Аппаратные средства локальной вычислительной сети. Аппаратное обеспечение локальных сетей Сетевое аппаратное обеспечение лвс
Тема 1.3: Открытые системы и модель OSІ
Тема 1.4: Основы локальных сетей
Тема 1.5: Базовые технологии локальных сетей
Тема 1.6: Основные программные и аппаратные компоненты ЛВС
Локальные сети
1.6. Основные программные и аппаратные компоненты ЛВС
1.6.3. Программное обеспечение вычислительных сетей (программные компоненты ЛВС)
Программное обеспечение вычислительных сетей состоит из трех составляющих:
- автономных операционных систем (ОС), установленных на рабочих станциях;
- сетевых операционных систем, установленных на выделенных серверах, которые являются основой любой вычислительной сети;
- сетевых приложений или сетевых служб.
Автономные ОС (программное обеспечение вычислительных сетей)
В качестве автономных ОС для рабочих станций, как правило, используются современные 32-разрядные операционные системы – Windows 95/98, Windows 2000, Windows XP, Windows VISTA, Windows 7 (Seven), Windows 8, Windows 8.1, Windows 10.
Сетевые ОС (программное обеспечение вычислительных сетей)
В качестве сетевых ОС в вычислительных сетях применяются:
- ОС Unix.
- ОС NetWare фирмы Novell.
- Сетевые ОС фирмы Microsoft (ОС Windows NT, Microsoft Windows 2000 Server, Windows Server 2003, Windows Server 2008).
Сетевые операционные системы необходимы для управления потоками сообщений между рабочими станциями и серверами. Они организуют коллективный доступ ко всем ресурсам сети.
Получение доступа к ресурсам локальных вычислительных сетей предусматривает выполнение трех процедур: идентификация, аутентификация и авторизация:
- Идентификация - присвоение пользователю уникального имени или кода (идентификатора).
- Аутентификация - установление подлинности пользователя, представившего идентификатор. Наиболее распространенным способом аутентификации является присвоение пользователю пароля и хранение его в компьютере.
- Авторизация - проверка полномочий или проверка права пользователя на доступ к конкретным ресурсам и выполнение определенных операций над ними. Авторизация проводится с целью разграничения прав доступа к сетевым и компьютерным ресурсам.
В большинстве сетевых операционных систем встроена поддержка протоколов (TCP/IP, IPX/SPX, NetBEUI):
- TCP/IP - эти протоколы были разработаны для сети Министерства обороны США ARPAnet, они поддерживаются сетевыми операционными системами Unix, Windows и т.д. Протоколы TCP/IP - это базовые протоколы сети Интернет.
- IPX/SPX - протоколы, разработанные фирмой Novell, поддерживаются операционной системой NetWare разработанной также фирмой Novell, Windows и др. Novell была одной из первых компаний, которые начали создавать ЛВС. Основным элементом локальной сети Novell NetWare является файловый сервер. На нем размещается сетевая операционная система, база данных и прикладные программы пользователей. В настоящее время наиболее распространенными являются локальные сети на базе сетевых плат Ethernet с операционной системой Novell NetWare.
- NetBEUI - разработчик этого протокола фирма IBM. Протокол предназначен для небольших локальных вычислительных сетей, в нем отсутствует маршрутизация, его поддерживают операционные системы фирм IBM и Microsoft.
Сетевые приложения (программное обеспечение вычислительных сетей)
Для пользователей локальных вычислительных сетей большой интерес представляет набор сетевых служб, с помощью которых он получает возможность просмотреть список имеющихся в сети компьютеров, прочесть удаленный файл, распечатать документ на принтере, установленном на другом компьютере в сети или послать почтовое сообщение.
Реализация сетевых служб осуществляется программным обеспечением (программными средствами). Файловая служба и служба печати предоставляются операционными системами, а остальные службы обеспечиваются сетевыми прикладными программами или приложениями. К традиционным сетевым службам относятся: Telnet, FTP, HTTP, SMTP, POP-3.
Служба Telnet позволяет организовывать подключения пользователей к серверу по протоколу Telnet.
Служба FTP обеспечивает пересылку файлов с Web-серверов. Эта служба обеспечивается Web-обозревателями (Internet Explorer, Mozilla Firefox, Opera и др.)
