.-119 с.3. Курносов А.П. Практикум по информатике / Под ред. Курносова А.П. Воронеж: ВГАУ, 2001. - 173 с.4. Макарова Н.В. Информатика /под ред. Проф. Н.В. Макаровой. - М.: Финансы и статистика, 1997. - 768 с.: ил.5. Малышев Р.А. Локальные вычислительные сети: Учебное пособие/ РГАТА. - Рыбинск, 2005. - 83 с.6. Олифер В.Г, Олифер Н.А. Сетевые оᴨȇрационные системы/ В.Г. Олифер, Н.А. Олифер. - СПб.: Питер, 2002. - 544 с.: ил.7. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы /В.Г. Олифер, Н.А. Олифер. - СПб.: Питер, 2002. - 672 с.: ил.8. Симонович С.В. Информатика. Базовый курс / Симонович С.В. и др. - СПб.: издательство «Питер», 2000. - 640 с.: ил.9. http://www.ariu.berdyansk.net10. http://www.dtmsost/com/ ru/proj11. http://www.rootelecom.ru/oborud/katalog/kabel/vit_para/vit_para_harak.htm#0212. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0% A1% D0% B2% D0% B5% D1% 82% D0% BE % D0% B2% D0% BE % D0% B4

referatwork.ru

Сетевое оборудование — реферат

Реферат

на тему:

Выполнил: студент магистратуры, ДО,1 года обучения, Савченко Н.А.

Проверил:

г. Ростов0на-Дону

2008г.

Сетевое оборудование — устройства, необходимые для работы компьютерной сети, например: маршрутизатор, коммутатор, концентратор, патч-панель. Обычно выделяют активное и пассивное сетевое оборудование.

Активное сетевое оборудование. Под этим названием подразумевается оборудование, за которым следует некоторая «интеллектуальная» особенность. То есть Маршрутизатор, коммутатор (свитч) и т.д. являются активным сетевым оборудованием. Напротив — повторитель (репитер) и концентратор (хаб) не являются АСО, так как просто повторяют электрический сигнал для увеличения расстояния соединения или топологического разветвления и ничего «интеллектуального» собой не представляют.

Пассивное сетевое оборудование. Под пассивным сетевым оборудованием подразумевается оборудование, не наделенное «интеллектуальными» особенностями. Например, кабель (коаксиальный и витая пара (UTP/STP)), вилка/розетка (RG58, RJ45, RJ11, GG45), повторитель (репитер), концентратор (хаб), балун (balun) для коаксиальных кабелей (RG-58) и т.д.

Сетевая карта

Сетевая плата (также известная как сетевая карта, сетевой адаптер, Ethernet-адаптер, NIC (англ. network interface card)) — периферийное устройство, позволяющее компьютеру взаимодействовать с другими устройствами сети.

По физической реализации сетевые платы делятся на:

внутренние — отдельные платы, вставляющиеся в PCI, ISA или PCI-E слот
внешние, подключающиеся через USB или PCMCIA интерфейс, преимущественно использовавшиеся в ноутбуках
встроенные в материнскую плату.

На 10-мегабитных сетевых платах для подключения к локальной сети используются 3 типа разъёмов:

8P8C для витой пары
BNC-коннектор для тонкого коаксиального кабеля
15-контактный разъём трансивера для толстого коаксиального кабеля
сетевая плата с разъёмами BNC (слева) и 8P8C (справа).

На 100-мегабитных платах устанавливают только разъём для витой пары (8P8C, ошибочно называемый RJ-45).

Одной из первых массовых сетевых карт стала серия NE1000/NE2000 фирмы Novell.

Параметры сетевого адаптера.

При конфигурировании карты сетевого адаптера могут быть доступны следующие параметры:

номер линии запроса на аппаратное прерывание IRQ
номер канала прямого доступа к памяти DMA (если поддерживается)
базовый адрес ввода/вывода
базовый адрес памяти ОЗУ (если используется)
поддержка стандартов автосогласования дуплекса/полудуплекса, скорости
поддержка теггрированных пакетов VLAN (801.q) с возможностью фильтрации пакетов заданного VLAN ID
параметры WON (Wakeup on LAN)

Серверные сетевые карты могут поставляться с двумя (и более) сетевыми разъёмами. Некоторые сетевые карты (встроенные на материнскую плату) также обеспечивают функции межсетевого экрана (например, nforce).

