Архитектуры вычислительных сетей

Как правило, ЛВС на основе ПК состоят из самих компьютеров, снабженных сетевыми платами (адаптерами), обеспечивающими сопряжение компьютера с другими ПК сети, и линиями связи, соединяющими все ПК через их сетевые платы. Каждая сетевая плата снабжается уникальным адресом, унифицирующим содержащий ее компьютер и известный файловому серверу и другим компьютерам сети. Установка идентифицирующего адреса производится посредством DIP-переключателей или программно. Так как файловый сервер предназначен для обслуживания многих запросов со стороны абонентов (рабочих мест), то в случае его центрального расположения в сети он должен быть снабжен более производительной сетевой платой, чем остальные ПК сети.

Кабели

В качестве линий связи ЛВС используют в основном кабельные соединения (телефонные, коаксиальные, оптоволоконные и др.) Данные по кабелю передаются в виде пакетов, пересылающихся с одного сетевого устройства на другое. Существует несколько типов кабелей, каждый из которых имеет свои преимущества. Выбор того или иного типа соединений определяет целый ряд важных сетевых характеристик:

· Скорость обмен информацией;

· Максимальное расстояние между узлами сети без дополнительного усилительного оборудования;

· Надежность;

· Помехозащищенность;

· Уровень защиты передаваемой информации;

· Стоимость т.д.

Наиболее дешевым и простым в подключении является телефонный (двужильный) кабель типа "витая пара" (TP, Twisted Pair). Кабель типа "витая пара" бывает двух видов: экранированная витая пара (STP, Shielded Twisted Pair) и неэкранированная витая пара (UTP, Unshielded Twisted Pair). Оба типа кабеля состоят из пары скрученных медных проводов. Кабель типа "неэкранированная витая пара" стал наиболее популярным благодаря своей низкой стоимости, гибкости и простоте инсталляции. Единственным недостатком такого кабеля является уязвимость к электрическим помехам и "шумам" в линии.

Популярным видом среды передачи данных на небольшие расстояния (до 300 м) становится неэкранированная витая пара, которая включена практически во все современные стандарты и технологии локальных сетей и обеспечивает пропускную способность до 150 Мб/с. Монтаж сети по” витой паре” ведется только по топологии “звезда”. Такая связь не защищена от несанкционированного доступа к передаваемой информации.

Рис.5. Кабельные линии связи

Коаксиальный кабель состоит из центрального проводника (сплошного или многожильного), покрытого слоем полимерного изолятора, поверх которого расположен другой проводник (экран). Экран представляет собой оплетку из медного провода вокруг изолятора или обернутую вокруг изолятора фольгу. В высококачественных кабелях присутствуют и оплетка и фольга. Коаксиальный кабель обеспечивает более высокую помехоустойчивость по сравнению с витой парой, но он дороже. Существуют различные виды коаксиальных кабелей. При установке сети следует выбирать кабель в точном соответствии со спецификацией.

Используются коаксиальные кабели: “толстый" диаметром 12,5 мм и "тонкий" диаметром 6,25 мм. "Толстый" кабель имеет меньшее затухание, лучшую помехозащищенность, что обеспечивает возможность работы на больших расстояниях, но он плохо гнется, что затрудняет прокладку соединений в помещениях, и дороже "тонкого". Коаксиальный кабель имеет умеренную стоимость, экранирован и в настоящее время наиболее используем в качестве передающей среды ЛВС; он обеспечивает скорость передачи информации до 50 Мб/с и связь между узлами сети на достаточно больших расстояниях9до 2000 м). Коаксиальные кабели хорошо себя зарекомендовали в системах кабельного телевидения- кабели и сопутствующее им оборудование надежны и недороги. Используется несколько типов коаксиального кабеля (телевизионные, Ethernet, Cluster Bus, Cheaper net и др.), различающиеся технико-эксплуатационными характеристиками и стоимостью.

Наряду с коаксиальными используются биаксиальные и триаксиальные кабели, имеющие лучшие электрические характеристики, чем первые. Кабели указанных типов позволяют поддерживать ISDN-стандарт, обеспечивающий одновременную передачу по одной и той же линии связи данных, звуковой и видеоинформации. В ряде случаев могут использоваться силовые кабели, которыми достаточно плотно насыщены городские коммуникации; однако в случае их коммерческого использования возникает ряд непростых проблем.

Наиболее дорогими являются оптопроводники, называемые также стекловолоконным кабелем. Они передают данные без повторителей на расстояние до 50 км со скоростью до 10 Гб/с. Внешнее воздействие помех практически отсутствует. На данный момент это наиболее дорогостоящее соединение для ЛВС. Применяются там, где возникают электромагнитные поля помех или требуется передача информации на очень большие расстояния без использования повторителей. Они обладают противоподспушивающими свойствами, так как техника ответвлений в оптоволоконных кабелях очень сложна. Оптопроводники объединяются в JIBC с помощью звездообразного соединения.

Протоколы.

Все локальные вычислительные сети работают в одном стандарте, принятом для компьютерных сетей – в стандарте OSI – (International Standards Organization).Эта модель является международным стандартом для передачи данных. Модель содержит семь отдельных уровней:

Уровень 1: физический - битовые протоколы передачи информации;

Уровень 2: канальный - формирование кадров, управление доступом к среде;

Уровень 3: сетевой - маршрутизация, управление потоками данных;

Уровень 4: транспортный - обеспечение взаимодействия удаленных процессов;

Уровень 5: сеансовый - поддержка диалога между удаленными процессами;

Уровень 6: представлении данных - интерпретация передаваемых данных;

Уровень 7: прикладной - пользовательское управление данными.

Основная идея этой модели заключается в том, что каждому уровню отводится конкретная роль, в том числе и в транспортной среде. Благодаря этому общая задача передачи данных расчленяется на отдельные легко обозримые задачи. Необходимые соглашения для связи одного уровня с выше- и нижерасположенными называют протоколом.

Язык общения компьютеров называется сетевым протоколом. В настоящее время широкое применение получили пакетные протоколы. При использовании протоколов этого типа данные, которыми обмениваются компьютеры, делятся на блоки. Каждый блок помещается в “конверт” (инкапсулируется), в результате чего получается пакет. Пакет содержит как сами данные, так и служебную информацию: от кого отправлен пакет, кому предназначен, какой пакет должен следовать за ним и т. д. Пакетный протокол обеспечивает циркуляцию пакета в сети, а также получение их адресатом и сборку. Каждая рабочая станция периодически подключается к сети (по прерываниям) и проверяет проходящие пакеты. Те, что адресованы ей, она забирает, а остальные пересылает дальше. ОС Windows поддерживают несколько различных сетевых протоколов. В зависимости от того, какое оборудование использовано при создании локальной сети, применяется тот или иной протокол. Протокол выбирают с помощью значка Сеть в окне Панель управления (Пуск ®Настройка®Панель управления®Сеть® Добавить).

Среди ЛВС на базе персональных компьютеров различают сети с выделенным сервером (централизованным управлением) и так называемые одноранговые сети.

В одноранговых сетях при совместном использовании информации каждая станция может выступать и клиент и как сервер. Таким образом, функции управления сетью передаются от одной станции к другой. В одноранговых сетях пользователям также предоставляется возможность совместного использования принтеров, накопителей, модемов и других ресурсов ЛВС.

В компьютерных сетях с централизованным управлением имеется выделенный автономный компьютер, который выполняет функции только файлового сервера[2]. Такие системы называются ЛВС с файловым сервером. Сервер выполняет роль управляющего центра и концентратора данных.

Оба типа сетей имеют свои достоинства и недостатки. Одноранговые ЛВС достаточно дешевы и просты в обслуживании, однако не могут обеспечить должной защиты информации при большом размере сети. ЛВС с выделенным сервером имеют хорошие возможности для расширения, но требуют постоянного квалифицированного обслуживания.