HTTP - служба, предназначенная для просмотра Web-страниц (Web-сайтов), обеспечивается сетевыми прикладными программами: Internet Explorer, Mozilla Firefox, Opera и др.
SMTP, POP-3 - службы входящей и исходящей электронной почты. Реализуются почтовыми прикладными программами: Outlook Express, The Bat и др.
Как вы уже, наверное, догадываетесь, из аппаратного обеспечения вам потребуются сетевые адаптеры для подключения компьютера к кабелю, разъемы, сам кабель и, возможно, устройство для объединения компьютеров при использовании топологии "звезда".
В зависимости от топологии сети состав сетевого оборудования может меняться.
В любом случае для каждого компьютера, входящего в состав сети, вам потребуется сетевой адаптер. Этот адаптер вставляется в основную плату компьютера (motherboard) и имеет один или два разъема для подключения к кабелю сети (разумеется, сети компьютеров, а не электропитающей или осветительной сети).
Бывают сети, для которых не требуется специальных адаптеров, - сетевой кабель подключается к последовательному порту RS-232-C. Эти сети малопроизводительны и пригодны для решения только простейших задач, таких, как совместное использование принтера. Мы не будем уделять много внимания таким сетям.
А что делать владельцам портативных компьютеров типа Lap-Top и Note Book, не имеющих слотов расширения для подключения сетевых адаптеров? Некоторые фирмы специально для таких компьютеров выпускают адаптеры Ethernet в виде маленькой коробочки, подключающейся к принтерному или последовательному порту компьютера.
Что касается кабеля, то обычно используется коаксиальный кабель или витая пара (обычный телефонный провод). В ответственных случаях, когда необходимо соединять компьютеры, находящиеся в разных зданиях или предъявляются требования к обеспечению защиты информации от несанкционированного доступа, используют оптоволоконный кабель. Кстати, сам оптоволоконный кабель стоит не дороже коаксиального, чего однако не скажешь об адаптерах и другой аппаратуре для подключения такого кабеля.
Если вы используете коаксиальный кабель, он не должен быть слишком длинным. Когда протяженность локальной сети составляет сотни метров, может потребоваться врезать в середину кабеля специальное устройство - репитер. Задача репитера не сводится к простому усилению сигнала. Но об этом мы поговорим позже.
Рассмотрим аппаратное обеспечение, необходимое для реализации наиболее распространенных методов доступа - Ethernet, Arcnet и Token-Ring.
2.1. Аппаратура Ethernet
Аппаратура Ethernet обычно состоит из кабеля, разъемов, T-коннекторов, терминаторов и сетевых адаптеров.
Кабель, очевидно, используется для передачи данных между рабочими станциями.
Для подключения кабеля используются разъемы. Эти разъемы через
T-коннекторы
подключаются к сетевым адаптерам - специальным платам, вставляемым в слоты
расширения материнской платы рабочей станции. Терминаторы подключаются к
открытым концам сети. Скоро мы расскажем вам подробнее об аппаратуре Ethernet и
о назначении перечисленных выше устройств.
Для Ethernet могут быть использованы кабели разных типов: тонкий коаксиальный кабель, толстый коаксиальный кабель и неэкранированная витая пара. Для каждого типа кабеля используются свои разъемы и свой способ подключения кабеля к сетевому адаптеру.
В зависимости от кабеля меняются такие характеристики сети, как максимальная длина кабеля и максимальное количество рабочих станций, подключаемых к кабелю.
Как правило, скорость передачи данных в сети Ethernet достигает 10 Мбит в секунду, что достаточно для многих приложений.
Рассмотрим подробно состав аппаратных средств Ethernet для различных типов кабеля.
2.1.1. Толстый коаксиальный кабель
Толстый коаксиальный кабель, используемый Ethernet, имеет диаметр 0,4 дюйма и волновое сопротивление 50 Ом. Иногда этот кабель называют "желтым кабелем". Это самый дорогостоящий из рассматриваемых нами кабелей. Институт IEEE определил спецификацию на этот кабель - 10BASE5.
На рис. 4 схематически изображена локальная сеть на основе толстого коаксиального кабеля.
Рис. 4. Ethernet на толстом коаксиальном кабеле
Здесь приведена конфигурация сети, состоящей из двух сегментов, разделенных репитером. В каждом сегменте находятся три рабочие станции.
