Малышев СЕТИ Локальные вычислительные сети

31

Архивационный сервер (сервер резервного копирования) (Storage Express System) – применяются для резервного копирования информации в крупных многосерверных сетях, используют стриммеры с картриджами большой емкости или RAID- (Redundant Array of Independent/Inexpensive Disks) массивы жестких дисков.

WEB-сервер (WWW- или HTTP-сервер) – компьютер, подключенный к сети Internet, хранящий WEB-страницы и соответствующее программное обеспечение для работы с ними.

По функциональному назначению серверы могут быть следующими. Серверы-шлюзы – используются в сети Интернет в роли маршрутизатора, почтового сервера, сетевого брандмауэра (сетевого экрана), обес-

печивающего безопасность внутрисетевой информации.

Сервер удаленного доступа (Remote Access Service – RAS) – служит для обеспечения доступа к локальной сети удаленных пользователей, устанавливающих коммутируемое соединение из дома или откуда-то извне. Этот сервер позволяет нескольким удаленным пользователям одновременно подключаться к сети по телефонной линии через модемный пул (набирая один телефонный номер) и обращаться к сетевым ресурсам локальной сети плюс защита от несанкционированного доступа.

Существует также множество других серверов, отличающихся своим назначением WINS, DNS, DHCP, Proxy, PDC, BDC и др.

Отметим, что рабочие станции, входящие в иерархическую сеть, могут одновременно организовать между собой одноранговую сеть со всеми ее возможностями.

Вопросы по разделу

1.Что такое иерархическая сеть?

2.В каких сетях все пользователи равноправные?

3.Какие виды серверов Вы знаете?

4.Чем выделенный сервер отличается от невыделенного?

5.Какие существуют три способа использования БД через сеть?

1.5. ТОПОЛОГИЯ СЕТЕЙ

Топология сети – принцип размещения узлов в сети и связей между ними. Из множества возможных построений выделяют следующие структуры.

1. Топология «Звезда» – наиболее распространенная на сегодняшний день (рис. 5).

Рис. 5. Топология «Звезда»

Каждый компьютер через сетевой адаптер подключается отдельным кабелем к (объединяющему устройству – ЦУ).

Все сообщения проходят через ЦУ, которое обрабатывает поступающие сообщения и направляет их к соответствующей РС.

Не следует путать физическое подключение с логическим, когда в качестве логического ЦУ используется – сервер, реализующий оптимальный механизм защиты против несанкционированного доступа к информации. Большая часть технических средств и ресурсов может находиться в логическом ЦУ и разделяться между всеми РС. При этом сервер физически также как РС подключается через коммутатор или концентратор.

Кроме того, физическая топология «звезда» может иметь в зависимости от используемого метода доступа и направления передачи информации (на следующую РС или всем, см. стр. 55 – 56) логическую топологию «кольцо» (при маркерном методе доступа) или «общую шину» (при множественном методе доступа).

Достоинства «звезды»:

-простота периферийного оборудования (РС);

-каждый пользователь может работать независимо от остальных пользователей;

-лёгкое обнаружение неисправности в кабельной системе. Недостатки «звезды»:

-выход из строя ЦУ ведёт к остановке всей сети;

-сравнительно высокая стоимость ЦУ.

2. Топология «Кольцо» (рис. 6).

Все РС соединяются друг с другом в кольцо. Здесь пользователи сети

– равноправные. Информация по сети передаётся всегда в одном направлении. Кольцевая сеть требует наличия специальных повторителей в сетевых адаптерах, которые, приняв информацию, копируют в свою память (буфер), если информация предназначается им; изменяют некоторые служебные разряды, если это им разрешено, передают её дальше на следую-

33

щую станцию. Информацию из кольца удаляет тот узел, который её послал.

Рис. 6. Топология «Кольцо»

Достоинства «кольца»:

-отсутствие дорогого ЦУ;

-лёгкий поиск неисправных узлов;

-отсутствует проблема маршрутизации (куда послать);

-пропускная способность сети разделяется между всеми пользователями, поэтому все пользователи гарантированно последовательно получают доступ к сети;

-простота контроля ошибок.

