Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лекции по курсу "Библиотечно-информационные компьютерные сети"

Занятие 1. Ознакомление с курсом, определение и базовая концепция компьютерной сети

Описание целей курса и требований к студентам. Определение и базовая концепция компьютерной сети. Основные характеристики, основные современные тенденции.

Описание курса

Предлагаемый курс предназначен для изучения студентами основ современных компьютерных сетей (основные концепции построения, терминология, протоколы, стандарты и сетевые компоненты) и приобретения ими навыков определять основные характеристики сетевых компонентов, пользоваться основными сетевыми ресурсами и интернет-технологиями. В качестве примера сетевой операционной системы используется Windows NT Server. Курс предназначен, прежде всего, для студентов 5 курса, которые собираются после окончания вуза работать в библиотеках и информационных центрах, в которых установлена или устанавливается локальная вычислительная сеть, которая подключена или будет подключена к региональным или глобальным сетям по TCP/IP протоколу, и которые смогут участвовать как конечные пользователи в обсуждении вопросов конфигурирования и подключения этих ЛВС, а также пользоваться самим и обучить пользоваться других технологиям использования сетевых ресурсов. Предусмотрены практические занятия с целью приобретения студентами навыков создания на разных компьютерах совместно используемых каталогов, работы с интернет-технологиями и информационными ресурсами.

Цель курса - дать студентам знание основ современных компьютерных сетей и научить работать в качестве конечного пользователя в среде Интернет.

Определение и базовая концепция компьютерной сети

Самая простая компьютерная сеть (КС) (network) состоит как минимум из двух компьютеров, соединенных друг с другом кабелем, что позволяет им использовать данные, периферийные устройства и программы совместно. Все сети (независимо от сложности) основываются именно на этом простом принципе.

Сетью называется группа соединенных компьютеров и других устройств. Концепция соединения компьютеров для совместного использования их ресурсов носит название концепции сетевого взаимодействия. Работа на компьютере, не подключенном к сети, называется работой в автономном режиме.

Компьютеры, входящие в сеть, могут совместно использовать:

данные;

принтеры;

факсимильные аппараты;

модемы;

другие устройства.

Данный список постоянно пополняется, так как возникают новые способы совместного использования ресурсов.

Занятие 2. Ресурсы и основные типы компьютерных сетей (2 часа)

Определение ресурсов КС. Локальные и глобальные вычислительные (компьютерные) сети. Одноранговые сети и сети на основе технологии "клиент-сервер". Специализированные сервера. Комбинированные сети.

Основное назначение компьютерных сетей - совместное использование их ресурсов и осуществление интерактивной связи между компьютерами, входящими в сеть. Ресурсы (resources) - это данные, программные приложения и периферийные устройства, такие как внешний дисковод, принтер или модем.

К ресурсам компьютерной сети относятся:

периферийные устройства ввода/вывода;

вычислительные ресурсы (процессор и оперативная память);

программные приложения;

данные и базы данных совместного использования.

Понятие интерактивной связи компьютеров подразумевает обмен сообщениями в реальном режиме времени.

Сети создают отличные условия для унификации приложений (например, текстового процессора), что означает выполнение приложения одного типа и одной версии на всех компьютерах сети. Использование единого приложения позволяет упростить сопровождение и обеспечение работоспособности всей сети.

Другая привлекательная сторона сетей - наличие программ электронной почты и планирования рабочего дня. Благодаря им управляющие крупных предприятий быстро и эффективно взаимодействуют с многочисленным штатом своих сотрудников или партнеров по бизнесу, а планирование и корректировка деятельности всей компании осуществляется с гораздо меньшими усилиями, чем прежде.

Первоначально сети были небольшими и объединяли до 10 компьютеров и один принтер. Используемая в то время технология ограничивала размеры сети, в том числе количество компьютеров в сети и ее физическую длину. Например, в начале 1980-х годов наиболее популярный тип сетей состоял не более чем из 30 компьютеров, а длина ее кабеля не превышала 185 м. Такие сети располагались (располагаются и сегодня) в пределах одного этажа здания или сравнительно небольшой организации. Подобные сети называются локальными вычислительными сетями (ЛВС) (Local Area Networks (LAN).

Как только преимущества компьютерных сетей стали неоспоримы и сетевые программные продукты начали заполнять рынок, перед корпорациями - для сохранения конкурентоспособности - встала задача расширения сетей. Так на основе локальных сетей возникли более крупные сети, часто объединяющие компьютеры и пользователей из разных городов и государств. Такие сети называются глобальными вычислительными сетями (ГВС) (Wide Area Networks (WAN), в которых количество компьютеров может варьироваться от десятка до нескольких тысяч.

Основными отличиями ГВС от ЛВС являются:

их большая географическая протяженность;

наличие в сети оборудования, программного и информационного обеспечения Интернет-провайдера, компании, специализирующейся на предоставлении доступа в глобальные информационные сети.

Городские сети (или сети мегаполисов) - Metropolitan Area Networks (MAN) - являются менее распространенным типом сетей. Они появились сравнительно недавно и предназначены для обслуживания территории крупного города - мегаполиса. Они используют цифровые магистральные линии связи, часто оптоволоконные, со скоростями от 45 Мбит/с, и предназначены для связи ЛВС в масштабах города и соединения ЛВС с глобальными.

В настоящее время большинство организаций хранит и совместно использует в сетевой среде огромные объемы жизненно важных данных. Вот почему сети сейчас так же важны и необходимы, как еще совсем недавно были необходимы пишущие машинки и картотеки.

Все сети имеют некоторые общие компоненты, функции и характеристики. В их числе:

серверы (server)- компьютеры, предоставляющие свои ресурсы сетевым пользователям;

клиенты (client)- компьютеры, осуществляющие доступ к сетевым ресурсам, предоставляемым сервером;

среда (media)- способ соединения компьютеров;

совместно используемые данные- файлы, предоставляемые серверами в сети;

совместно используемые периферийные устройства, например, принтеры, библиотеки CD-ROM-ов и т.д., - ресурсы, предоставляемые серверами;

ресурсы- файлы, принтеры и другие компоненты сети.

