Автор работы: Пользователь скрыл имя, 20 Ноября 2013 в 19:18, курс лекций
Пока компьютер работал в автономной среде, приходилось распечатывать каждый документ, или копировать на дискету и так передавать другим пользователям. Такой способ обмена результатами работы на компьютере, по крайней мере, задерживал использование этих результатов, и часто понижал их значение. В этой ситуации появилась необходимость соединить компьютеры между собой. Группа соединенных, взаимодействующих компьютеров и других устройств образует компьютерную сеть (network).
Предисловие--------------------------------------------------------------------------------------------- 4
Глава 1. Общие сведения о компьютерных сетях 6
1.1. Концепция компьютерной сети----------------------------------------------------- 6
1.2. Сети одноранговые и на основе сервера------------------------------------------- 6
1.3. Компоновка сети------------------------------------------------------------------------- 8
Глава 2. Соединение сетевых компонентов 14
2.1. Введение---------------------------------------------------------------------------------- 14
2.2. Кабельная среда компоновки сети-------------------------------------------------- 14
2.2.1. Коаксиальный кабель ---------------------------------------------------------- 14
2.2.2. Витая пара ----------------------------------------------------------------------- 17
2.2.3. Оптоволоконный кабель ------------------------------------------------------ 20
2.3. Беспроводные сети---------------------------------------------------------------------- 20
2.4. Сетевые адаптеры----------------------------------------------------------------------- 23
2.5. Сетевые адаптеры и производительность сети------------------------------------ 28
2.6. Специализированные платы сетевого адаптера и ПЗУ удалённой загрузки 29
Глава 3. Функционирование сети 31
3.1. Сетевые модели--------------------------------------------------------------------------- 31
3.2. Уровни модели OSI---------------------------------------------------------------------- 33
3.3. Драйверы----------------------------------------------------------------------------------- 37
3.4. Передача данных по сети--------------------------------------------------------------- 39
3.5. Протоколы--------------------------------------------------------------------------------- 41
Глава 4. Сетевые архитектуры 45
4.1. Введение----------------------------------------------------------------------------------- 45
4.2. Ethernet------------------------------------------------------------------------------------- 45
4.3. Token Ring--------------------------------------------------------------------------------- 50
4.4. FDDI----------------------------------------------------------------------------------------- 54
Глава 5. Глобальные или большие сети 61
5.1. Введение------------------------------------------------------------------------------------ 61
5.2. Обобщенная структура и функции глобальной сети------------------------------ 61
5.3. Компоненты глобальных сетей-------------------------------------------------------- 64
5.3.1. Модем (modem) ------------------------------------------------------------------- 64
5.3.2. Повторители (repeaters) --------------------------------------------------------- 66
5.3.3. Мосты (bridges) ------------------------------------------------------------------- 68
5.3.4. Маршрутизаторы (routers) ------------------------------------------------------ 70
5.3.5. Шлюзы (gateways) ---------------------------------------------------------------- 72
Глава 6. Современные технологии глобальных сетей 74
6.1. Введение------------------------------------------------------------------------------------ 74
6.2. Технология Х.25--------------------------------------------------------------------------- 75
6.3. Технология Frame Relay----------------------------------------------------------------- 78
6.4. Технология ATM-------------------------------------------------------------------------- 80
6.4.1. Основные принципы функционирования АТМ ---------------------------- 80 6.4.2. Архитектура АТМ ---------------------------------------------------------------- 83
6.5. Технология ISDN-------------------------------------------------------------------------- 87
6.5.1. Принципы функционирования ISDN ----------------------------------------- 87
6.5.2. Подключение пользовательского оборудования к сети ISDN ---------- 91
6.6. Технология SONET/SDH----------------------------------------------------------------- 93
6.6.1. Принципы функционирования SONET/SDH -------------------------------- 93
6.6.2. Применение цифровых первичных сетей ------------------------------------ 98
Литература 101
При компоновке сети в первую очередь выбирается способ организации физических связей между компьютерами данной сети. Структура этих связей определяет топологию
сети. Характеристики сети значительно зависят от типа топологии (topology). Базовыми топологиями для компьютерных сетей являются: шина, звезда и кольцо.
При шинной топологии все компьютеры подключены вдоль сегмента (segment)
одного кабеля.
Рис. 1.3. Сеть с топологией "шина"
Данная топология является наиболее простой и распространенной реализацией сети. В сети с топологией "шина" компьютеры адресуют данные конкретному компьютеру.
Электрические сигналы передаются всем компьютерам сети, однако информацию принимает только тот компьютер, чей адрес соответствует адресу получателя. Причем в каждый момент времени вести передачу может только один компьютер.
