Выбор и обоснование среды передачи данных. Среды передачи данных и их характеристики возможность несанкционированного прослушивания

Линии связи отличаются также физической средой, используемой для передачи информации. Физическая среда передачи данных может представлять собой набор проводников, по которым передаются сигналы. На основе таких проводников строятся проводные (воздушные) или кабельные линии связи (рис. 1). В качестве среды также используется земная атмосфера или космическое пространство, через которое распространяются информационные сигналы. В первом случае говорят о проводной среде , а во втором - о беспроводной .

В современных телекоммуникационных системах информация передается с помощью электрического тока или напряжения, радиосигналов или световых сигналов - все эти физические процессы йредставляют собой колебания электромагнитного поля различной частоты.

Проводные (воздушные) линии связи представляют собой провода без каких-либо изолирующих или экранирующих оплеток, проложенные между столбами и висящие в воздухе. Еще в недалеком прошлом такие линии связи были основными для передачи телефонных или телеграфных сигналов. Сегодня проводные линии связи быстро вытесняются кабельными. Но кое-где они все еще сохранились и при отсутствии других возможностей продолжают использоваться, в частности, и для передачи компьютерных данных. Скоростные качества и помехозащищенность этих линий оставляют желать много лучшего.

Кабельные линии имеют достаточно сложную конструкцию. Кабель состоит из проводников, заключенных в несколько слоев изоляции: электрической, электромагнитной, механической и, возможно, климатической. Кроме того, кабель может быть оснащен разъемами, позволяющими быстро выполнять присоединение к нему различного обору-
дования. В компьютерных (и телекоммуникационных) сетях применяются три основных типа кабеля: кабели на основе скрученных пар медных проводов - неэкранированная витая пара (Unshielded Twisted Pair, UTP) и экранированная витая пара (Shielded Twisted Pair, STP), коаксиальные кабели с медной жилой, волоконно-оптические кабели. Первые два типа кабелей называют также медными кабелями.

Радиоканалы наземной и спутниковой связи образуются с помощью передатчика и приемника радиоволн. Существует большое разнообразие типов радиоканалов, отличающихся как используемым частотным диапазоном, так и дальностью канала. Диапазоны широковещательного радио (длинных, средних и коротких волн), называемые также АМ-диапазонами, или диапазонами амплитудной модуляции (Amplitude Modulation, AM), обеспечивают дальнюю связь, но при невысокой скорости передачи данных. Более скоростными являются каналы, использующие диапазоны очень высоких частот (Very High Frequency, VHF), для которых применяется частотная модуляция (Frequency Modulation, FM). Для передачи данных также используются диапазоны ультравысоких частот (Ultra High Frequency, UHF), называемые еще диапазонами микроволн (свыше 300 МГц). При частоте свыше 30 МГц сигналы уже не отражаются ионосферой Земли, и для устойчивой связи требуется наличие прямой видимости между передатчиком и приемником. Поэтому указанные частоты используются в спутниковых или радиорелейных каналах либо в таких локальных или мобильных сетях, в которых это условие выполняется.

В компьютерных сетях сегодня применяются практически все описанные типы физических сред передачи данных. Хорошие возможности предоставляют волоконно-оптические кабели, обладающие широкой полосой пропускания и низкой чувствительностью к помехам. На них сегодня строятся как магистрали крупных территориальных и городских сетей, так и высокоскоростные локальные сети. Популярной средой является также витая пара, которая характеризуется отличным отношением качества к стоимости, а также простотой монтажа. Беспроводные каналы используются чаще всего в тех случаях, когда кабельные линии связи применить нельзя, например при прохождении канала через малонаселенную местность или же для связи с мобильными пользователями сети. Обеспечение мобильности затронуло в первую очередь телефонные сети, компьютерные сети в этом отношении пока отстают. Тем не менее построение компьютерных сетей на основе беспроводных технологий, например Radio Ethernet, считаются сегодня одним из самых перспективных направлений телекоммуникаций.

4.1.Основные типы кабельных и беспроводных сред передачи данных

4.1.1.Коаксиальный кабель

До недавнего времени самой распространенной средой передачи данных был коаксиальный кабель: относительно недорогой, легкий и гибкий, безопасный и простой в установке. На рис. 4.1 приведена конструкция коаксиального кабеля.

Рис.4.1.Конструкция коаксиального кабеля.

Электрические сигналы, кодирующие данные, передаются по жиле. Она изоляцией отделяется от металлической оплетки, которая играет роль заземления и защищает передаваемые по жиле сигналы от: -внешних электромагнитных шумов (атмосферных, промышленных); -перекрестных помех - электрических наводок, вызванных сигналами в соседних проводах. Используют толстый и тонкий коаксиальный кабель. Их характеристики представлены в таблице 4.1. Таблица 4.1

Характеристики коаксиального кабеля.

В обозначении кабелей по стандарту IEEE 802.3 первые две цифры - скорость передачи в Мбит/с, base обозначает, что кабель используется в сетях с узкополосной передачей (baseband network), последняя цифра - эффективная длина сегмента в сотнях метров, при которой уровень затухания сигнала остается в допустимых пределах. Тонкий подключается к сетевым платам непосредственно через Т-коннектор (рис. 4.2), толстый - через специальное устройство - трансивер (рис. 4.3).

Различают обычные и пленумные коаксиальные кабели. Последние обладают повышенными механическими и противопожарными характеристиками и допускают прокладку под полом, между фальшпотолком и перекрытием. При выборе для ЛВС данного типа кабеля следует принимать во внимание, что: 1)это среда для передачи речи, видео и двоичных данных; 2)позволяет передавать данные на большие расстояния; 3)это хорошо знакомая технология, предлагающая достаточный уровень защиты данных.

4.1.2.Витая пара

Если для передачи электрических сигналов воспользоваться обычной парой параллельных проводов для передачи знакопеременного списка большой частоты, то возникающие вокруг одного из них магнитные потоки будут вызывать помехи в другом (рис. 4.4). Для исключения этого явления провода перекручивают между собой (рис. 4.5).