Несмотря на определенные сходства, сети разделяются на 2 типа:

одноранговые (peer-to-peer);

на основе сервера (server based).

В одноранговой сети все компьютеры равны: нет иерархии среди компьютеров и нет специально выделенного (dedicated) компьютера, выполняющего функции сервера. Как правило, каждый компьютер функционирует и как клиент и как сервер; т.е. нет отдельного компьютера, ответственного за администрирование всей сети. Каждый пользователь самостоятельно решает, какие данные на своем компьютере сделать общедоступными в сети.

Одноранговые сети называют также рабочими группами. Рабочая группа - это небольшой коллектив, поэтому в одноранговых сетях чаще всего не более 10 компьютеров.

Одноранговые сети относительно просты и обычно дешевле сетей на основе сервера, поскольку нет необходимости в мощном центральном сервере или в других компонентах, обязательных для более сложных сетей.

Поддержка одноранговых сетей встроена в такие операционные системы, как Microsoft Windows NT и Microsoft Windows 9x. Поэтому, чтобы установить одноранговую сеть, в данном случае дополнительного программного обеспечения не требуется.

Одноранговая сеть вполне подходит там, где:

количество пользователей не превышает 10 человек;

пользователи расположены компактно;

вопросы защиты данных не критичны;

в обозримом будущем не ожидается значительного расширения организации и, следовательно, сети.

В то же время возникают ситуации, когда использование одноранговых сетей не отвечает интересам организации. Так, если к сети подключено более 10 пользователей, одноранговая сеть, может оказаться недостаточно производительной. Поэтому большинство сетей используют выделенные серверы. Выделенным называется такой сервер, который функционирует только как сервер (исключая функции клиента или рабочей станции) и поэтому специально оптимизирован для быстрой обработки запросов от сетевых клиентов и для управления защитой файлов и каталогов. Сети на основе сервера стали промышленным стандартом. Распределение задач, решаемых в сети, среди нескольких серверов гарантирует, что каждая задача будет решена самым эффективным способом из всех возможных. Поэтому серверы в больших сетях стали специализированными:

Файл-серверы и принт-серверы (управляют доступом пользователей соответственно к файлам и принтерам).

Серверы приложений (выполняют прикладные части клиент-серверных приложений, на них также находятся данные - часто большие объемы информации в структурированном виде, -доступные клиентам, на компьютер-клиент пересылаются только результаты запроса).

Почтовые серверы (управляют передачей электронных сообщений между пользователями сети).

Факс-серверы (управляют потоком входящих и исходящих факсимильных сообщений через один или несколько факс-модемов).

Коммуникационные серверы (управляют потоком данных и почтовых сообщений между какой-либо сетью и другими сетями, мэйнфрэймами или удаленными пользователями через модем и телефонную линию).

Основным аргументом при выборе сети на основе сервера является, как правило, необходимость обеспечения защиты данных. В таких сетях проблемами безопасности может заниматься один администратор: он формирует политику безопасности (security policy) и применяет ее в отношении каждого пользователя сети. Сети на основе сервера способны обеспечивать работу тысяч пользователей. Сетями такого размера, будь они одноранговыми, невозможно было бы управлять.

Поскольку вся жизненно важная информация расположена в сетях на основе сервера централизованно, т.е. сосредоточена на одном или нескольких серверах, нетрудно обеспечить ее регулярное резервное копирование (backup).

Существуют и наиболее распространенные комбинированные типы сетей, совмещающие лучшие качества одноранговых сетей и сетей на основе сервера.

Одноранговые сети и сети на основе сервера объединяет общая цель - разделение ресурсов. Различия же между одноранговыми серверами и выделенными серверами определяют:

Требования к аппаратному обеспечению;

Способ поддержки пользователей.

Характеристики 2-х основных типов сетей приведены в таблице:

Таблица 1

Параметры	Одноранговые сети	Сети на основе сервера
Размер	Не более 10 компьютеров	Ограничены аппаратным обеспечением сервера и сети
Защита	Вопросы защиты решаются каждым пользователем самостоятельно	Широкая комплексная защита ресурсов и пользователей
Администрирование	Вопросами администрирования своего компьютера занимается каждый пользователь. Нет необходимости в отдельном администраторе	Администрирование осуществляется централизованно. Необходим хотя бы один администратор с соответствующим уровнем знаний

Занятие 3. Компоновка сети. Базовые топологии. Концентраторы (2 часа)

Определение термина "топология". Базовые топологии (шина, звезда, кольцо) и их характеристики. Пассивные и активные топологии. Отражение сигнала. Терминатор. Концентраторы: активные, пассивные, гибридные. Комбинированные топологии.

Термины "топология сети", "компоновка сети", "карта сети", "диаграмма сети" характеризуют физическое расположение компьютеров, кабелей и других компонентов сети.

Топология сети обусловливает характеристики сети, выбор той или иной топологии влияет на

- на состав необходимого сетевого оборудования;

- характеристики сетевого оборудования;

- возможности расширения сети;

- способ управления сетью.

Различают проводные и беспроводные сети.

Базовые топологии

Все проводные сети строятся на основе 3 базовых топологий:

шина (bus);

звезда (star);

кольцо (ring).

Топология, при которой компьютеры подключены вдоль одного кабеля (сегмента), называется шиной.

Топология, при которой компьютеры подключены к сегментам кабеля, исходящим из одной точки, называется звездой.

Топология, при которой кабель, к которому подключены компьютеры, замкнут в кольцо, называется кольцом.

Сами по себе базовые топологии несложны, в реальности же часто встречаются довольно сложные комбинации, объединяющие свойства нескольких топологий.

Шина

В топологии "шина" используется один кабель, именуемый магистралью или сегментом, вдоль которого подключены все компьютеры сети.