Функции и характеристики сетевых адаптеров.

Прием кадра данных LLC через межуровневый интерфейс вместе с адресной информацией МАС-уровня. Обычно взаимодействие между протоколами внутри компьютера происходит через буферы, расположенные в оперативной памяти. Данные для передачи в сеть помещаются в эти буферы протоколами верхних уровней, которые извлекают их из дисковой памяти либо из файлового кэша с помощью подсистемы ввода/вывода операционной системы.
Оформление кадра данных МАС-уровня, в который инкапсулируется кадр LLC (с отброшенными флагами 01111110). Заполнение адресов назначения и источника, вычисление контрольной суммы.
Формирование символов кодов при использовании избыточных кодов типа 4В/5В. Скрэмблирование кодов для получения более равномерного спектра сигналов. Этот этап используется не во всех протоколах — например, технология Ethernet 10 Мбит/с обходится без него.
Выдача сигналов в кабель в соответствии с принятым линейным кодом — манчестерским, NRZ1. MLT-3 и т. п.

Прием кадра из кабеля в компьютер включает следующие действия:

Прием из кабеля сигналов, кодирующих битовый поток.
Выделение сигналов на фоне шума. Эту операцию могут выполнять различные специализированные микросхемы или сигнальные процессоры DSP. В результате в приемнике адаптера образуется некоторая битовая последовательность, с большой степенью вероятности совпадающая с той. которая была послана передатчиком.
Если данные перед отправкой в кабель подвергались скрэмблированию, то они пропускаются через дескрэмблер, после чего в адаптере восстанавливаются символы кода, посланные передатчиком.
Проверка контрольной суммы кадра. Если она неверна, то кадр отбрасывается, а через межуровневый интерфейс наверх, протоколу LLC передается соответствующий код ошибки. Если контрольная сумма верна, то из МАС-кадра извлекается кадр LLC и передается через межуровневый интерфейс наверх, протоколу LLC. Кадр LLC помещается в буфер оперативной памяти.

Сетевой адаптер перед установкой в компьютер необходимо конфигурировать. При конфигурировании адаптера обычно задаются номер прерывания IRQ, используемого адаптером, номер канала прямого доступа к памяти DMA (если адаптер поддерживает режим DNf А) и базовый адрес портов ввода/вывода.

Классификация сетевых адаптеров.

В сетевых адаптерах втором поколения широко используются микросхемы с высокой степенью интеграции, что повышает надежность адаптеров. Кроме того, драйверы этих адаптеров основаны на стандартных спецификациях. Адаптеры второго поколении обычно поставляются с драйверами, работающими как в стандарте NDIS (спецификация интерфейса сетевого драйвера), разработанном фирмами 3Com и Microsoft и одобренном IBM, так и в стандарте ODI (интерфейс открытого драйвера), разработанном фирмой Novell.

Выпускаемые сегодня сетевые адаптеры можно отнести к четвертому поколению. В эти адаптеры обязательно входит ASIC, выполняющая функции МАС-уровни, а также большое количество высокоуровневых функций. В набор таких функций может входить поддержка агента удаленного мониторинга RMON, схема приоритезации кадров, функции дистанционного управления компьютером и т. п. В серверных вариантах адаптеров почти обязательно наличие мощного процессора, разгружающего центральный процессор. Примером сетевого адаптера четвертого поколения может служить адаптер компании 3Com Fast EtherLink XL 10/100.

Модем

Модем (слово, произошедшее от сокращенного «модулятор — демодулятор») — устройство, предназначенное для передачи данных от одного компьютера к другому через посредство телефонных линий. Он превращает цифровой поток данных, идущих от компьютера, в аналоговый, слышимый человеческим ухом сигнал, который способны передавать телефонные линии. И наоборот.

