CC BY
3НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ
НАУКА И МИРОВОЗЗРЕНИЕ
УДК-004
СОСТАВ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ Ныязгылыджова Огулдженнет
Преподаватель, Международного университета нефти и газа имени Ягшыгелди Какаева г. Ашхабад Туркменистан
Байраммырадов Бегенч
Преподаватель, Международного университета нефти и газа имени Ягшыгелди Какаева г. Ашхабад Туркменистан
Беглиев Шадыян
Студент, Международного университета нефти и газа имени Ягшыгелди Какаева
г. Ашхабад Туркменистан Дурдыев Мекан
Студент, Международного университета нефти и газа имени Ягшыгелди Какаева
г. Ашхабад Туркменистан
Первые компьютерные сети включали соединение двух отдельных компьютеров, что позволяло передавать информацию с одного компьютера на другой. Соединение большего количества компьютеров при помощи одиночных двухточечных каналов связи стало практически невозможным, что и привело к появлению вычислительных сетей.
В вычислительной сети любой объект, генерирующий или потребляющий информацию, является абонементом. Аппаратура, выполняющая функции, связанные с приемом информации, называется станция. Совокупность абонента и станции получила название абонементной системы, а пространство, в котором распространяются электрические сигналы (линии связи) в комплексе с аппаратурой передачи данных, — физической передающей средой.
Отдельные компьютерные сети могут быть связаны друг с другом посредством использования различных типов устройств, одни из которых просто расширяют возможности сетей, а другие непосредственно связаны с формированием интерсети. К числу таких основных устройств относятся, в частности, повторители, шлюзы, концентраторы, мосты, коммутаторы и маршрутизаторы.
Повторитель представляет собой полностью электрическое устройство, которое увеличивает максимальную протяженность кабеля ЛВС путем усиления сигнала, проходящего через такое устройство. Концентраторы, используемые в сетях, основанных на топологии «звезда», иногда называются многопортовыми, поскольку сами по себе имеют способность к усилению сигнала. Автономные повторители могут применяться в сетях, созданных с использованием коаксиального кабеля, для увеличения протяженности этих сетей. Употребление повторителя с целью расширения сегмента сети не разделяет последний физически на две ЛВС и не образует сетевого комплекса.
Шлюз — специальные средства связи между несколькими локальными сетями, работающими по разным протоколам. Шлюзы могут быть аппаратными или программными.
Концентраторы — сетевое устройство для объединения нескольких устройств типа Ethernet в общий сегмент связи. При этом используются витые пары, коаксиальные кабели или оптоволокна. Коаксиальный кабель состоит из внутренней медной жилы и оплетки, отделенной от жилы слоем изоляции. В настоящее время широкое распространение при создании локальных сетей получила так называемая витая пара, представляющая собой скрученную пару проводов в экранированном и неэкранированном исполнении. Волоконно-оптический кабель состоит из тонких (5—60 микрон) волокон, по которым распространяются световые сигналы. Это наиболее качественный и дорогой тип кабеля. Волоконно-оптический кабель обеспечивает передачу данных с очень высокой скоростью (до 10 Гбит/с и выше) и к тому же лучше других типов передающей среды обеспечивает защиту данных от внешних помех. В последнее время для передачи данных через компьютерную сети все чаще стали использоваться радиоканалы — каналы наземной и спутниковой связи.
Мостом (bridge) называется устройство, которое служит для логической структуризации сетей. Под логической структуризацией сети понимается разбиение большой сети на логические сегменты, в которых содержится меньшее количество узлов.
Сеть, разделенная на логические сегменты, обладает большей производительностью и надежностью.