Процесс взаимодействия компьютеров по шине основан на таких понятиях, как:

Передача сигнала (данные в виде электрических сигналов передаются всем компьютерам сети, однако информацию принимает только тот, адрес которого соответствует адресу получателя, зашифрованному в этих сигналах. В каждый момент времени только один компьютер может вести передачу;

Отражение сигнала (после того, как данные достигнут адресата, электрические сигналы необходимо погасить, чтобы освободить линию для передачи другой информации.);

Терминатор - специальные приспособления, применяемые для гашения электрических сигналов, называются терминаторами. Все концы сетевого кабеля должны быть к чему-нибудь подключены, например, к компьютеру. К любому свободному - неподключенному - концу кабеля должен быть подсоединен терминатор, чтобы предотвратить отражение сигналов.

BNC-коннектор (British Naval Connector) - коннектор для коаксиального кабеля. Фиксируется поворотом замка на 90 градусов.

Баррел-коннектор используется для соединения двух отрезков кабеля с целью увеличения его длины. Но злоупотреблять ими не стоит, т.к. сигнал при этом ослабевает. Лучше купить один длинный кабель, чем соединять несколько коротких кусков.

Репитер (repeater) также используется для соединения двух кусков кабеля, но в отличие от коннектора он усиливает сигнал перед передачей его в следующий сегмент.

Шина - пассивная топология. Это значит, что компьютеры только "слушают" передаваемые по сети данные, но не перемещают их от отправителя к получателю. В активных топологиях компьютеры регенерируют сигналы и передают их по сети.

Разрыв сетевого кабеля происходит при его физическом разрыве или отсоединении одного из его концов, или отсутствии на одном или обоих концах кабеля терминаторов. Разрыв приводит к отражению электрических сигналов в кабеле и прекращению функционирования сети. И хотя сами компьютеры остаются работоспособными, взаимодействовать друг с другом в случае разрыва кабеля они не могут.

Звезда

При топологии "звезда" все компьютеры с помощью сегментов кабеля подключаются к центральному компоненту, именуемому концентратором (hub). Сигналы от передающего компьютера поступают через концентратор ко всем остальным. Работа всей сети нарушится только в том случае, если выйдет из строя ее центральный компонент. Если выйдет из строя только один компьютер (или кабель, соединяющий его с концентратором), то лишь этот компьютер не сможет передавать и принимать данные по сети, а на остальные компьютеры это не повлияет.

Среди концентраторов выделяются активные (active) и пассивные (passive). Активные концентраторы регенерируют и передают сигналы так же, как это делают репитеры. Иногда их называют многопортовыми репитерами - они имеют от 8 до 12 портов для подключения компьютеров. Пассивные концентраторы - например, монтажные панели или коммутирующие блоки, - пропускают через себя сигнал как узлы коммутации, не усиливая и не восстанавливая его. Пассивные концентраторы не надо подключать к источнику питания.

Гибридными называют концентраторы, к которым можно подключать кабели различных типов.

Сети, построенные на концентраторах, легко расширить, если подключить дополнительные концентраторы.

В сетях с топологией "звезда" подключение кабеля и управление конфигурацией сети централизованны.

Кольцо

При топологии "кольцо" компьютеры подключены к кабелю, замкнутому в кольцо, и поэтому у кабеля просто нет свободного конца, к которому нужно подключать терминатор. Сигналы передаются по кольцу в одном направлении и проходят через каждый компьютер. В отличие от пассивной топологии "шина" здесь каждый компьютер выступает в роли репитера, усиливая сигналы и передавая их следующему компьютеру. Поэтому, если выйдет из строя один компьютер, прекращает функционировать вся сеть.

Передача маркера (в кольце диаметром 200м маркер может циркулировать со скоростью 10 000 оборотов в секунду.

Таблица 2 Выбор топологии

Топология	Преимущества	Недостатки
Шина	Экономный расход кабеля. Сравнительно недорогая и несложная в использовании среда передачи. Простота, надежность. Легко расширяется.	При значительных объемах трафика уменьшается пропускная способность сети. Трудно локализовать проблемы. Выход из строя кабеля останавливает работу многих пользователей.
Кольцо	Все компьютеры имеют равный доступ. Количество пользователей не оказывает сколь-нибудь значительного влияния на производительность.	Выход из строя одного компьютера может вывести из строя всю сеть. Трудно локализовать проблемы. Изменение конфигурации сетитребует остановки всей сети.
Звезда	Легко модифицировать сеть, добавляя новые компьютеры. Централизованный контроль и управление. Выход из строя одного компьютера не влияет на работоспособность сети.	Выход из строя центрального узла выводит из строя всю сеть.

Занятие 4. Физическая среда передачи информации (сетевые кабели) (2 часа)

Основные группы кабелей: коаксиальный, витая пара, оптоволоконный. Типы коаксиальных кабелей (тонкий и толстый) и их характеристики. Типы витой пары (неэкранированная и экранированная), ее категории и их характеристики. Два класса коаксиальных кабелей (поливинилхлоридный и пленумный). Коннекторы. Узкополостная и широкополостная передача сигнала. Полоса пропускания. Сравнение кабелей.

На сегодняшний день подавляющая часть компьютерных сетей использует для соединения компьютеров провода или кабели. Они выступают в качестве среды передачи сигналов между компьютерами. В большинстве сетей применяются следующие три основные группы кабелей:

коаксиальный кабель (coaxial cable);

витая пара (twisted pair):

неэкранированная (unshielded);

экранированная (shielded);

оптоволоконный кабель (fiber optic).

Коаксиальный кабель - электрический провод, имеющий соосное (коаксиальное) расположение центрального проводника, окруженного изолятором, и внешнего проводника, выполненного в виде проволочной оплетки. Снаружи коаксиальный кабель покрыт еще одним защитным слоем изолятора. Коаксиальный кабель менее подвержен помехам и затуханию сигнала по сравнению с другими типами кабеля (например, неэкранированной витой парой). Затухание (attenuation) - это уменьшение величины сигнала при его перемещении по кабелю, что приводит к ухудшению его качества.

