Организовывать и реализовывать технологии локальных сетей. Технология построения локальной вычислительной сети

Тема Сетевые информационные технологии

Лекция 2 Локальные компьютерные сети

Сетевые операционные системы

Основные технологии и оборудование локальных сетей

На первых порах основной сетевой услугой, ради которой создавались локальные сети (ЛС), был доступ к дефицитным или дорогостоящим ресурсам: быстродействующему принтеру, дисководу повышенной емкости и т.п. В дальнейшем виды сетевого сервиса становились все более разнообразными.

Локальные компьютерные сети объединяют относительно небольшое число компьютеров (обычно от 10 до 100, хотя изредка встречаются и гораздо большие) в пределах одного помещения (учебный компьютерный класс), здания или учреждения (например, университета). Традиционное название - локальная вычислительная сеть (ЛВС), которое часто встречается в специальной литературе - скорее дань тем временам, когда сети в основном использовались для решения вычислительных задач; сегодня же в 99% случаев речь идет исключительно об обмене информацией в виде текстов, графических и видео-образов, числовых массивов.

Полезность локальных сетей объясняется тем, что от 60% до 90% необходимой учреждению информации циркулирует внутри него, не нуждаясь в выходе наружу, и только некоторая часть связана с внешними взаимодействиями.

Как типичная компьютерная сеть, локальная сеть включает :

несколько ПЭВМ, снабженных сетевым адаптером, или сетевой картой;

сетевое программное обеспечение;

среду передачи, объединяющую указанные узлы.

Среда передачи – это физический канал обмена данными в сети. Она однозначно определяется видом носителя информации: электрический или электромагнитный сигнал. Каждая среда имеет свои преимущества и недостатки

Локальные сети могут иметь любую структуру, но чаще всего компьютеры в локальной сети связаны единым высокоскоростным каналом передачи данных. Это главная отличительная особенность локальных сетей. Существуют проводные и беспроводные (радио) каналы. Каждый из них характеризуется определенными значениями существенных с точки зрения организации локальной сети параметров:

Скорости передачи данных

Максимальной длины линии

Помехозащищенности

Механической прочности

Удобства и простоты монтажа

Стоимости.

В качестве канала передачи данных в виде электрического сигнала обычно применяют 4 типа сетевых кабелей: коаксиальный кабель, незащищенная витая пара, защищенная витая пара и волоконно-оптический кабель (оптическое волокно, оптоволоконный кабель). Первые три типа кабелей передают электрический сигнал по медным проводникам. В волоконно-оптическом кабеле световод сделан из кварцевого стекла толщиной в человеческий волос. Это наиболее высокоскоростной, надежный, но и дорогостоящий кабель. Большинство сетей допускает несколько вариантов кабельных соединений. Каналы в локальных сетях являются собственностью организаций, и это упрощает их эксплуатацию.

Таким образом, чтобы подключить компьютер к ЛКС, он должен иметь сетевой адаптер (сете­вую карту), который вставляется в свободный слот расширения либо интегрирован на материнскую плату и содержит специальный разъем для подключения сетевого кабеля.

Для ЛКС в настоящее время используются следующие физические среды переда­чи информации:

тонкий коаксиальный кабель (рис. 1) - самая дешевая, но низкоскоростная среда; максимальное расстояние между компьютерами - до 150 м;

Толстый коаксиальный кабель (рис. 2) - более дорогая среда по сравнению с тонким кабелем; максимальное расстояние между компьютерами - до 500 м;

Витая пара (рис. 3) - еще более скоростная и дорогая среда, требует наличия специальных соединителей - концентраторов, или хабов (hub); максималь­ное расстояние от компьютера до ближайшего концентратора - до 100 м;

Оптоволоконный кабель (рис. 4) - самый дорогой вариант, обычно использует­ся для соединения мощных компьютеров; максимальное расстояние - до 2 км;

Беспроводное соединение, Wi-Fi (рис. 5) - использует воздушный радиока­нал; это удобно, так как не требуется прокладки проводов, но дороже, чем проводные соединения.

Для удобства представим сравнительные характеристики различных видов со­единений в ЛКС в форме таблицы.

Помимо основного оборудования, в локальных сетях используют также дополнительные устройства , которые повышают работоспособность сети. К ним относятся:

  • Повторители (репитеры)
  • Концентраторы (хабы)
  • Коммутаторы (свитчи)

Повторители - физические устройства, которые используют для соединения сегментов сети. Они получают сигнал от одного сегмента, усиливают его и передают другим сегментам. Их используют при наличии большого числа компонентов сети и наличии длинных кабелей.

Концентраторы - специальный прибор, к которому подсоединяют компьютеры. Он имеет несколько (четное число) портов (гнезд) для подключения сетевых кабелей. Кабели служат для подсоединения концентратора к компьютеру. В качестве кабеля обычно используют витую пару, на концах кабеля устанавливают соединители. Соединитель на одном конце вставляется в разъем компьютера, а на другом - в разъем концентратора.

Схематически сеть с концентратором выглядит следующим образом:

Для подсоединения в сеть до 30 компьютеров достаточно одного концентратора. Однако при увеличении числа компьютеров целесообразно использовать несколько концентраторов. Так, например, каждое подразделение предприятия может иметь свой концентратор. Эти концентраторы соединяются с главным концентратором предприятия. Схематически такую сеть можно представить следующим образом:

Концентратор передает поступающие к нему сообщения по всем направлениям, кроме того, по которому они пришли. Так как пропускная способность сети ограничена, то при большой загрузке она снижается из-за частых конфликтов при одновременных попытках передачи данных в сеть. Для устранения этих недостатков вместо концентратора используют коммутаторы.

Коммутатор - устройство, выполняющее функции концентратора, но в отличие от него передает сообщение только по тому направлению, по которому находится получатель. Т.е. коммутатор разбивает сеть на несколько сегментов, не пропуская в каждый сегмент не относящееся к нему сообщение. Коммутаторы стоят значительно дороже концентраторов, поэтому часто к коммутатору подсоединяют не отдельные коммутаторы, а концентраторы подразделений предприятия. Схематически сеть с коммутатором можно представить:

Для передачи данных в виде электромагнитного сигнала используют инфракрасные (ИК) и радиочастотные (РЧ) волны. Такие системы не следует рассматривать в качестве удачной замены обычной локальной проводной сети. Беспроводные решения (доступные прежде исключительно военным) эффективны в том случае, если прокладка кабелей затруднена или вообще невозможна (носимые, бортовые или возимые компьютеры). Свобода перемещения узлов сети в пространстве – пока единственное очевидное преимущество беспроводного метода связи. Большинство производителей беспроводных сетей предпочитают использовать РЧ-связь. Для радиоволн стены не являются преградой, с их помощью обеспечивается устойчивая связь на достаточно больших расстояниях. При внедрении РЧ-технологии следует помнить, что неграмотное расположение приемопередающих узлов в пространстве может привести к образованию так называемых мертвых зон – участков, не пригодных для радиообмена. В нашей стране распределение диапазонов между гражданскими и военными организациями совершенно иное чем в США, и перед приобретением оборудования необходимо уточнить, имеется ли на то разрешение Госинспекции электросвязи.

Метод передачи ИК-сигнала широко применяется в бытовой технике, но до недавнего времени практически не использовался в компьютерных сетях. Виной тому низкая проникающая способность ИК-излучений: связь возможна только в пределах прямой видимости. Оборудование на основе ИК-связи намного дешевле радиочастотного при одинаковой пропускной способности и не подвержено влиянию радиопомех.

Стоимость беспроводных систем выше, чем проводной сети. Но, если учесть, что радиосистемы не требуют прокладки кабеля и позволяют иметь достаточную свободу перемещения, то цена не так уж и высока. Беспроводные сети применяются в специфических условиях, и, по мнению аналитиков, займут свою нишу на рынке.

Локальные сети в зависимости от назначения и технических решений могут иметь различные конфигурации (или, как еще говорят, архитектуру, или топологию). (См. первую лекцию по компьютерным сетям.)

Процесс передачи данных по сети определяют 6 компонент:

Компьютер-источник

Блок протокола

Передатчик

Физическая кабельная сеть

Приемник

Компьютер-адресат.

Компьютер-источник может быть рабочей станцией, файл-сервером, т.е. любым компьютером, подключенным к сети. Блок протокола состоит из набора микросхем и программного драйвера для платы сетевого интерфейса. Блок протокола отвечает за логику передачи по сети. Передатчик посылает электрический сигнал через физическую топологическую схему. Приемник распознает и принимает сигнал, передающийся по сети, и направляет его для преобразования в блок протокола, который затем передает данные в компьютер-адресат. В ходе процесса передачи блок протокола управляет логикой передачи по сети через схему доступа.

Методы доступа в ЛКС

По методам доступа в локальной компьютерной сети выделяются такие наиболее распространенные сети, как

Ethernet

Token Ring

Метод доступа Ethernet, пользующийся наибольшей популярностью, обеспечивает высокую скорость передачи данных и надежность. Для него используется топология «общая шина», поэтому сообщение, отправляемое одной рабочей станцией, принимается одновременно всеми остальными станциями, подключенными к общей шине. Но поскольку сообщение включает адреса станций отправителя и адресата, то другие станции это сообщение игнорируют. Это метод множественного доступа. При нем перед началом передачи рабочая станция определяет, свободен канал или занят. Если свободен, то станция начинает передачу.

