Аппаратные средства локальной сети

Передача информации между компьютерами

Тема 2.5 Передача информации между компьютерами. Представление об автоматических и автоматизированных системах управления.

План:

1 Передача информации между компьютерами

2 Компьютерная сеть как средство массовой коммуникации. Организация передачи данных в сети.

3 Управление процессами. Представление об автоматических и автоматизированных системах управления.

При работе на персональном компьютере в автономном режиме пользователи могут обмениваться информацией (программами, документами и так далее), лишь копируя ее на диски или флэш-память.

Создание компьютерных сетей вызвано практической потребностью совместного использования информации пользователями, работающими на удаленных друг от друга компьютерах. Сети предоставляют пользователям возможность не только быстрого обмена информацией, но и совместного использования принтеров и других периферийных устройств и даже одновременной работы с документами. Совокупность компьютеров, обладающих возможностью информационного общения друг с другом, принято на­зывать локальной компьютерной (вычислительной) сетью или ЛВС (LAN – Local Area Network). Самой распространенной технологией локальной компьютерной сети с середины 1990-х гг. стал Ethernet. Рассмотрим общую структуру ЛВС.

Локальная сеть объединяет компьютеры, установленные в одном помещении (например, компьютерный класс) или в одном здании (например, в здании колледжа могут быть объединены в локальную сеть несколько десятков компьютеров, установленных в различных предметных кабинетах).

Аппаратура локальной сети в общем случае включает в себя:

- компьютеры (серверы и рабочие станции), между которыми осуществляется связь, и внешние по отношению к ПК устройства, которые могут также входить в состав ЛВС (сетевые принтеры, сканеры, дополнительные «жесткие» ди­ски, серверы различного назначения и т.п.);

- сетевые платы;

- каналы связи (кабели, с помощью которых происходит соединение всех устройств в единую сеть, например, могут быть волоконно-оптические кабели, ка­бели типа «витая пара», коаксиальные кабели; или бескабельные системы передачи информации от одного устройства к другому (инфракрасные источники, Wi-Fi и др.);

- узловые устройства, поддерживающие функционирование сети (маршрутизаторы, концентраторы, коммутаторы).

Локальные вычислительные сети бывают одно- и двухранговыми (иерархическими).

Одноранговые сети удобно использовать в небольших организациях, в которых имеется несколько компьютеров. В этом случае все компьютеры могут быть равноправными по своим сетевым функциям, и все пользователи могут получать свободный доступ к общим ресур­сам других компьютеров. В крупных сетях с большим числом компью­теров организовывают двухранговую (иерархическую) локальную сеть с выделенным более мощным компьютером, который называется сервером. Таких серверов может быть несколько, и выполняют они разные функции. Все остальные компьютеры локальной сети в таком случае являются клиентами или рабочими станциями. При этом клиентский компьютер должен предоставлять пользователю возможность сформу­лировать запрос на сервер или сетевой ресурс, отправить запрос сер­веру, получить ответ, осуществить его интерпретацию и представить пользователю в понятной форме.

Сервер должен быть настроен таким образом, чтобы иметь возмож­ность получить от клиентского компьютера запросы на сетевые ресурсы, выяснить полномочия клиента на выполнение того или иного запроса и, если клиент имеет полномочия, выполнить его запрос и передать ему результат выполнения этого запроса. Для решения всех этих задач и на клиентском компьютере, и на сервере должна быть установлена сетевая операционная система. При этом на клиенте и сервере могут быть уста­новлены разные сетевые ОС, обеспечивающие управление каталогами и файлами, управление ресурсами сервера и всей сети в зоне ответствен­ности данного сервера, коммуникативность, защиту от несанкциониро­ванного доступа как внутри сети, так и извне, отказоустойчивость со­ставных частей ЛВС. В настоящее время наибольшее распространение получили сетевые ОС двух семейств: Unix и Windows.

Рассмотрим более детально составные элементы локальной сети.

Рабочая станция – это ПК, включенный в локальную сеть для осуществления обмена информацией. Он должен иметь сетевую плату, встроенный модем или устройство для приема сигнала без проводов (Wi-Fi-устройство, инфракрасный приемник и т.п.). Кроме того, на ПК должно быть установлено специальное ПО, позволяющее настро­ить его на прием и передачу информации в локальной сети.

Сервер – это специально выделенный компьютер для обработки запросов, поступающих от рабочих станций, который предоставляет рабочим станциям (клиентам) свои ресурсы (например, «жесткие» диски, прикладное ПО). На серверах устанавливается большой объем оперативной памяти, несколько дисков большого размера, а также высокопроизводительные процессоры. Рассмотрим некоторые специ­ализации серверов.

Файловый сервер имеет диски большой емкости, к которым могут иметь доступ все компьютеры в сети. В этом случае информация хра­нится централизованно, причем с высокой степенью надежности, ин­формация доступна с любого компьютера, подключенного к серверу, защищена от несанкционированного доступа, поскольку для подклю­чения к серверу требуется пароль.

