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
Естественно, что чем толще кабель, тем сложнее его прокладывать. Тонкий коаксиальный кабель гибок, прост в установке и дешевле. Толстый кабель трудно гнуть и, следовательно, сложнее монтировать. Это существенный недостаток, особенно для тех случаев, когда необходимо проложить кабель по трубам или желобам. Толстый кабель позволяет передавать сигналы на большие расстояния.
Самая простая витая пара – это два перевитых вокруг друг друга изолированных медных провода. Существует два типа витой пары: неэкранированная и экранированная.
Рис. 2.8. Неэкранированная и экранированная витые пары
Сложные кабели состоят из определенного числа витых пар, помещенных в одну защитную оболочку. Завивка проводов позволяет избавиться от электрических помех, наводимых соседними парами и другими внешними источниками, например двигателями, реле, трансформаторами и т.д.
Неэкранированная витая пара широко используется в ЛВС; максимальная длина сегмента составляет 100 м. Параметры неэкранированной витой пары определены стандартом Electronic Industries Association and the Telecommunications Industries Association 568 (EIA/TIA 568). Стандарты EIA/TIA 568 включают пять категорий UTP.
Категория 1. Традиционный телефонный кабель, по которому можно передавать речь, но не совсем пригоден для передачи данных.
Категория 2. Кабель, способный передавать данные со скоростью до 4 Мбит/с. Категория 3. Кабель, способный передавать данные со скоростью 10 Мбит/с. Категория 4. Кабель, способный передавать данные со скоростью 16 Мбит/с. Категория 5. Кабель, способный передавать данные со скоростью 100 Мбит/с. Кабели категории 2,3,4, 5 состоят из четырех витых пар.
Большинство телефонных систем используют неэкранированную витую пару. Их можно использовать и для компьютерной сети. Что касается телефонных проводов, они не имеют витков и его электрические характеристики могут не соответствовать тем, какие требуются для надежной и защищенной передачи сигналов между компьютерами.
Одной из проблем для любых типов кабелей являются перекрёстные помехи. Перекрёстные помехи – это электрические наводки, вызванные сигналами в смежных проводах.
Рис. 2.9. Перекрестные помехи
Экранированная витая пара имеет медную оплетку, которая более надежно защищает от помех, чем просто витая пара. Часто пары проводов обмотаны фольгой. В
результате таких мер передаваемые между компьютерами сигналы оказываются надежно защищенными от внешних помех.
Для подключения витой пары к компьютеру используются телефонные 8 контактные коннекторы Rj-45.
Рис. 2.10. Вилка и гнездо Rj-45
Для построения сложной кабельной системы используются следующие компоненты:
Рис. 2.11. Компоненты кабельной системы Относительно применения витых пар можно высказать некоторые соображения:
Оптическое волокно – это чрезвычайно тонкий стеклянный цилиндр, называемый жилой, покрытый слоем стекла, называемый оболочкой. Таким образом и жила и оболочка стекло, однако коэффициент преломления у них разный.
Если оптоволокно передает сигналы только в одном направлении, кабель может состоять из двух волокон с самостоятельными коннекторами: один для передачи, другой для приёма.
Рис. 2.12. Оптоволоконный кабель
Жесткость кабеля увеличена покрытием из пластика. В оптоволоконном кабеле сигналы распространяются в виде модулированных световых импульсов. Это относительно защищенный способ передачи, поскольку при нем не используются электрические сигналы. Передача не подвержена электрическим помехам и ведется на чрезвычайно высокой скорости – в настоящее время до 1 Гбит/с. При этом сигналы можно передавать на многие километры.
Относительно применения оптоволоконных кабелей можно высказать некоторые соображения:
Современные сети все шире организуются на базе беспроводной среды. Словосочетание «беспроводная среда» требует определенного уточнения. Это не означает полное отсутствие проводов в сети. Беспроводные компоненты взаимодействуют с сетью, в которой – как среда передачи сигналов – используется кабель.
Идея беспроводной среды весьма привлекательна так как ее компоненты:
Трудность монтажа кабеля - фактор, который дает значительное преимущество беспроводной среде. Она может оказаться особенно полезной, например, в следующих ситуациях:
…).
Типичная беспроводная сеть выглядит и функционирует практически так же, как и кабельная, за исключением среды передачи. Беспроводной сетевой адаптер с трансивером установлен в каждом компьютере, и пользователи работают так, как будто их компьютеры соединены кабелем. Трансивер, называемый иногда точкой доступа, обеспечивает обмен сигналами между компьютером с беспроводным подключением и кабельной сетью. Они устанавливают радиоконтакт с переносными устройствами.