Шина называется пассивной топологией, так как все компьютеры сети только "слушают" передаваемые сигналы, и каждый из них реагирует только на сигнал ему адресованный.
При шинной топологии особое внимание обращается на отраженный сигнал. Электрические сигналы, распространяясь по кабелю, достигнув конца кабеля, отражаются, и обратно распространяясь по кабелю, создают помехи в сети. Чтобы предотвратить отражение электрических сигналов, на концах кабеля устанавливаются терминаторы (terminators), поглощяющие сигналы на концах.
Это относится и к кабелям присоединения компьютеров к сети, поэтому каждый компьютер должен подключаться через терминатор. В такой ситуации отключение отдельных компьютеров не вызовет нарушение работы остальной части сети.
Рис. 1.4. Терминаторы в сети
Следующим важным вопросом функционирования сети с топологией "шина" является ее расширение. Такой вопрос практически всегда возникает и сводится он к добавлению кабельного участка для подключения дополнительных компьютеров.
Расширение сети сводится к соединению двух отрезков кабеля: раннее существующего и добавляемого. Соединение двух отрезков кабеля в шинной компьютерной сети можно производить двумя способами: включением между соединяющимися отрезками баррел-коннектора (barrel connector) или повторителя (repeatеr).
Рис. 1.5. Соединение отрезков кабеля
Рис. 1.6. Повторитель в сети
Баррел-коннектор - специальный стыковочный элемент, который обеспечивает передачу сигнала от сегмента к сегменту, однако частично ее ослабевает. Повторитель перед передачей сигнала к последующему сегменту его и усиливает, и восстанавливает.
Таким образом, при незначительных расширениях сети, можно применять баррел- коннектор, а при значительных – предпочтение отдается повторителям.
При топологии "звезда" компьютеры с помощью сегментов кабеля подключаются к центральному компоненту – концентратору (hub) .
Рис. 1.7. Сеть с топологией "звезда"
Сигнал от любого компьютера поступает к центральному компоненту сети и от него к любому необходимому в данный момент компьютеру.
Расширение сети сводится к возможности концентратора и количеству его стыковочных узлов. Выход из строя отдельных компьютеров отражается только на работу этого узла, а сеть в целом продолжает нормально функционировать. Выход из строя концентратора приводит к парализации всей сети.
Надо подчеркнуть, что компоновка сети по топологии "звезда" приводит к большим расходам кабеля.
В компоновке сети решающая роль принадлежит концентратору. Концентраторы бывают активные (active) и пассивные (passive). Активные регенерируют и передают сигналы так же, как и повторители. Их необходимо подключать к электросети. Пассивные пропускают через себя сигнал, как традиционные узлы коммутации, не усиливая и не восстанавливая их, внося искажения и затухания. Они к электросети, естественно, не подключаются.
При топологии "кольцо" компьютеры подключаются к кабелю, замкнутому в кольцо.
Рис. 1.8. Сеть с топологией "кольцо"
В этом случае у кабеля просто нет свободного конца (нет вообще понятия начало- конец) и, соответственно, нет необходимости ставить терминатор. Сигналы передаются по каналу в одном направлении и проходят через каждый компьютер и все они являются повторителями, т.е. восстанавливают циркулирующий по сети сигнал и передают последующему компьютеру. Однако выход из строя хоть одного компьютера, может стать причиной прекращения функционирования всей сети. Даже отключение компьютера должно происходить прямым пересоединением кабельных сегментов со стороны приема и передачи сигналов, или через баррел-коннектор, или повторитель.
В настоящее время при компоновке сети все чаще используется комбинирование топологий, которые сочетают отдельные свойства шины, звезды и кольца.
Звезда-шина - это комбинация топологии "шина" и "звезда". Обычно схема выглядит так: несколько сетей с топологией "звезда" объединяются при помощи магистральной линейной шины.
В этом случае выход из строя одного компьютера не сказывается на работе всей системы – остальные компьютеры по-прежнему взаимодействуют друг с другом. А выход из строя одного концентратора повлечет за собой отсоединение от сети только определенного участка.
Рис. 1.9. Сеть с топологией "звезда-шина"
Звезда-кольцо это комбинация топологий "звезда" и "кольцо" - объединение в одну сеть с помощью главного концентратора, образуя звезду. Кольцо же реализуется внутри главного концентратора.
Рис.1.10. Сеть с топологией "звезда-кольцо"
Общие характеристики топологии
Существует множество факторов, которые необходимо учитывать при выборе топологии для каждой конкретной сети. Эта таблица поможет вам сделать правильный выбор.
Преимущества
Недостатки
Шина
Кольцо
Звезда
Экономный расход кабеля. Сравнительно недорогая и несложная в использовании среда передачи. Простота, надежность. Легко расширяется.