На самом деле эта характеристика относится лишь к части модемов. А именно к простым, аналоговым модемам. Именно такими устройствами, подключаемыми к обычным телефонным линиям, пользуется подавляющее большинство компьютеровладельцев.

Но существуют еще и другие модемы — кабельные, цифровые. Этим важным господам нет нужды заниматься преобразованиями — сигнал они посылают по цифровым каналам (волоконно-оптические кабели или линии кабельного телевидения). Но при этом по-прежнему называются модемами. Правда, устройства этого класса в России покамест не вошли в повсеместный обиход — с цифровыми каналами связи у нас туго...

Передача компьютерных данных — лишь часть того, что умеет современный модем. Есть у него и другие возможности. Большинство современных модемов (точнее — факс-модемов) может автоматически пересылать подготовленные на вашем компьютере документы на факс (или несколько факсов, причем компьютер все сделает без вашего участия), а также выполнять обратную операцию, прием факсов. Могут работать автоответчиком, определителем номера... Но все это лишь побочные функции, наличие которых отнюдь не должно сказываться на главном: передаче данных от компьютера к компьютеру. Устроен любой модем достаточно просто. Его основой являются несколько микросхем, отвечающих за выполнение трех ключевых задач:

yaneuch.ru

Лекция - Сетевое оборудование - Информатика

Основными компонентами сети являются рабочие станции, серверы, передающие среды (кабели) и сетевое оборудование.

Рабочими станциями называются компьютеры сети, на которых пользователями сети реализуются прикладные задачи.

Серверы сети — это аппаратно-программные системы, выполняющие функции управления распределением сетевых ресурсов общего доступа. Сервером может быть это любой подключенный к сети компьютер, на котором находятся ресурсы, используемые другими устройствами локальной сети. В качестве аппаратной части сервера используется достаточно мощные компьютеры.

Сети можно создавать с любым из типов кабеля.

1. Витая пара (TP — Twisted Pair) – это кабель, выполненный в виде скрученной пары проводов. Он может быть экранированным и неэкранированным. Экранированный кабель более устойчив к электромагнитным помехам. Витая пара наилучшим образом подходит для малых учреждений. Недостатками данного кабеля является высокий коэффициент затухания сигнала и высокая чувствительность к электромагнитным помехам, поэтому максимальное расстояние между активными устройствами в ЛВС при использовании витой пары должно быть не более 100 метров.

2. Коаксиальный кабель состоит из одного цельного или витого центрального проводника, который окружен слоем диэлектрика. Проводящий слой алюминиевой фольги, металлической оплетки или их комбинации окружает диэлектрик и служит одновременно как экран против наводок. Общий изолирующий слой образует внешнюю оболочку кабеля.

Коаксиальный кабель может использоваться в двух различных системах передачи данных: без модуляции сигнала и с модуляцией. В первом случае цифровой сигнал используется в таком виде, в каком он поступает из ПК и сразу же передается по кабелю на приемную станцию. Он имеет один канал передачи со скоростью до 10 Мбит/сек и максимальный радиус действия 4000 м. Во втором случае цифровой сигнал превращают в аналоговый и направляют его на приемную станцию, где он снова превращается в цифровой. Операция превращения сигнала выполняется модемом; каждая станция должна иметь свой модем. Этот способ передачи является многоканальным (обеспечивает передачу по десяткам каналов, используя для этого всего лишь один кабель). Таким способом можно передавать звуки, видео сигналы и другие данные. Длина кабеля может достигать до 50 км.

3. Оптоволоконный кабель является более новой технологией, используемой в сетях. Носителем информации является световой луч, который модулируется сетью и принимает форму сигнала. Такая система устойчива к внешним электрическим помехам и таким образом возможна очень быстрая, секретная и безошибочная передача данных со скоростью до 2 Гбит/с. Количество каналов в таких кабелях огромно. Передача данных выполняется только в симплексном режиме, поэтому для организации обмена данными устройства необходимо соединять двумя оптическими волокнами (на практике оптоволоконный кабель всегда имеет четное, парное кол-во волокон). К недостаткам оптоволоконного кабеля можно отнести большую стоимость, а также сложность подсоединения.