Метод доступа ARCnet получил распространение в силу дешевизны оборудования. Он используется в сетях со звездообразной топологией. Одна из ПЭВМ создает специальный маркер (сообщение специального вида), который последовательно передается от одной ПЭВМ к другой. Если станция передает сообщение другой станции, она должна дождаться маркера и добавить к нему сообщение, дополненное адресами отправителя и назначения. Когда пакет дойдет до станции назначения, сообщение будет отделено от маркера и передано станции.

Метод доступа Token Ring рассчитан на кольцевую топологию и также использует маркер, передаваемый от одной станции к другой. Но при нем имеется возможность назначать разные приоритеты разным рабочим станциям. При этом методе маркер перемещается по кольцу, давая последовательно расположенным на нем компьютерам право на передачу. Если компьютер получает пустой маркер, он может заполнить сообщение кадром любой длины, однако лишь в течение того промежутка времени, который отводит специальный таймер для нахождения маркера в одной точке сети. Кадр перемещается по сети и каждая ПЭВМ регенерирует его, но только принимающая ПЭВМ копирует тот кадр в свою память и отмечает его как принятый, однако не выводит сам кадр из кольца. Эту функцию выполняет передающий компьютер, когда его сообщение возвращается к нему обратно. Тем самым обеспечивается подтверждение факта передачи сообщения.

Существуют различные способы соединения персональных компьютеров в единый комплекс. Самый простой из них – соединить компьютеры через последовательные порты. В этом случае имеется возможность копировать файлы с жесткого диска одного компьютера на другой, если воспользоваться программой операционной оболочки. Для получения прямого доступа к жесткому диску другого компьютера разработаны специальные сетевые платы (адаптеры) и программное обеспечение. В простых локальных сетях функции выполняются не на серверной основе, а по принципу соединения рабочих станций друг с другом, поэтому пользователю можно не приобретать специальные файловые серверы и дорогостоящее сетевой ПО. Каждая ПЭВМ такой сети может выполнять функции как рабочей станции, так и сервера.

В локальных сетях с развитой архитектурой функции управления выполняет сетевая операционная система, устанавливаемая на более мощном, чем рабочие станции, компьютере (файловом сервере). Серверные сети делятся на сети среднего класса (до 100 рабочих станций) и мощные (корпоративные), объединяющие до 250 рабочих станций и более. Основным разработчиком сетевых программных продуктов для сервера локальной сети является фирма Novell.

В серверных локальных сетях реализованы две модели взаимодействия пользователей с рабочими станциями: модель файл-сервер и модель клиент-сервер .

В первой модели сервер обеспечивает доступ к файлам базы данных для каждой рабочей станции, и на этом его работа заканчивается. Например, если используется база данных типа файл-сервер, для получения сведений о налогоплательщиках, проживающих на какой-либо конкретной улице города, по сети будет передана вся таблица по району, и решать, какие записи в ней удовлетворяют запросу, а какие нет, приходится самой рабочей станции. Таким образом, работа этой модели приводит к перегрузке сети.

Устранение этих недостатков достигается в модели клиент-сервер. В этом случае прикладная система делится на две части: внешнюю, обращенную к пользователю и называемую клиентом, и внутреннюю, обслуживающую и называемую сервером. Сервером является машина, обладающая ресурсами и предоставляющая их, а клиентом – потенциальный потребитель этих ресурсов. Роль ресурсов может играть файловая система (файловый сервер), процессор (вычислительный сервер), база данных (сервер базы данных), принтер (принтер-сервер) и др. Так как сервер (или серверы) обслуживает одновременно многих клиентов, то на серверном компьютере должна функционировать многозадачная операционная система. В этой модели сервер играет активную роль, ибо его программное обеспечение заставляет сервер «сначала подумать, а потом сделать». Потоки информации, текущие по сети, становятся меньшими, поскольку сервер сначала обрабатывает запросы, а затем посылает клиенту то, в чем он нуждается. Сервер так же контролирует допустимость обращения к записям на индивидуальной основе, что обеспечивает большую безопасность данных.

В компьютерных сетях сосредоточивается информация, исключительной право на пользование которой принадлежит определенным лицам или группам лиц, действующим в порядке личной инициативы или в соответствии с должностными обязанностями. Такая информация защищается от всех видов постороннего вмешательства: чтения лицами, не имеющими права доступа к информации, и преднамеренного изменения информации.

Обеспечение безопасности информации в компьютерных сетях и в автономно работающих ПЭВМ достигается комплексом организационных , организационно -технических и программных мер защиты. (Состав найти самостоятельно)

К механизмам обеспечения безопасности работы в сети относятся: идентификация пользователей (как правило, с помощью паролей), шифрование данных, электронная подпись, управление маршрутизацией и др.


Похожая информация.


При проектировании ЛВС основная роль отводится протоколам физического и канального уровней модели OSI. Канальный уровень разделяют на два подуровня:

· логической передачи данных (Logical Link Control – LLC) – организует передачу кадров данных с различной степенью надежности;

· управления доступом к сети (Media Access Control – MAC) – обеспечивает корректное использование общей среды передачи данных.

В феврале 1980 г. в институте IEEE (институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике) организован комитет 802 по стандартизации ЛВС (отсюда и число 802 в названии). Принято семейство стандартов IEEE 802.X : 802.1 – 802.12. Стандарты 802.3, 802.4, 802.5, 802.12 прямо относятся к подуровню MAC канального уровня модели OSI. Остальные решают общие вопросы сетей.

Технология Ethernet – самая распространенная технология локальных сетей. Появилась в 1972 г. (разработчик – фирма Xerox). В 1980 г. ее поддержали фирмы DЕС и Intel (объединение назвали DIX по первым буквам). Нe отличалась рекордными характеристиками и оптимальными алгоритмами, но благодаря мощной поддержке, высочайшему уровню стандартизации, огромным объемам выпуска технических средств вытеснила все остальные технологии.

Семейство технологий включает фирменные и стандартные варианты:

· стандарт Ethernet DIX (фирмы DEC, Intel, Xerox);

· 10-мегабитные варианты стандарта IEEE 802.3;

· высокоскоростные технологии Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, 10 Gigabit Ethernet.

Все стандарты Ethernet используют метод случайного доступа CSMA/CD (метод коллективного доступа с опознаванием несущей и обнаружением коллизий). Метод применяется в сетях с логической топологией общая шина. Для передачи кадра, станция должна убедиться, что разделяемая среда свободна (отсутствует несущая частота). Если среда свободна, узел начинает передачу кадра (захватывает среду). Время монопольного использования среды узлом ограничено временем передачи одного кадра.

При попадании кадра в разделяемую среду все станции одновременно начинают принимать его и анализируют адрес назначения. Станция, узнавшая свой адрес, записывает содержимое во внутренний буфер сетевого адаптера, обрабатывает полученные данные и посылает по кабелю кадр-ответ.

Коллизия – ситуация, когда две или более станции одновременно решают, что среда свободна, и начинают передавать свои кадры. Содержимое кадров сталкивается и информация искажается. При обнаружении коллизии станции прекращают передачу и после паузы случайной длительности пытаются снова получить доступ к среде.

Для сети Ethernet, работающей на скорости 10 Мбит/с, стандарт определял четыре основных типа среды передачи информации:



· 10 BASE-5 (толстый коаксиальный кабель);

· 10 BASE-2 (тонкий коаксиальный кабель);

· 10 BASE-T (витая пара);

· 10 BASE-FL (оптоволоконный кабель).

Цифра «10» означает скорость передачи 10 Мбит/с, слово «BASE» – передачу в основной полосе частот (без модуляции высокочастотного сигнала), последний элемент – допустимую длину сегмента или тип линии связи. Сеть стандарта 10 Base-2 показана на рисунке.

Cеть Ethernet на базе витой пары развивается с 1990 г. и сегодня наиболее распространена. Передача сигналов осуществляется по двум витым парам, каждая из которых передает только в одну сторону (одна пара – передающая, другая – принимающая). Каждый из абонентов сети присоединяется кабелем, содержащим двойные витые пары, к концентратору. Концентратор производит смешение сигналов от абонентов для обеспечения метода доступа CSMA/CD.

Длина кабеля между адаптером и концентратором не должна превышать 100 м (на длине 100 м витая пара позволяет передавать данные со скоростью 10 Мбит/с при использовании «манчестерского» кода). Кабели присоединяются 8-контактными разъемами RJ-45 (используются четыре контакта). Объединить в сеть два компьютера можно без концентратора, применив специальный «перекрестный» кабель (crossover саblе), соединяющий передающие контакты одного разъема RJ-45 с приемными контактами другого разъема RJ-45 и наоборот.

Концентратор (хаб) повторяет сигналы на всех отрезках витых пар, подключенных к его портам. Образуется логическая общая шина. Концентраторы соединяются друг с другом с помощью тех же портов. В стандарте определено «правило 4-х хабов» : максимальное число концентраторов между любыми двумя станциями сети – 4 (максимальный диаметр сети – 500 м).

Сеть Ethernet на оптоволоконном кабеле состоит из тех же элементов, что и сеть 10 Base-T (сетевые адаптеры, многопортовые повторители, отрезки кабеля). Используются два оптоволокна – одно соединяет выход адаптера со входом повторителя, а другое – вход адаптера с выходом повторителя:

· Стандарт FOIRL (Fiber Optic Inter-Repeater Link) гарантирует длину связи между повторителями до 1000 м при общей длине сети до 2500 м.