Все компьютеры имеют равный доступ. Количество пользователей не оказывает сколько-нибудь значительного влияния на производительность.
Легко модифицировать сеть, добавляя новые компьютеры. Централизованный контроль и управление. Выход из строя одного компьютера не влияет на работоспособность сети.
При значительных объемах трафика уменьшается пропускная способность сети. Выход из строя кабеля останавливает работу многих пользователей.
Выход из строя одного компьютера может вывести из строя всю сеть. Изменение конфигурации сети требует остановки всей сети.
Выход из строя центрального узла парализует всю сеть.
Соединение сетевых компонентов
Для компоновки компьютерной сети основными её частями являются в первую очередь сами компьютеры: как компьютеры-клиенты, так и серверы, и различные устройства сетевого назначения, например концентраторы, а также ряд вспомогательных элементов, например как терминатор и баррел-коннектор.
Для создания сети необходимо наличие определенной среды. Такой средой может быть сетевой кабель, как на базе провода для передачи электрических сигналов, так и на базе оптоволокна для передачи световых импульсов.
Среда может быть также и беспроводной и бескабельной, где передача сигналов осуществляется через эфир.
Сетевые компоненты в определенной среде соединяются между собой по определенному закону и создают единую систему функционирования компьютеров различного назначения.
В настоящее время, подавляющее число компьютерных сетей использует для соединения провода или кабели. Существуют различные типы кабелей, которые обеспечивают нормальную работу как малых, так и больших. Промышленность предлагает широкий ассортимент кабелей. На практике для компоновки сетей применяются три основные группы кабелей:
неэкранированная (unshielded – UTP)
экранированная (shielded – STP)
До недавнего времени наиболее
Самый простой коаксиальный кабель состоит из центральной жилы, изоляции, ее окружающей, и экрана в виде металлической оплетки.
Рис. 2.1. Строение коаксиального кабеля
Экран, поглощая внешние электромагнитные сигналы, не позволяет помехам исказить данные. Электрические сигналы, кодирующие данные, передаются по жиле. Жила – это или один провод, или пучок проводов, изготовленный, как правило, из меди.
Проводящая жила и металлическая оплетка не должны соприкасаться, иначе помехи проникнут в жилу и данные разрушатся.
Снаружи кабель покрыт непроводящим слоем из резины, тефлона или пластика. Этот кабель считается относительно недорогим, надежным и простым в установке.
В современной компьютерной технологии находят применение два типа коаксиальных кабелей: тонкий (thinnet) и толстый (thicket)
Тонкий коаксиальный кабель имеет диаметр около 0,5 см . Он прост в применении и подходит практически для любого типа сети. Подключается непосредственно к плате сетевого адаптера компьютера. Этот кабель способен передавать сигнал на расстояние до 185м без его заметного искажения.
Для такого коаксиального кабеля принята маркировка RG – 58; его волновое сопротивление 50 Ом. Кабели RG составляют семейство из различных типов:
RG – 58/u – сплошная медная жила
RG – 58A/u – переплетенный пучок проводов
RG – 58 c/u – военный стандарт RG – 58A/u
RG – 59 – для модулированной передачи сигналов
RG – 6 – для повышенной частоты
RG – 62 – специальный для сетей AtcNet.
Толстый коаксиальный кабель имеет диаметр около 1 см. Его называют также "стандартный Ethernet", поскольку он был первым типом кабеля, применяемым в Ethernet. У этого кабеля и жила толще, чем у тонкого.
Толстый коаксиальный кабель передает сигнал на расстояние до 500м. Он часто используется как опорный – магистральный, который соединяет несколько небольших сетей, построенных на тонком коаксиальном кабеле.
Для подключения к толстому коаксиальному кабелю применяют специальное устройство – трансивер (transceiver).
Рис. 2.2. Подключение трансивера к толстому коаксиальному кабелю
Трансивер снабжен специальным коннектором, который назван так - "зуб вампира". "Зуб" проникает через изоляционный слой и вступает в непосредственный физический контакт с проводящей жилой.
Для подключения толстого коаксиального кабеля применяется 15 – контактный AUI
– коннектор (также называется DIX – коннектором), а на плате сетевого адаптера и трансивере устанавливается соответствующий 15– контактный порт.
Рис. 2.3. 15-контатный AUI коннектор
Для подключения тонкого коаксиального кабеля к компьютерам используются так называемые BNC–коннекторы (British Naval Connector). Это семейство состоит из нескольких компонентов:
Рис. 2.4. BNC-коннектор
Рис. 2.5. BNC Т-коннектор
Рис. 2.6. BNC барелл-коннектор
Рис. 2.7. BNC-терминатор