Самый простой коаксиальный кабель состоит из медной жилы, которая представляет собой один, как правило, медный провод (сплошная жила) или пучок проводов, по которому передаются электрические сигналы, кодирующие данные. Жила окружена изоляционным слоем (из поливинилхлорида или тефлона), который отделяет ее от металлической оплетки (из медных проводов или алюминиевый кожух). Оплетка играет роль заземления и защищает жилу (передаваемые по кабелю данные), поглощая внешние электромагнитные сигналы, называемые перекрестными помехами (crosstalk) или электрическим шумом (noise). Перекрестные помехи - это электрические наводки, вызванные сигналами в соседних проводах.

Проводящая жила и металлическая оплетка не должны соприкасаться, иначе произойдет короткое замыкание, помехи проникнут в жилу, и данные разрушатся.

Если кабель, кроме металлической оплетки, имеет и слой фольги, он называется кабелем с двойной экранизацией. При наличии сильных помех можно воспользоваться кабелем с учетверенной экранизацией. Он состоит из двойного слоя фольги и двойного слоя металлической оплетки.

Некоторые типы кабелей покрывает металлическая сетка - экран (shield), который защищает данные от помех.

Снаружи кабель покрыт непроводящим слоем - из резины, тефлона или пластика.

Поскольку коаксиальный кабель имеет защитную оболочку, он может использоваться при передаче данных на большие расстояния и в тех случаях, когда высокоскоростная передача данных осуществляется при наличии несложного оборудования.

Типы коаксиальных кабелей

Существуют два типа коаксиальных кабелей:

тонкий (thin) коаксиальный кабель;

толстый (thick) коаксиальный кабель.

Выбор того или иного типа кабеля зависит от потребителей конкретной сети.

Тонкий коаксиальный кабель - гибкий кабель диаметром около 0,5 см (около 0,25 дюйма). Он прост в применении и годится практически для любого типа сети. Подключается непосредственно к платам сетевого адаптера компьютеров.

Тонкий коаксиальный кабель способен передавать сигнал на расстояние до 185м без его заметного искажения, вызванного затуханием.

Производители оборудования выработали специальную маркировку для различных типов кабелей. Тонкий коаксиальный кабель относится к группе, которая называется семейством RG-58, его волновое сопротивление равно 50 Ом. Волновое сопротивление (impedance) - это сопротивление переменному току, выраженное в омах. Основная отличительная особенность этого семейства - медная жила. Она может быть сплошной или состоять из нескольких переплетных проводов.

Таблица 3

Кабель	Описание
RG-58 /U	Сплошная медная жила
RG-58 A/U	Переплетенные провода
RG-58 C/U	Военный стандарт для RG-58 A/U
RG-59	Используется для широкополостной передачи (например, в кабельном телевидении)
RG-6	Имеет больший по сравнению с RG-59 диаметр и предназначен для более высоких частот, но может применяться и для широкополосной передачи
RG-62	Используется в сетях ArcNet

Толстый коаксиальный кабель - относительно жесткий кабель с диаметром около 1 см (около 0,5 дюйма). Иногда его называют " стандартный Ethernet", поскольку он был первым типом кабеля, примененным в Ethernet- популярной сетевой архитектуре. Медная жила этого кабеля толще в сечении, чем у тонкого коаксиального кабеля.

Чем толще жила у кабеля, тем большее расстояние способен преодолеть сигнал. Следовательно, толстый коаксиальный кабель передает сигналы дальше, чем тонкий, - до 500м. Поэтому толстый коаксиальный кабель иногда используют в качестве основного кабеля [магистрали (backbone)], который соединяет несколько небольших сетей, построенных на тонком коаксиальном кабеле.

Для подключения к толстому коаксиальному кабелю применяют специальное устройство - трансивер (transceiver).

Трансивер снабжен специальным коннектором, который называется "зуб вампира" (vampire tap) или "пронзающий ответвитель" (piercing tap). Этот "зуб" проникает через изоляционный слой и вступает в непосредственный физический контакт с проводящей жилой. Чтобы подключить трансивер к сетевому адаптеру, надо кабель трансивера подключить к коннектору AUI -порта сетевой платы. Этот коннектор известен также как DIX-коннектор, в соответствии с названиями фирм-разработчиков, или коннектор DB-15.

Сравнение двух типов коаксиальных кабелей

Как правило, чем толще кабель, тем сложнее с ним работать. Тонкий коаксиальный кабель гибок, прост в установке и относительно недорог. Толстый кабель трудно гнуть, и, следовательно, его сложнее устанавливать. Это очень существенный недостаток, особенно если необходимо проложить кабель по трубам или желобам. Толстый коаксиальный кабель дороже тонкого, но при этом он передает сигналы на большие расстояния.

Оборудование для подключения коаксиального кабеля

Для подключения тонкого коаксиального кабеля к компьютерам используются так называемые BNC-коннекторы (British Naval Connector, BNC). В семействе BNC несколько основных компонентов:

BNC -коннектор.

BNC - коннектор либо припаивается, либо обжимается на конце кабеля.

BNC Т-коннектор.

Т-коннектор соединяет сетевой кабель с сетевой платой компьютера.

BNC баррел-коннектор.

Баррел-коннектор применяется для сращивания двух отрезков тонкого коаксиального кабеля.

BNC-терминатор.

В сети с топологией "шина" для поглощения " свободных" сигналов терминаторы устанавливаются на каждом конце кабеля. Иначе сеть не будет работать.

Классы коаксиальных кабелей и требования пожарной безопасности

Выбор того или иного класса коаксиальных кабелей зависит от того, где этот кабель будет прокладываться. Существуют два класса коаксиальный кабелей:

Поливинилхлоридные;

Пленумные - для прокладки в области пленума.

Поливинилхлоридные (PVC) - это пластик, который применяется в качестве изолятора или внешней оболочки у большинства коаксиальный кабелей. Кабель PVC достаточно гибок, его можно прокладывать на открытых участках помещений. Однако при горении он выделяет ядовитые газы.

Пленум (plenum) - это небольшое пространство между фальшь-потолком и перекрытием, обычно его используют для вентиляции. Требования пожарной безопасности строго ограничивают типы кабелей, которые могут быть здесь проложены, поскольку в случае пожара выделяемые ими дым или газы распространяются по всему зданию.