4. Радиоволны в микроволновом диапазоне используются в качестве передающей среды в беспроводных локальных сетях, либо между мостами или шлюзами для связи между локальными сетями. В первом случае максимальное расстояние между станциями составляет 200 — 300 м, во втором — это расстояние прямой видимости. Скорость передачи данных — до 2 Мбит/с.

Беспроводные локальные сети считаются перспективным направлением развития ЛС. Их преимущество — простота и мобильность. Также исчезают проблемы, связанные с прокладкой и монтажом кабельных соединений — достаточно установить интерфейсные платы на рабочие станции, и сеть готова к работе.

Выделяют следующие виды сетевого оборудования:

1. Сетевые карты – это контроллеры, подключаемые в слоты расширения материнской платы компьютера, предназначенные для передачи сигналов в сеть и приема сигналов из сети.

2. Терминаторы — это резисторы номиналом 50 Ом, которые производят затухание сигнала на концах сегмента сети.

3. Концентраторы (Hub) – это центральные устройства кабельной системы или сети физической топологии «звезда», которые при получении пакета на один из своих портов пересылает его на все остальные. В результате получается сеть с логической структурой общей шины. Различают концентраторы активные и пассивные. Активные концентраторы усиливают полученные сигналы и передают их. Пассивные концентраторы пропускают через себя сигнал, не усиливая и не восстанавливая его.

4. Повторители (Repeater)- устройства сети, усиливает и заново формирует форму входящего аналогового сигнала сети на расстояние другого сегмента. Повторитель действует на электрическом уровне для соединения двух сегментов. Повторители ничего распознают сетевые адреса и поэтому не могут использоваться для уменьшения трафика.

5. Коммутаторы (Switch) — управляемые программным обеспечением центральные устройства кабельной системы, сокращающие сетевой трафик за счет того, что пришедший пакет анализируется для выяснения адреса его получателя и соответственно передается только ему. Использование коммутаторов является более дорогим, но и более производительным решением. Коммутатор обычно значительно более сложное устройство и может обслуживать одновременно несколько запросов. Если по какой-то причине нужный порт в данный момент времени занят, то пакет помещается в буферную память коммутатора, где и дожидается своей очереди. Построенные с помощью коммутаторов сети могут охватывать несколько сотен машин и иметь протяженность в несколько километров.

6. Маршрутизаторы (Router) — стандартные устройства сети, работающие на сетевом уровне и позволяющее переадресовывать и маршрутизировать пакеты из одной сети в другую, а также фильтровать широковещательные сообщения.

7. Мосты (Bridge)- устройства сети, которое соединяют два отдельных сегмента, ограниченных своей физической длиной, и передают трафик между ними. Мосты также усиливают и конвертируют сигналы для кабеля другого типа. Это позволяет расширить максимальный размер сети, одновременно не нарушая ограничений на максимальную длину кабеля, количество подключенных устройств или количество повторителей на сетевой сегмент.

8. Шлюзы (Gateway) — программно-аппаратные комплексы, соединяющие разнородные сети или сетевые устройства. Шлюзы позволяет решать проблемы различия протоколов или систем адресации. Они действует на сеансовом, представительском и прикладном уровнях модели OSI.

9. Мультиплексоры – это устройства центрального офиса, которое поддерживают несколько сотен цифровых абонентских линий. Мультиплексоры посылают и получают абонентские данные по телефонным линиям, концентрируя весь трафик в одном высокоскоростном канале для передачи в Internet или в сеть компании.