Каждая рабочая станция через сетевой адаптер (установлен в материнской плате компьютера и на рисунке не показан) специальным многожильным трансиверным кабелем подключается к устройству, называемому трансивером. Трансивер служит для подключения рабочей станции к толстому коаксиальному кабелю.
На корпусе трансивера имеется три разъема: два - для подключения толстого коаксиального кабеля, и один - для подключения трансиверного кабеля.
В табл. 2 перечислены устройства, необходимые для подключения рабочей станции к толстому коаксиальному кабелю.
Таблица 2. Оборудование для подключения рабочей станции к толстому коаксиальному кабелю Ethernet
К сожалению, длина одного сегмента ограничена и для толстого кабеля не может превышать 500 метров. Если общая длина сети больше 500 метров, ее необходимо разбить на сегменты, соединенные друг с другом через специальное устройство - репитер.
На нашем рисунке изображены два сегмента, соединенные репитером. При этом общая длина сети может достигать одного километра.
Между собой трансиверы соединяются отрезками толстого коаксиального кабеля с припаянными к их концам коаксиальными разъемами.
На концах сегмента подключены специальные заглушки - терминаторы. Это просто коаксиальные разъемы, в корпусе которых установлен резистор с сопротивлением 50 Ом.
Корпус одного из терминаторов должен быть заземлен. Учтите, что в каждом сегменте сети можно заземлять только один терминатор.
Существуют ли какие-нибудь другие ограничения кроме максимальной длины сегмента? Увы, существуют (см. табл. 3).
Таблица 3. Ограничения для Ethernet на толстом кабеле
Кроме ограничения на длину сегмента существуют ограничения на максимальное количество сегментов в сети (и, как следствие, на максимальную длину сети), на максимальное количество рабочих станций, подключенных к сети и на длину трансиверного кабеля.
Однако в большинстве случаев эти ограничения несущественны. Более того, часто возможности толстого кабеля избыточны. Вы можете сэкономить немало денег, если сделаете сеть на основе тонкого кабеля, так как в этом случае вам не потребуются ни трансиверы, ни трансиверные кабели. Да и тонкий сетевой кабель дешевле толстого.
На рис. 5 показано оборудование, необходимое для сети Ethernet на толстом кабеле.
Рис. 5. Оборудование Ethernet для толстого кабеля
2.1.2. Тонкий коаксиальный кабель
Тонкий коаксиальный кабель, используемый для Ethernet, имеет диаметр 0,2 дюйма и волновое сопротивление 50 Ом. Импортный кабель называется RG-58A/U и соответствует спецификации 10BASE2. Можно использовать также кабель РК-50, выпускаемый нашей промышленностью.
Сеть Ethernet на тонком кабеле существенно проще, чем на толстом (рис. 6).
Рис. 6. Ethernet на тонком коаксиальном кабеле
Как правило, все сетевые адаптеры имеют два разъема. Один из них предназначен для подключения многожильного трансиверного кабеля, второй - для подключения небольшого тройника, называемого Т-коннектором.
Т-коннектор с одной стороны подключается к сетевому адаптеру, а с двух других сторон к нему подключаются отрезки тонкого коаксиального кабеля с соответствующими разъемами на концах. При этом получается, что коаксиальный кабель подключается как бы непосредственно к сетевому адаптеру, поэтому не нужны трансивер и трансиверный кабель.
На концах сегмента должны находиться терминаторы, которые подключаются к свободным концам Т-коннекторов. Один (и только один!) терминатор в сегменте должен быть заземлен.
Сети на тонком кабеле имеют худшие параметры по сравнению с сетями на базе толстого кабеля (табл. 4). Но стоимость сетевого оборудования, необходимого для создания сети на тонком кабеле, существенно меньше.
Следует отметить, что некоторые фирмы выпускают адаптеры Ethernet, способные работать при длине сегмента до 300 метров (например, адаптеры фирмы 3COM). Однако такие адаптеры стоят дороже и вся сеть в этом случае должна быть сделана с использованием адаптеров только одного типа. Для того чтобы принять решение о покупке более дорогих адаптеров, сравните дополнительные затраты со стоимостью репитера, который потребуется для получения необходимой общей длины сети.
