Лекция 5. Основные элементы вычислительной сети. Организация сложных связей в вычислительных сетях. Физическая передающая среда.

1. Понятие сетевого адаптера. Повторители. Сегментирование локальных вычислительных сетей.

2. Организация сложных связей в вычислительных сетях (виды сетевых адаптеров).

3. Источники бесперебойного питания. Брандмауэры.

4. Характеристика физической передающей среды.

Работа отдельных рабочих станций (серверов) в единой вычислительной сети требует применения сетевых адаптеров, которые представляют собой программно-аппаратные устройства, обеспечивающие совместную работу (адаптацию) элементов сети.

Обычно сетевые адаптеры реализуются с помощью технических устройств (электрических схем) и специальных программ – драйверов. Но чаще они представляют собой сетевые платы.

Функции сетевого адаптера:

- подготовка и формирование пакета данных для последующей передачи его в сеть;

- управление потом данных путем буферизации (хранения) и согласования скорости обмена данными, последовательно-параллельные преобразования;

- идентификация адреса пакета данных.

Каждый сетевой адаптер имеет свой уникальный сетевой адрес, который находится в специальной памяти сетевого адаптера, куда он заносится его производителем.

При распространении сигнала по линии связи он искажается (меняется форма, мощность и др.), поэтому этот искаженный сигнал может быть воспринят принимающей рабочей станцией как помеха. Для исключения этого используются простые устройства – повторители. Они устанавливаются в разрыв кабеля на определенном расстоянии и восстанавливают сигнал. Это является самым простым и дешевым способом расширения сети.

Сегмент – расстояние между повторителями друг с другом и с рабочими станциями.

Концентратор (Хаб) – повторитель, имеющий несколько портов для соединения рабочих станций.

Типы концентраторов:

- пассивные (просто передают сигналы);

- активные (передают сигналы и совершают с ними операции).

Наиболее совершенные хабы позволяют:

- отключать порты отказавшей рабочей станции;

- создавать резервный порт, на который будет переключаться рабочая станция при отказе основного порта;

- хранить поступающие сообщения в буфере памяти для последующей их передачи.

Концентраторы - устройства, необходимые для создания локальных вычислительных сетей.

Для организации взаимодействия сегментов и локальных вычислительных сетей применяются мосты, коммутаторы и маршрутизаторы.

Мост–программно-аппаратное устройство, предназначенное для связи между рабочими станциями в локальной вычислительной сети.

Задачи моста:

1. связывает между собой вычислительные сети или сегменты;

2. повышает эффективность обмена информацией, разделяя перегруженные сети;

3. соединяет различные линии передачи сигналов.

Коммутатор – устройство, которое выполнено в виде сетевого концентратора и работающего как быстроскоростной мост.

Свитч – высокоскоростной мост.

Функции коммутатора:

- создает очереди при перегрузке каждого порта;

- оперативно передает данные без контроля на ошибки;

- обеспечивает различные алгоритмы коммутации.

При объединении нескольких сегментов локальной вычислительной сети с различными характеристиками, мосты и коммутаторы не всегда обеспечивают быструю связь между ними. Это проблему решает маршрутизатор.

Маршрутизатор - устройство, которое определяет наилучший маршрут передачи данных.

Он определяет, для какой сети предназначено то или иное сообщение и направляет его по наименее загруженному маршруту.

Маршрутизация – процесс выбора наименее загруженного пути передачи данных.

Маршрутизаторы, в отличие от мостов и коммутаторов, могут объединять сети, имеющие различную топологию и протоколы взаимодействия.

Критериями выбора лучшего пути являются время обмена данными и скорость передачи.

Особенности и преимущества муршрутизаторов:

1. в отличии от моста и концентратора, имеется возможность фильтровать информационные пакеты, не имеющие корректных адресов пересылки;

2. обеспечение высокого уровня защиты информации;

3. обеспечение работы с различными типами сетей;

4. восстановление уровней и форм передаваемых сигналов.

Брандмауэры и межсетевой экран – это системы защиты, которые располагаются между внутренним сегментом вычислительной сети и внешней сетью (интернетом). Они контролируют все потоки информации, поступающие во внутренний сегмент.

Брандмауэры бывают:

- программно-аппаратными (устанавливаются на выделенной ЭВМ);

- программными (предусматривают использование только программного обеспечения).

Брандмауэр, как и межсетевой экран, анализирует адрес пакета данных или диапазон адресов, порты отправителей и получателей, а также время обмена информацией.

Функции межсетевого экрана(устанавливается на границы сетей и пропускает через себя все информационные сообщения, принимая для каждого пакета данных решение – пропускать или нет):

- отделение рабочей станции от внешних каналов связи;

- многократная идентификация запросов, поступающих в сеть;

- проверка полномочий и прав доступа пользователей;

- сокрытие IP-адресов внутри серверов;

- регистрация всех запросов;

- контроль целостности программного обеспечения;

- экономия адресного пространства в сети.

Отключение или перебои электропитания приводят к потере данных в ЭВМ. Для решения этой проблемы используются источники бесперебойного питания.