· Стандарт 10 Base-FL – улучшение стандарта FOIRL. Увеличена мощность передатчиков. Максимальное расстояние между узлом и концентратором – 2000 м, максимальная длина сети – 2500 м.

Технология Fast Ethernet (1995 г.) – составная часть стандарта IEEE 802.3 (IEEE 802.3u). Более быстрая версия Ethernet, использующую тот же метод доступа CSMA/CD, но работающую на скорости 100 Мбит/с. Сохраняется формат кадра, принятый в классической версии Ethernet. Отличия только на физическом уровне (другой способ кодирования, избыточный код 4В/5В). Физическая топология «шина» не предусмотрена.

Механизм автоматического определения скорости передачи позволяет сетевым адаптерам Fast Ethernet автоматически переключаться со скорости 10 Мбит/с на скорость 100 Мбит/с и наоборот.

Более высокая пропускная способность среды передачи позволила резко снизить нагрузку на сеть и уменьшить вероятность возникновения коллизий.

Стандарт определяет следующие спецификации Fast Ethernet:

· 100 Base-FX – передача ведется со скоростью 100 Мбит/с по двум волоконно-оптическим кабелям;

· 100 Base-T4 – передача ведется со скоростью 100 Мбит/с по четырем витым парам электрических проводов (кабель категории 3) – промежуточный компромиссный вариант, не нашедший широкого применения;

· 100 Base-TX – передача ведется со скоростью 100 Мбит/с по двум витым парам электрических проводов (кабель категории 5).

Вариант 100 Base-FX определяет в качестве среды передачи многомодовый оптический кабель и волну 850 нм, что обеспечивает связь между портами двух коммутаторов или маршрутизаторов на расстоянии до 2000 м. Одномодовый оптический кабель в стандарте не описывается, но на рынке можно найти оборудование Fast Ethernet, работающее и на таком типе кабеля (максимальная длина одного сегмента ка­беля – до нескольких десятков километров).

Применение волоконно-оптического кабеля и в этом случае позволяет существенно увеличить протяженность сети, а также избавиться от электрических наводок и повысить секретность передаваемой информации. Максимальная длина кабеля между компьютером и концентратором может составлять до 400 м, причем это ограничение определяется временными соотношениями. Согласно стандарту, следует применять мультимодовый волоконно-оптический кабель.

Вариант 100 Base-TX по схеме объединения компьютеров не отличается от 10 Base-T. Длина кабеля также не может превышать 100 м, но кабель должен быть более качественным. Если для 10 Base-T предельная длина кабеля в 100 м ограничена только качеством кабеля и может быть увеличена при использовании более качественного кабеля, то в случае 100 Base-TX предельная длина ограничена временными соотношениями обмена и не может быть увеличена.

Высокоскоростная технология Gigabit Ethernet (1998 г.). После появления Fast Ethernet сете­вые интеграторы и администраторы при построении корпоративных сетей почувствовали ограничения. Серверы, под­ключенные по 100-мегабитному каналу, перегружали сетевые магистрали, также работающие на скорости 100 Мбит/с. Ощуща­лась потребность в следующем уровне скорости. Летом 1996 г. объявлено о начале разработки протокола, в максимальной степени подобного Ethernet, но с битовой скоростью 1000 Мбит/с. Проблем­ная группа IEEE 802.3 ab справилась с задачей, и версия Gigabit Ethernetдля витой пары категории 5 была принята.

Технология позволяет строить крупные локальные сети, в которых мощные серверы и магистрали нижних уровней сети работают на скорости 100 Мбит/с, а магистраль Gigabit Ethernet объединяет их.

Сохранена преемственность с технологиями Ethernet к Fast Ethernet. Поддерживается тот же метод доступа CSMA/CD с минимальными изменениями, те же форматы кадров. Работа в полнодуплексном и полудуплексномрежимах.

Номенклатура сегментов сети Gigabit Ethernet включает типы:

· 1000 BASE-SX – сегмент на многомодовом оптоволоконном кабеле с длиной волны светового сигнала 850 нм (до 500 м);

· 1000 BASE-LX – сегмент на многомодовом (до 500 м) и одномодовом (до нескольких десятков км) оптоволоконном кабеле с длиной волны 1300 нм;

· 1000 BASE-CХ – формально вернул коаксиальный кабель в состав поддер­живаемых сред передачи данных, но на практике этот вариант с макси­мальной длиной сегмента 25 м используется редко;

· 1000 BASE-T – сегмент на счетверенной неэкранированной витой паре категорий 5 и 6 (длиной до 100 м); данные передаются параллельно по всем 4 парам со скоростью 250 Мбит/с по каждой; передача в дуп­лексном режиме.

Gigabit Ethernet поддерживает процедуру автопереговоров. Для удобства перехода с одной среды передачи данных на другую порты имеют сменные приемопередатчики, так называемые мо­дули GBIC(Gigabit Interface Converter - конвертор гигабитного интер­фейса). Используя их, один и тот же порт Gigabit Ethernet может работать с любой из стандартных сред, для этого нужно приобрести и установить соответствующий кабелю модуль GBIC.

Стандарт 10G Ethernet – самый скоростной вариант технологии Ethernet. Первый стандарт Ethernet, ко­торый не работает на разделяемой среде даже теоретически. Это первый стандарт Ethernet, который включает спецификации физического уровня, совместимые со стандартами глобальных сетей (сетей SDH).

Стандарт 10G Ethernet включает большое число специфи­каций физического уровня. Первая группа спецификаций, рассчитан­ная на использование оптического волокна, принята в 2002 г. После этого работы продолжались, и в 2006 г. принята спецификация, описывающая функционирование 10G Ethernet на витой паре.

Существует три группы физических интерфейсов стандарта 10G Ethernet:

· 10G Base-T – принят в 2006 г., дает возможность использовать кабели на витой паре категории 6 или 6а (в первом случае максимальная длина кабеля не должна превы­шать 55 м, во втором – 100 м);

· 10G Base-R работает на оптическом кабеле, включает спецификации 10G Base-RS, 10G Base-RL, 10G Base-RE;

· 10G Base-W – работает на оптическом кабеле, включает спецификации 10G Base-WS, 10G Base-WL, 10G Base-WE.

Первые две группы относятся к варианту 10G Ethernet для локальных сетей , последняя – к варианту для глобальных сетей .

В версиях для локальных сетей использу­ются стандартные кадры Ethernet и обеспечивается скорость пере­дачи данных 10 Гбит/с. Версии 10G Ethernet для глобальных сетей разрабо­таны в расчете на первичные сети SDH и поддерживают скорость передачи и формат данных, совместимые с интерфейсом сетей SDH. Эф­фективная скорость передачи данных спецификаций для глобальных сетей ниже 10 Гбит/с (9,58464 Гбит/с), т. к. часть пропуск­ной способности тратится на заголовки кадров SDH. Поэтому интерфейсы этой группы могут взаимодействовать только между собой (соединение 10G Base-R и 10G Base-W невозможно).

В каждой из групп 10G Base-W и 10G Base-R, которые работают на оптическом кабеле , может быть три варианта спецификаций: S, L и Е (в зависимости от используемого диапазона волн: 850, 1310 или 1550 нм). Таким образом, существуют интерфейсы 10G Base-WS, 10G Base-WL, 10G Base-WE, а также 10G Base-RS, l0G Base-RL и l0G Base-RE. Каждый из них передает информацию с помощью одной волнысоответствующего диапазона.

Спецификации S рассчитаны на многомодовый оптический кабель длиной до 300 м в зависимости от качества кабеля. Спецификации L рассчитаны на одномодовый кабель и в зависимости от его качества допускают расстоя­ния до 25 км. Спецификации Е обеспечивают передачу данных на расстояния до 40 км. Это позволяет стро­ить не только локальные, но и глобальные сети.

Стандарт 10G Ethernet является развивающейся технологией, так что можно ожидать появление его новых спецификаций. В настоящее время ведется ра­бота над двумя новыми стандартами Ethernet: 40G и 100G, которые должны найти свое применение на магистралях крупных сетей.

Технология Token Ring (802.5) развивалась компанией IBM с1984 г. Разделяемая среда передачи данных состоит из отрезков кабеля; соединяющих все станции сети в кольцо. Для доступа используется детерминированныйалгоритм , основанный на передаче станциям права на использование кольца.

Маркер (токен) – кадр специального формата, циркулирующий по кольцу. При отсутствии данных для передачи станция обеспечивает его продвижение далее. Станция, имеющая данные для передачи, изымает маркер из кольца и выдает в кольцо кадр данных. Переданные данные проходят по кольцу всегда в одном направлении. Кадр снабжен адресом назначения и адресом источника. Все станции кольца ретранслируют кадр побитно как повторители.

При проходе кадра через станцию назначения, она копирует кадр в свой внутренний буфер и вставляет в кадр признак подтверждения приема. Станция-передатчик получив обратно свой кадр с подтверждением приема изымает этот кадр из кольца и передает в сеть новый маркер.

Такой алгоритм доступа применяется в сетях Token Ring со скоростью работы 4 Мбит/с. В сетях Token Ring 16 Мбит/с используется алгоритм раннего освобождения маркера . Станция передает маркер следующей станции сразу же после окончания передачи последнего бита кадра, не дожидаясь возвращения по кольцу этого кадра с битом подтверждения приема.