Слой изоляции и внешняя оболочка пленумного кабеля выполнены из специальных огнеупорных материалов, которые при горении выделяют минимальное количество дыма. Это уменьшает риск химического отравления. Кроме того, эти кабели модно прокладывать открыто, не заключая в трубу. Однако они дороже и жестче, чем поливинилхлоридные.

Витая пара

Самая простая витая пара (twisted pair)- это два перевитых вокруг друг друга изолированных медных провода. Существуют два типа тонкого кабеля: неэкранированная (unshielded) витая пара (UTP) и экранированная (shielded) витая пара(STP).

Несколько витых пар часто помещают в одну защитную оболочку. Их количество в таком кабеле может быть разным. Завивка проводов позволяет избавиться от электрических помех, наводимых соседними парами и другими источниками, например двигателями, реле и трансформаторами.

Неэкранированная витая пара

Неэкранированная витая пара широко используется в локальных вычислительных сетях (ЛВС), максимальная длина сегмента составляет 100м. В Северной Америке UTP повсеместно используется в телефонных сетях.

Неэкранированная витая пара состоит из двух изолированных медных проводов и существует несколько спецификаций, которые регулируют количество витков на единицу длины - в зависимости от назначения кабеля. Неэкранированная витая пара определена в особом стандарте - Electronic Industries Association and the Telecommunications Industries Association (EIA/TIA) 568 Commercial Building Wiring Standard, который включает 5 категорий UTP:

Таблица 4

Категория	Описание
Категория 1	Традиционный телефонный кабель, по которому можно передавать только речь, но не данные. Большинство телефонных кабелей, произведенных до 1983 года, относится к категории 1
Категория 2	Кабель, способный передавать данные со скоростью до 4 Мбит/сек. Состоит из четырех витых пар
Категория 3	Кабель, способный передавать данные со скоростью до 10 Мбит/сек. Состоит из четырех витых пар с девятью витками на метр длины
Категория 4	Кабель, способный передавать данные со скоростью до 16 Мбит/сек. Состоит из четырех витых пар
Категория 5	Кабель, способный передавать данные со скоростью до 100 Мбит/сек. Состоит из четырех витых пар медного провода

Поскольку большинство телефонных систем используют неэкранированную витую пару, она широко популярна, и во многих зданиях, при строительстве, UTP прокладывают не только для сегодняшних нужд телефонизации, но и, предусматривая запас кабеля, в расчете на будущие потребности. Если установленные во время строительства провода рассчитаны на передачу данных, их можно использовать и в компьютерной сети. Однако надо быть осторожным, так как обычный телефонный провод не имеет витков, и эго электрические характеристики могут не соответствовать тем, какие требуются для надежной и безопасной передачи данных между компьютерами.

Неэкранированная витая пара особенно страдает от перекрестных помех, поэтому для уменьшения их влияния используется экран.

Экранированная витая пара

Кабель экранированной витой пары (STP) имеет медную оплетку, которая обеспечивает большую защиту, чем UTP. Кроме того, пары проводов STP обмотаны фольгой. Все это означает, что STP, по сравнению с UTP, меньше подвержена воздействию электрических помех и может передавать сигналы с более высокой скоростью и на большие чем UTP расстояния.

Компоненты кабельной системы

Соединители

Для подключения витой пары к компьютеру используются телефонные коннекторы RJ-45. Они похожи на RJ-11, но в действительности RJ-45 чуть больше по размерам и не подходит для гнезда RJ-11. Во-вторых, коннектор RJ-45 имеет 8 контактов, а RJ-11 - только 4.

Одинарные или двойные вилки RJ-45 подключаются к панелям расширения или настенным розеткам.

Коммутационные панели

Существуют различные типы панелей расширения (коммутационных панелей) (patch panels). Они могут поддерживать до 96 портов и скорость передачи до 100 Мбит/сек.

Настенные розетки

К настенным розеткам можно подключить два или более соединителя.

Распределительные стойки и полки

Распределительные стойки и полки (distribution racks, shelves) предназначены для монтажа кабеля. Они позволяют централизованно организовать множество соединений и при этом занимают достаточно мало места.

Оптоволоконный кабель

В оптоволоконном кабеле данные распространяются по оптическим волокнам в виде модулированных световых импульсов. Это относительно надежный (защищенный) способ передачи, поскольку электрические сигналы при этом не передаются. Следовательно, оптоволоконный кабель нельзя вскрыть и перехватить данные, от чего не застрахован любой кабель, проводящий электрические сигналы.

Оптоволоконные линии предназначены для перемещения больших объемов данных на очень высоких скоростях, так как сигнал в них практически не затухает и не искажается.

Строение

Оптическое волокно - чрезвычайно тонкий стеклянный цилиндр, называемый жилой (core), покрытый слоем стекла, называемого оболочкой, с иным, чем у жилы, коэффициентом преломления. Иногда оптоволокно производят из пластика. Пластик проще в использовании, но он передает световые импульсы на меньшие расстояния по сравнению со стеклянным оптоволокном.

Каждое стеклянное оптоволокно передает сигналы только в одном направлении, поэтому кабель состоит из двух волокон с отдельными коннекторами. Одно из них служит для передачи, а другое - для приема. Жесткость волокон увеличена покрытием из пластика, а прочность - волокнами из кевлара. Кувларовые волокна располагаются между двумя кабелями, заключенными в пластик.

Передача по оптоволоконному кабелю не подвержена электрическим помехам и ведется на чрезвычайно высокой скорости (в настоящее время до 100 Мбит/сек, теоретически возможная скорость - 200 000 Мбит/сек). По нему можно передавать световой импульс на многие километры.