Источник бесперебойного питания – внешний автоматический источник энергии, поддерживающий работоспособность рабочей станции или всей локальной вычислительной сети при отключении электроэнергии или нарушении ее качества.

Функции источника бесперебойного питания:

1) обеспечение питанием ЭВМ или всей локальной вычислительной сети в течение некоторого времени;

2) управление безопасным завершением работы.

Шлюз – устройство, позволяющее взаимодействовать ЛВС с различными протоколами.

Важное место в функционировании вычислительных сетей занимает физическая передающая среда, обеспечивающая обмен данными на базе проводной и беспроводной технологии.

Каналы:

- кабельные каналы общего назначения

-- оптические (оптоволоконные каналы связи);

-- электрические («витая пара», коаксиальный кабель);

- беспроводные

-- радиосистемы

-- связь в МКВ-диапозоне

-- связь в ИК-диапозоне

Витая пара представляет собой два скрученных изолированных проводника, помещенных в защитную оболочку.

Обычно в одной защитной оболочке находится несколько витых пар.

Витые пары бывают экранированные и неэкранированные. В неэкранированных для обеспечения помехозащищенности проводники помещают в алюминиевую фольгу. Витая пара наиболее широко распространена среди линий связи за счет низкой стоимости, гибкости, простоты установки.

Коаксиальный кабель состоит из медной проводящей жилы, окружающей ее металлической оплетки, имеющей заземление, покрытой внешней оболочкой. Такие кабели бывают толстые (10 мм) и тонкие (5 мм).

Они обеспечивают передачу сигналов на расстояние около 200 метров без усиления и до 2-х километров с использованием модема со скоростью до 10 Мб/с.

Оптоволоконный кабель передает сигналы в одном направлении (симплексно) в виде световых импульсов и является надежным и высокотехнологичным способом, поскольку обеспечивает высокую степень защиты передаваемых данных.

Каждое оптическое волокно передает сигналы только в одном направлении, поэтому кабель состоит из четного числа волокон.

Жестокость волокон обеспечивается покрытием из пластика или кевлара. Макс. скорость передачи сигнала может достигать 200 Мб/с.

При выборе кабельного соединения необходимо учитывать:

1. Стоимость

2. Простоту установки и обслуживания

3. Помехозащищенность передаваемых сигналов и уровень их затухания

4. Скорость передачи сообщений.

Беспроводная среда в настоящее время получила широкое распространение, поскольку исключает трудности прокладки кабеля , обеспечивает мобильное подключение к вычислительным сетям и снимает ограничения на размеры вычислительных сетей - наличие проводов вычислительной сети, поскольку предусматривает применение сетевых адаптеров, которые называются трансиверами и представляют собой согласующее устройство, обеспечивающее обмен сигналами между РС.

Беспроводные сети подразделяются на:

1. Локальные и расширенные вычислительные сети;

2. Использующие приемно-передающее устройство конкретной организации и мобильные, использующие возможности телефонных станций.

Радиосвязь – беспроводная связь с использованием радиостанций в узком частотном спектре со скоростью от 250 Кб/с до 4,5 Мб/сна открытом пространстве до 3х км, в помещении – до 120м.

Инфракрасные беспроводные сети передают данные с использованием инфракрасных источников облучения со скоростью до 10Мб/с и на расстоянии прямой видимости (до 30 м).

1. Протоколы сети, уровни протоколов решаемой задачи;

2. Классификация информационных технологий, особенности разработки программного обеспечения ФТС России. Виды обработки информации в Единой Автоматизированной Информационной Системе (ЕАИС);

3. Цели, задачи, состав и структура ЕАИС ФТС РФ;

4. Принципы проектирования и этапы разработки ЕАИС ФТС РФ.

Протокол передачи данных (сетевой протокол) – свод правил взаимодействия объектов одноименного уровня, а также форматы передаваемых сообщений (блоков данных).

Суть протоколов: регламентированные (многошаговые) обмены специальными командами и ответами на них.

Аппаратная и программная среда представляется рядом уровней, каждый из которых решает одну из задач и подразделяется на 2 части:

- по вертикали (что делает уровень);

- по горизонтали (как уровень это делает).

Хост – адрес терминала (конечного устройства).

Стек – несколько протоколов, связанных между собой.

Скрипт – последовательность действий, правил.

Виды передачи данных.

Сообщение – документ, рисунок и др. прикладного уровня, предназначенный для передачи.

Пакет – фрагмент сообщения сетевого уровня в виде последовательности бит, подготовленный для передачи между сетями.

Сегмент – одновременная передача нескольких сообщений в одном отправлении.

Кадр – набор бит канального уровня для обнаружения ошибок и их исправления и доставки данных между рабочими станциями внутри сети.

Мультиплексирование сообщений (одновременная передача по нескольким линиям) и соединений (передача одновременно нескольких сообщений).

Дейтаграмма – доставка пакетов (сообщений) адресату по различным маршрутам.

Уровни управления и протоколы ЛВС.

Сете независимые уровни: