Лекции по "Коммуникациям и связи"

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Рассматриваемый в данном конспекте  лекций материал — не о конкретной операционной системе и даже не о  конкретном типе операционных систем. В нем операционные системы (ОС) рассматриваются с самых общих позиций, а описываемые фундаментальные концепции и принципы построения справедливы для большинства ОС.

 

1  СЕТЕВЫЕ КОНЦЕПЦИИ  И ТЕРМИНЫ

 

1.1  Основные понятия

 

Сеть – это соединение между двумя и более компьютерами, позволяющее им разделять ресурсы.

 

1.2  Классификация сетей по  масштабу

 

Локальная сеть (Local Area Network) представляет собой набор соединенных в сеть компьютеров, расположенных в пределах небольшого физического региона, например, одного здания.

Это набор компьютеров  и других подключенных устройств, которые  укладываются в зону действия одной  физической сети. Локальные сети представляют собой базовые блоки для построения объединенных и глобальных сетей.

Глобальные сети (Wide Area Network) могут соединять сети по всему миру; для межсетевых соединений обычно используются сторонние средства коммуникаций.

Соединения в глобальных сетях могут быть очень дорогими, так как стоимость связи растет с ростом ширины полосы пропускания. Таким образом, лишь небольшое число соединений в глобальных сетях поддерживают ту же полосу пропускания, что и обычные локальные сети.

Региональные сети (Metropolitan Area Network) используют технологии глобальных сетей для объединения локальных сетей в конкретном географическом регионе, например, городе.

 

1.3  Классификация сетей по  наличию сервера

 

1.3.1  Одноранговые сети¹

Компьютеры в одноранговых сетях  могут выступать как в роли клиентов, так и в роли серверов. Так как все компьютеры в этом типе сетей равноправны, то одноранговые сети не имеют централизованного управления² разделением ресурсов. Любой из компьютеров в этой сети может разделять свои ресурсы с любым компьютером из этой же сети. Одноранговын взаимоотношения также означают, что ни один компьютер не имеет ни высшего приоритета на доступ, ни повышенной ответственности за предоставление ресурсов в совместное использование³.

Преимущества одноранговых сетей:

• они легки в установке и настройке;
• отдельные машины не зависят от выделенного сервера;
• пользователи в состоянии контролировать свои собственные ресурсы;
• недорогой тип сетей в приобретении и эксплуатации;
• не нужно никакого дополнительного оборудования или программного обеспечения, кроме операционной системы;
• нет необходимости нанимать администратора сети;
• хорошо подходит с количеством пользователей, не превышающих 10.

Недостатки одноранговых сетей:

• применение сетевой безопасности одновременно только к одному ресурсу;
• пользователи должны помнить столько паролей⁴, сколько имеется разделенных ресурсов;
• необходимо производить резервное копирование отдельно на каждом компьютере, чтобы защитить все совместные данные;
• при получении доступа к ресурса, на компьютере, на котором этот ресурс расположен, ощущается падение производительности;
• не существует централизованной организационной схемы для поиска и управления доступом к данным.

 

1.3.2  Сети с выделенным сервером⁵

Компания Microsoft предпочитает термин Server-based. Сервер⁶ представляет собой машину (компьютер), чьей основной задачей является реакция на клиентские⁷ запросы. Серверы редко управляются кем-то непосредственно – только чтобы установить, настроить или обслуживать.

Достоинства сетей с выделенным сервером:

• они обеспечивают централизованное управление учетными записями⁸ пользователей, безопасностью и доступом, что упрощает сетевое администрирование;
• более мощное оборудование означает и более эффективный доступ к ресурсам сети;
• пользователям для входа в сеть нужно помнить только один пароль, что позволяет им получать доступ ко всем ресурсам, у которым имеет право;
• такие сети лучше масштабируются (растут) с ростом числа клиентов.

Недостатки сетей с выделенным сервером:

• неисправность сервера может сделать сеть неработоспособной, в лучшем случае – потеря сетевых ресурсов;
• такие сети требуют квалифицированного персонала для сопровождения сложного специализированного программного обеспечения;
• стоимость сети увеличивается, благодаря потребности в специализированном оборудовании и программном обеспечении.

