6. В каких случаях используют топологию Кольцо?

7. Охарактеризовать топологию Звезда и привести примеры использования этой топологии.

8. К какой топологии относится сеть при подсоединении всех компьютеров к общему концентратору?

9. Привести примеры и охарактеризовать древовидную топологию.

10. Что такое ячеистая топология и в каких случаях она используется?

11. Что такое метод доступа и как влияет метод доступа на передачу данных в сети?

12. Какие существуют методы доступа?

13. Охарактеризовать метод доступа с прослушиванием несущей и разрешением коллизий.

14. При каком методе доступа обе станции могут одновременно начать передачу и войти в конфликт?

15. В каких сетевых технологиях используется метод CSMA/CD?

16. Охарактеризовать метод доступа с разделением во времени и перечислить в каких случаях используется данный метод.

17. Что такое маркер?

18. В каком случае рабочая станция может начать передачу данных при использовании метода доступа с передачей полномочия?

19. Охарактеризовать метод доступа с передачей полномочия.

20. Охарактеризовать метод множественного доступа с разделением частоты.

21. Какие существуют варианты использования множественного доступа с разделением во времени?

Лекция 5. ЛВС и компоненты ЛВС

Компьютерная сеть состоит из трех основных аппаратных компонент и двух программных, которые должны работать согласованно. Для корректной работы устройств в сети их нужно правильно инсталлировать и установить рабочие параметры.

5.1 Основные компоненты

Основными аппаратными компонентами сети являются следующие:

1. Абонентские системы:

компьютеры (рабочие станции или клиенты и серверы);

принтеры;

сканеры и др.

2. Сетевое оборудование:

сетевые адаптеры;

концентраторы (хабы);

мосты;

маршрутизаторы и др.

3. Коммуникационные каналы:

кабели;

разъемы;

устройства передачи и приема данных в беспроводных технологиях.

Основными программными компонентами сети являются следующие:

1. Сетевые операционные системы, где наиболее известные из них это:

Windows NT;

Windows for Workgroups;

LANtastic;

NetWare;

Unix;

Linux и т.д.

2. Сетевое программное обеспечение (Сетевые службы):

клиент сети;

сетевая карта;

протокол;

служба удаленного доступа.

ЛВС (Локальная вычислительная сеть) - это совокупность компьютеров, каналов связи, сетевых адаптеров, работающих под управлением сетевой операционной системы и сетевого программного обеспечения.

В ЛВС каждый ПК называется рабочей станцией, за исключением одного или нескольких компьютеров, которые предназначены для выполнения функций файл-серверов. Каждая рабочая станция и файл-сервер имеют сетевые карты (адаптеры), которые посредством физических каналов соединяются между собой. В дополнение к локальной операционной системе на каждой рабочей станции активизируется сетевое программное обеспечение, позволяющее станции взаимодействовать с файловым сервером.

Компьютеры, входящие в ЛВС клиент - серверной архитектуры, делятся на два типа: рабочие станции, или клиенты, предназначенные для пользователей, и файловые серверы, которые, как правило, недоступны для обычных пользователей и предназначены для управления ресурсами сети.

Аналогично на файловом сервере запускается сетевое программное обеспечение, которое позволяет ему взаимодействовать с рабочей станцией и обеспечить доступ к своим файлам.

5.2 Рабочие станции

Рабочая станция (workstation) - это абонентская система, специализированная для решения определенных задач и использующая сетевые ресурсы. К сетевому программному обеспечению рабочей станции относятся следующие службы:

клиент для сетей;

служба доступа к файлам и принтерам;

сетевые протоколы для данного типа сетей;

сетевая плата;

контроллер удаленного доступа.

Рабочая станция отличается от обычного автономного персонального компьютера следующим:

наличием сетевой карты (сетевого адаптера) и канала связи;

на экране во время загрузки ОС появляются дополнительные сообщения, которые информируют о том, что загружается сетевая операционная система;

перед началом работы необходимо сообщить сетевому программному обеспечению имя пользователя и пароль. Это называется процедурой входа в сеть;

после подключения к ЛВС появляются дополнительные сетевые дисковые накопители;

появляется возможность использования сетевого оборудования, которое может находиться далеко от рабочего места.

5.3 Сетевые адаптеры

Для подключения ПК к сети требуется устройство сопряжения, которое называют сетевым адаптером, интерфейсом, модулем, или картой. Оно вставляется в гнездо материнской платы. Карты сетевых адаптеров устанавливаются на каждой рабочей станции и на файловом сервере. Рабочая станция отправляет запрос через сетевой адаптер к файловому серверу и получает ответ через сетевой адаптер, когда файловый сервер готов.

Сетевые адаптеры вместе с сетевым программным обеспечением способны распознавать и обрабатывать ошибки, которые могут возникнуть из-за электрических помех, коллизий или плохой работы оборудования.

Последние типы сетевых адаптеров поддерживают технологию Plug and Play (вставляй и работай). Если сетевую карту установить в компьютер, то при первой загрузке система определит тип адаптера и запросит для него драйверы.

Различные типы сетевых адаптеров отличаются не только методами доступа к каналу связи и протоколами, но еще и следующими параметрами:

скорость передачи;

объем буфера для пакета;

тип шины;

быстродействие шины;

совместимость с различными микропроцессорами;

использованием прямого доступа к памяти (DMA);

адресация портов ввода/вывода и запросов прерывания;

конструкция разъема.

5.4 Файловые серверы

Сервер - это компьютер, предоставляющий свои ресурсы (диски, принтеры, каталоги, файлы и т.п.) другим пользователям сети.

Файловый сервер обслуживает рабочие станции. В настоящее время это обычно быстродействующий ПК на базе процессоров Pentium, работающие с тактовой частотой 500 Мгц и выше, с объемом ОЗУ 128Мбт или более. Чаще всего файловый сервер выполняет только эти функции. Но иногда в малых ЛВС файл-сервер используется еще и в качестве рабочей станции. На файловом сервере должна стоять сетевая операционная система, а также сетевое программное обеспечение. К сетевому программному обеспечению сервера относятся сетевые службы и протоколы, а также средства администрирования сервера.