Таблица 4. Ограничения для Ethernet на тонком кабеле
Как правило, большинство сетей Ethernet создано именно на базе тонкого кабеля. На рис. 7 показано оборудование, необходимое для сети Ethernet на тонком кабеле.
Рис. 7. Оборудование Ethernet для тонкого кабеля
2.1.3. Неэкранированная витая пара
Некоторые (но не все) сетевые адаптеры Ethernet способны работать с кабелем, представляющим собой простую неэкранированную витую пару проводов (спецификация 10BASE-T). В качестве такого кабеля можно использовать обычный телефонный провод и уже имеющуюся в вашей организации телефонную сеть.
Сетевые адаптеры, способные работать с витой парой, имеют разъем, аналогичный применяемому в импортных телефонных аппаратах.
Для сети Ethernet на базе витой пары необходимо специальное устройство - концентратор. К одному концентратору через все те же телефонные розетки можно подключить до 12 рабочих станций. Максимальное расстояние от концентратора до рабочей станции составляет 100 метров. При этом скорость передачи данных такая же, как и для коаксиального кабеля, - 10 Мбит в секунду.
Достоинства сети на базе витой пары очевидны - низкая стоимость оборудования и возможность использования имеющейся телефонной сети. Однако есть серьезные ограничения на количество станций в сети и на ее длину.
2.1.4. Сетевой адаптер Ethernet
Вне зависимости от используемого кабеля для каждой рабочей станции вам потребуется приобрести сетевой адаптер. Сетевой адаптер - это плата, которая вставляется в материнскую плату компьютера. Она имеет как минимум два разъема для подключения к сетевому кабелю.
Для Ethernet в стандарте ISA используется три вида сетевых адаптеров: 8-битовые, 16-битовые и 32-битовые. 8-битовый адаптер может вставляться в 8-битовый или 16-битовый слоты материнской платы и используется главным образом в компьютерах IBM XT или IBM PC, где нет 16-битовых слотов. Иногда 8-битовые адаптеры покупают и для компьютеров IBM AT, если требования к скорости передачи данных невысоки. Для 16-битового адаптера необходимо использовать 16-битовый слот.
Если ваши компьютеры реализованы на базе процессора 80386 или 80486, имеет смысл рассмотреть возможность приобретения скоростного 32-битового сетевого адаптера, по крайней мере для тех станций, на которые приходится максимальная нагрузка.
Сетевые адаптеры могут быть рассчитаны на архитектуру ISA, EISA или Micro Channel. Первая архитектура используется в компьютерах серии IBM AT и совместимых с ними, вторая - в мощных станциях на базе процессоров 80486, третья - в компьютерах PS/2 фирмы IBM. Учтите, что конструктивно эти типы адаптеров отличаются друг от друга. И хотя вы сможете вставить адаптер ISA в шину EISA, вам никогда не удастся установить адаптер EISA в шину ISA. Конструктив Micro Channel полностью несовместим с ISA и EISA.
Для ускорения работы на плате сетевого адаптера может находиться буфер. Размер этого буфера различен для адаптеров разных типов и может составлять от 8 Кбайт для 8-битовых адаптеров до 16 Кбайт и более для 16- и 32-битовых адаптеров.
Сетевые адаптеры Ethernet используют порты ввода/вывода и один канал прерывания. Некоторые адаптеры могут работать с каналом прямого доступа к памяти (DMA).
На плате адаптера может располагаться микросхема постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) для создания так называемых бездисковых рабочих станций. Это компьютеры, в которых нет ни винчестера, ни флоппи-дисков. Загрузка операционной системы выполняется из сети, и выполняет ее программа, записанная в микросхеме дистанционной загрузки.
Перед тем как вставить адаптер в материнскую плату компьютера, необходимо с помощью переключателей (расположенных на плате адаптера) задать правильные значения для портов ввода/вывода, канала прерывания, базовый адрес ПЗУ дистанционной загрузки бездисковой станции. Подробнее об установке переключателей мы расскажем в главе "Монтаж сети".
2.1.5. Репитер
Если длина сети превышает максимальную длину сегмента сети, необходимо разбить сеть на несколько (до пяти) сегментов, соединив их через репитер.
Конструктивно репитер может быть выполнен либо в виде отдельной конструкции со своим блоком питания, либо в виде платы, вставляемой в слот расширения материнской платы компьютера.
Репитер в виде отдельной конструкции стоит дороже, но он может быть использован для соединения сегментов Ethernet, выполненных как на тонком, так и на толстом кабеле, так как он имеет и коаксиальные разъемы, и разъемы для подключения трансиверного кабеля. С помощью этого репитера можно даже соединять в единую сеть сегменты, выполненные и на тонком, и на толстом кабеле.
Репитер в виде платы имеет только коаксиальные разъемы и поэтому может соединять только сегменты на тонком коаксиальном кабеле. Однако он стоит дешевле и не требует отдельной розетки для подключения электропитания.
Один из недостатков встраиваемого в рабочую станцию репитера заключается в том, что для обеспечения круглосуточной работы сети станция с репитером также должна работать круглосуточно. Если вы выключите питание, связь между сегментами сети будет нарушена.
Функции репитера заключаются в физическом разделении сегментов сети и обеспечении восстановления пакетов, передаваемых из одного сегмента сети в другой.
Репитер повышает надежность сети, так как отказ одного сегмента (например, обрыв кабеля) не сказывается на работе других сегментов. Однако, разумеется, через поврежденный сегмент данные проходить не могут.
2.2. Аппаратура Arcnet
Для организации сети Arcnet вам потребуется специальный сетевой адаптер. Этот адаптер имеет один внешний разъем для подключения коаксиального кабеля.
Каждый адаптер Arcnet должен иметь для данной сети свой номер. Этот номер устанавливается переключателями, расположенными на адаптере, и находится в пределах от 0 до 255.
Сетевые адаптеры рабочих станций через коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 93 Ом подключаются к специальному устройству - концентратору. Возможно также использование неэкранированной витой пары.
Концентраторы бывают пассивными (Passive Hub) или активными (Active Hub). К одному концентратору (в зависимости от его типа) может подключаться 4, 8, 16 или 32 рабочих станции.
Ограничения для сети Arcnet приведены в табл. 5.
Таблица 5. Ограничения для сети Arcnet
Достоинствами сети Arcnet являются низкая стоимость сетевого оборудования (по сравнению с Ethernet) и большая длина сети (до 6 километров). Однако низкая скорость передачи данных, составляющая 2,44 мегабита в секунду, ограничивает применение сети Arcnet.
2.3. Аппаратура Token-Ring
Что касается сети Token-Ring, то ее название может ввести вас в заблуждение. Топология этой сети больше похожа на топологию звезды, чем на топологию кольца. Вместо того чтобы, соединяясь друг с другом, образовывать кольцо, рабочие станции Token-Ring подключаются радиально к концентратору типа 8228 производства IBM. Правда, концентраторов может быть несколько, и в этом случае концентраторы действительно объединяются в кольцо через специальные разъемы.
Однако если используется только один концентратор, то объединяющие разъемы можно не закольцовывать.
Скорость передачи данных в сети Token-Ring может достигать 4 или
16 Мбит
в секунду, однако стоимость сетевого оборудования выше, чем для сети Ethernet.
Кроме того, существуют и другие ограничения (см. табл. 6).
Таблица 6. Ограничения для сети Token Ring
Как видно из этой таблицы, сети Token-Ring не рассчитаны на большие расстояния. Все компьютеры должны быть расположены на одном или двух этажах здания. Более высокая стоимость оборудования по сравнению с Ethernet дополнительно уменьшает привлекательность этого изделия IBM.
Аппаратные компоненты ЛВС: рабочие станции, серверы, интерфейсные платы и кабели.
Рабочие станции (РС) – персональные ЭВМ, - рабочие места пользователей сети. Иногда в РС могут отсутствовать накопители на жестких дисках. Такие рабочие станции называют бездисковыми РС. Их преимущество – низкая стоимость, высокая защищенность от проникновения в систему посторонних и компьютерных вирусов; недостаток – нет возможности работать в автономном режиме, иметь собственные архивы данных и программ.
Серверы в ЛВС выполняют функции распределения сетевых ресурсов. Сервер – это достаточно мощный персональный компьютер, мини-ЭВМ или специальная ЭВМ-сервер. В одной сети может быть несколько серверов. Персональный компьютер-сервер может совмещать функции сервера и рабочей станции. Совокупность компьютеров сервера и относящихся к серверу рабочих станций называют доменом.