Экспериментально установлено, что существует определенный порог для количества компьютеров, подключенных к разделяемой среде, после которого пропускная способность сети начинает падать. В общем случае для технологии Ethernet рекомендуется, чтобы количество компьютеров в одном сегменте не превышало 30. Таким образом, большую сеть целесообразно разбивать на отдельные сегменты, а затем объединять их с помощью таких устройств, как мосты и коммутаторы. Мост по своим функциональным возможностям является более совершенным устройством, чем концентратор. Мост принимает кадр из одного сегмента сети, запоминает его в своей буферной памяти, анализирует адрес назначения кадра. Если кадр принадлежит сегменту сети, из которого он получен, то мост не реагирует на этот кадр. Если кадр содержит адрес компьютера, принадлежащего другому сегменту, то мост осуществляет пересылку на свой порт, к которому подключен требуемый сегмент. Мост содержит свою адресную таблицу, в которой содержатся адреса источников кадров. В отличие от концентраторов мост передает кадры не сразу по битно, а с буферизацией (запоминанием). Буферизация разрывает единую разделяемую среду и тем самым предотвращает коллизии. Таким образом, использование мостов позволяет вести расчет сети по каждому из сегментов, не суммируя общее затухание.
Коммутатор. Технология соединения сегментов сети с помощью коммутаторов (switch) появилась в 1990 г. для решения проблемы повышения пропускной способности сети. В отличие от моста коммутатор обрабатывает кадры параллельно. Компьютеры подключаются к соответствующим портам коммутатора, каждым из которых управляет отдельный процессор. Работу всех процессоров координирует системный модуль. Для передачи кадров между портами внутри коммутатора находится специальная коммутационная матрица, работающая по принципу коммутации каналов. Например, для 16 портов матрица может обеспечить 16 внутренних каналов. При поступлении кадра информации от компьютера на какой-либо порт коммутатора соответствующий процессор анализирует адрес назначения кадра. Процессор просматривает свою собственную память (адресную таблицу) и если не находит там указанный адрес, то управление переходит к системному модулю. Системный модуль производит просмотр адресов всех процессоров и в случае нахождения нужного адреса указывает его процессору. Тот записывает адрес в свою таблицу и по этому адресу передает кадр на соответствующий порт.
Если адрес не находится, то кадр уничтожается. Если адресуемый порт занят, то кадр сохраняется во входном порту до момента освобождения адресуемого порта. Задержка от момента появления кадра на входном порту до момента его появления на выходе составляет несколько микросекунд.
Поскольку несколько портов могут работать параллельно, то сеть, построенная на коммутаторах, имеет хорошую пропускную способность. Производительность самого коммутатора в этом случае равна сумме производительностей его отдельных портов. Использование коммутаторов позволяет избежать проблем коллизий в сети Ethernet, так как наличие портов и буферизация данных не позволяют распространяться коллизии по всей сети. В этом случае длина сети не равна сумме длин отдельных сегментов.
Удобство использования коммутаторов заключается также в том, что это самообучающееся устройство и следует только правильно подключить его к сети. Коммутаторы значительно дороже концентраторов (стоимость одного составляет нескольких тысяч долларов). На современном рынке широко представлены коммутаторы фирм 3Com, Cisco, Intel, HP. При построении небольших сетей, составляющий нижний иерархический уровень (например, на этаже), приходится выбирать между концентратором и коммутатором. В этом случае необходимо учитывать несколько факторов. Важное значение имеет стоимость, величина трафика между отдельными сегментами сети, скорости работы протоколов. В настоящее время скорости выбираются из трех скоростей- 10, 100 или 1000 Мбит/с. Поэтому порты как концентратора, так и коммутатора должны обеспечить указанные скорости. В настоящее время выпускаются коммутаторы, у которых порты имеют разную скорость, как правило, один из портов является более скоростным и может быть использован для подключения сервера.
Маршрутизатор — это устройство, соединяющее различные ЛВС и формирующее интерсеть. Равно как и мост, маршрутизатор пропускает только информацию, предназначенную для сегмента, с которым он соединен. Однако в отличие от повторителей и мостов маршрутизаторы препятствуют прохождению широковещательных сообщений. Они могут объединять и сети различных типов (например, Ethernet и TokenRing), в то время как мосты и повторители могут интегрировать только однотипные сети или сетевые сегменты.
Для соединения устройств и компьютеров между собой сетей через средств связи используется соединительная аппаратура. Наиболее распространенной соединительной аппаратурой являются коннекторы, представляющие собой разъемные или неразъемные соединители, прикрепляемые к кабелям.