Самая простая витая пара (twisted pair) - это два перевитых друг вокруг друга изолированных провода. Существует два вида такого кабеля: -неэкранированная витая пара (UTP); -экранированная витая пара (STP). Часто несколько витых пар помещают в одну защитную оболочку (типа телефонного кабеля). Наиболее распространена в ЛВС неэкранированная витая пара стандарта 10 baseT с эффективной длиной сегмента - 100 м. Определено 5 категорий на основе UTP (таблица 4.2). Таблица 4.2

Категории кабальных соединений на неэкранированной витой паре

4.1.3.Компоненты кабельной системы

При построении развитой кабельной системы ЛВС и для упрощения работы с ней используются следующие компоненты: ·Концентраторы. Для подключения витой пары к компьютеру используется телефонный коннектор RJ-45, который отличается от используемых в современных телефонах и факсах RJ-11 тем, что имеет 8 контактов вместо 4. ·Распределительные стойки и полки, которые позволяют организовать множество соединений и занимают мало места. ·Коммутационные панели. Существуют разные панели расширения. Они поддерживают до 96 портов и скорость передачи до 100 Мбит/с. ·Соединители. Одинарные или двойные витки RJ-45 для подключения к панели расширения или настенным розеткам. Обеспечивают скорость до 100 Мбит/с. ·Настенные розетки к которым можно подключить два или более соединителя. Достоинством использования компонентов кабельной системы ЛВС является то, что на их основе можно компоновать сети различной топологии. Один из вариантов использования компонентов кабельной системы ЛВС может иметь вид, аналогичный приведенному на рис. 4.6.

При разработке топологии и построении конкретных ЛВС рекомендуется использовать витую пару в тех случаях, если: -есть ограничения на материальные затраты при организации ЛВС; -нужна достаточно простая установка, при которой подключение компьютеров - несложная операция. Следует воздержаться от использования витой пары, если Вы хотите быть абсолютно уверенными в целостности данных, передаваемых на большие расстояния с высокой скоростью. В этих случаях более надежным является применение оптоволоконного кабеля.

4.1.4.Оптоволоконный кабель

В оптоволоконном кабеле цифровые данные распространяются по оптическим волокнам в виде модулированных световых импульсов, а не электрических сигналов. Следовательно, его нельзя вскрыть и перехватить данные. Передача по оптоволоконному кабелю не подвержена электрическим помехам и ведется на чрезвычайно высокой скорости (до 100 Мбит/с, а теоретически возможно до 200 Мбит/с). Основа кабеля - оптическое волокно - тонкий стеклянный цилиндр (жила), покрытая слоем стекла, называемого оболочкой и имеющей отличный от жилы коэффициент преломления (рис. 4.7).

Каждое стеклянное оптоволокно передает сигналы только в одном направлении, поэтому кабель состоит из двух волокон с отдельными коннекторами (рис. 4.8). Жесткость обеспечивает покрытие из пластика, а прочность - волокна кевлара. Оптоволоконный кабель рекомендуется использовать: -при передаче данных на большие расстояния с высокой скоростью по надежной среде передачи. Не рекомендуется использовать: -при ограниченности денежных средств; -при отсутствии навыков установки и корректного подключения оптоволоконных сетевых устройств.

4.2.Узкополосная и широкополосная передачи сигналов

В современных компьютерных сетях для передачи кодированных сигналов по сетевому кабелю наибольшее применение находят две наиболее распространенные технологии: -узкополосная передача сигналов; -широкополосная передача сигналов. Узкополосные (baseband) системы передают данные в виде цифрового сигнала одной частоты (рис. 4.9).

Сигналы представляют собой дискретные электрические или световые импульсы. При таком способе вся емкость коммуникационного канала используется для передачи одного сигнала или, другими словами, цифровой сигнал использует всю полосу пропускания кабеля. Полоса пропускания - это разница между max и min частотой, которая может быть передана по кабелю. Каждое устройство в таких сетях посылает данные в обоих направлениях, а некоторые могут одновременно их передавать и принимать. Широкополосные (broadband) системы передают данные в виде аналогового сигнала, который использует некоторый интервал частот (рис. 4.10). Сигналы представляют собой непрерывные (а не дискретные) электронные или оптические волны. При таком способе сигналы передаются по физической среде в одном направлении. Если обеспечить необходимую полосу пропускания, то по одному сетевому кабелю одновременно можно передавать несколько сигналов (например, кабельного телевидения, телефона и передача данных).

Каждой передающей системе выделяется часть полосы пропускания. Все устройства (в. т. ч. и компьютеры) настраиваются так, чтобы работать с выделенной им частью полосы пропускания. В широкополосной системе сигнал передается только в одном направлении. Для возможности приема и передачи каждым из устройств необходимо обеспечить два пути прохождения сигнала. Для этого можно: -использовать два кабеля; -разбить полосу пропускания кабеля на два канала, которые работают с разными частотами: один канал на передачу, другой - на прием.

4.3. Кодирование сигналов

Данные, хранимые в РС и передаваемые между ними в ЛВС, представляются в цифровом виде (рис. 4.11). Каждое информационное сообщение (пакет) - это строка битов, содержащая закодированную информацию.