Файловые серверы могут контролировать доступ пользователей к различным частям файловой системы. Это обычно осуществляется разрешением пользователю присоединить некоторую файловую систему (или каталог) к рабочей станции пользователя для дальнейшего использования как локального диска.

По мере усложнения возлагаемых на серверы функций и увеличения числа обслуживаемых ими клиентов происходит все большая специализация серверов. Существует множество типов серверов.

- Первичный контроллер домена, сервер, на котором хранится база бюджетов пользователей и поддерживается политика защиты.

- Вторичный контроллер домена, сервер, на котором хранится резервная копия базы бюджетов пользователей и политики защиты.

- Универсальный сервер, предназначенный для выполнения несложного набора различных задач обработки данных в локальной сети.

- Сервер базы данных, выполняющий обработку запросов, направляемых базе данных.

- Proxy сервер, подключающий локальную сеть к сети Internet.

- Web-сервер, предназначенный для работы с web-информацией.

- Файловый сервер, обеспечивающий функционирование распределенных ресурсов, включая файлы, программное обеспечение.

- Сервер приложений, предназначенный для выполнения прикладных процессов. С одной стороны, взаимодействует с клиентами, получая задания, а с другой стороны, работает с базами данных, подбирая данные, необходимые для обработки.

- Сервер удаленного доступа, обеспечивающий сотрудникам, работающим дома торговым агентам, служащим филиалов, лицам, находящимся в командировках, возможность работы с данными сети.

- Телефонный сервер, предназначенный для организации в локальной сети службы телефонии. Этот сервер выполняет функции речевой почты, автоматического распределения вызовов, учет стоимости телефонных разговоров, интерфейса с внешней телефонной сетью. Наряду с телефонией сервер может также передавать изображения и сообщения факсимильной связи.

- Почтовый сервер, предоставляющий сервис в ответ на запросы, присланные по электронной почте.

- Сервер доступа, дающий возможность коллективного использования ресурсов пользователями, оказавшимися вне своих сетей (например, пользователями, которые находятся в командировках и хотят работать со своими сетями). Для этого пользователи через коммуникационные сети соединяются с сервером доступа и последний предоставляет нужные ресурсы, имеющиеся в сети.

- Терминальный сервер, объединяющий группу терминалов, упрощающий переключения при их перемещении.

- Коммуникационный сервер, выполняющий функции терминального сервера, но осуществляющий также маршрутизацию данных.

- Видеосервер, который в наибольшей степени приспособлен к обработке изображений, снабжает пользователей видеоматериалами, обучающими программами, видеоиграми, обеспечивает электронный маркетинг. Имеет высокую производительность и большую память.

- Факс-сервер, обеспечивающий передачу и прием сообщений в стандартах факсимильной связи.

- Сервер защиты данных, оснащенный широким набором средств обеспечения безопасности данных и, в первую очередь, идентификации паролей.

5.5 Сетевые операционные системы

Сетевые операционные системы (Network Operating System - NOS) - это комплекс программ, обеспечивающих в сети обработку, хранение и передачу данных.

Для организации сети кроме аппаратных средств, необходима также сетевая операционная система. Операционные системы сами по себе не могут поддерживать сеть. Для дополнения какой-нибудь ОС сетевыми средствами необходима процедура инсталляции сети.

Сетевая операционная система необходима для управления потоками сообщений между рабочими станциями и файловым сервером. Она является прикладной платформой, предоставляет разнообразные виды сетевых служб и поддерживает работу прикладных процессов, реализуемых в сетях. NOS используют архитектуру клиент-сервер или одноранговую архитектуру.

NOS определяет группу протоколов, обеспечивающих основные функции сети. К ним относятся:

адресация объектов сети;

функционирование сетевых служб;

обеспечение безопасности данных;

управление сетью.

5.6 Сетевое программное обеспечение

Клиент для сетей обеспечивает связь с другими компьютерами и серверами, а также доступ к файлам и принтерам.

Сетевая карта является устройством, физически соединяющим компьютер с сетью. Для каждой сетевой карты устанавливаются свои драйверы, значение IRQ (требования к прерыванию) и адреса ввода/вывода.

Протоколы используются для установления правил обмена информацией в сетях.

Служба удаленного доступа позволяет делать файлы и принтеры доступными для компьютеров в сети.

Применение многопользовательских версий прикладных программ резко увеличивают производительность. Многие системы управления базами данных позволяют нескольким рабочим станциям работать с общей базой данных. Большинство деловых прикладных программ также являются многопользовательскими.

5.7 Защита данных

Защита данных от несанкционированного доступа при работе в ЛВС необходима по следующим причинам:

- Необходимость обеспечения гарантии от разрушений. При работе в сети неопытных пользователей возможно уничтожение файлов и каталогов.

- Необходимость защиты конфиденциальности. Далеко не всегда есть желание, чтобы частная информация была доступна всем;

- Необходимость защиты от мошенничества. Некоторые расчетные ведомости несут в себе большие денежные суммы, и бывает, пользователи поддаются искушению выписать чек на свое имя.

- Необходимость защиты от преднамеренных разрушений. В некоторых случаях раздосадованный работник может испортить какую-нибудь информацию.

5.8 Использование паролей и ограничение доступа

Первый шаг к безопасности - это введение пароля. Каждому пользователю ЛВС присваивается пароль - секретное слово, известное только этому пользователю. При вводе пароля высвечиваются звездочки. Сетевая операционная система хранит информацию по всем именам и паролям (в закодированной форме), а также о правах доступа к директориям и другие атрибуты пользователей.

Еще одна возможность защиты данных заключается в ограничении доступа к определенным директориям или определенным серверам. Доступ к дискам рабочих станций выбирается посредством вкладки Управление доступом в программе Сетевое окружение. Доступ между серверами организуется посредством установки доверительных отношений между серверами.