Используемые в ЛВС сетевые адаптеры имеют три основные характеристики: тип шины компьютера, к которому они подключаются (ISA,EISA,Micro Channel и пр.), разрядность (8, 16, 32, 64) и используемый метод доступа к сетевому каналу данных.
Основные схемы объединения компьютеров в ЛВС: «звезда», «кольцо» и «общая шина».
Широко используемые методы доступа к сетевому каналу:
o Ethernet (поддерживает шинную топологию);
o Arcnet (поддерживает звездную топологию);
o Token-Ring (поддерживает кольцевую топологию).
В классификации топологий ЛВС выделяют два основных класса: широковещательные и последовательные.
В широковещательных конфигурациях каждый персональный компьютер передает сигналы, которые могут быть восприняты другими компьютерами. К таким конфигурациям относятся топологии «общая шина», «дерево» и «звезда с пассивным центром».
В последовательных конфигурациях каждый физический подуровень передает информацию одному компьютеру. Примеры: произвольная (произвольное соединение компьютеров), иерархическая, «кольцо», «цепочка», «звезда с интеллектуальным центром», «снежинка».
Для соединения компьютеров в ЛВС используют коаксидный (тонкий и толстый) кабель, «витая пара» и оптоволокно, ведутся работы по внедрению беспроводных радиосетей.
Дополнительное оборудование ЛВС – источники бесперебойного питания, модемы, трансиверы, повторители и разъемы (коннекторы, терминаторы).
Принципы управления
Существует два основных принципа управления в ЛВС: централизованное и децентрализованное. В централизованных сетях имеется центральный узел (компьютер-сервер (КС)) и рабочие станции.
Основное назначение компьютера-сервера – управление передачей данных в сети и хранение файлов, используемых многими рабочими станциями. К компьютерам-серверам обычно подключаются лазерные принтеры, факсы, модемы, сканеры и т.д.
Сетевые операционные системы, реализующие централизованное управление: Microsoft Windows NT Server, Novell NetWare (версии 3.Х и 4.Х) и другие.
Преимущества централизованных сетей: высокая защищенность сетевых ресурсов от несанкционированного доступа, удобство администрирования сети, возможность создания сетей с большим числом узлов.
Недостатки: уязвимость системы при нарушении работоспособности файл-сервера, а также в предъявлении высоких требований к ресурсам серверов.
Сети с децентрализованным управлением (одноранговые сети) не содержат компьютер-сервер. Функции управления сетью поочередно передаются от одной рабочей станции к другой. Основные ресурсы всех рабочих станций обычно являются общедоступными. Одноранговые сети строятся на следующих программах и пакетах: Novell NetWare Lite, Windows for Workgroups, Windows95/98 и другие.
Развертывание одноранговой сети для небольшого числа рабочих станций позволяет построить более эффективную и живучую распределенную вычислительную среду. Сетевое программное обеспечение является более простым по сравнению с централизованными сетями. Однако такие сети слабее с точки зрения защиты информации и администрирования.
Потребитель ресурсов в сети называется клиентом , а предоставляющий ресурсы компонент сети – сервером . Основные виды ресурсов: аппаратные (целая ЭВМ, дисковый накопитель, устройство печати и т.д.), программные и информационные. Типичными клиентами сети являются: ЭВМ, пользователь или программа. Для аппаратного ресурса используются термины – диск-сервер (файловый сервер или файл-сервер). Обработка поступающих сообщений выполняется серверами сообщений, обработка запросов к базе данных – серверами баз данных, выполнение приложений пользователя – серверами приложений. Иногда одним термином называют разные (аппаратные и аппаратно-программные) компоненты вычислительной системы. Например, сервер печати – компьютер с подключенным к нему принтером, программа печати или компьютер с программным обеспечением управления печатью.
Независимо от того, в какой сети работает некоторый компьютер, функции установленного на нем программного обеспечения условно можно разделить на две группы:
управление ресурсами самого компьютера (в том числе и в интересах решения задач для других компьютеров)
управление обменом с другими компьютерами (сетевые функции).