Недостатки «кольца»:

-трудно включить в сеть новые РС (необходим повторитель, необходимо выключить и разомкнуть цепь);

-каждая РС должна активно участвовать в пересылке информации, для этого нужны ресурсы, чтобы не было задержек в основной работе этих

РС;

-в случае выхода из строя отрезка кабеля вся сеть парализуется. Следует также отметить топологию «двойное кольцо», когда к ос-

новному кольцу для увеличения надежности добавляется еще резервное. При этом устройства могут подключаться к одному или обоим кольцам.

3. Шинная структура (топология «Общая шина», рис. 7).

ОП ОП ОП

ОП ОП

Рис. 7. Топология «Общая шина»

34

«Общая шина» в настоящее время практически уже не применяется в ЛВС, в связи с низкой надежностью. Топология «ОШ» предполагает использование одного кабеля (шины), к которому непосредственно подключаются все компьютеры сети. В случае «ОШ» кабель используется всеми станциями по очереди, т. е. шину может захватить в один момент времени только одна станция. Доступ к каналу (к кабелю) осуществляется путём состязаний между пользователями. Информация передаётся на все станции сразу.

Достоинства «ОШ»:

-простота построения сети;

-сеть легко расширяется;

-эффективно используется пропускная способность канала. Недостатки «ОШ»:

-ограниченная длина шины;

-нет автоматического подтверждения приёма сообщения;

-возможность возникновения столкновений (коллизий) на шине (на кабеле), когда пытаются передать информацию сразу несколько станций, при этом сигналы накладываются друг на друга и исходная информация искажается;

-низкая производительность сети при большом количестве подключенных РС;

-низкая защита данных;

-выход из строя какого-либо отрезка кабеля ведёт к нарушению работоспособности сети.

4. Древовидная структура (смешанная топология, рис. 8).

ОП

ОП ОП ОП

ОП ОП

ОП ОП

ОП ОП

ОП Рис. 8. Смешанная топология

35

Эта структура позволяет объединить несколько сетей, в том числе с различными топологиями или разбить одну большую сеть на ряд подсетей.

Разбиение на сегменты позволит выделить подсети, в пределах которых идет интенсивный обмен между станциями, разделить потоки данных и увеличить, таким образом, производительность сети в целом. Объединение отдельных ветвей (сетей) осуществляется с помощью устройств, называемых мостами или шлюзами. Шлюз применяется в случае соединения сетей, имеющих различную топологию и различные протоколы. Мосты объединяют сети с одинаковой топологией, но может преобразовывать протоколы (т. е. использовать разные протоколы на двух объединяемых участках). Разбиение сети на подсети осуществляется с помощью коммутаторов и маршрутизаторов.

Существуют также полносвязная топологии, применяемая в беспроводных сетях, когда каждая РС связана с каждой отдельным радиоканалом.

Вопросы по разделу

1.Какие топологии сетей Вы знаете?

2.Какая топология в настоящее время наиболее часто используется,

акакая вообще уже не используется? Почему?

1.6.ФИЗИЧЕСКАЯ СРЕДА ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

Для передачи данных используются различные виды кабеля (кабель на основе экранированной и неэкранированной витой пары, коаксиальный кабель, оптоволоконные линии) и беспроводная связь (инфракрасные излучения, радиолинии СВЧ-диапазона (КВ, УКВ)). При выборе типа физической среды для передачи данных учитывают следующие критерии [1, 2]:

1)стоимость монтажа (т. е. прокладки кабеля) и обслуживания;

2)скорость передачи информации;

3)ограничения на величину максимального расстояния передачи информации (без дополнительных усилителей-повторителей (репитеров));

4)безопасность и надёжность передачи информации.

Главная проблема заключается в одновременном обеспечении этих показателей, например, наивысшая скорость передачи данных ограничена максимально возможным расстоянием передачи данных, при которой еще обеспечивается требуемый уровень защиты данных. Легкая наращиваемость и простота расширения кабельной системы влияют на ее стоимость

36

и безопасность передачи данных. Чаще всего стараются обеспечить один или два показателя.