Так как кабель содержит всего две проводящие жилы, то в каждый момент времени по нему можно передать только один бит информации (последовательная передача данных). 1.При широкополосной передаче цифровые данные РС перед передачей по сетевому кабелю преобразуются в аналоговый несущий сигнал синусоидальной формы: u = U*sin(wt+w) Это преобразование называется модуляцией. В зависимости от того, какой из параметров данного сигнала изменяется различают три типа модуляции: амплитудную, частотную и фазовую. Рассмотрим два из них. При амплитудной модуляции (АМ) используется несущий сигнал постоянной частоты (W0). Для передачи бита со значением "1" передается волна несущей частоты. Отсутствие сигнала означает передачу бита "0", т. е.:

При частотной модуляции (ЧМ) используется сигнал несущей с двумя частотами. В этом случае бит "1" представляется сигналом несущей частоты W1, а бит "0" - частоты W2, т. е.:

Обратный процесс - процесс преобразования аналогового сигнала в цифровые данные на РС, которая принимает переданный ей модулированный сигнал называется демодуляцией. 2.При узкополосной передаче используется двуполярный дискретный сигнал. При этом кодирование в сетевом адаптере передающей РС цифровых данных в цифровой сигнал выполняется напрямую. Наиболее простым и часто используемым является кодирование методом без возврата к нулю (NRZ - Non Return to Zero), в котором бит "1" представляется положительным напряжением (H - высокий уровень), а бит "0" - отрицательным напряжением (L - низкий уровень). Т. е. сигнал всегда выше или ниже нулевого напряжения, откуда и название метода. Иллюстрация изложенных методов кодирования сигналов приведена на рис. 4.12.

Как при передаче аналоговых, так и цифровых сигналов, если следующие друг за другом биты ровны (оба "0" или оба "1"), то трудно сказать, когда кончается один и начинается другой. Для решения этой задачи приемник и передатчик надо синхронизировать, т. е. одинаково отсчитывать интервалы времени. Это можно выполнить либо введя дополнительную линию для передачи синхроимпульсов (что не всегда возможно, да и накладно), либо использовать специальные методы передачи данных: асинхронный или автоподстройки.

4.4.Асинхронная передача и автоподстройка

При низких скоростях передачи сигналов используется метод асинхронной передачи, при больших скоростях эффективнее использовать метод автоподстройки. Как передатчик, так и приемник снабжены генераторами тактовых импульсов, работающими на одной частоте. Однако невозможно, чтобы они работали абсолютно синхронно, поэтому их необходимо периодически подстраивать. Аналогично обыкновенным часам, которые необходимо периодически корректировать. При асинхронной передаче генераторы синхронизируются в начале передачи каждого пакета (или байта) данных и предполагается, что за это время не будет рассогласования генераторов, которые бы вызвали ошибки в передаче. При этом считается, что все пакеты одной длины (например, байт). Синхронизация тактового генератора приемника достигается тем, что: -перед каждым пакетом (байтом) посылается дополнительный "старт-бит", который всегда равен "0"; -в конце пакета посылается еще один дополнительный "стоп-бит", который всегда равен "1". Если данные не передаются, линия связи находится в состоянии "1" (состояние незанятости). Начало передачи вызывает переход от "1" к "0", что означает начало "старт-бита". Этот переход используется для синхронизации генератора приемника. Поясним этот процесс временной диаграммой (рис. 4.13):

При передаче с автоподстройкой используется метод Манчестерского кодирования, при котором: -тактовый генератор приемника синхронизируется при передаче каждого бита; -и следовательно, можно посылать пакеты любой длины. Синхронизация сигнала данных достигается обеспечением перехода от "H"-уровня к "L"-уровню или наоборот, в середине каждого бита данных (рис. 4.14). Эти переходы служат для синхронизации тактового генератора приемника. Биты данных кодируются: "0" - при переходе "L" а "H" и "1" - при переходе "H" а "L"

Если информация не передается, в линии данных нет никаких переходов и тактовые генераторы передатчика и приемника рассогласованы. При этом виде кодирования переходы происходят не только в середине каждого бита данных, но и между битами, когда два последовательных бита имеют одно и то же значение. После простоя линии необходима предварительная синхронизация генератора, которая достигается посылкой фиксированной последовательности битов (преамбула и биты готовности). Например, можно использовать преамбулу из восьми битов: 11111110, где первые 7 битов используются для начальной синхронизации, а последний - для сообщения приемнику, что преамбула окончилась, т. е. далее пойдут биты данных.

4.5.Плата сетевого адаптера (СА)

Плата сетевого адаптера выступает в качестве физического интерфейса или соединения между компьютером и сетевым кабелем. Платы вставляются в слоты расширения системной шины всех сетевых компьютеров и серверов. Назначение платы сетевого адаптера: -подготовка данных, поступающих от компьютера, к передаче по сетевому кабелю; -передача (или прием) данных другому компьютеру; -управление потоком данных между компьютером и кабельной системой. 1. Подготовка данных. Плата сетевого адаптера принимает циркулирующие по системной шине параллельные данные, организует их для последовательной (побитовой) передачи. Этот процесс завершается переводом цифровых данных компьютера в электрические или оптические сигналы, которые и передаются по сетевым кабелям. Отвечает за это преобразование трансивер. 2. Сетевой адрес. Помимо преобразования данных плата СА должна указать свой адрес, чтобы ее можно было отличить от других плат. За каждым производителем СА закреплен стандартом IEEE некоторый интервал адресов. Производители "прошивают" эти адреса в микросхеме плат. Благодаря этому, каждый СА и, следовательно, каждый сетевой компьютер имеет уникальный адрес в сети. При передаче данные из памяти компьютера через системную шину поступают в СА. Обычно они поступают быстрее, чем их способна передать плата СА, поэтому она должна иметь буфер для их временного хранения. Это позволяет согласовать скорости передачи по шине без потерь производительности и искажения данных. 3. Передача и управление данными. Перед посылкой данных по сети плата СА проводит "электронный диалог" с принимающим СА, во время которого они "оговаривают": -максимальный размер блока передаваемых данных; -объем данных, передаваемый без подтверждения о получении; -интервалы между передачами блоков; -объем данных, который может принять СА, не переполняясь; -скорость передачи данных. Все эти действия каждый СА выполняет в строго определенной последовательности в соответствие со строго определенными правилами, которые называются протоколами и подробно будут рассматриваться ниже. 4. Сетевые кабели и соединители. Каждый тип кабеля имеет различные сетевые характеристики, которым должен соответствовать и СА. Поэтому платы СА рассчитаны на работу с определенным видом кабеля (коаксиал, витая пара и т. д.). Некоторые СА могут содержать несколько типов соединителей для различных физических сред.