5.9 Типовой состав оборудования локальной сети

Фрагмент вычислительной сети включает основные типы коммуникационного оборудования, применяемого сегодня для образования локальных сетей и соединения их через глобальные связи друг с другом.

Для построения локальных связей между компьютерами используются различные виды кабельных систем, сетевые адаптеры, концентраторы, повторители. Для связей между сегментами локальной вычислительной сети используются концентраторы, мосты, коммутаторы, маршрутизаторы и шлюзы.

Для подключения локальных сетей к глобальным связям используются:

- специальные выходы (WAN-порты) мостов и маршрутизаторов;

- аппаратура передачи данных по длинным линиям - модемы (при работе по аналоговым линиям);

- устройства подключения к цифровым каналам (TA - терминальные адаптеры сетей ISDN, устройства обслуживания цифровых выделенных каналов типа CSU/DSU и т.п.).

На рис. 5.1 приведен фрагмент вычислительной сети.



Рис. 5.1 Фрагмент сети

Вопросы

1. Перечислить основные компоненты сети.

2. Как подразделяются компьютеры в сети?

3. Дать определение рабочей станции.

4. Чем отличается рабочая станция в сети от локального компьютера?

5. Что такое файловый сервер?

6. Какие бывают файловые серверы?

7. Какое назначение первичного контролера домена в сети7

8. Для чего используется вторичный контролера домена?

9. Что такое Proxy-сервер?

10. Какая информация хранится на сервере баз данных?

11. Достаточно ли одного сервера баз данных в сети с клиент-серверной архитектурой?

12. Может ли сервер баз данных и Web-сервер размещаться на одном компьютере?

13. Перечислить сетевое программное обеспечение рабочей станции.

14. Какое назначение СОС?

15. Перечислить наиболее известные сетевые операционные системы.

16. Чем различаются типы сетевых адаптеров?

17. Какую технологию поддерживают последние типы сетевых адаптеров?

18. Что такое сетевая операционная система?

19. Перечислить сетевое программное обеспечение и его назначение.

20. Для чего используется защита данных?

21. Что дает использование паролей и ограничение доступа?

22. Перечислить основные функции сетевых протоколов.

23. Для какой цели используется Web-сервер?

24. Какой сервер необходим для подключения к сети Internet?

25. Какое сетевое оборудование используется для связи между сегментами ЛВС?

Лекция 6. Физическая среда передачи данных

Физическая среда является основой, на которой строятся физические средства соединения. Сопряжение с физическими средствами соединения посредством физической среды обеспечивает Физический уровень. В качестве физической среды широко используются эфир, металлы, оптическое стекло и кварц. На физическом уровне находится носитель, по которому передаются данные. Среда передачи данных может включать как кабельные, так и беспроводные технологии. Хотя физические кабели являются наиболее распространенными носителями для сетевых коммуникаций, беспроводные технологии все более внедряются благодаря их способности связывать глобальные сети.

На физическом уровне для физических кабелей определяются механические и электрические (оптические) свойства среды передачи, которые включают:

- тип кабелей и разъемов;

- разводку контактов в разъемах;

- схему кодирования сигналов для значений 0 и 1.

Канальный уровень определяет доступ к среде и управление передачей посредством процедуры передачи данных по каналу. В локальных сетях протоколы канального уровня используются компьютерами, мостами, коммутаторами и маршрутизаторами. В компьютерах функции канального уровня реализуются совместными усилиями сетевых адаптеров и их драйверов.

6.1 Кабели связи, линии связи, каналы связи

Для организации связи в сетях используются следующие понятия:

- кабели связи;

- линии связи;

- каналы связи.

Кабель связи -- это длинномерное изделие электротехнической промышленности. Из кабелей связи и других элементов (монтаж, крепеж, кожухи и т.д.) строят линии связи. Прокладка линии внутри здания задача достаточно серьезная. Длина линий связи колеблется от десятков метров до десятков тысяч километров. В любую более-менее серьезную линию связи кроме кабелей входят: траншеи, колодцы, муфты, переходы через реки, море и океаны, а также грозозащита (равно как и другие виды защиты) линий. Очень сложны охрана, эксплуатация, ремонт линий связи; содержание кабелей связи под избыточным давлением, профилактика (в снег, дождь, на ветру, в траншее и в колодце, в реке и на дне моря). Большую сложность представляют собой юридические вопросы, включающие согласование прокладки линий связи, особенно в городе. Вот чем линия (связи) отличается от кабеля. Называть кабель связи линией -- все равно что асфальт, еще в кузове самосвала, именовать готовой автострадой. Разница примерно такая же.

По уже построенным линиям организуют каналы связи. Причем если линию, как правило, строят и сдают сразу всю, то каналы связи вводят постепенно. Уже по линии можно дать связь, но такое использование крайне дорогостоящих сооружений очень неэффективно. Поэтому применяют аппаратуру каналообразования (или, как раньше говорили, уплотнение линии). По каждой электрической цепи, состоящей из двух проводов, обеспечивают связь не одной паре абонентов (или компьютеров), а сотням или тысячам: по одной коаксиальной паре в междугородном кабеле может быть образовано до 10800 каналов тональной частоты (0,3-3,4 КГц) или почти столько же цифровых, с пропускной способностью 64 Кбит/с.

При наличии кабелей связи создаются линии связи, а уже по линиям связи создаются каналы связи. Линии связи и каналы связи заводятся на узлы связи. Линии, каналы и узлы образуют первичные сети связи.

6.2 Типы кабелей и структурированные кабельные системы

В качестве среды передачи данных используются различные виды кабелей: коаксиальный кабель, кабель на основе экранированной и неэкранированной витой пары и оптоволоконный кабель. Наиболее популярным видом среды передачи данных на небольшие расстояния (до 100 м) становится неэкранированная витая пара, которая включена практически во все современные стандарты и технологии локальных сетей и обеспечивает пропускную способность до 100 Мб/с (на кабелях категории 5). Оптоволоконный кабель широко применяется как для построения локальных связей, так и для образования магистралей глобальных сетей. Оптоволоконный кабель может обеспечить очень высокую пропускную способность канала (до нескольких Гб/с) и передачу на значительные расстояния (до нескольких десятков километров без промежуточного усиления сигнала).