В общем случае сеть Token Ring имеет комбинированную звездно-кольцевую конфигурацию. Отдельные компьютеры присоединяются к сети через специальные концентраторы или многостанционные устройства доступа (MSAU или MAU – Multistation Access Unit) по топологии «звезда».

Для присоединения кабеля к концентратору применяются специальные разъемы, обеспечивающие постоянство замкнутости кольца даже при отключении абонента. Концентратор может быть один, в кольцозамыкаются его абоненты.

Несколько концентраторов могут конструктивно объединяться в кластер, внутри которого абоненты также соединенывединое кольцо.

Основные характеристики сети Token-Ring (неэкранир. витая пара):

· максимальное количество концентраторов MAU – 12;

· максимальное количество абонентов в сети – 96;

· максим. длина кабеля между абонентом и концентратором – 45 м;

· максимальная длина кабеля между концентраторами – 45 м.;

· максим. длина кабеля, соединяющего все концентраторы - 120 м;

· скорости передачи данных – 4 Мбит/с и 16 Мбит/с.

Технология Token Ring обладает элементами отказоустойчивости . Одна из станций (активный монитор) непрерывно контролирует наличие маркера, а также время оборота маркера и кадров данных. При некорректной работе кольца запускается процедура его повторной инициализации.

Технология FDDI (Fiber Distributed Data Interface – оптоволоконный интерфейс распределенных данных) первой использовала волоконно-оптический кабель в локальных сетях и работу на скорости 100 Мбит/с. Для нее характерны кольцевая топология и маркерный метод доступа.

Сеть строится на основе двух колец . В нормальном режиме вторичное кольцо не используется. При обрыве кабеля или отказе узла первичное кольцо объединяется со вторичным (Wrap – свертывание). При множественных отказах сеть распадается на несколько несвязанных сетей.

Основные преимущества сети FDDI:

· высокая помехозащищенность;

· максимальная секретность передачи информации

· высокая скорость передачи;

· передача данных на расстояние нескольких километров без ретрансляции.

Основные технические характеристики сети FDDI:

· максимальное количество абонентов сети – 1000;

· максимальная протяженность кольца сети ~ 20 км;

· максимальное расстояние между абонентами сети – 2 км;

· среда передачи – многомодовый оптоволоконный кабель;

· метод доступа – маркерный (IEEE 802.5);

· скорость передачи – 100 Мбит/с (200 Мбит/с в дуплексном режиме).

Применяется звездно-кольцевая топология с концентраторами. Стандарт предусматривает два типа абонентов.

Абоненты класса А подключаются к обоим кольцам. Аппаратура используется в самых критичных частях сети. Абоненты класса В подключаются только к внешнему кольцу сети. Они проще и дешевле, чем компьютеры класса А.

Сеть FDDI не получила широкого распространения, что связано с высокой стоимостью аппаратуры. Область применения – базовые, опорные сети, объединяющие несколько сетей, соединение мощных серверов, требующих высокоскоростного обмена.

7. Беспроводные локальные сети

Wi-Fi – аббревиатура, обозначающая устройства для построения беспроводных локальных сетей WLAN (Wireless Local Area Network). Сокращение от Wireless Fidelity («беспроводная приверженность»), по аналогии с используемым на аудио-рынке термином Hi-Fi (High Fidelity). В основе технологий WLAN лежит принцип радиосвязи между узлами сети (сигнал распространяется с помощью электромагнитных волн высокой частоты).

Беспроводные локальные сетив некоторых случаях являются предпочтительным по сравнению с проводной сетью решением, а иногда просто единственно возможным. Примеры популярных областей применения WLAN:

· организация «кочевого» доступа в аэропортах и вокзалах;

· создание временных локальных сетей (при проведении конфе­ренций);

· реализация доступа в Интернет в жилых домах и квартирах;

· обеспечение мобильного доступа в пределах нескольких помещений или зданий, что актуально, например, для больниц.

За преимущества беспроводных сетей приходится расплачиваться множеством проблем, связанных с неустойчивой и непредска­зуемой беспроводной средой. Помехи от бытовых приборов, телекоммуникационных систем, атмосферные помехи, отражения сигнала создают трудности для надежного обмена.

Распространение радио­сигнала внутри здания подвержено влиянию многих факторов. Неравномерное распределение интенсивности сигнала приводит и к неопределенности зоны покрытия беспроводной локальной сети.

В связи с этим в WLAN применяются сложные методы кодирования, кото­рые помогают снизить влияние помех на полезный сигнал, кроме того, в бес­проводных сетях широко используются методы прямой коррекции ошибок (Forward Error Control, FEC) и протоколы с повторной передачей потерян­ных кадров.

В 1990 г. комитет IEEE 802 сформировал рабо­чую группу по стандартам беспроводных локальных сетей 802.11. Первый стандарт 802.11 (1997 г.) определял три метода передачи на физическом уровне:

· метод инфракрасной передачи (непопулярен из-за низкой пропускной способности и потому, что солнечный свет может искажать сигналы);

· два метода радиосвязи небольшого радиуса действия (в радиодиапазонах 2,4 ГГц и 915 МГц);

Стандарты работают на частотах, признанных в США, Европы и Японии частотамидля нелицензируемых радиоопераций . Маломощный сигнал позволяет уменьшить количество конфликтов между передатчиками. Для сетей, работающих на частоте 2,4 ГГц, определены скорости доступа 1 и 2 Мбит/с. Новая технология, многое перенявшая из Ethernet, названа Radio Ethernet.

Стандарт 802.11 определяет две составные части оборудова­ния:

· беспроводная станция (ПК с сетевым радиоадаптером или некомпьютерные клиенты – мобильные теле­фоны, поддерживающие стандарт);

· точка доступа (АР – Access Point), действующая как мост между беспроводными и проводными сетями.

Точка доступа включает прие­мопередатчик, сетевой интерфейс и ПО. Действует как базовая станция , осуществляя доступ беспроводных станций к проводной сети. В точке доступа полученные сообщения преобразуются в формат, понятный для обычной сети. Чем больше точек доступа, тем шире область действия WLAN и больше количество пользователей. Одна точка доступа поддерживает работу 10 – 20 клиентов (не удаляются более чем на 100 м).

Для расширения беспроводной части сети можно воспользоваться несколькими точками доступа или установить точку расширения (Extension Point) – беспроводной повторитель между беспроводными клиентами и точкой доступа.

Сетевой радиоадаптер – беспроводной сетевой адаптер, позволяющий компьютерам и другому оборудованию связываться с точками доступа. Представляет собой PCMCIA-карту или внешнее устройство, подключаемое через USB.

Дополнительные устройства:

· конвертеры интерфейсов (Wireless PCMCIA/PCI и PCMCIA/ISA) – предназначены для установки сетевого радиоадаптера в стационарные ПК;

· радиомосты, шлюзы, беспроводные принт-серверы, радиомаршрутизаторы.

Стандарт 802.11 определяет два режима работы:

· инфраструк­турный (infrastructure mode);

· специальный (ad hoc mode).

В ин­фраструктурном режиме WLAN состоит из одной и более точек доступа, связанных с проводной сетевой ин­фраструктурой и набора беспроводных конечных станций. Эту конфигурацию называют основным сервисным набором (BSS – Basic Service Set). Расширенный сервисный набор (ESS – Extended Service Set) – набор двух или более BSS, образующих отдельную подсеть.

Специальный режим (одноранговый режим – peer-to-peer mode) или независимый основной сервисный набор (IBSS – Independent Basic Service Set) – совокупность беспроводных станций 802.11, которые связываются непосредственно друг с другом, не используя точку доступа и подключение к проводным сетям.

Технология 802.11 не может использовать метод CSMA/CD:

· проблема скрытой станции – не все станции могут слышать друг друга, и передача в одной части соты, может быть не воспринята станцией в другой части;

· большинство радиосистем являются полудуплексными , т. е. не могут одновременно и на одной частоте посылать и принимать сигналы.

Протокол 802.11 использует метод CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) – метод множественного доступа с прослушиванием несущей волны и уклонением от коллизий. Это сетевой протокол, в котором:

· используется схема прослушивания несущей волны;

· обнаружив, что канал свободен, станция, которая собирается начать передачу, посылает предупреждающий jam-сигнал (сигнал затора);

· после продолжительного ожидания всех станций, которые могут послать предупреждающий jam-сигнал, станция начинает передачу кадра;

· если предупреждающие сигналы одновременно посылают несколько станций, то они повторяют процедуру после случайно выбранного интервала времени.

CSMA/CA отличается от CSMA/CD тем, что коллизиям подвержены не пакеты данных, а только jam-сигналы. Отсюда и название «Collision Avoidance» – предотвращение коллизий (именно пакетов данных). Посылка предупреждающих сигналов ограничивает пропускную способность канала, поэтому CSMA/CA используется в сетях, работающих с небольшими скоростями (беспроводных).

Спецификация IEEE 802.11b . Невысокая скорость не удовлетворя­ла требованиям и в сентябре 1999 г. выпущен ва­риант IEEE 802.11 b для передачи со скоростью до 11 Мбит/с. Сети работают в нелицензируемом спектре частот 2,4 ГГц (от 2,4 ГГц до 2,4835 ГГц). Скорость передачи может автоматически ме­няться в зависимости от уровня помех и расстояния между пере­датчиком и приемником. На практике скорость почти всегда равна 11 Мбит/с.