Витая пара

Наиболее дешевым кабельным соединением является витое двухжильное проводное соединение называемое «витой парой» (twisted pair) (ВП). Она позволяет передавать информацию со скоростью до нескольких Гбит/с, легко наращивается (максимальное расстояние – до нескольких сотен метров), является помехозащищенной. Преимуществами являются низкая цена и беспроблемная установка. Для повышения помехозащищенности информации и защиты от вредного излучения часто используют экранированную витую пару (рис. 9), т. е. ВП, помещенную в специальную металлическую оболочку (подобно экрану коаксиального кабеля). Это увеличивает стоимость витой пары и приближает ее цену к цене коаксиального кабеля. Экранированная витая пара используется только для передачи данных на большие расстояния и поддерживает подключение большего количества узлов (применяется в основном для сетей IBM – TokenRing). Топология – «звезда», «кольцо» и «точка-точка».

Рис. 9. Витая пара а) неэкранированная витая пара; б) экранированная витая пара

Кабель на основе неэкранированной витой пары (Unshielded Twisted Pair – UTP) бывает Category 1 – 7 и использует 2 или 4 пары.

Category 1 – поддерживает скорость до 20 Кбит/с и используется для цифровой и аналоговой передачи голоса, а также низкоскоростной передачи данных. До 1983 г. – основной тип телефонных линий.

Category 2 – пропускная способность – 1 МГц, используется для кабельных систем фирмы IBM.

37

Category 3 – до 10 Мбит/с (частота сигнала – 16 МГц), применяется для передачи данных и голоса.

Category 4 – применяется редко, в основном для сетей Token Ring, до

16 Мбит/с (20 МГц), до 135 м.

Category 5 – наиболее широкое распространение, до 100 Мбит/с (100 МГц) – применяется для сетей FDDI, FastEthernet, 100VG-AnyLAN; 155 Мбит/с – сети АТМ; 1000 Мбит/с – GigabitEthernet.

Category 5е, + – улучшенная характеристики цена/качество, используется при полном дуплексе.

Category 6 – до 200 МГц; 1000 Мбит/с – GigabitEthernet;

Category 7 – до 600 МГц, экранируются все пары и весь кабель, высокая скорость, большие расстояния, по цене равны оптоволокну, но по качеству хуже.

Изоляция у кабеля на витых парах поливинилхлоридная или тефлоновая.

Кабель на основе экранированной витой пары (Shielded Twisted Pair

– STP) бывает типов 1 – 9.

Type 1 – основной тип, соответствуют UTP Category 5, применяется в сетях Token Ring, 100VG-AnyLAN, используется для передачи данных. Каждый кабель состоит из двух пар проводов.

Type 2 – соответствует Type 1 плюс две неэкранированные витые пары для передачи голоса. Сочетание четырех неэкранированных и двух экранированных одножильных проводов в единой оболочке. Неэкранированные провода предназначены для передачи речевых сообщений (voice transmission), а экранированные – для передачи данных.

Type 3. Состоит из четырех пар одножильных проводов, используемых для передачи речевых сообщений и данных.

Type 6. Состоит из двух пар многожильных кабелей. Во многом подобен типу 1, однако вместо одножильного используется многожильный провод.

Type 8. Специальный плоский кабель STP, что позволяет прокладывать его под коврами.

Type 9. Состоит из двух экранированных пар STP, покрытых специальной оболочкой (plenum), а не поливинилхлоридом (PVC), поэтому его можно прокладывать в перекрытиях между этажами здания. При горении PVC выделяет токсичные газы, поэтому в соответствии с правилами пожарной безопасности используют иную оболочку.

38

Для витых пар применяются вилки RJ-45. Для коммутации используются патч-панели (например, на 16 портов (Т568А) категории 5: HD5- 16T4-CK фирмы Siemon).

В настоящее время начали использоваться следующие виды витых

пар:

- S/FTP – экранированный симметричный кабель, с индивидуальным (фольга) и общим (оплетка) экраном пар (рис. 10);

Рис. 10. Экранированный симметричный кабель,

синдивидуальным и общим экраном пар

-U/FTP – экранированный симметричный кабель, с индивидуальным (фольга) экраном пар (рис. 11);

Рис. 11. Экранированный симметричный кабель, с индивидуальным экраном пар

- U/UTP – неэкранированный симметричный кабель (рис. 12); Кабель симметричный категории 6 предназначен для высокоскоро-

стной передачи данных в структурированных кабельных системах. Применяется для прокладки внутри зданий, станций, сооружений, аппаратуры.