В качестве среды передачи данных в вычислительных сетях используются также электромагнитные волны различных частот - КВ, УКВ, СВЧ. Однако пока в локальных сетях радиосвязь используется только в тех случаях, когда оказывается невозможной прокладка кабеля, например, в зданиях. Это объясняется недостаточной надежностью сетевых технологий, построенных на использовании электромагнитного излучения. Для построения глобальных каналов этот вид среды передачи данных используется шире - на нем построены спутниковые каналы связи и наземные радиорелейные каналы, работающие в зонах прямой видимости в СВЧ диапазонах.

Очень важно правильно построить фундамент сети - кабельную систему. В последнее время в качестве такой надежной основы все чаще используется структурированная кабельная система.

Структурированная кабельная система (Structured Cabling System - SCS) - это набор коммутационных элементов (кабелей, разъемов, коннекторов, кроссовых панелей и шкафов), а также методика их совместного использования, которая позволяет создавать регулярные, легко расширяемые структуры связей в вычислительных сетях.

Преимущества структурированной кабельной системы.

- Универсальность. Структурированная кабельная система при продуманной организации может стать единой средой для передачи компьютерных данных в локальной вычислительной сети.

- Увеличение срока службы. Срок старения хорошо структурированной кабельной системы может составлять 8-10 лет.

- Уменьшение стоимости добавления новых пользователей и изменения их мест размещения. Стоимость кабельной системы в основном определяется не стоимостью кабеля, а стоимостью работ по его прокладке.

- Возможность легкого расширения сети. Структурированная кабельная система является модульной, поэтому ее легко наращивать, позволяя легко и ценой малых затрат переходить на более совершенное оборудование, удовлетворяющее растущим требованиям к системам коммуникаций.

- Обеспечение более эффективного обслуживания. Структурированная кабельная система облегчает обслуживание и поиск неисправностей.

- Надежность. Структурированная кабельная система имеет повышенную надежность, поскольку обычно производство всех ее компонентов и техническое сопровождение осуществляется одной фирмой-производителем.

6.3 Кабельные системы

Выделяют два больших класса кабелей: электрические и оптические, которые принципиально различаются по способу передачи по ним сигнала.

Отличительная особенность оптоволоконных систем - высокая стоимость как самого кабеля (по сравнению с медным), так и специализированных установочных элементов (розеток, разъемов, соединителей и т.п.). Правда, главный вклад в стоимость сети вносит цена активного сетевого оборудования для оптоволоконных сетей.

Оптоволоконные сети применяются для горизонтальных высокоскоростных каналов, а также все чаще стали применяться для вертикальных каналов связи (межэтажных соединений).

Оптоволоконные кабели в будущем смогут составить реальную конкуренцию медным высокочастотным, поскольку стоимость производства медных кабелей снижаться не будет, ведь для него нужна очень чистая медь, запасов которой на земле гораздо меньше, чем кварцевого песка, из которого производят оптоволокно.

Основные поставщики оптоволоконного кабеля для России - Mohawk/CDT, Lucent Technologies и AMP.

6.4 Типы кабелей

Существует несколько различных типов кабелей, используемых в современных сетях. Ниже приведены наиболее часто используемые типы кабелей. Множество разновидностей медных кабелей составляют класс электрических кабелей, используемых как для прокладки телефонных сетей, так и для инсталляции ЛВС. По внутреннему строению различают кабели на витой паре и коаксиальные кабели.

Кабель типа "витая пара" (twisted pair)

Витой парой называется кабель, в котором изолированная пара проводников скручена с небольшим числом витков на единицу длины. Скручивание проводов уменьшает электрические помехи извне при распространении сигналов по кабелю, а экранированные витые пары еще более увеличивают степень помехозащищенности сигналов.

Кабель типа "витая пара" используется во многих сетевых технологиях, включая Ethernet, ARCNet и IBM Token Ring.

Кабели на витой паре подразделяются на: неэкранированные (UTP - Unshielded Twisted Pair) и экранированные медные кабели. Последние подразделяются на две разновидности: с экранированием каждой пары и общим экраном (STP - Shielded Twisted Pair) и с одним только общим экраном (FTP - Foiled Twisted Pair). Наличие или отсутствие экрана у кабеля вовсе не означает наличия или отсутствия защиты передаваемых данных, а говорит лишь о различных подходах к подавлению помех. Отсутствие экрана делает неэкранированные кабели более гибкими и устойчивыми к изломам. Кроме того, они не требуют дорогостоящего контура заземления для эксплуатации в нормальном режиме, как экранированные. Неэкранированные кабели идеально подходят для прокладки в помещениях внутри офисов, а экранированные лучше использовать для установки в местах с особыми условиями эксплуатации, например, рядом с очень сильными источниками электромагнитных излучений, которых в офисах обычно нет.

Кабели классифицируются по категории, указанным в таблице 6.1. Основанием для отнесения кабеля к одной из категорий служит максимальная частота передаваемого по нему сигнала.

Таблица 6.1

Категория	Частота передаваемого сигнала, (МГц)
3	16
4	20
5	100
5+	300
6	200
7	600

Коаксиальные кабели

Коаксиальные кабели используются в радио и телевизионной аппаратуре. Коаксиальные кабели могут передавать данные со скоростью 10 Мбит/с на максимальное расстояние от 185 до 500 метров. Они разделяются на толстые и тонкие в зависимости от толщины. Типы коаксиальных кабелей приведены в таблице 6.2.