Недостатки:

· Диапазон 2,4 ГГц, может быть занят другим оборудованием – бытовыми приборами (микроволновыми печами, радиотелефонами), ме­дицинской и научной аппаратурой, гарнитурами Bluetooth. Проблема усугубляется тем, что 802.11b рассчитан на связь на расстоянии до 300 м на открытой местности.

· Система защиты Wired Equivalent Privacy (WEP) показала уязвимость и несложность расшифровки кода с 40-битовым ключом. Сети позволяют подключаться злоумышленнику, находящемуся на возвышении даже на расстоянии мили, при условии использования небольшой направленной антенны. Предложен алгоритм шифровки со 128-битовым ключом – Advanced Encryption Standard (AES), требующий об­новления ТС и ПО или Temporal Key Integrity Protocol (TKIP).

· Невысокая максимальная скорость передачи данных, до­стигающая 11 Мбит/сек при радиусе действия около 100 м в помещениях. Ее можно получить только при сильном сигнале при условии, что в каждый момент времени только одно устройство в сегменте передает данные. Перегрузка, конфигу­рация и требования безопасности могут уменьшить производительность до типичного значения в 5 Мбит/с . Этого достаточно для Web-браузеров, но мало для боль­шого количества приложений типа потокового видео.

Спецификация IEEE 802.11a . Спецификация беспровод­ных сетей для диапазона 5 ГГц (от 5,725 до 5,850 Ггц) с макси­мальной пропускной спо­собностью 54 Мбит/сек. Этот диапазон частот не так зашумлен, как 2,4 ГГц. Но устройства 802.11а не могут работать с точкой доступа 802.11b и наобо­рот.

Спецификация IEEE 802.11g . Принят в середине 2003 г. Стандарт предусматрива­ет использование диапазона 2,4 ГГц. Обеспечивает скорость переда­чи 54 Мбит/сек. Главное преимущество перед 802.11а – полная обратная совместимость с устройствами 802.11b. Недостаток – зашумленность диапазона 2,4 ГГц.

Спецификация IEEE 802.11n . утвержден 11 сентября 2009 г. Повышает скорость передачи данных вчетверо по сравнению с устройствами 802.11g (максимальная скорость – 54 МБит/с), при условии использования с другими устройствами 802.11n. Теоретически способен обеспечить скорость передачи данных до 600 Мбит/с. Устройства работают в диапазонах 2,4–2,5 или 5,0 ГГц.

Кроме того, устройства 802.11n могут работать в трех режимах:

· наследуемом (Legacy), в котором обеспечивается поддержка устройств 802.11b/g и 802.11a;

· смешанном (Mixed), в котором поддерживаются устройства 802.11b/g, 802.11a и 802.11n;

· «чистом» – 802.11n (именно в этом режиме можно воспользоваться преимуществами повышенной скорости и увеличенной дальности передачи данных).

Типы офисных беспроводных локальных сетей

Сетевая технология - это минимальный набор стандартных протоколов и реализующих их программно-аппаратных средств, достаточный для построения вычислительной сети. Сетевые технологии называют базовыми технологиями. В настоящее время насчитывается огромное количество сетей, имеющих различные уровни стандартизации, но широкое распространение получили такие известные технологии, как Ethernet, Token-Ring, Arcnet.

Для обеспечения согласованной работы в сетях передачи данных используются различные коммуникационные протоколы передачи данных - наборы правил, которых должны придерживаться передающая и принимающая стороны для согласованного обмена данными. Протоколы - это наборы правил и процедур, регулирующих порядок осуществления некоторой связи. Протоколы - это правила и технические процедуры, позволяющие нескольким компьютерам при объединении в сеть общаться друг с другом.

Существует множество протоколов. И хотя все они участвуют в реализации связи, каждый протокол имеет различные цели, выполняет различные задачи, обладает своими преимуществами и ограничениями.

Протоколы работают на разных уровнях модели взаимодействия открытых систем OSI/ISO. Функции протоколов определяются уровнем, на котором он работает. Несколько протоколов могут работать совместно. Это так называемый стек, или набор, протоколов.

Как сетевые функции распределены по всем уровням модели OSI, так и протоколы совместно работают на различных уровнях стека протоколов. Уровни в стеке протоколов соответствуют уровням модели OSI. В совокупности протоколы дают полную характеристику функций и возможностей стека.

Передача данных по сети, с технической точки зрения, должна состоять из последовательных шагов, каждому из которых соответствуют свои процедуры или протокол. Таким образом, сохраняется строгая очередность в выполнении определенных действий.

Кроме того, все эти действия должны быть выполнены в одной и той же последовательности на каждом сетевом компьютере. На компьютере-отправителе действия выполняются в направлении сверху вниз, а на компьютере-получателе снизу вверх.

Компьютер-отправитель в соответствии с протоколом выполняет следующие действия: Разбивает данные на небольшие блоки, называемыми пакетами, с которыми может работать протокол, добавляет к пакетам адресную информацию, чтобы компьютер-получатель мог определить, что эти данные предназначены именно ему, подготавливает данные к передаче через плату сетевого адаптера и далее - по сетевому кабелю.

Компьютер-получатель в соответствии с протоколом выполняет те же действия, но только в обратном порядке: принимает пакеты данных из сетевого кабеля; через плату сетевого адаптера передает данные в компьютер; удаляет из пакета всю служебную информацию, добавленную компьютером-отправителем, копирует данные из пакета в буфер - для их объединения в исходный блок, передает приложению этот блок данных в формате, который оно использует.

И компьютеру-отправителю, и компьютеру-получателю необходимо выполнить каждое действие одинаковым способом, с тем чтобы пришедшие по сети данные совпадали с отправленными.

Если, например, два протокола будут по-разному разбивать данные на пакеты и добавлять информацию (о последовательности пакетов, синхронизации и для проверки ошибок), тогда компьютер, использующий один из этих протоколов, не сможет успешно связаться с компьютером, на котором работает другой протокол.

До середины 80-ых большинство локальных сетей были изолированными. Они обслуживали отдельные компании и редко объединялись в крупные системы. Однако, когда локальные сети достигли высокого уровня развития и объем передаваемой ими информации возрос, они стали компонентами больших сетей. Данные, передаваемые из одной локальной сети в другую по одному из возможных маршрутов, называются маршрутизированными. Протоколы, которые поддерживают передачу данных между сетями по нескольким маршрутам, называются маршрутизируемыми протоколами.

Среди множества протоколов наиболее распространены следующие:

IPX/SPX и NWLmk;

Набор протоколов OSI.

На данный момент Ethernet является самой распространенной технологией в локальных сетях. На базе этой технологии работает более 10 млн. локальных сетей и более 100 млн. компьютеров, имеющих сетевую карту, поддерживающую данную технологию. Существуют несколько подтипов Ethernet в зависимости от быстродействия и типов используемого кабеля.

Одним из основоположников данной технологии является фирма Xerox, разработавшая и создавшая в 1975 году тестовую сеть Ethernet Network. Большинство принципов, реализованных в упомянутой сети, используются и сегодня.

Постепенно технология совершенствовалась, отвечая возрастающему уровню запросов пользователей. Это привело к тому, что технология расширила сферу своего применения до такой среды передачи данных, как оптическое волокно или неэкранированная витая пара.

Причиной начала использования названных кабельных систем стало достаточно быстрое увеличение количества локальных сетей в различных организациях, а также низкая производительность локальных сетей, использующих коаксиальный кабель. Вместе с тем возникла необходимость в удобном и экономичном управлении и обслуживании данных сетей, чего уже не могли обеспечить устаревшие сети.

Основные принципы работы Ethernet. Все компьютеры, входящие в сеть, подключены к общему кабелю, который называется общей шиной. Кабель является средой передачи, и его может использовать для получения или передачи информации любой компьютер данной сети.

Сети Ethernet используют метод пакетной передачи данных. Компьютер-отправитель отбирает данные, которые нужно отправить. Эти данные преобразуются в короткие пакеты (иногда их называют кадрами), которые содержат адреса отправителя и получателя. Пакет снабжен служебной информацией -- преамбулой (отмечает начало пакета) -- и информацией о значении контрольной суммы пакета, которая необходима для проверки правильности передачи пакета по сети.

Перед тем как отправить пакет, компьютер-отправитель проверяет кабель, контролируя в нем отсутствие несущей частоты, на которой и будет происходить передача. Если такая частота не наблюдается, то он начинает передачу пакета в сеть.

Пакет будет принят всеми сетевыми платами компьютеров, которые подключены к этому сегменту сети. Сетевые карты контролируют адрес назначения пакета. Если адрес назначения не совпадает с адресом данного компьютера, то пакет отклоняется без обработки. Если же адреса совпадают, то компьютер примет и обработает пакет, удаляя из него все служебные данные и транспортируя необходимую информацию «вверх» по уровням модели OSI вплоть до прикладного.

После того как компьютер передаст пакет, он выдерживает небольшую паузу, равную 9,6 мкс, после чего опять повторяет алгоритм передачи пакета вплоть до полной транспортировки необходимых данных. Пауза нужна для того, чтобы один компьютер не имел физической возможности заблокировать сеть при передаче большого количества информации. Пока длится такая технологическая пауза, канал сможет использовать любой другой компьютер сети.