Таблица 5 Сравнение кабелей

Характеристика	Тонкий коаксиальный кабель (10Base2)	Толстый коаксиальный кабель (10Base5)	Витая пара (10BaseT)	Оптоволоконный кабель
Стоимость	Дороже витой пары	Дороже тонкого коаксиального кабеля	Самый дешевый	Самый дорогой
Эффективная длина кабеля Эффективная длина кабеля может варьироваться в зависимости от аждой конкретной сети. С улучшением технологии она увеличивается.	185 м	500 м	100 м	2 км
Скорость передачи Диапазон скоростей передачи для некоторых типов кабелей расширяется. Технические достижения в производстве медных проводов привели к такой скорости передачи сигналов, которую ранее нельзя было и предположить.	10 Мбит/с	10 Мбит/с	4 - 100 Мбит/с	100 Мбит/с и выше
Гибкость	Довольно гибкий	Менее гибкий	Самый гибкий	Не гибкий
Простота установки	Прост в установке	Прост в установке	Очень прост в установке; может быть установлен при строительстве	Труден в установке
Подверженность помехам	Хорошая защита от помех	Хорошая защита от помех	Подвержен помехам	Не подвержен помехам
Особые свойства	Электронные компоненты дешевле, чем у витой пары	Электронные компоненты дешевле, чем у витой пары	Тот же телефонный провод; часто проложен во время строительства	Поддерживает речь, видео и данные
Рекомендуемое применение	Средние и большие сети с высокими требованиями к защите данных	Средние и большие сети с высокими требованиями к защите данных	UTP - самый дешевый вариант; STP - Token Ring любого размера	Сети любого размера с высокими требованиями к скорости передачи, уровню защиты и целостности данных

Передача сигналов

Для передачи по кабелю кодированных сигналов используют две технологии - узкополосную передачу и широкополосную передачу.

Узкополосная передача

Узкополосные (baseband) системы передают данные в виде цифрового сигнала одной частоты. Сигналы представляют собой дискретные электрические или световые импульсы. При таком способе передачи вся емкость коммуникационного канала используется для передачи одного импульса, или. Другими словами, цифровой сигнал использует всю полосу пропускания кабеля. Полоса пропускания - это разница между максимальной и минимальной частотой, которая может быть передана по кабелю.

Каждое устройство в сетях с узкополосной передачей посылает данные в обоих направлениях, а некоторые могут одновременно передавать их и принимать.

Продвигаясь по кабелю, сигнал постепенно затухает и как следствие, может исказиться. Если кабель слишком длинный, на дальнем его конце передаваемый сигнал может исказиться до неузнаваемости или просто пропасть. Чтобы избежать этого, в узкополосных системах используют репитеры, которые усиливают сигнал и ретранслируют его в дополнительные сегменты, позволяя тем самым увеличить общую длину кабеля.

Широкополосная передача

Широкополосные (broadband) системы передают данные в виде аналогового сигнала, который использует некоторый интервал частот. Сигналы представляют собой непрерывные (а не дискретные) электромагнитные или оптические волны. При таком способе передачи сигналы передаются по физической среде в одном направлении.

Если обеспечить необходимую полосу пропускания, то по одному кабелю одновременно может идти вещание нескольких систем, таких, как кабельное телевидение и передача данных. Каждой передающей системе выделяется часть полосы пропускания. Все устройства, связанные с данной системой, например, компьютеры), должны быть настроены таким образом, чтобы работать именно с выделенной частью полосы пропускания.

Если в узкополосных системах для восстановления сигнала используют репитеры, то в широкополосных - усилители (amplifiers).

В широкополосной системе сигнал передается только в одном направлении, поэтому, чтобы все устройства могли и принимать и передавать данные, необходимо обеспечить два пути для прохождения сигнала. Разработаны два основных решения:

разбить полосу пропускания на два канала, которые работают с различными частотами: один какнал предназначен для передачи данных, другой - для приема;

использовать два кабеля: один кабель предназначен для передачи сигналов, другой - для приема.

Занятие 5. Платы сетевого адаптера: ее назначение и параметры конфигурации (2 часа)

Назначение платы с/а. Сетевой адрес. Передача и управление данными. Параметры конфигурации: прерывание, базовый адрес порта ввода/вывода, базовый адрес памяти. Архитектура шины данных: ISA, EISA, MicroChannel, PCI.

Плата сетевого адаптера используется в качестве физического интерфейса (соединения и обмена информацией) между компьютером и сетевым кабелем. Плата вставлена в слот расширения каждого сетевого компьютера или сервера. Чтобы обеспечить подключение кабеля к плате с/а она имеет соответствующий разъем (или порт).

Назначение платы с/а:

§ подготовка данных, поступающих от компьютера, к передаче по сетевому кабелю;

§ передача данных другому компьютеру;

§ управление потоком данных между компьютером и кабельной системой.

Кроме того, плата с/а принимает данные из кабеля и переводит их в форму, понятную центральному процессору компьютера.

Плата с/а состоит из аппаратной части и встроенных программ, записанных в постоянно-запоминающее устройство (ПЗУ) платы. Эти программы реализуют функции подуровней Управления логической связью и Управления доступом к среде Канального уровня модели OSI.

Подготовка данных

Внутри компьютера данные передаются по шинам, представляющим собой несколько проводников, расположенных близко друг к другу. Так как таких линий несколько, то и биты данных могут передаваться по ним не последовательно друг за другом, а группами параллельно. Шины, используемые в компьютерах, бывают 8-ми, 16-ти и 32-х разрядные, и данные по ним передаются параллельно. В сетевом кабеле данные должны перемещаться последовательно, в виде потока битов. Таким образом, плата с/а принимает параллельно передаваемые компьютером данные и организует их последовательную побитовую передачу по кабелю. Этот процесс завершается переводом цифровых данных компьютера в электроические и оптические сигналы, которые и передаются по сетевым кабелям, и выполняет это трансивер, часто монтируемый на плате с/а.

Сетевой адрес

Помимо преобразования данных, плата с/а должна указать свое местонахождение, или адрес, - чтобы ее могли отличить от остальных плат, а следовательно, и компьютер, в котором она установлена, также можно было бы отличить от других компьютеров в сети.

Сетевые адреса (network address) определены комитетом IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc. - организация, объединяющая специалистов в области инженерных разработок и электроники; известна благодаря выпуску ряда стандартов). Этот комитет закрепляет за каждым производителем плат с/а некоторый интервал адресов. Производители «зашивают» эти адреса в микросхемы. Благодаря этому каждая плата (и каждый компьютер) имеют уникальный адрес в сети.