Таблица 6.2

Тип	Название, значение сопротивления
RG-8 и RG-11	Thicknet, 50 Ом
RG-58/U	Thinnet, 50 Ом, сплошной центральный медный проводник
RG-58 А/U	Thinnet, 50 Ом, центральный многожильный проводник
RG-59	Broadband/Cable television (широковещательное и кабельное телевидение), 75 Ом
RG-59 /U	Broadband/Cable television (широковещательное и кабельное телевидение), 50 Ом
RG-62	ARCNet, 93 Ом

Кабель Thinnet, известный как кабель RG-58, является наиболее широко используемым физическим носителем данных. Сети при этом не требуют дополнительного оборудования и являются простыми и недорогими. Хотя тонкий коаксиальный кабель (Thin Ethernet) позволяет передачу на меньшее расстояние, чем толстый, но для соединений с тонким кабелем применяются стандартные байонетные разъемы BNC типа СР-50 и ввиду его небольшой стоимости он становится фактически стандартным для офисных ЛВС. Используется в технологии Ethernet 10Base2, описанной ниже.

Толстый коаксиальный кабель (Thick Ethernet) имеет большую степень помехозащищенности, большую механическую прочность, но требует специального приспособления для прокалывания кабеля, чтобы создать ответвления для подключения к ЛВС. Он более дорогой и менее гибкий, чем тонкий. Используется в технологии Ethernet 10Base5, описанной ниже. Сети ARCNet с посылкой маркера обычно используют кабель RG-62 А/U.

Оптоволоконный кабель

Оптоволоконный кабель (Fiber Optic Cable) обеспечивает высокую скорость передачи данных на большом расстоянии. Они также невосприимчивы к интерференции и подслушиванию. В оптоволоконном кабеле для передачи сигналов используется свет. Волокно, применяемое в качестве световода, позволяет передачу сигналов на большие расстояния с огромной скоростью, но оно дорого, и с ним трудно работать.

Для установки разъемов, создания ответвлений, поиска неисправностей в оптоволоконном кабеле необходимы специальные приспособления и высокая квалификация. Оптоволоконный кабель состоит из центральной стеклянной нити толщиной в несколько микрон, покрытой сплошной стеклянной оболочкой. Все это, в свою очередь, спрятано во внешнюю защитную оболочку.

Оптоволоконные линии очень чувствительны к плохим соединениям в разъемах. В качестве источника света в таких кабелях применяются светодиоды (LED - Light Emitting Diode), а информация кодируется путем изменения интенсивности света. На приемном конце кабеля детектор преобразует световые импульсы в электрические сигналы.

Существуют два типа оптоволоконных кабелей - одномодовые и многомодовые. Одномодовые кабели имеют меньший диаметр, большую стоимость и позволяют передачу информации на большие расстояния. Поскольку световые импульсы могут двигаться в одном направлении, системы на базе оптоволоконных кабелей должны иметь входящий кабель и исходящий кабель для каждого сегмента. Оптоволоконный кабель требует специальных коннекторов и высококвалифицированной установки.

6.5 Кабельные системы Ethernet

10Base-T, 100Base-TX

Неэкранированная витая пара (Unshielded Twisted Pair - UTP) - это кабель из скрученных пар проводов.

Характеристики кабеля:

- диаметр проводников 0.4 - 0.6 мм (22~26 AWG), 4 скрученных пары (8 проводников, из которых для 10Base-T и 100Base-TX используются только 4). Кабель должен иметь категорию 3 или 5 и качество data grade или выше;

- максимальная длина сегмента 100 м;

- разъемы восьми контактные RJ-45.

Рис. 6.1 восьми контактные RJ-45

В таблице 6.3 приведены сигналы, соответствующие номерам контактов разъема RJ-45.

Таблица 6.3

Тип	Каскадирование	Нормальный режим
1	RD+ (прием)	TD+ (передача)
2	RD- (прием)	TD- (передача)
3	TD+ (передача)	RD+ (прием)
4	Не используется	Не используется
5	Не используется	Не используется
6	TD- (передача)	RD- (прием)
7	Не используется	Не используется
8	Не используется	Не используется

10Base2

- Тонкий коаксиальный кабель;

- Характеристики кабеля: диаметр 0.2 дюйма, RG-58A/U 50 Ом;

- Приемлемые разъемы - BNC;

- Максимальная длина сегмента - 185 м;

- Минимальное расстояние между узлами - 0.5 м;

- Максимальное число узлов в сегменте - 30.

10Base5

- Толстый коаксиальный кабель;

- Волновое сопротивление - 50 Ом;

- Максимальная длина сегмента - 500 метров;

- Минимальное расстояние между узлами -: 2.5 м;

- Максимальное число узлов в сегменте - 100.

6.6 Беспроводные технологии

Методы беспроводной технологии передачи данных (Radio Waves) являются удобным, а иногда незаменимым средством связи. Беспроводные технологии различаются по типам сигнала, частоте (большая частота означает большую скорость передачи) и расстоянию передачи. Большое значение имеют помехи и стоимость. Можно выделить три основных типа беспроводной технологии:

- радиосвязь;

- связь в микроволновом диапазоне;

- инфракрасная связь.

Радиосвязь

Технологии радиосвязи пересылают данные на радиочастотах и практически не имеют ограничений по дальности. Она используется для соединения локальных сетей на больших географических расстояниях. Радиопередача в целом имеет высокую стоимость и чувствительна к электронному и атмосферному наложению, а также подвержена перехватам, поэтому требует шифрования для обеспечения уровня безопасности.

Связь в микроволновом диапазоне

Передача данных в микроволновом диапазоне (Microwaves) использует высокие частоты и применяется как на коротких, так и на больших расстояниях. Главное ограничение заключается в том, чтобы передатчик и приемник были в зоне прямой видимости. Используется в местах, где использование физического носителя затруднено. Передача данных в микроволновом диапазоне при использовании спутников может быть очень дорогой.

Инфракрасная связь

Инфракрасные технологии (Infrared transmission), функционируют на очень высоких частотах, приближающихся к частотам видимого света. Они могут быть использованы для установления двусторонней или широковещательной передачи на близких расстояниях. При инфракрасной связи обычно используют светодиоды (LED - Light Emitting Diode) для передачи инфракрасных волн приемнику. Инфракрасная передача ограничена малым расстоянием в прямой зоне видимости и может быть использована в офисных зданиях.

Вопросы

1. Что такое физическая среда?

2. Что может быть использовано в качестве физической среды передачи данных?