Если два компьютера одновременно проверяют канал и делают попытку отправить пакеты данных по общему кабелю, то в результате этих действий происходит коллизия, так как содержимое обоих кадров сталкивается на общем кабеле, что значительно искажает передаваемые данные.

После того как коллизия будет найдена, передающий компьютер обязан остановить передачу на небольшой случайный интервал времени.

Важным условием корректной работы сети является обязательное распознавание коллизии всеми компьютерами одновременно. Если любой передающий компьютер не вычислит коллизию и сделает вывод о правильности передачи пакета, то данный пакет попросту пропадет из-за того, что будет сильно искажен и отклонен принимающим компьютером (несовпадение контрольной суммы).

Вероятно, что утерянную или искаженную информацию повторно передаст протокол верхнего уровня, который работает с установлением соединения и идентификацией своих сообщений. Следует учитывать и то, что повторная передача произойдет через достаточно длительный интервал времени (десятки секунд), что приведет к значительному снижению пропускной способности конкретной сети. Именно поэтому своевременное распознание коллизий крайне важно для стабильности работы сети.

Все параметры Ethernet составлены так, чтобы коллизии всегда четко определялись. Именно поэтому минимальная длина поля данных кадра составляет не менее 46 байт (а с учетом служебной информации -- 72 байта или 576 бит). Длина кабельной системы рассчитывается таким образом, чтобы за то время, пока транспортируется кадр минимальной длины, сигнал о коллизии успел дойти до самого отдаленного компьютера сети. Исходя из этого, при скорости в 10 Мбит/с максимальное расстояние между произвольными элементами сети не может превышать 2500 м. Чем выше скорость передачи данных, тем меньше максимальная длина сети (уменьшается пропорционально). Используя стандарт Fast Ethernet ограничивается максимальное удаление 250 м, а в случае с гигабитным Ethernet -- 25 м.

Таким образом, вероятность успешного получения общей среды напрямую зависит от загруженности сети.

Постоянное возрастание уровня требований к пропускной способности сети послужило причиной разработки технологии Ethernet, скорость передачи в которой превышала 10 Мбит/с. В 1992 году был реализован стандарт Fast Ethernet, поддерживающий транспортировку информации со скоростью 100 Мбит/с. Большая часть принципов работы Ethernet остались без изменений.

Некоторые изменения произошли в кабельной системе. Коаксиальный кабель был не в состоянии обеспечить скорость передачи информации в 100 Мбит/с, поэтому ему на смену в Fast Ethernet приходят неэкранированные кабели типа витая пара, а также оптоволоконный кабель.

Выделяют три вида Fast Ethernet:

Стандарт 100Base-TX использует сразу две пары кабеля: UTP или STP. Одна пара необходима для передачи данных, а вторая -- для приема. Перечисленным требованиям соответствуют два кабельных стандарта: EIA/TIA-568 UTP категории 5 и SТР Типа 1 компании IBM. В 100Base-TX предоставляется возможность полнодуплексного режима в процессе работы с сетевыми серверами, а также применение всего двух из четырех нар восьмижильного кабеля -- две оставшиеся пары будут свободными и в дальнейшем могут быть использованы для расширения функциональности данной сети (например, на их основе возможна организация телефонной сети).

Стандарт 100Base-T4 позволяет использовать кабели категорий 3 и 5. Это происходит из-за того, что в 100Base-T4 используются четыре пары восьмижильного кабеля: одна -- для передачи, а другая -- для приема, остальные могут использоваться как для передачи, так и для приема. Соответственно, как прием, так и передача данных могут проводиться сразу по трем парам. Если общая пропускная способность в 100 Мбит/с распределяется на три пары, то 100Base-T4 снижает частоту сигнала, поэтому для нормальной работы вполне достаточно и менее качественного кабеля. Для организации сетей 100Base-T4 могут использоваться кабели UTP категорий 3 и 5, точно так же, как и UTP категории 5 и STP типа 1.

Стандарт 100Base-FX использует для передачи данных многомодовое оптоволокно с 62,5-микронным ядром и 125-микронной оболочкой. Данный стандарт предназначен для магистралей -- соединения репитеров Fast Ethernet в пределах одного помещения. Основные преимущества оптического кабеля передались и рассматриваемому стандарту 100Base-FX: невосприимчивость к электромагнитным шумам, повышенный уровень защиты информации и увеличенные расстояния между сетевыми устройствами.

Долгое время интерфейс Firewire (высокоскоростной последовательный интерфейс Firewire, так же известный как IEEE1394) использовался в основном при обработке потокового видео. В общем-то, для этого он первоначально и проектировался. Однако, высочайшая, даже по сегодняшним меркам, пропускная способность этого интерфейса (400 Мбит/с) сделала его достаточно эффективным для современных периферийных высокоскоростных устройств, а так же для организации небольших быстродействующих сетей.

Благодаря поддержке WDM драйвера, Firewire интерфейс поддерживается операционными системами, начиная с Windows 98 Second Edition. Однако встроенная поддержка интерфейса Firewire была впервые реализована в Windows Millennium, и теперь поддерживается в Windows 2000 и Windows XP. Все операционные системы, кроме Windows 98SE также поддерживают горячую установку сети. Если Firewire контроллер присутствует в системе, Windows автоматически инсталлирует виртуальный сетевой адаптер, с возможностью прямого доступа и модификации стандартных сетевых установок.

По умолчанию Firewire сеть поддерживает TCP/IP протокол, которого вполне достаточно для решения большинства современных сетевых задач, например, функция Internet Connection Sharing (совместное использование Интернет), встроенная в операционную систему Microsoft.

Firewire обеспечивает существенное преимущество в скорости по сравнению со стандартной 100BaseT Ethernet сетью. Но это не главное преимущество Firewire сети. Более важна простота создания такой сети, доступная пользователю не самого высокого уровня подготовки. Так же важно отметить универсальность и невысокую стоимость.

Главным недостатком Firewire сети является ограниченная длинна, кабеля. Согласно спецификации, для работы на скорости 400 Мбит/с длинна кабеля не должна превышать 4,5 метров. Для решения этой проблемы используется различные варианты репитеров.

Несколько лет назад был разработан новый стандарт Ethernet -- Gigabit Ethernet. На данный момент он пока еще не имеет широкого распространения. Технология Gigabit Ethernet в качестве среды транспортировки информации использует оптические каналы и экранированную витую пару. Такая среда способна десятикратно повысить скорость передачи данных, что является необходимым условием для проведения видеоконференций или работы сложных программ, оперирующих большими объемами информации.

Данная технология использует те же принципы, что и более ранние стандарты Ethernet. Кроме того, сеть, которая базируется на основе экранированной витой пары, можно осуществить посредствам перехода на технологию Gigabit Ethernet путем замены сетевых плат и сетевого оборудования, которые используются в сети, 1000Base-Х содержит сразу три физических интерфейса, параметры и характеристики которых указаны ниже:

Интерфейс 1000Base-SX определяет лазеры с допустимой длиной излучения в промежутке 770-860 нм, мощность излучения передатчика в диапазоне от 10 до 0 дБм, при существующем соотношении ON/OFF (есть сигнал/ нет сигнала) не менее 9 дБ. Чувствительность такого приемника -- 17 дБм, а его насыщение -- 0 дБм.

Интерфейс 1000Base-LX определяет лазеры с допустимой длиной излучения в промежутке 1270-1355 нм, мощность излучения передатчика в диапазоне от 13,5 до 3 дБм, при существующем соотношении ON/OFF (есть сигнал/ нет сигнала) не менее 9 дБ. Чувствительность такого приемника -- 19 дБм, а его насыщение -- 3 дБм.

1000Base-CX -- экранированная витая пара, предназначенная для транспортировки данных на небольшие расстояния. Для транспортировки данных используются все четыре пары медного кабеля, а скорость передачи по одной паре составляет 250 Мбит/с. Технология Gigabit Ethernet -- самая быстрая из всех существующих на данный момент технологий локальных сетей. Достаточно скоро большинство сетей будут создаваться на основе данной технологии.

Wi-Fi- технология беспроводной связи. Название это расшифровывается как Wireless Fidelity(с англ. - беспроводная точность). Предназначена для доступа на коротких дистанциях и, в то же время, на достаточно больших скоростях. Существует три модификации этого стандарта - IEEE 802.11a, b и g, их отличие друг от друга в скорости передачи данных и расстоянии на которое они могут передавать данные. Максимальная скорость работы 11/ 54/ 320 Мбит/c соответственно, а расстояние передачи порядка 100 метров. Технология удобна тем, что не требует больших усилий объединения компьютеров в сеть, позволяет избежать неудобств возникающих при прокладке кабеля. В настоящее время услугами можно воспользоваться в кафе, аэропортах, парках и др.