Линия связи состоит в общем случае из физической среды, по которой передаются электрические информационные сигналы, аппаратуры передачи данных и промежуточной аппаратуры. Синонимом термина линия связи (line) является термин канал связи(channel) .

Физическая среда передачи данных (medium) может представлять собой кабель, то есть набор проводов, изоляционных и защитных оболочек и соединительных разъемов, а также земную атмосферу или космическое пространство, через которые распространяются электромагнитные волны.

В зависимости от среды передачи данных линии связи разделяются на следующие:

проводные (воздушные);

кабельные (медные и волоконно-оптические);

радиоканалы наземной и спутниковой связи.

Проводные (воздушные) линии связи представляют собой провода без каких-либо изолирующих или экранирующих оплеток, проложенные между столбами и висящие в воздухе. По таким линиям связи традиционно передаются телефонные или телеграфные сигналы, но при отсутствии других возможностей эти линии используются и для передачи компьютерных данных. Скоростные качества и помехозащищенность этих линий оставляют желать много лучшего. Сегодня проводные линии связи быстро вытесняются кабельными.

Кабельные линии представляют собой достаточно сложную конструкцию. Кабель состоит из проводников, заключенных в несколько слоев изоляции: электрической, электромагнитной, механической, а также, возможно, климатической. Кроме того, кабель может быть оснащен разъемами, позволяющими быстро выполнять присоединение к нему различного оборудования. В компьютерных сетях применяются три основных типа кабеля: кабели на основе скрученных пар медных проводов, коаксиальные кабели с медной жилой, а также волоконно-оптические кабели.

Скрученная пара проводов называется витой парой (twisted pair) . Витая пара существует в экранированном варианте (Shielded Twistedpair, STP), когда пара медных проводов обертывается в изоляционный экран, и неэкранированном (Unshielded Twistedpair, UTP) , когда изоляционная обертка отсутствует. Скручивание проводов снижает влияние внешних помех на полезные сигналы, передаваемые по кабелю. Коаксиальный кабель (coaxial) имеет несимметричную конструкцию и состоит из внутренней медной жилы и оплетки, отделенной от жилы слоем изоляции. Существует несколько типов коаксиального кабеля, отличающихся характеристиками и областями применения - для локальных сетей, для глобальных сетей, для кабельного телевидения и т. п. Волоконно-оптический кабель (optical fiber) состоит из тонких (5-60 микрон) волокон, по которым распространяются световые сигналы. Это наиболее качественный тип кабеля - он 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.

Радиоканалы наземной и спутниковой связи образуются с помощью передатчика и приемника радиоволн. Существует большое количество различных типов радиоканалов, отличающихся как используемым частотным диапазоном, так и дальностью канала. Диапазоны коротких, средних и длинных волн (KB, СВ и ДВ), называемые также диапазонами амплитудной модуляции (Amplitude Modulation, AM) по типу используемого в них метода модуляции сигнала, обеспечивают дальнюю связь, но при невысокой скорости передачи данных. Более скоростными являются каналы, работающие на диапазонах ультракоротких волн (УКВ), для которых характерна частотная модуляция (Frequency Modulation, FM), а также диапазонах сверхвысоких частот (СВЧ или microwaves). В диапазоне СВЧ (свыше 4 ГГц) сигналы уже не отражаются ионосферой Земли и для устойчивой связи требуется наличие прямой видимости между передатчиком и приемником. Поэтому такие частоты используют либо спутниковые каналы, либо радиорелейные каналы, где это условие выполняется.

В компьютерных сетях сегодня применяются практически все описанные типы физических сред передачи данных, но наиболее перспективными являются волоконно-оптические. На них сегодня строятся как магистрали крупных территориальных сетей, так и высокоскоростные линии связи локальных сетей. Популярной средой является также витая пара, которая характеризуется отличным соотношением качества к стоимости, а также простотой монтажа. С помощью витой пары обычно подключают конечных абонентов сетей на расстояниях до 100 метров от концентратора. Спутниковые каналы и радиосвязь используются чаще всего в тех случаях, когда кабельные связи применить нельзя - например, при прохождении канала через малонаселенную местность или же для связи с мобильным пользователем сети, таким как шофер грузовика, врач, совершающий обход, и т. п.

Классификация сетей по типу среды для передачи данных

По типу среды для передачи данных сети делятся на проводные (медный коаксиальный кабель, витая пара, оптическое волокно и т.д.) и беспроводные (радиоканалы, передача данных в инфракрасном диапазоне и т.д.).

Классификация сетей по скорости передачи информации

По скорости передачи информации сети можно разделить на низко- (до 10 Мбит/с), средне- (до 100 Мбит/с) и высокоскоростные (свыше 100 Мбит/с).

Классификация сетей по способу передачи

По способу передачи данных можно выделить:

сети коммутации каналов;

сети коммутации пакетов.

В сетях коммутации каналов предполагается, что между источником и приемником существует выделенный маршрут, типичным примером является телефонная сеть. Является неэффективной, так как канал резервируется на все время соединения, достоинством этой технологии служит ее прозрачность, так как канал устанавливается на все время соединения.

В сетях коммутации пакетов длинные сообщения разбиваются на короткие пакеты. Каждый пакет перемещается от отправителя к получателю через промежуточные узлы сети. Основным преимуществом является гибкость, совместное использование одних каналов связи, возможность менять приоритет передаваемой информации, недостатком - невозможность гарантировать своевременную доставку пакетов.

Классификация сетей по роли компьютеров в них

По роли компьютеров в сетях можно выделить следующие типы сетей:

peer-to-peer network (p2p) - одноранговая сеть;

client\server network (server-based network) - сеть с выделенным сервером;

смешанные сети.