3. Какие вопросы при организации сети решаются на физическом уровне?

4. Что такое кабель?

5. Что такое линии связи?

6. Дать определение каналов связи.

7. Какие проблемы существуют при организации каналов связи?

8. Перечислить типы кабелей, используемых для передачи данных в сети.

9. Каково назначение структурированной кабельной системы?

10. На какие классы подразделяются кабельные системы?

11. Что такое 10BaseT?

12. Какой кабель используется в технологии 10Base2?

13. Какой кабель используется в технологии 10Base5?

14. Назвать какие типы кабелей используют для передачи данных в сети?

15. Какие известны кабельные системы Ethernet?

16. Какие существуют типы оптоволоконных кабелей?

17. Какие известны технологи беспроводной передачи данных?

18. В каких случаях используется инфракрасная связь?

19. Назвать преимущества использования радиосвязи.

Лекция 7. Сетевые операционные системы

Сетевые операционные системы (Network Operating System -NOS) - это комплекс программ, обеспечивающих обработку, хранение и передачу данных в сети [32].

Сетевая операционная система выполняет функции прикладной платформы, предоставляет разнообразные виды сетевых служб и поддерживает работу прикладных процессов, выполняемых в абонентских системах. Сетевые операционные системы используют клиент серверную либо одноранговую архитектуру. Компоненты NOS располагаются на всех рабочих станциях, включенных в сеть.

NOS определяет взаимосвязанную группу протоколов верхних уровней, обеспечивающих выполнение основных функций сети. К ним, в первую очередь, относятся:

- адресация объектов сети;

- функционирование сетевых служб;

- обеспечение безопасности данных;

- управление сетью.

При выборе NOS необходимо рассматривать множество факторов. Среди них:

- набор сетевых служб, которые предоставляет сеть;

- возможность наращивания имен, определяющих хранимые данные и прикладные программы;

- механизм рассредоточения ресурсов по сети;

- способ модификации сети и сетевых служб;

- надежность функционирования и быстродействие сети;

- используемые или выбираемые физические средства соединения;

- типы компьютеров, объединяемых в сеть, их операционные системы;

- предлагаемые системы, обеспечивающие управление сетью;

- используемые средства защиты данных;

- совместимость с уже созданными прикладными процессами;

- число серверов, которое может работать в сети;

- перечень ретрансляционных систем, обеспечивающих сопряжение локальных сетей с различными территориальными сетями;

- способ документирования работы сети, организация подсказок и поддержек.

7.1 Структура сетевой операционной системы

Сетевая операционная система составляет основу любой вычислительной сети. Каждый компьютер в сети автономен, поэтому под сетевой операционной системой в широком смысле понимается совокупность операционных систем отдельных компьютеров, взаимодействующих с целью обмена сообщениями и разделения ресурсов по единым правилам - протоколам. В узком смысле сетевая ОС - это операционная система отдельного компьютера, обеспечивающая ему возможность работать в сети.

Рис. 7.1 Структура сетевой ОС

В соответствии со структурой, приведенной на рис. 7.1, в сетевой операционной системе отдельной машины можно выделить несколько частей.

1. Средства управления локальными ресурсами компьютера: функции распределения оперативной памяти между процессами, планирования и диспетчеризации процессов, управления процессорами, управления периферийными устройствами и другие функции управления ресурсами локальных ОС.

2. Средства предоставления собственных ресурсов и услуг в общее пользование - серверная часть ОС (сервер). Эти средства обеспечивают, например, блокировку файлов и записей, ведение справочников имен сетевых ресурсов; обработку запросов удаленного доступа к собственной файловой системе и базе данных; управление очередями запросов удаленных пользователей к своим периферийным устройствам.

3. Средства запроса доступа к удаленным ресурсам и услугам - клиентская часть ОС (редиректор). Эта часть выполняет распознавание и перенаправление в сеть запросов к удаленным ресурсам от приложений и пользователей. Клиентская часть также осуществляет прием ответов от серверов и преобразование их в локальный формат, так что для приложения выполнение локальных и удаленных запросов неразличимо.

4. Коммуникационные средства ОС, с помощью которых происходит обмен сообщениями в сети. Эта часть обеспечивает адресацию и буферизацию сообщений, выбор маршрута передачи сообщения по сети, надежность передачи и т.п., т.е. является средством транспортировки сообщений.

Клиентское программное обеспечение

Для работы с сетью на клиентских рабочих станциях должно быть установлено клиентское программное обеспечение. Это программное обеспечение обеспечивает доступ к ресурсам, расположенным на сетевом сервере. Тремя наиболее важными компонентами клиентского программного обеспечения являются редиректоры (redirector), распределители (designator) и имена UNC (UNC pathnames).[5]

Редиректоры

Редиректор - сетевое программное обеспечение, которое принимает запросы ввода/вывода для удаленных файлов, именованных каналов или почтовых слотов и затем переназначает их сетевым сервисам другого компьютера. Редиректор перехватывает все запросы, поступающие от приложений, и анализирует их.

Фактически существуют два типа редиректоров, используемых в сети:

- клиентский редиректор (client redirector)

- серверный редиректор (server redirector).

Оба редиректора функционируют на представительском уровне модели OSI. Когда клиент делает запрос к сетевому приложению или службе, редиректор перехватывает этот запрос и проверяет, является ли ресурс локальным (находящимся на запрашивающем компьютере) или удаленным (в сети). Если редиректор определяет, что это локальный запрос, он направляет запрос центральному процессору для немедленной обработки. Если запрос предназначен для сети, редиректор направляет запрос по сети к соответствующему серверу. По существу, редиректоры скрывают от пользователя сложность доступа к сети. После того как сетевой ресурс определен, пользователи могут получить к нему доступ без знания его точного расположения.