К соединительной аппаратуре относятся также различные кабельные адаптеры и разветвители, позволяющие стыковать разные типы кабелей и согласовать их сопротивления. Кроссовые шкафы и панели представляют собой совокупность разъемов, посредством соединения которых линии связи коммутируются между собой.
Для усиления сигнала в линиях связи используются различные усилители, в задачу которых входит компенсировать затухание сигнала путем его усиления.
Сетевые адаптеры представляют собой отдельные платы и служат для соединения компьютера с кабельной системой. В общем случае они представляют собой сложную систему со встроенным процессором и собственной памятью. Для функционирования адаптеров необходимы особые программы, называемые драйверами. Сетевые адаптеры вместе с драйверами реализуют технологии физического и канального уровня (Ethernet, Token Ring, FDDI). Наиболее популярными сетевыми адаптерами технологии Ethernet, например, являются сетевые адаптеры фирмы 3Сом.
В общем виде компьютерную сеть можно представить в виде системы, схема которой приведена на рис. 1.1.
При построении компьютерных сетей важным является выбор физической организации связей между отдельными компьютерами, т.е. топологии сети.
При выборе топологии сети наряду с чисто техническими проблемами передачи электрических сигналов приходится решать и задачи экономного использования линий связи (1 км оптического волокна, например, стоит несколько тысяч долларов). Рассмотрим некоторые, наиболее часто встречающиеся топологии.
Полносвязная топология соответствует сети, в которой каждый компьютер связан со всеми остальными. Полносвязная топология является громоздкой и малоэффективной, так как для каждой пары компьютеров выделяется отдельная электрическая линия связи и требуется большое количество коммутационных портов. Чаще всего этот вид топологии используется в глобальных сетях при небольших количествах компьютеров.
Рис. 1.1. Состав и особенности использования компьютерных сетей
Топология общая шина является достаточно распространенной топологией для локальных сетей. В этом случае компьютеры подключаются к одному общему кабелю (шине), по которому и происходит обмен информацией между компьютерами. Основными преимуществами общей шины являются дешевизна и простота разводки кабеля по отдельным помещениям. Серьезными недостатками такой топологии является низкая надежность, так как любой дефект общего кабеля полностью парализует всю сеть, а так же невысокая производительность, поскольку в любой момент только один компьютер может передавать данные в сеть.
Топология звезда предусматривает подключение каждого компьютера отдельным кабелем к общему устройству, называемому концентратором, который находится в центре сети. Концентратор служит для перенаправления передаваемой информации к одному или всем остальным компьютерам сети. По сравнению с общей шиной эта топология имеет более высокую надежность, так как неполадки с кабелем касаются лишь одного компьютера и только неисправность концентратора выводит из строя всю сеть. К недостаткам топологии звезда можно отнести ее высокую стоимость ввиду необходимости установки дополнительного оборудования (концентратора).
Кроме этого, концентратор имеет ограниченное количество портов для подключения компьютеров.
Поэтому для сетей с большим количеством компьютеров используется подключение нескольких концентраторов, иерархически соединенных между собой связями типа звезда. В настоящее время иерархическая звезда является самой распространенной топологией как в локальных, так и в глобальных компьютерных сетях.
В сетях с кольцевой топологией данные передаются по кольцу от одного компьютера к другому, как правило, в одном направлении. Если компьютер распознает данные как «свои», то он их принимает. В сетях с кольцевой топологией всегда принимаются меры для обеспечения работоспособности сети при выходе из строя одного из компьютеров. Наиболее часто используется «двойное кольцо», когда данные внутри сети могут передаваться как в прямом, так и в обратном направлении. Такие сети строятся всегда, если требуется контроль предаваемой информации, так как данные, сделав полный оборот, возвращаются к компьютеру-источнику.
Отметим, что по описанным типовым топологиям строятся, как правило, небольшие сети. Для крупных сетей характерно наличие произвольных связей между компьютерами, где можно, однако, выделить описанные выше топологии. Такие сети называются сетями со смешанной топологией.