10. Межсетевые экраны (firewall, брандмауэры) — это сетевые устройства, реализующие контроль за поступающей в локальную сеть и выходящей из нее информацией и обеспечивающие защиту локальной сети посредством фильтрации информации. Большинство межсетевых экранов построено на классических моделях разграничения доступа, согласно которым субъекту (пользователю, программе, процессу или сетевому пакету) разрешается или запрещается доступ к какому-либо объекту (файлу или узлу сети) при предъявлении некоторого уникального, присущего только этому субъекту, элемента. В большинстве случаев этим элементом является пароль. В других случаях таким уникальным элементом является микропроцессорные карточки, биометрические характеристики пользователя и т. п. Для сетевого пакета таким элементом являются адреса или флаги, находящиеся в заголовке пакета, а также некоторые другие параметры. Таким образом, межсетевой экран — это программный и/или аппаратный барьер между двумя сетями, позволяющий устанавливать только авторизованные межсетевые соединения. Обычно межсетевые экраны защищают соединяемую с Internet корпоративную сеть от проникновения извне и исключает возможность доступа к конфиденциальной информации.

www.ronl.ru

Курсовая работа - Назначение сетевого оборудования компьютерных сетей рабочей станции, сервера, модема, сетевого

Казахско-русский Международный Университет

Процан Александр Валерьевич

АУ-401, 4-й курс

«Автоматизация и управление»

Контрольная работа по дисциплине

«Вычислительные системы, сети и телекоммуникации»

Введение

В производственной практике ЛВС играют очень большую роль.

Разделение ресурсов

Разделение данных.

Разделение программных средств

Разделение ресурсов процессора.

Многопользовательский режим

Рабочая станция

Сервер

Серверное оборудование, как правило, комплектуется более надежными элементами:

памятью с повышенной устойчивостью к сбоям, например для i386-совместимых компьютеров, память, предназначенная для серверов, имеет технологию коррекции ошибок (ECC англ. Error Checking and Correction ). На некоторых других платформах, например SPARC (Sun Microsystems), коррекцию ошибок имеет вся память.
резервированием, в том числе:

блоков питания (в том числе с горячим подключением)
жестких дисков (RAID; в том числе с горячими подключением и заменой). Не путать с «RAID»-системами обычных компьютеров.

более продуманным охлаждением (функцией)

Уменьшение ресурсов преследует цели уменьшения размеров и энергопотребления серверов.

Модем

Типы модемов для компьютеров

По исполнению:

внешние — подключаются через COM, USB порт или стандартный разъем в сетевой карте RJ-45 обычно имеют внешний блок питания (существуют USB-модемы, питающиеся от USB и LPT-модемы).
внутренние — устанавливаются внутрь компьютера в слот ISA, PCI, PCI-E, PCMCIA, AMR, CNR
встроенные — являются внутренней частью устройства, например ноутбука или док-станции.

По принципу работы:

аппаратные — все операции преобразования сигнала, поддержка физических протоколов обмена, производятся встроенным в модем вычислителем (например с использованием DSP, контроллера). Так же в аппаратном модеме присутствует ПЗУ, в котором записана микропрограмма, управляющая модемом.
Софт-модем, винмодемы (англ.Host based soft - modem ) — аппаратные модемы, лишённые ПЗУ с микропрограммой. Микропрограмма такого модема хранится в памяти компьютера, к которому подключён (или в котором установлен) модем. При этом в модеме находится аналоговая схема и преобразователи: АЦП, ЦАП, контроллер интерфейса (например USB). Работоспособен только при наличии драйверов которые обрабатывают все операции по кодированию сигнала, проверке на ошибки и управление протоколами, соответственно реализованы программно и производятся центральным процессором компьютера. Изначально имелись только версии для операционных систем семейства MS Windows, откуда и появилось второе название.
полупрограммные (Controller based soft-modem) — модемы, в которых часть функций модема выполняет компьютер, к которому подключён модем.

По виду соединения:

Модемы для коммутируемых телефонных линий — наиболее распространённый тип модемов
ISDN — модемы для цифровых коммутируемых телефонных линий
DSL — используются для организации выделенных (некоммутируемых) линий используя обычную телефонную сеть. Отличаются от коммутируемых модемов тем, что используют другой частотный диапазон, а также тем, что по телефонным линиям сигнал передается только до АТС. Обычно позволяют одновременно с обменом данными осуществлять использование телефонной линии в обычном порядке.
Кабельные — используются для обмена данными по специализированным кабелям — к примеру, через кабель коллективного телевидения по протоколу DOCSIS.

Сотовые — работают по протоколам сотовой связи — GPRS, EDGE, 3G, 4G и т. п. Часто имеют исполнения в виде USB-брелока. В качестве таких модемов также часто используют терминалы мобильной связи.
Спутниковые
PLC — используют технологию передачи данных по проводам бытовой электрической сети.

Наиболее распространены в настоящее время:

внутренний программный модем
внешний аппаратный модем
встроенные в ноутбуки модемы.

Сетевой адаптер

Типы

По конструктивной реализации сетевые платы делятся на:

внутренние — отдельные платы, вставляющиеся в PCI, ISA или PCI-E слот;
внешние, подключающиеся через USB или PCMCIA интерфейс, преимущественно использующиеся в ноутбуках;
встроенные в материнскую плату.

На 10-мегабитных сетевых платах для подключения к локальной сети используются 3 типа разъёмов:

8P8C для витой пары;
BNC-коннектор для тонкого коаксиального кабеля;
15-контактный разъём трансивера для толстого коаксиального кабеля.

На 100-мегабитных платах устанавливают только разъём для витой пары (8P8C, ошибочно называемый RJ-45).

Параметры сетевого адаптера

При конфигурировании карты сетевого адаптера могут быть доступны следующие параметры:

номер линии запроса на аппаратное прерывание IRQ
номер канала прямого доступа к памяти DMA (если поддерживается)
базовый адрес ввода/вывода
базовый адрес памяти ОЗУ (если используется)
поддержка стандартов автосогласования дуплекса/полудуплекса, скорости
поддержка теггрированных пакетов VLAN (802.1q) с возможностью фильтрации пакетов заданного VLAN ID
параметры WOL (Wake-on-LAN)

Функции и характеристики сетевых адаптеров

Прием кадра данных LLC через межуровневый интерфейс вместе с адресной информацией МАС-уровня. Обычно взаимодействие между протоколами внутри компьютера происходит через буферы, расположенные в оперативной памяти. Данные для передачи в сеть помещаются в эти буферы протоколами верхних уровней, которые извлекают их из дисковой памяти либо из файлового кэша с помощью подсистемы ввода/вывода операционной системы.
Оформление кадра данных МАС-уровня, в который инкапсулируется кадр LLC (с отброшенными флагами 01111110). Заполнение адресов назначения и источника, вычисление контрольной суммы.
Формирование символов кодов при использовании избыточных кодов типа 4В/5В. Скрэмблирование кодов для получения более равномерного спектра сигналов. Этот этап используется не во всех протоколах — например, технология Ethernet 10 Мбит/с обходится без него.
Выдача сигналов в кабель в соответствии с принятым линейным кодом — манчестерским, NRZ1. MLT-3 и т. п.

Прием кадра из кабеля в компьютер включает следующие действия:

Прием из кабеля сигналов, кодирующих битовый поток.
Выделение сигналов на фоне шума. Эту операцию могут выполнять различные специализированные микросхемы или сигнальные процессоры DSP. В результате в приемнике адаптера образуется некоторая битовая последовательность, с большой степенью вероятности совпадающая с той, которая была послана передатчиком.
Если данные перед отправкой в кабель подвергались скрэмблированию, то они пропускаются через дескрэмблер, после чего в адаптере восстанавливаются символы кода, посланные передатчиком.
Проверка контрольной суммы кадра. Если она неверна, то кадр отбрасывается, а через межуровневый интерфейс наверх, протоколу LLC передается соответствующий код ошибки. Если контрольная сумма верна, то из МАС-кадра извлекается кадр LLC и передается через межуровневый интерфейс наверх, протоколу LLC. Кадр LLC помещается в буфер оперативной памяти.

Классификация сетевых адаптеров

Сетевой концентратор

Принцип работы

Характеристики сетевых концентраторов

Количество портов — разъёмов для подключения сетевых линий, обычно выпускаются концентраторы с 4, 5, 6, 8, 16, 24 и 48 портами (наиболее популярны с 4, 8 и 16). Концентраторы с большим количеством портов значительно дороже. Однако концентраторы можно соединять каскадно друг к другу, наращивая количество портов сегмента сети. В некоторых для этого предусмотрены специальные порты.
Скорость передачи данных — измеряется в Мбит/с, выпускаются концентраторы со скоростью 10, 100 и 1000. Кроме того, в основном распространены концентраторы с возможностью изменения скорости, обозначаются как 10/100/1000 Мбит/с. Скорость может переключаться как автоматически, так и с помощью перемычек или переключателей. Обычно, если хотя бы одно устройство присоединено к концентратору на скорости нижнего диапазона, он будет передавать данные на все порты с этой скоростью.
Тип сетевого носителя — обычно это витая пара или оптоволокно, но существуют концентраторы и для других носителей, а также смешанные, например для витой пары и коаксиального кабеля.

Сетевой мост

Различия между коммутаторами и мостами

Функциональные возможности

Мост обеспечивает:

ограничение домена коллизий
задержку фреймов, адресованных узлу в сегменте отправителя
ограничение перехода из домена в домен ошибочных фреймов:

карликов (фреймов меньшей длины, чем допускается по стандарту (64 байта))
фреймов с ошибками в CRC
фреймов с признаком «коллизия»
затянувшихся фреймов (размером больше, чем разрешено стандартом)

Программная реализация

Шлюз

Сетевой шлюз

Описание

Роутеры (маршрутизаторы) являются одним из примеров аппаратных сетевых шлюзов.

Описание

Программные интернет-шлюзы

Microsoft ISA Server
Kerio Winroute Firewall
Traffic Inspector
Usergate
Ideco Internet Control Server
TMeter

Маршрутизатор

Работает на более высоком уровне, нежели коммутатор и сетевой мост.

Принцип работы

Таблица маршрутизации

Таблица маршрутизации может составляться двумя способами:

статическая маршрутизация — когда записи в таблице вводятся и изменяются вручную. Такой способ требует вмешательства администратора каждый раз, когда происходят изменения в топологии сети. С другой стороны, он является наиболее стабильным и требующим минимума аппаратных ресурсов маршрутизатора для обслуживания таблицы.
динамическая маршрутизация — когда записи в таблице обновляются автоматически при помощи одного или нескольких протоколов маршрутизации — RIP, OSPF, IGRP, EIGRP, IS-IS, BGP, и др. Кроме того, маршрутизатор строит таблицу оптимальных путей к сетям назначения на основе различных критериев — количества промежуточных узлов, пропускной способности каналов, задержки передачи данных и т. п. Критерии вычисления оптимальных маршрутов чаще всего зависят от протокола маршрутизации, а также задаются конфигурацией маршрутизатора. Такой способ построения таблицы позволяет автоматически держать таблицу маршрутизации в актуальном состоянии и вычислять оптимальные маршруты на основе текущей топологии сети. Однако динамическая маршрутизация оказывает дополнительную нагрузку на устройства, а высокая нестабильность сети может приводить к ситуациям, когда маршрутизаторы не успевают синхронизировать свои таблицы, что приводит к противоречивым сведениям о топологии сети в различных её частях и потере передаваемых данных.

Зачастую для построения таблиц маршрутизации используют теорию графов.

Применение

Список литературы.

1. Крейг Закер – Компьютерные сети. Модернизация и поиск неисправностей. Изд. BHV. 2001 г.

2. Материалы из Википедии – свободной энциклопедии ru.wikipedia.org

www.ronl.ru

Смотрите также

..:::Новинки:::..

Windows Commander 5.11 Свежая версия.

Новая версия
IrfanView 3.75 (рус)

Обновление текстового редактора TextEd, уже 1.75a

System mechanic 3.7f
Новая версия

Обновление плагинов для WC, смотрим :-)

Весь Winamp
Посетите новый сайт.

WinRaR 3.00
Релиз уже здесь

PowerDesk 4.0 free
Просто - напросто сильный upgrade проводника.

..:::Счетчики:::..