Сервер прикладных программ используется для выполнения при­кладных программ пользователей. В этом случае нет необходимости приобретать и устанавливать пользовательские программы на каждый компьютер.

Сервер базы данных хранит и позволяет обрабатывать большие БД.

Сервер удаленного доступа дает возможность любому компьютеру, находящемуся далеко от офиса, работать так, как будто он находится в офисе.

Сервер печати служит для распечатывания документов на одном или нескольких общих (сетевых) принтерах. В этом случае отпадает необходимость подключать принтер к каждому компьютеру.

Сервер резервного копирования обеспечивает создание, хранение и восстановление копий данных, расположенных на файловом сервере и рабочих станциях.

Кроме того, существуют коммуникационный сервер, факс-сервер, почтовый сервер, которые могут находиться на одном или нескольких выделенных компьютерах.

Каждый компьютер, подключаемый к сети, должен быть оснащён сетевым адаптером (или сетевой платой). К сетевой плате подключается сетевой кабель. Если используется радиосвязь или связь на инфракрасных лучах, то кабель не требуется.

Кабели предназначены для передачи информации по проводным каналам связи. Используются разные типы электрических проводни­ков: коаксиальный кабель и витая пара, а также волоконно-оптический кабель.

Коаксиальный кабель представляет собой проводник, заклю­ченный в экранирующую оплетку.

Витая пара представляет собой восемь проводников, свитых попарно и заключенных в общую изо­лирующую трубку. Такой кабель называется неэкранированной витой парой UTP (Unshielded Twisted Pair – неэкранированные скрученные пары). Выпускается и применяется также кабель, называемый экрани­рованной витой парой STP (Shielded Twisted Pairs – экранированные скрученные пары). Применение экранов позволяет снизить уровень помех, создаваемых таким кабелем, и увеличить помехозащищенность такого кабеля от внешних помех. Каждая витая пара соединяет с сетью только один компьютер, поэтому нарушение соединения сказывается только на этом компьютере, что позволяет быстро находить и устранять неисправности.

Передача информации по волоконно-оптическим кабелям наиболее применима в настоящее время. По своей конструкции волоконно-оптический кабель похож на коаксиальный, только вместо централь­ного металлического проводника располагается стеклянное или пла­стиковое волокно, по которому распространяется пучок света. В за­висимости от траектории распространения луча света по оптическому волокну различают одномодовый (по кабелю идет один луч) и многомодовый волоконно-оптический кабель. В этом случае по кабелю про­ходит много лучей, движущихся по соседним траекториям. Волоконно-оптический кабель обладает существенными преимуществами по сравнению с любыми вариантами медного кабеля. Волоконно-оптические кабели обеспечивают наивысшую скорость передачи; они более надежны, так как не подвержены электромагнитным помехам. Оптический кабель очень тонок и гибок, что делает его транспор­тировку более удобной по сравнению с более тяжелым медным кабелем. Скорость передачи данных по оптическому кабелю составляет сотни тысяч мегабитов в секунду, что примерно в тысячу раз быстрее, чем по проводам витой пары.

При подключении компьютеров к ЛВС могут применяться устрой­ства беспроводной связи. В этом случае отпадает необходимость про­кладывать кабельные сети. Для подключения компьютеров использу­ются сетевые адаптеры ввода-вывода с интерфейсами PCI (Peripheral Component Interconnect – взаимосвязь периферийных компонентов) и USB (Universal Serial Bus – универсальная последовательная шина). Беспроводной доступ может быть организован и с помощью обычных сетевых адаптеров, но при этом сетевой адаптер должен быть подклю­чен к радиоприемнику-передатчику (точке беспроводного доступа) посредством стандартного соединительного шнура. Кроме того, точка доступа (хот-спот) играет роль центра беспроводной сети при объеди­нении более двух компьютеров в беспроводную сеть. В таком случае она подключается к серверу.

В зависимости от частоты, на которой работает аппаратура беспро­водной передачи, типа и мощности самой аппаратуры дальность устой­чивой связи может составлять от нескольких десятков метров до не­скольких десятков километров. Одной из тенденций развития внутри­корпоративных сетей является беспроводная технология Wi-Fi (Wireless Fidelity – беспроводная точность). В этом случае любая точка досту­па включает в себя Wi-Fi-антенну для передачи радиосигнала, специ­альное Wi-Fi-оборудование – сетевой адаптер (беспроводная сетевая плата), беспроводные точки доступа (маршрутизаторы) и различные коммутационные устройства.

Bluetooth также является технологией беспроводных сетей. Физи­чески типичное Bluetooth-устройство представляет собой радиопри­емник и радиопередатчик, работающие на определенных частотах. Расстояние, на которое может быть установлено Bluetooth-соединение раньше было невелико и составляло от 10 до 30 м, в настоящее время некоторые фирмы предлагают свои устройства, которые обеспечивают беспроводное соединение на расстоянии до 100 м и даже 200 м. Преимущество Bluetooth состоит том, что для него не требуется прямой видимости или какой- либо направленной антенны, соединение может быть установлено даже через стену. Главной же особенностью Bluetooth является то, что раз­личные Bluetooth-устройства соединяются друг с другом автоматиче­ски. Для этого важно, чтобы Bluetooth-устройства находились доста­точно близко друг к другу, обо всем остальном должны позаботиться сами Bluetooth-устройства и ПО. В настоящее время для включения в компьютерную сеть устройства с Bluetooth достаточно, чтобы Bluetooth был активирован. Примером работы с Bluetooth может слу­жить использование мобильного телефона как сетевого клиента для пересылки информации из его памяти на компьютер, и наоборот, на­пример фотографий, мелодий и прочего.

Как уже было сказано выше, каждый компьютер подключается к сети с помощью сетевой платы — адаптера, которая поддерживает конкретную схему подключения. Самыми известными явля­ются адаптеры следующих типов: Arc-Net, Token Ring, Ethernet. Из них последний используется в России наиболее широко.

Внутренний сетевой адаптер, представляющий собой плату, встав­ляется в разъем на системной плате компьютера. Кроме того, в на­стоящее время имеются сетевые адаптеры, подключаемые к USB-пopту. Подключение такого адаптера к ПК возможно без отключения питания. Далее к сетевому адаптеру подключается линия связи ЛВС (например, витая пара). Для объединения компьютеров в сеть, состоя­щую более чем из двух компьютеров по физической топологии «звез­да», необходимо устройство, исполняющее роль центра «звезды». Та­ким устройством чаще всего является концентратор, или хаб (от англ. hub – ступица).

Концентратор (называемый также хаб) – устройство, объединяющее несколько (от 5 до 48) ветвей звездообразной локальной сети и передающее информационные пакеты во все ветви сети одинаково.

Коммутатор (свитч) делает то же самое, но, в отличие от концентратора, обеспечивает передачу пакетов в заданные ветви. Это обеспечивает оптимизацию потоков данных в сети и повышение защищенности от несанкционированного проникновения.

Маршрутизатор (router) представляет собой устройство для раз­деления или объединения нескольких компьютерных сетей; это устройство, выполняющее пересылку данных между двумя сетями, в том числе между локальными и глобальными сетями. Маршрутизатор, по сути, является специализированным микрокомпьютером, имеет собственный процессор, оперативную и постоянную память, операционную систему.

Общая схема соединения компьютеров ЛВС между собой назы­вается топологией локальной сети (архитектурой, конфигурацией). Существует множество способов соединения сетевых устройств. Выделяют 3 базовых топологии:

- топология «шина» – предполагает подключение всех компьютеров к одному общему проводнику. На обоих концах такого проводника размещаются специальные согласующие устройства, называемые тер­минаторами. Основные преимущества данной топологии – дешевизна и простота монтажа. К недостаткам относятся сложность локализации места неисправности и низкая надежность: повреждение кабеля в лю­бом месте приводит к прекращению обмена информацией между всеми компьютерами, входящими в сеть.

- топология «кольцо» – каждый компьютер сети связан с двумя близ­лежащими ПК. Достоинства и недостатки такой топологии такие же, как и для топологии «шина».

- топология «звезда» – предусматривает прокладку для каждого ком­пьютера в сети отдельного кабеля, соединяющего все компьютеры сети со специальным соединительным устройством, называемым концен­тратором. Достоинство данной топологии – высокая надежность ра­боты сети. Обрыв любого проводника отключает только одного або­нента.

Для пересылки данных от одного компьютера на другой необходи­мо знать и указать его адрес. В современных сетях используются три типа адресов: физические, числовые и символьные.

Каждый сетевой адаптер, мост, маршрутизатор и другое сетевое оборудование имеет уникальный цифровой аппаратный адрес, назы­ваемый физическим, который и используется для адресации в локаль­ной сети. Такой адрес получил название МAC-адреса (Media Access Control – управление доступом к среде). МАС-адрес устройства мож­но видеть на его тыльной стороне.

Использование числовых адресов связано с работой TCP/IP, кото­рый является одним из основных протоколов, обеспечивающих до­ставку информации от источника к адресату. Символьные адреса или имена предназначены для запоминания пользователями, поэтому обычно несут смысловую нагрузку. Для локальных сетей символьное имя может иметь краткую форму, например: school627PC002 (школа № 627, персональный компьютер № 002).

В современных сетях для адресации узлов применяют, как правило, одновременно все три схемы. Пользователи адресуются к компьютерам символьными именами, которые автоматически заменяются в пере­даваемых по сети сообщениях на составные числовые адреса. После доставки сообщения в сеть назначения вместо числового адреса может использоваться аппаратный адрес компьютера или другого устройства в сети.

Дата добавления: 2014-01-05