Собственными ресурсами компьютера традиционно управляет ОС. Функции сетевого управления реализует сетевое ПО , которое может быть выполнено как в виде отдельных пакетов сетевых программ, так и виде сетевой ОС (СОС). При разработке сетевого ПО используется иерархический подход, предполагающий определение совокупности сравнительно независимых уровней и интерфейсов между ними. Это позволяет легко модифицировать алгоритмы программ произвольного уровня без существенного изменения других уровней. В общем случае допускается упрощение функций некоторого уровня или даже его полная ликвидация.
Для упорядочения разработки сетевого ПО и обеспечения возможности взаимодействия любых вычислительных систем, Международная Организация по Стандартизации (International Organization for Standardization - ISO) разработала Эталонную Модель взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection Reference model - модель OSI).
Эталонная Модель определяет следующие семь функциональных уровней:
физический (physical layer);
канальный или управления линией (звеном) передачи (data link);
сетевой (network layer);
транспортный (transport layer);
сеансовый (session layer);
представительный (presentation layer);
прикладной или уровень приложений (application layer).
Отличия сетей друг от друга вызваны особенностями используемого аппаратного и программного обеспечения, различной интерпретацией рекомендаций фирмами-разработчиками, различием требований к системе со стороны решаемых задач (требования защищенности информации, скорости обмена, безошибочности передачи данных и т.д.) и другими причинами. В сетевом ПО локальных сетей часто наблюдается сокращение числа реализуемых уровней.
Аппаратные средства лвс
Основными аппаратными компонентами ЛВС являются: рабочие станции, серверы, интерфейсные платы и кабели.
Рабочие станции (PC) - это, как правило, персональные ЭВМ, которые являются рабочими местами пользователей сети. Иногда в PC, непосредственно подключенной к сетевому кабелю, могут отсутствовать накопители на магнитных дисках. Такие PC называют бездисковыми рабочими станциями . Основным преимуществом бездисковых PC является низкая стоимость, а также высокая защищенность от несанкционированного проникновения в систему пользователей и компьютерных вирусов. Недостаток бездисковой PC заключается в невозможности работать в автономном режиме (без подключения к серверу) и иметь собственные архивы данных и программ.
Серверы в ЛВС выполняют функции распределения сетевых ресурсов. Обычно его функции возлагают на достаточно мощный ПК, мини-ЭВМ, большую ЭВМ или специальную ЭВМ-сервер. В одной сети может быть один или несколько серверов. Каждый из серверов может быть отдельным или совмещенным с PC. В последнем случае только часть ресурсов сервера оказывается общедоступной.
При наличии в ЛВС нескольких серверов, каждый из них управляет работой подключенных к нему PC. Совокупность компьютеров сервера и относящихся к нему PC часто называют доменом . Иногда в одном домене находится несколько серверов. Обычно один из них является главным, а другие - выполняют роль резерва (на случай отказа главного сервера) или логического расширения основного сервера.
Используемые сетевые адаптеры имеют три основные характеристики: тип шины компьютера, к которому они подключаются (ISA, EISA, Micro Channel и пр.), разрядность (8, 16, 32, 64) и используемый метод доступа к сетевому каналу данных.
Существуют различные схемы объединения компьютеров в ЛВС. Классическими считаются топологии "звезда", "кольцо" и "общая шина". Наиболее широко используются следующие стандартизованные методы доступа к сетевому каналу:
Ethernet (поддерживает шинную топологию);
Arcnet (поддерживает звездную топологию);
Token-Ring (поддерживает кольцевую топологию).
Конфигурация соединения элементов в сеть (топология) во многом определяет такие важнейшие характеристики сети, как ее надежность, производительность, стоимость, защищенность и т.д.
Одним из подходов к классификации топологий ЛВС является выделение двух основных классов топологий:
широковещательных
последовательных .
В широковещательных конфигурациях каждый персональный компьютер передает сигналы, которые могут быть восприняты остальными компьютерами. К таким конфигурациям относятся топологии "общая шина", "дерево", "звезда с пассивным центром". Сеть типа "звезда с пассивным центром" можно рассматривать как разновидность "дерева", имеющего корень с ответвлением к каждому подключенному устройству.
В последовательных конфигурациях каждый физический подуровень передает информацию одному компьютеру. Примерами последовательных конфигураций являются: произвольная (произвольное соединение компьютеров), иерархическая, "кольцо", "цепочка", "звезда с интеллектуальным центром", "снежинка".