USB сеть. Предназначена в основном для пользователей ноутбуков, т.к. при отсутствии сетевой карты в ноутбуке она может обойтись довольно дорого. Удобство в том, что сеть может быть создана без использования сетевых карт и концентраторов, универсальность, возможность подключать любой компьютер. Скорость передачи данных 5-7 Мбит/с.Локальная сеть через электрические провода. 220В. Электрические сети не идут ни в какое сравнение с локальными и глобальными сетями. Электрическая розетка есть в каждой квартире, в каждой комнате. По дому можно протянуть десятки метров кабелей, соединив между собой все компьютеры, принтеры и прочие сетевые устройства. Но тогда каждый компьютер станет "рабочим местом", стационарно расположенным в помещении. Перенести его - значит переложить сетевой кабель. Можно установить дома беспроводную сеть IEEE 802.11b, но могут возникнуть проблемы с проникновением сигнала через стены и перекрытия, к тому же это лишнее излучение, которого в современной жизни итак хватает. А есть и иной способ - использовать уже существующие электрические провода и розетки, установленные в стенах. Единственное, что для этого потребуется - соответствующие адаптеры. Скорость сетевого подключения через электрические провода составляет 14 Мбит/с. Дальность действия - примерно 500 метров. Но стоит учитывать, что распределительная сеть - трёхфазная, а к домам подводится по одной фазе и нулю, равномерно нагружая каждую из фаз. Так что, если один пользователь подключен к одной фазе, а второй - к другой, то воспользоваться подобной системой не удастся.

Сравнительный анализ технологий локально-вычислительных сетей представлен в Приложении Б.

Добрый день, Друзья! Рад Вас приветствовать на нашем блоге компьютерной грамотности. В предыдущей статье мы подняли большую и, судя по комментариям, очень важную для наших читателей тему – .

В этой статье я предлагаю перейти к рассмотрению первых этапов планирования сети. А если быть точным, то будем говорить о технологиях локальных сетей и выборе соответствующей архитектуры сети.

Сразу отметим, что разговор будет вестись только об основных технологиях локальных сетей, наиболее распространенных на сегодняшний день:

  • Ethernet (на базе витой пары);
  • Wi-Fi;
  • HomePlugAV.

Ethernet — самая популярная сетевая технология

  • 1. Ethernet – самая старая из наиболее распространенных технологий, используемых в локальных сетях. На сегодняшний день большинство сетевых адаптеров оснащаются интерфейсами, поддерживающие скорости 100 и 1000 Мбит/с (1 Гбит/с).

По соотношению цены и качества данная технология “впереди планеты всей”. Однако требуется проложить кабель по квартире в соответствии с планируемым размещением компьютеров. Есть еще одно “НО”: прокладывать сетевой кабель необходимо вдалеке от кабелей электропроводки, телевизионной и телефонной проводки. Дабы не вносить помехи в тракты передачи данных.

Для домашних потребностей, при условии, что нет проблем с прокладкой кабеля, этот вариант, мне кажется, наилучшим. Этой технологии будет вполне достаточно и для передачи данных, и для просмотра фильмов в режиме трансляции по сети.

  • 2. Wi-Fi-технология – в последние время очень сильно набирает обороты ввиду все большей доступности различных wi-fi технология мобильных устройств и гаджетов. В отличие от Ethernet, никаких кабелей не требуется. Отметим также, что кабельные сети больше подходят для стационарных компьютеров. А при подключении любого мобильно ПК к кабелю, он перестает быть мобильным.

Использование этой сетевой технологии требует несколько иного оборудования для создания сети, о чем мы будем говорить в следующей статье.

Если говорить о скоростях передачи данных Wi-Fi, то все зависит от поддерживаемой версии протокола беспроводной связи (разновидности стандарта 802.11):

11 Мбит/с (802.11b) – стандарт устаревшего оборудования;

54 Мбит/с (802.11g) – самый распространенный сегодня стандарт, который поддерживают большинство сетевых карт мобильных устройств;

600 Мбит/с (802.11n) – технология завтрашнего дня. Однако Wi-Fi-маршрутизаторы, поддерживающие этот стандарт, уже имеются в продаже.

  • 3. HomePlugAV – это перспективная технология будущего, как мне кажется, не требующая прокладки кабелей и homeplugav технологиябеспроводного соединения, а использующая для передачи данных домашнюю электропроводку. Средой передачи данных является электрическая сеть в квартире.

Очень удобно, только пока дорого. Приобретет свою популярность при развитии и более широком распространении интеллектуальной домашней сети “Умный дом”. О технологии HomePlugAV я подготовил .

Выбор архитектуры домашней сети

Рассмотрев основные технологии, логическим продолжением, как мне кажется, будет выбор архитектуры домашней сети. Кроме всего прочего, на выбор архитектуры окажет влияние предоставляемая технология доступа в Интернет и количество объединяемых в сеть устройств.

  • 1. Если у Вас кабельная сеть на базе Ethernet, то необходимо будет строить сеть по схеме “Звезда”. Это когда все компьютеры в сети, просто подключаются к одному коммутатору или роутеру, имеющему общее Интернет подключение.

Как правило, вид роутера (LAN или ADSL) зависит от того, по какой технологии заводится Интернет в квартиру. Если это та же самая витая пара, что используется в нашей домашней сети, то подойдет обычный LAN-роутер. Если же Интернет в квартиру заводится по телефонной линии, то просто заменяем роутер на ADSL-модем, который также предоставит нам возможность создания внутренней (квартирной) Ethernet-сети.

В следующих статьях мы рассмотрим, как подключить по такой технологии компьютеры в сеть, а также расскажем об особенностях соединения двух компьютеров по сети Ethernet.

  • 2. Если Вы выбрали беспроводную Wi-Fi сеть, то здесь возможно два варианта:

вариант “компьютер-компьютер” – соединение двух и более компьютеров, оснащенных беспроводными адаптерами, в единую сеть (наиболее уместен при создании небольшой сети без доступа в Интернет);
вариант “с точкой доступа” – наиболее распространен и используется для создания домашней сети с “входным” Интернетом соединением по технологии Ethernet или ADSL.
Построить такую сеть на практике быстрее и проще. Однако есть свои ограничения: следует учитывать, что некоторые бытовые электронные приборы (типа холодильников и микроволновок), а также другие точки доступа (например, у соседей) вносят помехи в каналы передачи, что снижает скорость обмена данными по беспроводной сети.

  • 3. Гибридная сеть – этот вариант подходит тем, у кого, например, входной Интернет обеспечивается ADSL-модемом, а внутренняя домашняя сеть имеет как мобильные компьютеры, вроде ноутбука, так и стационарные ПЭВМ. Я рассмотрел самый сложный вариант, объединяющий три разные технологии: ADSL, Wi-Fi и Ethernet.

Внимание! Меня очень часто спрашивают о вреде беспроводных сетей.

Как человек, немного разбирающийся в этой области, скажу, что вредным воздействием на человека в беспроводных сетях потенциально обладает Электромагнитное излучение (ЭМИ). Сила воздействия ЭМИ на человека зависит от следующих факторов: интенсивность излучения и частота излучения. Чем выше частота излучения, тем сильнее пагубное воздействие на организм человека. То же самое и с интенсивностью (или длительностью воздействия).

Вредно ли для нас Wi-Fi сеть, поддерживающая стандарты 802.11g или 802.11n, точно пока никто сказать не может.

  1. Размещайте беспроводные точки доступа и беспроводные телефонные базы в нежилых комнатах;
  2. Выключайте на ночь электронные устройства, которыми не пользуйтесь.

Итак, Друзья, мы рассмотрели как выбрать технологию локальной сети и на ее базе определиться с архитектурой сети. В следующих статьях мы будем говорить о настройке сети и ее отдельных компонентов.

Компьютерные сети делятся на три основных класса:

1. Локальные компьютерные сети (LAN – LocalAreaNetwork) – это сети, которые объединяют между собой компьютеры, находящиеся географически в одном месте. В локальную сеть объединяют компьютеры, расположенные физически близко друг от друга (в одном помещении или одном здании).

2. Региональные компьютерные сети (MAN – MetropolitanAreaNetwork) – это сети, которые объединяют между собой несколько локальных компьютерных сетей, расположенных в пределах одной территории (города, области или региона, например, Дальнего Востока).

3. Глобальные вычислительные сети (WAN – WideAreaNetwork) – это сети, которые объединяют множество локальных, региональных сетей и

компьютеров отдельных пользователей, расположенные на любом расстоянии друг от друга (Internet, FIDO).

На настоящий момент используются следующие стандарты построения локальных вычислительных сетей:

Arcnet;(IEEE 802.4)

Token Ring;(802,5)

Ethernet.(802,3)

Рассмотрим каждую из них подробнее

ТехнологияIEEE 802.4 ARCNET (или ARCnet, от англ. Attached Resource Computer NETwork) - технология ЛВС, назначение которой аналогично назначению Ethernet или Token ring. ARCNET являлась первой технологией для создания сетей микрокомпьютеров и стала очень популярной в 1980-х при автоматизации учрежденческой деятельности. Предназначена для организации ЛВС в сетевой топологии «звезда».

Основу коммуникационного оборудования составляет:

коммутатор (switch)

пассивный/активный концентратор

Преимущество имеет коммутаторное оборудование, так как позволяет формировать сетевые домены. Активные хабы применяются при большом удалении рабочей станции (они восстанавливают форму сигнала и усиливают его). Пассивные - при маленьком. В сети применяется назначаемый принцип доступа рабочих станций, то есть право на передачу имеет станция, получившая от сервера так называемый программный маркер. То есть реализуется детерминированный сетевой трафик.