Передача и управление данными

Перед тем, как послать данные по сети, плата с/а проводит электронный диалог с принимающей платой, во время которого они «обговаривают»:

§ максимальный размер блока передаваемых данных;

§ объем данных, передаваемых без подтверждения о получении;

§ интервалы между передачами блоков данных;

§ интервал, в течение которого необходимо послать подтверждение;

§ объем данных, который может принять каждая плата, не переполняясь;

§ скорость передачи данных.

Каждая плата оповещает другую о своих параметрах, принимая «чужие» параметры и подстраиваясь к ним. После того, как все детали определены, платы начинают обмен данными.

Параметры конфигурации платы с/а

Параметры платы с/а должны быть корректно установлены, чтобы ее работа протекала правильно. В число параметров входят:

§ прерывание;

§ базовый адрес порта ввода/вывода;

§ базовый адрес памяти;

§ используемый трансивер.

Прерывание

Линии запроса прерывания - это физические линии, по которым различные устройства (например, порты ввода/вывода, клавиатура, драйверы дисков и платы с/а) могут послать микропроцессору компьютера запросы на обслуживание, или на прерывание. Линии запроса прерывания встроены в аппаратуру компьютера, они имеют различные уровни приоритетов, что позволяет процессору определить наиболее важный из запросов.

Посылая компьютеру запрос, плата с/а использует прерывание (interrupt) электрический сигнал, который направляется центральному процессору компьютера. Все устройства в компьютере должны пользоваться различными линиями запроса прерывания или прерыванием (IRQ). Линия запроса прерывания задается при настройке устройства.

В большинстве случаев платы с/а используют прерывание IRQ3, IRQ5, IRQ10, или IRQ11.

Базовый порт ввода/вывода (base i/o port) определяет канал, по которому курсируют данные между устройством компьютера (например, платой с/а) и его центральным процессором (ЦП). Для ЦП порт выглядит как адрес.

Каждое устройство компьютерной системы должно иметь уникальный адрес базового порта ввода/вывода. Адреса портов (в шестнадцатеричном формате), если они не заняты, могут быть выделены плате с/а. Например, плате с/а может быть выделен адрес 300-30F или 310-31F.

Базовый адрес памяти

Базовый адрес памяти (base address) указывает на ту область памяти компьютера (RAM), которая используется платой с/а в качестве буфера для входящих и исходящих кадров данных. Этот адрес иногда называют начальным адресом RAM. (Примечание. У плат с/а, которые не используют оперативную память системы, отсутствует такой параметр, как базовый адрес памяти).

Часто базовым адресом памяти у платы сетевого адаптера является D8000 (для некоторых плат последний нуль не указывается: вместо D8000 пишется D800). Запомните, необходимо выбирать базовый адрес памяти, незанятый другим устройством.

Некоторые платы с/а имеют параметр, позволяющий выделить определенный объем памяти (например, 16 Кб или 32 Кб) для хранения кадров данных.

Выбор трансивера

Плата с/а может иметь и дополнительные параметры, которые также необходимо задать при ее конфигурировании. Например, некоторые платы поставляются с внешним и встроенным трансивером - и необходимо задать тот трансивер, который будет использован. Выбор часто производится с помощью перемычек - небольших соединителей, которые, связывая два вывода, определяют таким образом, какая цепь будет использоваться платой.

Занятие 6. Архитектура сети (модели OSI и Project 802), Ethernet(4 часа)

Модель OSI - многоуровневая структура. Уровни модели OSI и их взаимодействие. Стандарты ЛВС и категории, определенные Project 802. Сетевая архитектура Ethernet: происхождение, основные характеристики.

1.Работа сети

Работа сети заключается в передаче данных от одного компьютера к другому. В этом процессе можно выделить несколько отдельных задач:

распознать данные;

разбить данные на управляемые блоки;

добавить информацию к каждому блоку, чтобы:

указать местонахождение данных;

указать получателя;

добавить информацию синхронизации и информацию для проверки ошибок;

поместить данные в сеть и отправить их по заданному адресу.

Сетевая операционная система при выполнении всех задач следует строгому набору процедур, которые называются протоколами или правилами поведения. Протоколы регламентируют каждую сетевую операцию.

Стандартные протоколы позволяют программному и аппаратному обеспечению различных производителей нормально взаимодействовать. Существуют 2 главных набора стандартов: модель OSI и ее модификация, называемая Project 802.

2.Модель OSI

В 1978г. Международная организация по стандартизации (International Standards Organization (ISO) выпустила набор спецификаций, описывающих архитектуру сети с неоднородными устройствами. Исходный документ относился к открытым системам, чтобы все они могли использовать одинаковые протоколы и стандарты для обмена информацией.

В 1984г. ISO выпустила новую версию своей модели, названную эталонной моделью взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection reference model, OSI). Версия 1984г. стала международным стандартом: именно ее спецификации используют производители при разработке сетевых продуктов, именно ее придерживаются при построении сетей.

Эта модель - широко распространенный метод описания сетевых сред. Являясь многоуровневой системой, она отражает взаимодействие программного и аппаратного обеспечения при осуществлении сеанса связи, а также помогает решить разнообразные проблемы.

3.Многоуровневая архитектура

В модели OSI сетевые функции распределены между 7-ю уровнями, каждому из которых соответствуют различные сетевые операции, оборудование и протоколы:

Рис. 1

На каждом уровне выполняются определенные сетевые функции, которые взаимодействуют с функциями соседних уровней (вышележащего и нижележащего). Например, Сеансовый уровень должен взаимодействовать только с Представительским и Транспортным уровнями и т.п. Все функции подробно описаны в соответствующих спецификациях.

Нижние уровни - 1-й и 2-й - определяют физическую среду передачи данных и соответствующие задачи (такие, как передача битов данных через плату сетевого адаптера и кабель). Самые верхние уровни определяют, каким способом осуществляется доступ приложений к услугам связи. Чем выше уровень, тем более сложную задачу он решает.