Рис. 2.13. Подключение компьютера по беспроводной среде Беспроводной средой может быть:
Беспроводные сети на базе инфракрасного излучения для передачи сигналов используют инфракрасные лучи. В подобных системах необходимо генерировать очень
сильный сигнал, так как в противном случае значительное влияние будут оказывать другие источники, например свет из окна.
Этот способ позволяет передавать сигналы с большой скоростью, поскольку инфракрасный свет имеет широкий диапазон частот. Сети на базе инфракрасной среды нормально функционируют на скорости 10 Мбит/с.
Сеть может быть организована как на луче прямой видимости, так и на рассеянном или отраженном излучении.
Хотя скорость инфракрасных сетей и удобство их использования очень привлекательны, эффективная область действия ограничена примерно 30 м, так как возникают определенные трудности передачи сигналов на большие расстояния, в основном из-за помех со стороны сильных источников света различного происхождения.
Лазер (laser) – прибор для получения чрезвычайно интенсивных и узконаправленных пучков монохроматического светового излучения.
В лазерной технологии используется лазерный луч. В целом она идентична инфракрасной, однако пригодна только для прямой видимости. Если по каким–либо причинам луч будет прерван, это прервет и передачу. С другой стороны лазерная система практически не подвержена влиянию со стороны других световых источников.
Этот способ напоминает вещание обыкновенной радиостанции – передача идет на одной частоте. Пользователи настраивают передатчики и приемники на определенную частоту. Естественно прямая видимость необязательна. Используется сигнал высокой частоты и соответственно проникновение сигнала через механические и железобетонные преграды значительно ограничено.
Этот способ позволяет осуществить связь относительно низкоскоростную, около
5 Мбит/с.
При этом способе сигналы передаются на нескольких частотах. Доступные частоты разделены на каналы. Адаптеры в течение заданного промежутка времени настроены на определенный канал, после чего переключаются на другой. Переключение всех компьютеров в сети происходит синхронно.
Если при одночастотной передаче легко осуществить несанкционированное проникновение в сеть, то при данном способе это значительно затруднено: чтобы
«подслушать» передачу, необходимо, по крайней мере, знать алгоритм переключения частот.
Во всех случаях, естественно для усиления защиты, можно применять кодирование сигнала.
Скорость передачи обычно составляет около 250 кбит/с, т.е. является самым медленным. Однако имеются и более скоростные системы - до 2 Мбит/с при ограниченном расстоянии расположения компьютеров, около 3 км на открытом пространстве, и до 120 м – внутри здания.
Особую роль в компоновке компьютерной сети играют сетевые адаптеры. Эта компонента сети является физическим интерфейсом между компьютером и средой передачи. Платы сетевого адаптера (ПСА) вставляются в слоты всех сетевых компьютеров, как клиентов, так и серверов.
Чтобы обеспечить физическое соединение между компьютером и сетью, к соответствующему разъему, или порту платы, подключается сетевой кабель.
На платы сетевого адаптера возлагается не просто физическое подключение компьютера к кабелю, а целый ряд важных задач:
Рис. 2.14. Плата сетевого адаптера
Сетевой адаптер состоит из аппаратной части и встроенных программ, записанных в запоминающих устройствах (ПЗУ).
Плата сетевого адаптера, принимая данные из кабеля, переводит их в форму, понятную центральному процессору компьютера и наоборот, полученные от компьютера данные переводит в форму, в которой они могут передаваться по сетевому кабелю.
Внутри компьютера данные передаются по шинам. Здесь шина - это несколько проводников, расположенных параллельно друг другу. По ним данные передаются по блокам, а не последовательно.
Первые персональные компьютеры имели 8-разрядные шины, т.е. они могли передавать блоки по 8 битов. Позже появились 16 разрядные шины, а многие современные компьютеры оснащены уже 32- разрядной шиной.
Соответственно в компьютерных шинах данные по 16 бит или 32 бита движутся параллельно друг другу.
В сетевом кабеле данные должны перемещаться в виде потока битов, т. е. происходит последовательная передача, потому что биты следуют друг за другом.
Таким образом сетевой адаптер принимает переменные данные и организует их для последовательной побитовой передачи. Этот процесс завершается переводом цифровых данных компьютера в электрические или оптические сигналы, которые и передаются по сетевым кабелям. Это преобразование происходит в трансивере (приемопередатчике).