Преимущества подхода:

Замечания : сообщения, передаваемые рабочими станциями образуют очередь на сервере. Если время обслуживания очереди значительно (более, чем в 2 раза) превышает максимальное время доставки пакета между двумя самыми удалёнными станциями, то считается, что пропускная способность сети достигла максимального предела. В этом случае дальнейшее наращивание сети невозможно и требуется установка второго сервера.



Предельные технические характеристики:

Минимальное расстояние между рабочими станциями, подключенными к одному кабелю - 0,9 м.

Максимальная длина сети по самому длинному маршруту - 6 км.

Ограничения связаны с аппаратной задержкой передачи информации при большом количестве коммутирующих элементов.

Максимальное расстояние между пассивным концентратором и рабочей станцией - 30 м.

Максимальное расстояние между активным и пассивным хабом - 30 м.

Между активным хабом и активным хабом - 600 м.

Достоинства:

Низкая стоимость сетевого оборудования и возможность создания протяжённых сетей.

Недостатки:

Невысокая скорость передачи данных. После распространения Ethernet в качестве технологии для создания ЛВС, ARCNET нашла применение во встраиваемых системах.

Поддержкой технологии ARCNET (в частности распространением спецификаций) занимается некоммерческая организация ARCNET Trade Association (ATA).

Технология - Архитектура ArcNET представлена двумя основными топологиями: шинная и звездная. В качестве среды передачи используется коаксиальный кабель RG-62 с волновым сопротивлением 93 Ом, обжатый на BNC вилки с соответствующим диаметром заделки (отличаются от вилок 10Base-2 («тонкий» Ethernet)).

Сетевое оборудование состоит из сетевых адаптеров и хабов. Сетевые адаптеры могут быть для шинной топологии, для звездной и универсальные. Хабы могут быть активными и пассивными. Пассивные хабы применяются для создания звездных участков сети. Активные хабы могут быть для шинной, звездной и смешанной топологии. Порты для шинной топологии физически не совместимы с портами для звездной топологии, хоть и имеют одинаковое физическое подключение (BNC розетка).

В случае шинной топологии, рабочие станции и серверы подключаются друг к другу с помощью T-коннекторов (таких же, как в 10Base-2 («тонкий» Ethernet)), подключенных к сетевым адаптерам и хабам и соединенных коаксиальным кабелем. Крайние точки сегмента терминируются наконечниками с сопротивлением 93 Ом. Количество устройств на одной шине ограничено. Минимальное расстояние между коннекторами - 0,9 метра и должно быть кратно этой величине. Для облегчения разделки, на кабель могут быть нанесены метки. Отдельные шины могут быть объединены с помощью шинных хабов.



При использовании звездной топологии применяются активные и пассивные хабы. Пассивный хаб представляет собой резистивный делитель-согласователь, позволяющий подключить четыре кабеля. Все кабели в этом

случае подключаются по принципу «точка-точка», без образования шин. Между двумя активными устройствами не должно быть подключено больше двух пассивных хабов. Минимальная длина любого сетевого кабеля - 0.9 метра и должна быть кратна этой величине. Существует ограничение длины кабеля между активным и пассивным портами, между двумя пассивными, между двумя активными.

При смешанной топологии применяются активные хабы, поддерживающие оба типа подключения.

На сетевых адаптерах рабочих станций и серверов с помощью джамперов или DIP-переключателей выставляется уникальный сетевой адрес, разрешение использования микросхемы расширения BIOS, позволяющего осуществить удаленную загрузку рабочей станции (может быть бездисковой), тип подключения (шинная или звездная топология), подключение встроенного терминатора (последние два пункта - опционально). Ограничение на количество рабочих станций - 255 (по разрядности регистра сетевого адреса). В случае, если два устройства имеют одинаковый сетевой адрес, оба теряют работоспособность, но на работу сети в целом эта коллизия не влияет.

При шинной топологии обрыв кабеля или терминатора приводит к неработоспособности сети для всех устройств, подключенных к сегменту, в который входит этот кабель(то есть от терминатора до терминатора). При звёздной топологии обрыв любого кабеля приводит к отказу того сегмента, который отключается этим кабелем от файл-сервера.

Логическая архитектура ArcNET - кольцо с маркерным доступом. Поскольку такая архитектура в принципе не допускает коллизий, при относительно большом количестве хостов (на практике испытывалось 25-30 рабочих станций) производительность сети ArcNET оказывалась выше, чем 10Base-2, при вчетверо меньшей скорости в среде (2,5 против 10 Mбит/с).

Технология 802,5 Token Ring - технология локальной вычислительной сети (LAN) кольца с «маркёрным доступом» - протокол локальной сети, который находится на канальном уровне(DLL) модели OSI. Он использует специальный трёхбайтовый фрейм, названный маркёром, который перемещается вокруг кольца. Владение маркёром предоставляет право обладателю передавать информацию на носителе. Кадры кольцевой сети с маркёрным доступом перемещаются в цикле.Станции на локальной вычислительной сети (LAN) Token ring логически организованы в кольцевую топологию с данными, передаваемыми последовательно от одной кольцевой станции до другой с управляющим маркером, циркулирующим вокруг кольцевого доступа управления. Этот механизм передачи маркёра совместно использован ARCNET, маркёрной шиной, и FDDI, и имеет теоретические преимущества перед стохастическим CSMA/CD Ethernet.

Передача маркёра Token Ring и IEEE 802.5 являются главными примерами сетей с передачей маркёра. Сети с передачей маркёра перемещают вдоль сети небольшой блок данных, называемый маркёром. Владение этим маркёром гарантирует право передачи. Если узел, принимающий маркёр, не имеет информации для отправки, он просто переправляет маркёр к следующей конечной станции. Каждая станция может удерживать маркёр в течение определенного максимального времени (по умолчанию - 10 мс).

Данная технология предлагает вариант решения проблемы коллизий, которая возникает при работе локальной сети. В технологии Ethernet, такие коллизии возникают при одновременной передаче информации несколькими рабочими станциями, находящимися в пределах одного сегмента, то есть использующих общий физический канал данных.

Если у станции, владеющей маркёром, имеется информация для передачи, она захватывает маркёр, изменяет у него один бит (в результате чего маркёр превращается в последовательность «начало блока данных»), дополняет информацией, которую он хочет передать и отсылает эту информацию к следующей станции кольцевой сети. Когда информационный блок циркулирует по кольцу, маркёр в сети отсутствует (если только кольцо не обеспечивает «раннего освобождения маркёра» - early token release), поэтому другие станции, желающие передать информацию, вынуждены ожидать. Следовательно, в сетях Token Ring не может быть коллизий. Если обеспечивается раннее высвобождение маркёра, то новый маркёр может быть выпущен после завершения передачи блока данных.

Информационный блок циркулирует по кольцу, пока не достигнет предполагаемой станции назначения, которая копирует информацию для дальнейшей обработки. Информационный блок продолжает циркулировать по кольцу; он окончательно удаляется после достижения станции, отославшей этот блок. Станция отправки может проверить вернувшийся блок, чтобы убедиться, что он был просмотрен и затем скопирован станцией назначения.

Сфера применения В отличие от сетей CSMA/CD (например, Ethernet) сети с передачей маркёра являются детерминистическими сетями. Это означает, что можно вычислить максимальное время, которое пройдет, прежде чем любая конечная станция сможет передавать. Эта характеристика, а также некоторые характеристики надежности, делают сеть Token Ring идеальной для применений, где задержка должна быть предсказуема и важна устойчивость функционирования сети. Примерами таких применений является среда автоматизированных станций на заводах.

Применяется как более дешёвая технология, получила распространение везде, где есть ответственные приложения, для которых важна не столько скорость, сколько надёжная доставка информации. В настоящее время Ethernet по надёжности не уступает Token Ring и существенно выше по производительности.

Модификации Token RingСуществуют 2 модификации по скоростям передачи: 4 Мбит/с и 16 Мбит/с. В Token Ring 16 Мбит/с используется

технология раннего освобождения маркера. Суть этой технологии заключается в том, что станция, «захватившая» маркёр, по окончании передачи данных генерирует свободный маркёр и запускает его в сеть. Попытки внедрить 100 Мбит/с технологию не увенчались коммерческим успехом. В настоящее время технология Token Ring не поддерживается.

Технология 802,3 Ethernet от англ. ether «эфир») - пакетная технология передачи данных преимущественно локальных компьютерных сетей.

Стандарты Ethernet определяют проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне, формат кадров и протоколы управления доступом к среде - на канальном уровне модели OSI. Ethernet в основном описывается стандартамиIEEE группы 802.3. Ethernet стал самой распространённой технологией ЛВС в середине 90-х годов прошлого века, вытеснив такие устаревшие технологии, как Arcnet, FDDI и Token ring.

На выполнение работ по созданию локальной сети нужно учитывать следующее:

* Создание локальной сети и настройка оборудования для доступа к сети Интернет;

* Выбор оборудования должен быть основан на технических характеристиках, способных удовлетворить требованиям к скорости передачи данных;

* Оборудование должно быть безопасно, защищено от поражения людей электрическим током;

* У каждой рабочей станции, для подключения к сети должен быть сетевой кабель;

* Возможное наличие wi-fi по всему кабинету;

* Расположение рабочих мест должно удовлетворять требования стандартов размещения оборудования в учебных заведениях;

* Затраты на создание локальной сети должны быть экономически оправданы;

* Надежность локальной сети.

Понравилась статья? Поделитесь ей
Наверх