Сервер - специально выделенный высокопроизводительный компьютер, управляющий работой сети и/или предоставляющий другим компьютерам сети свои ресурсы (программное обеспечение, сервисы, файлы, устройства), отвечающий на запросы клиентов.

Клиентский компьютер (клиент, рабочая станция) - компьютер рядового пользователя сети, получающий доступ к ресурсам сервера (серверов).

Администратор сети - человек, обладающий полномочиями для управления компьютерами, пользователями и ресурсами в сети.

Администрирование сети - управление сетью: настройка сетевого оборудования, обеспечение доступа к данным, безопасность, работа с пользователями.

Одноранговые сети

В одноранговой сети все компьютеры равноправны. Каждый из них может выступать как в роли сервера, так и клиента, каждый пользователь является администратором своего компьютера, как следствие в таких сетях хаос часто становится нормой.

Преимущества:

легкость в установке и настройке;

независимость отдельных компьютеров и их ресурсов друг от друга;

недороги при развертывании и поддержке;

не нужен администратор.

Недостатки:

пользователи должны помнить столько паролей, сколько сетевых ресурсов;

резервное копирование для каждого компьютера;

затруднен поиск информации;

низкая защищенность.

Число компьютеров в одноранговых сетях обычно не превышает 10. Примерами могут служить домашние сети и сети небольших офисов.

Сеть с выделенным сервером

Сети с выделенным сервером, как правило, создаются в крупных организациях.

Преимущества:

централизованное управление учетными записями пользователей, безопасностью и доступом;

пользователю нужен лишь один пароль.

Недостатки:

неисправность сервера может сделать всю сеть неработоспособной;

наличие квалифицированного персонала для обслуживания сети;

высокая стоимость.

Физическое устройство сетей

Физическое устройство сети определяется в первую очередь средой, которая будет использована для передачи данных. От среды зависит, какое сетевое оборудование будет выбрано для ее создания, и то какую топологию будет иметь полученная сеть.

27. Сетевое оборудование.

Оборудование (оконечное оборудование)

Для создания сетевой среды с использованием кабелей, обычно требуются специальные коннекторы , закрепляемые на их концах. Затем кабель одним концом вставляется в сетевой адаптер (сетевую плату), устанавливаемую в компьютер и позволяющую подключить его к сети, а другим - в какое-либо устройство связи (концентратор, мост, коммутатор, маршрутизатор, шлюз и т.д.) Если же используется беспроводной сетевой адаптер, то взаимодействие с сетью происходит за счет передачи сигнала между адаптером и точкой доступа , соединенной с локальной сетью.

Сетевые адаптеры (сетевые карты) требуются для подключения к сетевой среде. Современные компьютеры обычно оснащены адаптерами Ethernet и Wi-Fi. Сетевой адаптер должен иметь нужный разъем для подключения коннектора и уникальный физический адрес (MAC-адрес), используемый для однозначной идентификации компьютера в данном сегменте сети. Для определения MAC-адреса можно использовать, например, команду:

Найти информацию о «Физическом адресе» можно и в свойствах сетевого адаптера.

Повторители и усилители (на физическом уровне) выполняют усиление передаваемого сигнала.

Концентраторы (hub) организуют рабочую группу, представляет собой активный центральный элемент звезды. Работают на физическом уровне. Их основная задача - принять, усилить и ретранслировать сигнал, полученный от одного компьютера, во все остальные активные порты. Обработка сигнала не производится.

Мосты и коммутаторы (bridge и switch) соединяют два или несколько сегментов сети, разделяя трафик в них, служат для соединения однотипных сетей (использующие одинаковые протоколы). Помогают снизить количество коллизий в сети, так как поддерживают таблицу соответствия своих портов и MAC-адресов компьютеров. Эти устройства работают не только на физическом, но и сетевом уровне модели OSI. Различие между мостами и коммутаторами заключается в том, что мост в каждый момент времени может передавать только один кадр, а коммутатор работает сразу с несколькими портами параллельно. Большинство современных сетей строится на коммутаторах.

Маршрутизаторы (router) работают на сетевом уровне. Применяется в сетях со сложной конфигурацией, использующие разные способы передачи данных, для эффективной работы с трафиком. В их задачу входит анализ адресов, определение наилучшего маршрута доставки пакета данных. Конечно, маршрутизаторы работают и на более низких уровнях модели OSI - восстанавливают уровень и форму передаваемого сигнала, как мосты и коммутаторы - позволяют избежать столкновений. При этом маршрутизаторы изменяют передаваемые кадры, фильтруют сетевой трафик, ведут статистику о передаваемых данных, проводят авторизацию пользователя, позволяют строить виртуальные локальные сети и т.д. Шлюзы - устройства, позволяющие объединять разнородные системы, использующие разные сетевые архитектуры, работающие с разными протоколами.

Модемы (модулятор-демодулятор) осуществляют соединение передающего устройства с каналами связи, работает на канальном уровне, например, позволяет осуществлять передачу данных компьютерами по телефонным проводам.

28. Доступ к среде передачи.

С сетевой топологией тесно связано понятие способа доступа к среде передачи , определяющего как компьютеры должны отправлять и принимать данные по сети. Примером могут служить:

множественный доступ с контролем несущей и обнаружением столкновений; Если кабель свободен, любой компьютер может начать передачу данных, остальные ждут окончания передачи. При возникновении коллизии передача приостанавливается на случайное время, после чего проводится еще одна попытка передачи данных. Этот метод используется в сетях Ethernet.

множественный доступ с контролем несущей и предотвращением столкновений ; Этот метод отличается от предыдущего тем, что перед передачей данных компьютер посылает в сеть специальный пакет, сообщая остальным компьютерам о своем намерении начать трансляцию. Пропускная способность снижается. Используется в беспроводных сетях.

передача маркера . От одного компьютера к другому курсирует блок данных, называемый маркером .

Передачу данных осуществляет компьютер, который «захватил» маркер. Коллизии отсутствуют.

Обычно топология сети и доступ к среде передачи определяются сетевым оборудованием, на основе которого строится сеть.

29. Топология.

В контексте компьютерной сети понятие топология означает способ соединения друг с другом сетевых устройств (оконечных систем, станций, хостов) и кабельной инфраструктуры. Распространенными сетевыми топологиями являются общая шина, кольцо и звезда.

Общая шина - топология сети, при которой станции присоединяются к общей среде передачи, которая представляет собой линейный кабель. Передаваемый сигнал распространяется по всей длине кабеля и принимается всеми станциями, но обрабатывает их только тот компьютер, аппаратный MAC-адрес сетевого адаптера которого записан в кадре как адрес получателя.

Эта топология проста в реализации и дешева. К недостаткам можно отнести:

трудность масштабирования , сложно увеличить количество компьютеров в сегменте такой сети;

в каждый момент времени передачу может вести только один из компьютеров. Если передачу одновременно начинают два или больше компьютеров, то возникают коллизии , ведущие к тому, что данные приходится передавать вновь. Производительность такой сети при большом объеме передаваемой информации и числе компьютеров снижается;

при повреждении шины вся сеть перестает работать.

В настоящее время эта топология используется редко.

Кольцо (Ring)

Кольцо - топология сети, при которой станции соединены с повторителями, образующими замкнутый контур. Передаваемые сигналы распространяются по кольцу в одном направлении и могут приниматься всеми станциями.

На основе этой топологии можно строить сети большой протяженности, так как каждый компьютер выступает в роли повторителя. Из-за отсутствия коллизий сети обладает устойчивостью к перегрузкам. К недостаткам можно отнести:

увеличивается время передачи информации, так как она передается по кольцу;

добавление новых компьютеров требует остановки работы всей сети;

выход из строя хоты бы одного компьютера или сегмента кабеля нарушает работу всей сети;

поэтому прокладывают обычно два кольца, что удорожает сеть.

Звезда (Star)

Звезда - топология локальной сети, при которой все станции соединены с центральным коммутатором. В этом случае центральный узел называют хабом, или концентратором.

Хаб выполняет функции повторителя, восстанавливает приходящие сигналы и пересылает их всем остальным подключенным к нему компьютерам и устройствам.

Такая организация сети является более надежной. Используется довольно часто. Если вместо концентратора установлены «интеллектуальных» сетевые устройства (мост, коммутатор, маршрутизатор), то это позволяет проводить не только ретрансляцию, но и управление передаваемыми сигналами.

Ячеистая (Mesh)

В таких сетях существует несколько маршрутов для доставки информации. Имеют высокую отказоустойчивость. Развертывание таких сетей на базе кабельных соединений достаточно дорого, так как требует увеличенного количества кабеля, более сложной настойки сетевого оборудования.

Чаще эта топология реализуется в беспроводных сетях.

Смешанные (гибридные) сети

Реальные сети постоянно расширяются и модернизируются, поэтому обычно топология сети представляет собой комбинацию нескольких базовых топологий.

Star-Bus (звезда на шине)

Star-Ring (звезда на кольце)

Hybrid Mesh (гибридная ячеистая структура)

Tree (дерево, звезда на звезде)

Выбор топологии зависит от ряда факторов, таких как надежность, расширяемость и производительность, стоимость, и обычно определяется средой, используемой для передачи данных.

30. Проводные технологии.

Провода переменного тока

Можно использовать при передаче данных на небольшие расстояния.

Телефонные провода

Модем, цифровая/аналоговая связь, бод.

телефонная коммутированная сеть общего пользования (PSTN);

цифровая сеть интегрированного обслуживания (ISDN - Integrated Services Digital Network);

цифровая связь (ADSL - Asymmetric Digital Subscriber Line).

«Витая пара» (twisted pair)

Витая пара состоит из двух изолированных медных проводов, свитых друг с другом, представляет собой один канал связи, несколько витых пар объединяются в кабель, обернутый в плотную защитную оболочку. Скручивание снижает перекрестные помехи от соседних проводов пары. Используется в телефонных сетях и для сетей внутри зданий. Подвержена помехам, поэтому чаще в сетях применяется экранирование с использованием металлической оплетки или оболочки, для телефонных линий - неэкранированная.

Скорость до 100 Гбит/сек, до 2 км без повторителей.

Самый распространенный тип кабеля для создания компьютерных сетей.

Коаксиальный кабель (coaxial cable)

Подобно витой пары состоит из двух проводников, но отличается по конструкции, может работать в более широком диапазоне частот. Коаксиальный кабель состоит из пустотелого внешнего цилиндрического проводника, внутри которого расположен внутренний провод. Внутренний проводник находится в изоляторе, внешний покрывается оболочкой или экраном. Диаметр от 1 до 2,5 см. Может использоваться для передачи данных на большие расстояния, в частности для передачи телесигналов, международной телефонии, компьютерных сетей.

Тонкий - скорость до 10 Мбит/сек на расстояние до 185 м.

Толстый - скорость до 10 Мбис/сек на расстояние до 500 м

В настоящее время используется достаточно редко для создания сетей.

Оптоволокно (fiber optic cable)

Оптическим волокном называют тонкую среду (от 2 до 125 мкм в диаметре), способную передавать световой луч. Для изготовления оптического волокна используют разного рода стекла и пластмассы. Наименьшие потери достигаются в волокне из сверхчистого плавленого кварца. Состоит из трех концентрических секций, две внутренние изготовлены из стекла с различными показателями преломления, сверху светопоглощающая оболочка. Волокна собирают в оптические кабели. Имеет большую пропускную способность, меньшее затухание, электромагнитная изоляция.

Скорость до 10 Гбит/сек, длина сегмента до 40 000 м, рабочая длина волны в диапазоне от 850 до 1300 нм.

К недостаткам можно отнести высокую стоимость кабеля, сложный монтаж, необходимость использования дополнительных трансиверов, преобразующих световые сигналы в электрические и обратно.

Преимущества кабельного соединения:

высокая пропускная способность;

помехоустойчивость.

Недостатки:

трудности при монтаже (доступ к системе канализации, прокладка внутри готовых зданий, привязка рабочих мест);

кабельное хозяйство требует обслуживания.

Архитектура Ethernet фактически объединяет набор стандартов, имеющих как общие черты, так и отличия. Скорость передачи данных до 10 Гбит/с. Технология Ethernet использует практически любой вид кабеля, позволяет проводить масштабирование, наращивать мощность сети. Поэтому сегодня архитектура Ethernet является самой распространенной в локальных сетях.

31. Беспроводные технологии.

Для телекоммуникации могут быть использованы электромагнитные волны, которые распространяются по атмосфере или в вакууме, а именно (в порядке повышения пропускной способности и увеличения частоты колебания волны):

радиосвязь (сотовая, спутниковая) (от 30 МГц до 1 ГГц). Обеспечивает высокую дальность передачи информации;

связь в микроволновом диапазоне (от 2 до 40 ГГц) (Bluetooth, WLAN);

инфракрасная связь (от 3 · 1011 до 2 · 1014 Гц). Используется для передачи данных на близких расстояниях, например, для взаимодействия с портативными (мобильными) устройствами. Источник и приемник должны быть в прямой видимости.;

световое излучение в видимом диапазоне. Используется редко.

Обычно сигналы низких частот распространяются от антенны во всех направлениях, сигналы более высоких частот можно сфокусировать в направленный луч.

Если не используется направленная антенна, и на пути нет препятствий, радиоволны распространяются по всем направлениям равномерно и мощность сигнала падает пропорционально квадрату расстояния между передатчиком и приемником. Они используются там, где не существует кабельных каналов или их создание по каким-то причинам невозможно или слишком дорого для передачи телевизионного, радио и других аналоговых сигналов.

Преимущества

возможность создания в труднодоступных местах;

не требуют поддержки и обслуживания.

Недостатки:

не являются помехоустойчивыми;

менее защищены от прослушивания, чем проводные сети (уровень защиты WEP и WPA).

Wi-Fi (Wireless Fidelity, беспроводная точность) - технология обеспечивающая подключение мобильных пользователей к Интернету. Объединяет несколько стандартов на основе спецификации IEEE 802.11 (a, b, g). Невысокая дальность передачи данных.

WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) - это коммерческое название стандарта беспроводной связи 802.16, принятого в январе 2003 года и поддержанного промышленной группой. В отличие от уже довольно популярного беспроводного доступа Wi-Fi, WiMAX меньше привязан к конкретным диапазонам - его варианты рассчитаны на частоту от 2 до 11 ГГц и от 10 до 66 ГГц. Ширина канала, занимаемого в эфире двумя устройствами, может выбираться в более широких, чем у Wi-Fi, пределах - от 1,5 до 28 МГц. «Изощренная» модуляция позволяет использовать радиоспектр с эффективностью 5 бит на каждый герц (у Wi-Fi 2,7 бит на герц), поэтому скорость достигает 134 Мбит/с (в канале шириной 28 МГц). Но главное преимущество WiMAX - в дальнобойности: максимальное расстояние между устройствами может достигать 50 км. К тому же между источником и приемником может отсутствовать прямая видимость. Мощность сигнала и большая устойчивость к отражениям позволяют WiMAX работать даже там, где Wi-Fi бессилен.

Технология Bluetooth (IEEE 802.15.1) использует радиосигнал с частотой 2,4 ГГц. Имеет низкое энергопотребление, позволяет устройствам устанавливать взаимодействие при минимальном участии пользователя, низкие показатели по дальности и пропускной способности.

32. Протоколы.

Протокол - это правила (соглашения, стандарты) передачи информации в сети. Протокол определяет формат и очередность сообщений, которыми обмениваются два и более устройства, а также действие, выполняемые при передаче и/или приеме сообщений либо при наступлении иных событий.

Так как в процесс взаимодействия вступают разные системы, то реализовывать сетевое соединение в виде одного, монолитного блока не имеет смысла, вводится понятие архитектуры протоколов, когда вместо одного модуля, обслуживающего взаимодействие компьютеров, имеется структурированный набор модулей, реализующих коммуникационные функции.

Можно провести следующую аналогию, когда директор одного предприятия пишет письмо директору другого предприятия, то, написав письмо и указав того, кому оно адресовано, он отдает его секретарю. Секретарь находит адрес получателя, вкладывает письмо в конверт, делает отметку об исходящих в своих документах, относит письмо на почту. Почта обеспечивает доставку письма, которое получает секретарь, делает отметку во входящих, то есть всегда можно проверить, не пропало ли письмо, распечатывает и кладет на стол директора. Каждый уровень взаимодействия не заботиться о том, что происходит ниже его, уверен в том, что он отработает правильно, но может и проверить правильность работы. На каждом уровне к письму добавляется дополнительная идентифицирующая информация, характерная для данного уровня.

Таким образом, можно рассмотреть упрощенную архитектуру протоколов сетевого взаимодействия. В процессе сетевого взаимодействия вовлечены: приложения, компьютеры и сети, с учетом этого естественно решать задачу взаимодействия на трех независимых уровнях:

уровень доступа к сети;

транспортный уровень;

прикладной уровень.

Уровень доступа к сети обеспечивает обмен данными между компьютером и сетью, компьютер, передающий данные, сообщает сети адрес компьютера, которому эти данные предназначены, причем тип сети может быть самый разный.

Все задачи, которые связаны с надежностью передачи, выполняет транспортный уровень, проверяет, чтобы все данные достигли адресата и были получены им в нужном порядке.