 

1.4  Выбор сети

 

Выбор сети зависит от ряда обстоятельств:

• количество компьютеров в сети (до 10 – одноранговые сети);
• финансовые причины;
• наличие централизованного управления, безопасность;
• доступ к специализированным серверам;
• большая нагрузка на сетевые ресурсы;
• доступ к глобальной сети.

 

2  КАБЕЛИ И  ИНТЕРФЕЙСЫ

 

На самом нижнем уровне сетевых  коммуникаций находится носитель, по которому передаются данные. В отношении  передачи данных термин media⁹ (носитель, среда передачи данных) может включать в себя как кабельные, так и беспроводные технологии.

 

2.1  Типы кабелей

 

Существует несколько различных  видов кабелей, используемых в современных  сетях. Различные сетевые ситуации могут потребовать различных  типов кабелей.

 

2.1.1  Кабель типа «витая пара»  – twisted pair

Представляет собой сетевой  носитель, используемый во многих сетевых топологиях, включая Ethernet, ARCNet, IBM Token Ring.

Витая пара бывает двух видов.

1. Неэкранированная витая пара.

Имеется пять категорий неэкранированной витой пары. Они нумеруются по порядку  возрастания качества от CAT1 до CAT5. Кабели более высокой категории обычно содержат больше пар проводников, и эти проводники имеют больше витков на единицу длины.

CAT1 – телефонный кабель, не поддерживает цифровой передачи данных.

CAT2 – представляет собой редко используемый старый тип неэкранированной витой пары. Он поддерживает скорость передачи данных до 4 Мбит/с.

CAT3 – минимальный уровень неэкранированной витой пары, требуемый для сегодняшних цифровых сетей, имеет пропускную способность 10 Мбит/с.

CAT4 – промежуточная спецификация кабеля, поддерживающая скорость передачи данных до 16 Мбит/с.

CAT5 – наиболее эффективный тип неэкранированной витой пары, поддерживающий скорость передачи данных до 100 Мбит/с.

Кабели неэкранированной витой  пары соединяют сетевую карту  каждого компьютера с сетевой панелью или с сетевым концентратором с помощью соединителя RJ-45 для каждой точки соединения.

Примером такой конфигурации является стандарт на сеть Ethernet 10Base-T, который характеризуется кабелем неэкранированная витая пара (от CAT3 до CAT5) и использованием соединителя RJ-45.

Недостатки:

• чувствительность к помехам со стороны внешних электромагнитных источников;
• взаимное наложение сигнала между смежными проводами;
• неэкранированная витая пара уязвима для перехвата сигнала;
• большое затухание сигнала по пути (ограничение до 100 м).

2. Экранированная витая пара.

Имеет схожую конструкцию, что и  предыдущая, подчиняется тому же 100-метровому  ограничению. Обычно содержит в середине четыре или более пары скрученных медных изолированных проводов, а также электрически заземленную плетеную медную сетку или алюминиевую фольгу, создавая экран от внешнего электромагнитного воздействия.

Недостатки:

• кабель менее гибок;
• требует электрического заземления.

 

2.1.2  Коаксиальный кабель

Этот тип кабеля состоит  из центрального медного проводника, более толстого, чем провода в кабеле типа витая пара. Центральный проводник покрыт слоем пенистого пластикового изолирующего материала, который в свою очередь окружен вторым проводником, обычно плетеной медной сеткой или алюминиевой фольгой. Внешний проводник не используется для передачи данных, а выступает как заземление.

Коаксиальный кабель может передавать данные со скорость до 10 Мбит/с на максимальное расстояние от 185 м до 500 м.

Двумя основными типами коаксиального кабеля, используемого в локальных сетях, является «Толстый Ethernet» (Thicknet) и «Тонкий Ethernet» (Thinnet).

1. Thinnet.

Также известен как кабель RG-58, является наиболее используемым. Он наиболее гибок из всех типов коаксиальных кабелей, имеет толщину примерно 6 мм. Он может использоваться для соединения каждого компьютера с другими компьютерами в локальной сети с помощью T–коннектора, British Naval Connector (BNC)-коннектора и 50-Омных заглушек (terminator терминаторов). Используется в основном для сетей типа 10Base-2 Ethernet.

Эта конфигурация поддерживает передачу данных со скорость до 10 Мбит/с на максимальное расстояние до 185 м между повторителями.