Каждый уровень предоставляет несколько услуг (т.е. выполняет несколько операций), подготавливающих данные для доставки их по сети на другой компьютер. Уровни отделяются друг от друга границами - интерфейсами. Интерфейс определяет набор сервисов, предоставляемый данным уровнем соседнему уровню. Все запросы от одного уровня к другому передаются через интерфейс. Каждый уровень использует услуги нижележащего уровня. В сущности, протокол и интерфейс выражают одно и то же понятие, но традиционнно в сетях за ними закрепили разные области действия: протоколы определяют правила взаимодействия модулей одного уровня в разных узлах, а интерфейсы - модулей соседних уровней в одном узле.

4. Взаимодействие уровней модели OSI

Задача каждого уровня - предоставление услуг вышележащему уровню, "маскируя детали реализации этих услуг. При этом каждый уровень на одном компьютере работает так, будто он напрямую (логически) связан с таким же уровнем на другом компьютере. Однако в действительности связь осуществляется между смежными уровнями одного компьютера - программное обеспечение, работающее на каждом уровне, реализует определенные сетевые функции в соответствии с набором протоколов.

Перед подачей в сеть данные разбиваются на пакеты. Пакет (packet) - это единица информации, передаваемая между устройствами сети как единое целое. Пакет проходит последовательно через все уровни программного обеспечения. На каждом уровне к пакету добавляется некоторая информация, форматирующая или адресная, которая необходима для успешной передачи данных по сети.

На принимающей стороне пакет проходит через все уровни в обратном порядке. Программное обеспечение на каждом уровне читает информацию пакета, затем удаляет информацию, добавленную к пакету на этом уровне отправляющей стороной, и передает пакет следующему уровню. Когда пакет дойдет до прикладного уровня, вся адресная информация будет удалена и данные примут свой первоначальный вид.

Таким образом, за исключением самого нижнего уровня сетевой модели, никакой иной уровень не может непосредственно послать информацию соответствующему уровню другого компьютера. Информация на компьютере-отправителе должна пройти через все уровни. Затем она передается по сетевому кабелю на компьютер-получатель и опять проходит сквозь все слои, пока не достигнет того же уровня, с которого она была послана на компьютере-отправителе. Например, если Сетевой уровень передает информацию с компьютера А, она спускается через Канальный и Физический уровни в сетевой кабель, далее по нему попадает в компьютер В, где поднимается через Физический и Канальный уровни и достигает Сетевого уровня.

В клиент-серверной среде примером информации, переданной Сетевым уровнем компьютера А Сетевому уровню компьютера В, мог бы служить адрес и, очевидно, информация контроля ошибок, добавленные к пакету.

Взаимодействие смежных уровней осуществляется через интерфейс. Интерфейс определяет услуги, которые нижний уровень предоставляет верхнему, и способ доступа к ним.

Применительно к уровням модели OSI, это выглядит следующим образом:

Прикладной уровень 7 (Application) - представляет собой окно для доступа прикладных процессов к сетевым услугам. Этот уровень обеспечивает услуги, напрямую поддерживающие приложения пользователя, такие, как программное обеспечение для передачи файлов, доступа к базам данных и электронная почта. Нижележащие уровни поддерживают задачи, выполняемые на Прикладном уровне. Прикладной уровень управляет общим доступом к сети, потоком данных и обработкой ошибок.

Представительский уровень 6 (Presentation) - определяет формат, используемый для обмена данными между сетевыми компьютерами. Этот уровень можно назвать переводчиком. На компьютере-отправителе данные, поступившие от Прикладного уровня, на Представительском уровне переводятся в общепонятный промежуточный формат. На компьютере-получателе на этом уровне происходит перевод из промежуточного формата в тот, который используется Прикладным уровнем данного компьютера. Представительский уровень отвечает за преобразование данных. Их шифрование, смену или преобразование применяемого набора символов (кодовой таблицы) и расширение графических команд. Представительский уровень, кроме того, управляет сжатием данных для уменьшения потока передаваемых битов.

На этом уровне работает утилита (служебная программа), называемая редиректором (redirector). Ее назначение - переадресовать операции ввода/вывода к ресурсам сервера.

Сеансовый уровень 5 (Session) - позволяет двум приложениям на разных компьютерах устанавливать, использовать и завершать соединение, называемое сеансом. На этом уровне выполняются такие функции, как распознавание имен и защита, необходимые для связи двух приложений в сети.

Сеансовый уровень обеспечивает синхронизацию между пользовательскими задачами посредством расстановки в потоке данных контрольных точек (checkpoints). Таким образом, в случае сетевой ошибки, потребуется заново передать только данные, следующие за последней контрольной точкой. На этом уровне выполняется управление диалогом между взаимодействующими процессами, т.е. регулируется, какая из сторон осуществляет передачу, когда, как долго и т.д.

Транспортный уровень 4 (Transport) - обеспечивает дополнительный уровень соединения - ниже Сеансового уровня. Транспортный уровень гарантирует доставку пакетов без ошибок, в той же последовательности, без потерь и дублирования. На этом уровне сообщения переупаковываются: длинные разбиваются на несколько пакетов, а короткие объединяются в один. Это увеличивает эффективность передачи пакетов по сети. На Транспортном уровне компьютера-получателя сообщения распаковываются, восстанавливаются в первоначальном виде, и обычно посылается сигнал подтверждения приема.

Транспортный уровень управляет потоком, проверяет ошибки и участвует в решении проблем, связанных с отправкой и получением пакетов.

Сетевой уровень 3 (Network) - отвечает за адресацию сообщений и перевод логических адресов и имен в физические адреса. Одним словом, исходя из конкретных сетевых условий, приоритета услуги и других факторов здесь определяется маршрут от компьютера-отправителя к компьютеру- получателю. На этом уровне решаются также такие задачи и проблемы, связанные с сетевым трафиком, как коммутация пакетов, маршрутизация и перегрузки.

Если сетевой адаптер маршрутизатора не может передавать большие блоки данных, посланные компьютером-отправителем, на Сетевом уровне эти блоки разбиваются на меньшие. А Сетевой уровень компьютера-получателя собирает эти данные в исходное состояние.

...