Рис. 12. Неэкранированный симметричный кабель

Кабели U/FTP и S/FTP могут эксплуатироваться в условиях повышенных электромагнитных влияний.

39

Поддерживаемые приложения: 10Gigabit Ethernet, Gigabit Ethernet, ATM-1200, Firewire, ATM-155, High Speed Token Ring, Fast Ethernet, ATM-52, ATM-25, Ethernet, ISDN, V.11, X.21, PBX.

Коаксиальный кабель

В настоящее время коаксиальный кабель в ЛВС практически не применяется, в глобальных сетях имеет широкое применение.

Коаксиальный кабель (рис. 13) имеет среднюю цену, хорошо помехозащищен и применяется для связи на большие расстояния (несколько километров), чаще всего в WAN. Скорость передачи информации от 1 до 10 Мбит/с (до 50 Мбит/с). Применяются кабель RG-8, RG-11, называемый «толстым» Ethernet (10Base-5, волновое сопротивление 50 Ом, диаметр

0,5 "); RG-58 (сплошной), RG-58U, RG-58A/U (многожильный), RG-58C/U

(военный) – «тонкий» Ethernet (10Base-2, 50 Ом; 0,25 ") – хуже, чем «толстый», но удобнее при монтаже. Разъём – BNC (Т-коннектор). RG-59 – применяется для кабельного телевидения (75 Ом); RG-62 – для сетей ArcNet (93 Ом).

Топология «общая шина» и «точка-точка».

Металлический сердечник

Рис. 13. Коаксиальный кабель

Оптоволоконные линии

Наиболее дорогими являются оптопроводники, называемые также стекловолоконным кабелем (рис. 14). Скорость распространения информации достигает нескольких терабит в секунду (в WAN), за счёт того, что в качестве сигнала передаётся ИК-свет. Допустимое удаление – более 50 км (без повторителей (регенераторов) теоретически – 2,5 или 6 км). Внешнее воздействие помех практически отсутствует. Эти соединения применяются там, где возникают электромагнитные поля помех, требуется передача информации на очень большие расстояния без использования повторителей и/или требуется высокая скорость передачи. Они обладают противоподслушивающими свойствами, т. к. техника ответвлений в оптоволоконном

40

кабеле очень сложна. Оптопроводники объединяются в сеть по топологии «звезда» или «кольцо» (с помощью разъёмов MIC, ST, SC).

Сердцевина волокна (нить)

Оболочка Покрытие Изоляция

Рис. 14. Оптоволоконный кабель

Свет проходит по тончайшей стеклянной или пластиковой нити, покрытой тонким изоляционным слоем, называемым оболочкой (cladding). Оболочка окружена покрытием, которое защищает непрочную нить.

В качестве источников света используются светодиоды и лазер. На конце волокна находится устройство, которое называется кодек или код, отвечает за преобразование данных в световые импульсы и обратное их в электрические импульсы, с которыми работает компьютер. ИК-диод (LED) или -лазер, находящийся на одном конце оптоволокна, посылает по кабелю световые сигналы. Когда эти сигналы достигают другого конца кабеля, они преобразуются в исходную (электрическую) форму.

Различают многомодовое ( 62,5/125, 50/125 мкм – cо ступенчатым или с плавным изменением показателя преломления; полоса пропускания 500 – 800 МГц/км) и одномодовое волокно ( = = 5 – 10 мкм – центральный проводник соизмерим длине волны; сотни гигагерц). Мода – угол отражения луча.

Одномодовые кабели дороже многомодовых и могут передавать сигнал на большие расстояния, не требуя усиления. Поэтому многомодовые кабели чаще прокладывают внутри зданий (для соединения этажей), а одномодовые – между зданиями и на большие расстояния. Для внешней проводки можно использовать также специальные многомодовые волокна (например, многомодовый оптический подвесной кабель ОКП-62,5-02-0,7- 4 на основе четырех оптоволокон фирмы Corning)

Для организации ввода оптоволокна в здания применяются оптические распределительные коробки на 8, 16 и более портов. Для соединения активного оборудования с оптическими коробками необходимо использовать сдвоенные соединительные оптические шнуры (например, DPC-M-3- SC/SC – сдвоенный многомодовый патчкорд с SC-коннекторами фирмы

Vimcom-Optic – 3 м).