2. Thicnet.

Является более толстым и  более дорогим коаксиальным кабелем. По конструкции он схож с предыдущим, но менее гибок. Используется как основа для сетей 10Base-5 Ethernet. Этот кабель имеет маркировку RG-8 или RG-11, приблизительно 12 мм в диаметре. Он используется в виде линейной шины. Для подключения к каждой сетевой плате используется специальный внешний трансивер AUI (Attachment unit interface) и «вампир» (ответвление), пронизывающее оболочку кабеля для получения доступа к проводу.

Имеет толстый центральный проводник, который обеспечивает надежную передачу данных на расстояние до 500 м на сегмент кабеля. Часто используется для создания соединительных магистралей. Скорость передачи данных до 10 Мбит/с.

 

2.1.3  Оптоволоконный кабель

Обеспечивают превосходную скорость передачи информации на большие расстояния. Они не восприимчивы к электромагнитному шуму и подслушиванию.

Он состоит из центрального стеклянного  или пластикового проводника, окруженного  другим слоем стеклянного или  пластикового покрытия, и внешней  защитной оболочки. Данные передаются по кабелю с помощью лазерного  или светодиодного передатчика, который посылает однонаправленные световые импульсы через центральное стеклянное волокно. Стеклянное покрытие помогает поддерживать фокусировку света во внутреннем проводнике. На другом конце проводника сигнал принимается фотодиодным приемником, преобразующем световые сигналы в электрический сигнал.

Скорость передачи данных для оптоволоконного  кабеля достигает от 100 Мбит/с до 2Гбит/с. Данные могут быть надежно  переданы на расстояние до 2 км без повторителя.

Световые импульсы двигаются только в одном направлении, поэтому необходимо иметь два проводника: входящий и исходящий кабели.

Этот кабель сложен в установке, является самым дорогим типом  кабеля.

 

2.2  Беспроводные технологии

 

Методы беспроводной передачи данных являются более удобной формой. Беспроводные технологии различаются по типам сигналов, частоте, расстоянию передачи.

Тремя главными типами беспроводной передачи данных являются: радиосвязь, связь в микроволновом диапазоне, инфракрасная связь.

 

2.2.1  Радиосвязь

Технологии радиосвязи пересылают данные на радиочастотах и практически не имеет ограничений на дальность. Используется для соединения локальных сетей на больших географических расстояниях.

Недостатки:

• радиопередача имеет высокую стоимость,
• подлежит государственному регулированию,
• крайне чувствительна к электронному или атмосферному влиянию,
• подвержена перехвату, поэтому требует шифрования.

 

2.2.2  Связь в микроволновом  диапазоне

Поддерживает передачу данных в  микроволновом диапазоне, использует высокие частоты и применяется  как на коротких расстояниях, так и в глобальной коммуникациях.

Ограничение: передатчик и приемник должны быть в зоне прямой видимости  друг друга.

Широко используется в глобальной передаче информации с помощью спутников  и наземных спутниковых антенн.

 

2.2.3  Инфракрасная связь

Функционирует на высоких частотах, приближающихся к частотам видимого света. Могут быть использованы для  установления двусторонней или широковещательной  передачи данных на близкие расстояния. Обычно используют светодиоды для передачи инфракрасных волн приемнику.

Эти волны могут быть физически  заблокированы и испытывают интерференцию  с ярким светом, поэтому передача ограничена малыми расстояниями.

 

2.3  Параметры кабелей

 

При планировании сети или расширении существующей сети необходимо четко  рассмотреть несколько вопросов, касающихся кабелей: стоимость, расстояние, скорость передачи данных, легкость установки, количество поддерживаемых узлов.

Сравнение типов кабелей по скорости передачи данных, стоимости кабелей, сложности установки, максимального расстояния передачи данных представлено в таблице 2.1.

Количество узлов на сегмент  и узлов в сети при построении сетей с различным использованием кабелей представлено в таблице 2.2.

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2.1 – Сравнительная характеристика кабелей

Тип	Скорость, Мбит/с	Длина, м	Установка	Цена
10Base-T	10	100	Легкая	Самый дешевый
100Base-T	100	100	Легкая	Дороже
Экранированная витая пара	16-155	100	Средней сложности	Еще дороже
10Base-2	10	185	Средней сложности	Недорогой
10Base-5	10	500	Сложнее, чем пред.	Дороже большинства кабелей
Оптоволокно	100-2000	2000	Самая сложная	Самый дорогой