Распределители

Распределитель (designator) представляет собой часть программного обеспечения, управляющую присвоением букв накопителя (drive letter) как локальным, так и удаленным сетевым ресурсам или разделяемым дисководам, что помогает во взаимодействии с сетевыми ресурсами. Когда между сетевым ресурсом и буквой локального накопителя создана ассоциация, известная также как отображение дисковода (mapping a drive), распределитель отслеживает присвоение такой буквы дисковода сетевому ресурсу. Затем, когда пользователь или приложение получат доступ к диску, распределитель заменит букву дисковода на сетевой адрес ресурса, прежде чем запрос будет послан редиректору.

Имена UNC

Редиректор и распределитель являются не единственными методами, используемыми для доступа к сетевым ресурсам. Большинство современных сетевых операционных систем, так же как и Windows 95, 98, NT, распознают имена UNC (Universal Naming Convention -- Универсальное соглашение по наименованию). UNC представляют собой стандартный способ именования сетевых ресурсов. Эти имена имеют форму \\Имя_сервера\имя_ресурса. Способные работать с UNC приложения и утилиты командной строки используют имена UNC вместо отображения сетевых дисков.

Серверное программное обеспечение

Для того чтобы компьютер мог выступать в роли сетевого сервера необходимо установить серверную часть сетевой операционной системы, которая позволяет поддерживать ресурсы и распространять их среди сетевых клиентов. Важным вопросом для сетевых серверов является возможность ограничить доступ к сетевым ресурсам. Это называется сетевой защитой (network security). Она предоставляет средства управления над тем, к каким ресурсам могут получить доступ пользователи, степень этого доступа, а также, сколько пользователей смогут получить такой доступ одновременно. Этот контроль обеспечивает конфиденциальность и защиту и поддерживает эффективную сетевую среду.

В дополнение к обеспечению контроля над сетевыми ресурсами сервер выполняет следующие функции:

- предоставляет проверку регистрационных имен (logon identification) для пользователей;

- управляет пользователями и группами;

- хранит инструменты сетевого администрирования для управления, контроля и аудита;

- обеспечивает отказоустойчивость для защиты целостности сети.

Клиентское и серверное программное обеспечение

Некоторые из сетевых операционных систем, в том числе Windows NT, имеют программные компоненты, обеспечивающие компьютеру как клиентские, так и серверные возможности. Это позволяет компьютерам поддерживать и использовать сетевые ресурсы и преобладает в одноранговых сетях. В общем, этот тип сетевых операционных систем не так мощен и надежен, как законченные сетевые операционные системы. Главное преимущество комбинированной клиентско-серверной сетевой операционной системы заключается в том, что важные ресурсы, расположенные на отдельной рабочей станции, могут быть разделены с остальной частью сети. Недостаток состоит в том, что если рабочая станция поддерживает много активно используемых ресурсов, она испытывает серьезное падение производительности. Если такое происходит, то необходимо перенести эти ресурсы на сервер для увеличения общей производительности.

В зависимости от функций, возлагаемых на конкретный компьютер, в его операционной системе может отсутствовать либо клиентская, либо серверная части.

На рис. 7.2 компьютер 1 выполняет функции клиента, а компьютер 2 - функции сервера, соответственно на первой машине отсутствует серверная часть, а на второй - клиентская.



Рис. 7.2 Взаимодействие компонентов NOS

Если выдан запрос к ресурсу данного компьютера, то он переадресовывается локальной операционной системе. Если же это запрос к удаленному ресурсу, то он переправляется в клиентскую часть, где преобразуется из локальной формы в сетевой формат, и передается коммуникационным средствам. Серверная часть ОС компьютера 2 принимает запрос, преобразует его в локальную форму и передает для выполнения своей локальной ОС. После того, как результат получен, сервер обращается к транспортной подсистеме и направляет ответ клиенту, выдавшему запрос. Клиентская часть преобразует результат в соответствующий формат и адресует его тому приложению, которое выдало запрос.

Выбор сетевой операционной системы

При выборе сетевой операционной системы необходимо учитывать:

- совместимость оборудования;

- тип сетевого носителя;

- размер сети;

- сетевую топологию;

- требования к серверу;

- операционные системы на клиентах и серверах;

- сетевая файловая система;

- соглашения об именах в сети;

- организация сетевых устройств хранения.

7.2 Одноранговые NOS и NOS с выделенными серверами

В зависимости от того как распределены функции между компьютерами сети, сетевые операционные системы, а следовательно, и сети делятся на два класса: одноранговые и сети с выделенными серверами.

Если компьютер предоставляет свои ресурсы другим пользователям сети, то он играет роль сервера. При этом компьютер, обращающийся к ресурсам другой машины, является клиентом. Компьютер, работающий в сети, может выполнять функции либо клиента, либо сервера, либо совмещать обе эти функции. На рис. 7.3, 7.4 приведены примеры структур одноранговых сетей и сетей с выделенными серверами.

Рис. 7.3 Одноранговая сеть

Если выполнение каких-либо серверных функций является основным назначением компьютера, то такой компьютер называется выделенным сервером. В зависимости от того, какой ресурс сервера является разделяемым, он называется файл-сервером, факс-сервером, принт-сервером, сервером приложений, сервером БД, Web-сервером и т. д. На выделенных серверах устанавливается ОС для выполнения тех или иных серверных функций. Выделенный сервер не принято использовать в качестве компьютера для выполнения текущих задач, не связанных с его основным назначением, так как это может уменьшить производительность его работы как сервера.

В одноранговых сетях все компьютеры равны в правах доступа к ресурсам друг друга. Каждый пользователь может по своему желанию объявить какой-либо ресурс своего компьютера разделяемым, после чего другие пользователи могут его эксплуатировать. В таких сетях на всех компьютерах устанавливается одна и та же ОС, которая предоставляет всем компьютерам в сети потенциально равные возможности. Одноранговые сети могут быть построены, например, на базе ОС LANtastic, Personal Ware, Windows for Workgroup, Windows NT Workstation. Одноранговые сети проще в организации и эксплуатации. Но они применяются в основном для объединения небольших групп пользователей, не предъявляющих больших требований к объемам хранимой информации, ее защищенности от несанкционированного доступа и к скорости доступа.