На прикладном уровне приложения выполняют необходимые им действия, осуществляют взаимодействие с пользователем, если необходимо запрашивают сетевую среду у транспортного уровня, например, для передачи файлов.

На каждом уровне добавляется служебная информация, необходимая для передачи данных (заголовки), на каждом уровне может быть свое деление на единицы обмена (пакеты).

На каждом уровне требуется информация для идентификации получателя, так на уровне приложений  это будет точка доступа к службе (порт), транспортном уровне  логическое имя компьютера, а на сетевом  имя сетевого интерфейса (MAC-адрес).

Разные производители используют различные форматы данных и различные протоколы обмена данными, чтобы они могли взаимодействовать между собой, разрабатываются общие стандарты. Существуют несколько распространенных архитектур протоколов:

стек протоколов TCP/IP;

эталонная модель OSI;

сетевая архитектура IBM, привязанная к оборудованию этой фирмы.

33. Стек протоколов TCP/IP.

Хотя для этой модели отсутствует официальная модель, она является на настоящий момент времени самой распространенной, в ней можно выделить пять уровней протоколов, образующие стек протоколов:

прикладной уровень;

транспортный уровень;

сетевой уровень;

канальный уровень;

физический уровень.

Физический уровень отвечает за физический интерфейс между устройством и средой передачи данных, на нем идет работа с характеристиками передающей среды, природой сигналов, скоростью передачи данных и т.п. Поддерживает основные технологии локальных сетей - Ethernet, Wi-Fi, Token Ring, Bluetooth и т.д.

Канальный уровень организует передачу данных в имеющейся физической среде.

Сетевой уровень отвечает за маршрутизацию сообщений при прохождении по сети (Internet Protocol, IP).

Транспортный уровень отвечает за надежность передачи данных. Поддерживает два протокола:

Transmission Control Protocol, TCP, протокол управления передачей. Обеспечивает гарантированную доставку пакетов в нужном порядке и без ошибок. Используется в тех приложениях, где важно обеспечить целостность передачи данных;

функции Финансовые функции финансовых вычислений без построения длинных и сложных... быть успешно использован и в задачах, содержащих финансовые функции . Рассмотрим подбор значения вклада для...

• 1 финансовые функции в excel

  Анализ

  1. Финансовые функции в Excel. Финансовые функции в Excel позволяют выполнить целый ряд финансовых вычислений без построения длинных и... сложных формул. Выделяют четыре группы функций :  функции ...

• «финансовое право » 2001 год оглавление

  Документ

  Задач. Во-вторых, осуществление государством финансовых функций протекает (в зависимости от их содержания... страны, имеет непосредственное отношение к выполнению функций фи­нансовой деятельности государства и муниципальных образо­ваний. По...

• Финансовая математика

  Пояснительная записка

  9. Расчеты на компьютере. Использование стандартных финансовых функций EXSEL. Условные обозначения основных параметров... в левом окне сделать выбор категории функции “финансовые ”. После чего в правом, прокручивая список...

• Учебное пособие «Финансовая математика»

  Учебное пособие

  6. Финансовые функции ЕХСЕL как основа практических расчетов в современных условиях 6.1. Сущность финансовых функций 6.2. Использование финансовых функций в финансовых операциях...

В качестве сред передач данных могут выступать:

1. Медно-электрические кабеля:

- , состоит из центральной жилы, её изоляции, и всё это помещено в оплетку из тонкого медного провода либо из алюминиевой или медной фольги. Оплетка предназначена для защиты центральной жилы от наведения на нее помех и уменьшения излучения ею полезного сигнала. На концах сегментов из коаксиального кабеля устанавливаются разъёмы называемые СР-50; BNC. В компьютерных сетях используют коаксиальные кабеля имеющие в основое соединение 50 Ом. Коаксиальный кабель может быть в 2х исполнениях: Тонкий внешним диаметром 5-6 мм. и толстый диаметром 12-14; мм.

Представляет собой 8 проводов попарно завитых и ламинированных изоляцией. Витые пары маркируются по цвету по цвету: оранжевый - бело-оранжевый; синий - бело-синий; коричневый - бело-коричневый; зеленый - бело-зеленый. На концах сегментов выполненных на витой паре устанавливается разъём RJ45 . В работе локальных сетей принимают участие 2-е пары, подключенные соответственно к первому, второму и третьему, шестому контактам разъема RJ45 (если смотреть на разъем так что кабель уходит вниз, а защелка сзади разъёма). Завивка проводов делается для улучшения помехозащищенности и согласованности сетевых компонентов. Развитие проводов витой пары при монтаже допускается на длину 1 см. Провод витая пара выпускается в 2х исполнениях: UTP - неэкранированная витая пара; STP - экранированная.

2. - имеет два типа передачи:
- при многомодовой передаче используется источник света видимого спектра. Лучи хаотически отражаются от стенок световода.
- при одномодовой передаче используется лазерный луч, который двигается в доль оси более тонкого световода. Качество передачи и её дальность при одномодовой передаче гораздо выше. Световоды подключаются к устройствам, которые преобразовывают электрический сигнал в световой и наоборот (модем)

3. Инфракрасные лучи:
Главной особенностью передачи с использованием ИК лучей - это необходимость обеспечения прямой видимости и не большого расстояния между 2мя ИК модемами.

4. Радиоволны:
Особенности прохождения радиоволн заключаются в следующем:
Окружающая землю ионосфера отражает радиоволны длинного, среднего и короткого диапазона. Радиоволны УКВ(сверхвысоко частотного диапазона) прошивают ионосферу и уходят в космос, поэтому для связи со спутником используется диапазон СВЧ. Также диапазон СВЧ используется для построения компьютерных сетей по технологии WI-FI . Необходимо учитывать то, что радиоволны СВЧ диапазона не обладают способностью огибать препятствия и любое препятствие, встречающееся на их пути, их поглощает. Поэтому основное требование к WIFI сетям прямая видимость между