Для соединения компьютеров в ЛВС чаще всего используют коаксиальный кабель (тонкий и толстый). Помимо коаксиального кабеля может применяться "витая пара" и оптоволокно. В последнее время ведутся интенсивные работы по разработке и внедрению беспроводных радиосетей. Известные системы на их основе, по сравнению с кабельными системами, пока значительно уступают по скорости передачи данных и дальности приема (сотни метров), но позволяют создавать мобильные распределенные системы.
К дополнительному оборудованию ЛВС относят источники бесперебойного питания, модемы, трансиверы, повторители, а также различные разъемы (коннекторы, терминаторы).
Для объединения компьютеров в настоящее время используется большое количество различных устройств (сетевых аппаратных средств). В локальных сетях наиболее часто используются сетевые адаптеры (сетевые карты), концентраторы, коммутаторы, маршрутизаторы.
Рассмотрим более подробно каждый тип оборудования.
Сетевой адаптер – это устройство необходимое для подключения компьютера к локальной сети. Сетевой адаптер устанавливается в свободный слот (разъем) материнской платы компьютера, как и адаптеры, выполняющие другие функции, например видеоадаптер. Сетевые адаптеры можно классифицировать по следующим признакам:
· в зависимости от типа и разрядности используемой в компьютере внутренней шины;
· в зависимости от типа принятой в сети сетевой технологии – Ethernet, Token Ring, FDDI и т. д.;
· в зависимости от типа среды (канала) передачи данных – коаксиальный кабель, оптоволоконный кабель, кабель типа витая пара.
Сетевой адаптер присоединяется к кабелю с помощью специальных коннекторов, тип которых зависит от типа кабеля. Например, для кабеля типа витая пара используется коннектор типа RG-45, внешне напоминающий разъем для подключения телефона. Для подключения к коаксиальному кабелю используются так называемые BNC-коннекторы и Т-коннекторы. Существуют сетевые адаптеры, использующие беспроводной принцип взаимодействия. В настоящее время тремя главными типами беспроводной передачи данных являются радиосвязь, связь в микроволновом диапазоне и инфракрасная связь. Наиболее распространенным, в настоящее время, вариантом организации беспроводной локальной сети является использование WiFi оборудования. WiFi является аббревиатурой от «Wireless Fidelity» (беспроводная связь) и представляет собой стандарт беспроводного доступа, обеспечивающий скорость передачи информации до 54 Мбит/сек.
Каждый сетевой адаптер имеет уникальный внутренний номер, так называемый MAC-адрес, позволяющий однозначно идентифицировать источник информации в сетевой среде.
Различные типы кабелей используются в качестве носителей, или среды передачи данных. Хотя беспроводные технологии передачи данных становятся все более популярными в настоящее время, основным типом носителя для сетевых коммуникаций остается кабель. Наиболее распространены кабели следующих типов:
· кабель типа витая пара;
· коаксиальный кабель;
· оптоволоконный кабель.
Концентратор (многопортовый повторитель, или HUB) – это устройство, используемое для объединения отдельных рабочих мест (компьютеров) в локальную сеть. Современные концентраторы имеют, как правило, 8, 12, 16, 24, или 48 портов (разъемов) для подключения компьютеров. Все порты концентратора равноправны. При получении сигнала от одного из подключенных к нему компьютеров концентратор транслирует его на все остальные порты. Таким образом, концентратор является центральной точкой соединения компьютеров в сети.
Коммутатор (switch) – это устройство, которое также может использоваться для объединения компьютеров, или различных сегментов локальной сети. В отличии от концентратора, коммутатор при получении сигнала (пакета данных) от одного из подключенных к нему компьютеров не транслирует его на все остальные порты, а передает его только в тот порт, к которому подключен компьютер, являющийся получателем этого пакета данных.
Маршрутизатор (router) – это сетевое коммуникационное устройство, выполняющие маршрутизацию информации, т.е. определение наилучшего маршрута для передачи информации от источника к пункту назначения и передачу информации по этому маршруту. Маршрутизаторы связывают в объединенную сеть несколько подсетей и поэтому передача информации от одного компьютера к другому возможна по нескольким маршрутам.