При повышенных требованиях к этим характеристикам более подходящими являются сети с выделенными серверами, где сервер лучше решает задачу обслуживания пользователей своими ресурсами, так как его аппаратура и сетевая операционная система специально спроектированы для этой цели.



Рис. 7.4 Клиент серверная сеть

В сетях с выделенными серверами чаще всего используются сетевые операционные системы, в состав которых входит нескольких вариантов ОС, отличающихся возможностями серверных частей. Например, сетевая операционная система Novell NetWare имеет серверный вариант, оптимизированный для работы в качестве файл-сервера, а также варианты оболочек для рабочих станций с различными локальными ОС, причем эти оболочки выполняют исключительно функции клиента. Другим примером ОС, ориентированной на построение сети с выделенным сервером, является операционная система Windows NT. В отличие от NetWare, оба варианта данной сетевой ОС - Windows NT Server (для выделенного сервера) и Windows NT Workstation (для рабочей станции) - могут поддерживать функции и клиента и сервера.

Но серверный вариант Windows NT имеет больше возможностей для предоставления ресурсов своего компьютера другим пользователям сети, так как может выполнять более широкий набор функций, поддерживает большее количество одновременных соединений с клиентами, реализует централизованное управление сетью, имеет более развитые средства защиты.

7.3 NOS для сетей масштаба предприятия

Сетевые операционные системы имеют разные свойства в зависимости от того, предназначены они для сетей масштаба рабочей группы (отдела), для сетей масштаба кампуса или для сетей масштаба предприятия.

Сети отделов используются небольшой группой сотрудников, решающих общие задачи. Главной целью сети отдела является разделение локальных ресурсов, таких как приложения, данные, лазерные принтеры и модемы. Сети отделов обычно не разделяются на подсети.

Сети кампусов соединяют несколько сетей отделов внутри отдельного здания или одной территории предприятия. Эти сети являются все еще локальными сетями, хотя и могут покрывать территорию в несколько квадратных километров. Сервисы такой сети обеспечивают взаимодействие между сетями отделов, доступ к базам данных предприятия, доступ к факс-серверам, высокоскоростным модемам и высокоскоростным принтерам.

Сети предприятия (корпоративные сети) объединяют все компьютеры всех территорий отдельного предприятия. Они могут покрывать город, регион или даже континент. В таких сетях пользователям предоставляется доступ к информации и приложениям, находящимся в других рабочих группах, отделах, подразделениях и штаб-квартирах корпорации.

Сети отделов

Главной задачей операционной системы, используемой в сети масштаба отдела, является организация разделения ресурсов, таких как приложения, данные, лазерные принтеры и, возможно, низкоскоростные модемы. Обычно сети отделов имеют один или два файловых сервера и не более чем 30 пользователей. Задачи управления на уровне отдела относительно просты. В задачи администратора входит добавление новых пользователей, устранение простых отказов, инсталляция новых узлов и установка новых версий программного обеспечения. Операционные системы сетей отделов хорошо отработаны и разнообразны, так же, как и сами сети отделов, уже давно применяющиеся и достаточно отлаженные. Такая сеть обычно использует одну или максимум две сетевые ОС. Чаще всего это сеть с выделенным сервером NetWare или Windows NT, или же одноранговая сеть, например сеть Windows for Workgroups.

Сети кампусов

Операционная система, работающая в сети кампуса, должна обеспечивать для сотрудников одних отделов доступ к некоторым файлам и ресурсам сетей других отделов. Услуги, предоставляемые ОС сетей кампусов, не ограничиваются простым разделением файлов и принтеров, а часто предоставляют доступ и к серверам других типов, например к факс-серверам и серверам высокоскоростных модемов. Важным сервисом, предоставляемым операционными системами данного класса, является доступ к корпоративным базам данных. Именно на уровне сети кампуса начинаются проблемы интеграции. В общем случае, отделы уже выбрали для себя типы компьютеров, сетевого оборудования и сетевых операционных систем. Очень часто сеть кампуса соединяет разнородные компьютерные системы, в то время как сети отделов используют однотипные компьютеры.

Корпоративные сети

Корпоративная сеть соединяет сети всех подразделений предприятия даже находящихся на значительных расстояниях. Корпоративные сети используют глобальные связи (WAN links) для соединения локальных сетей или отдельных компьютеров. Пользователям корпоративных сетей требуются все те приложения и услуги, которые имеются в сетях отделов и кампусов, плюс некоторые дополнительные приложения и услуги, например доступ к приложениям мейнфреймов и миникомпьютеров и к глобальным связям. Наряду с базовыми сервисами, связанными с разделением файлов и принтеров, сетевая ОС, которая разрабатывается для корпораций, должна поддерживать более широкий набор сервисов, в который обычно входят почтовая служба, средства коллективной работы, поддержка удаленных пользователей, факс-сервис, обработка голосовых сообщений, организация видеоконференций и др.

К признакам корпоративных ОС могут быть отнесены также следующие особенности.

1. Поддержка приложений. В корпоративных сетях выполняются сложные приложения, требующие для выполнения большой вычислительной мощности. Приложения будут выполняться более эффективно, если их наиболее сложные в вычислительном отношении части перенести на специально предназначенный для этого мощный компьютер - сервер приложений.

2. Справочная служба. Корпоративная ОС должна хранить информацию обо всех пользователях и ресурсах. Например, в Windows NT имеется по крайней мере пять различных типов справочных баз данных. Главный справочник домена (NT Domain Directory Service) хранит информацию о пользователях, которая используется при организации их логического входа в сеть. Данные о тех же пользователях могут содержаться и в другом справочнике, используемом электронной почтой Microsoft Mail. Еще три базы данных поддерживают разрешение низкоуровневых адресов: WINS устанавливает соответствие Netbios-имен IP-адресам, справочник DNS - сервер имен домена - оказывается полезным при подключении NT-сети к Internet, и, наконец, справочник протокола DHCP используется для автоматического назначения IP-адресов компьютерам сети. Наличие единой справочной службы для сетевой операционной системы - один из важнейших признаков ее корпоративности.

...