- Локальные вычислительные сети

· Лекция 29. Локальные вычислительные сети.

Общие понятия компьютерных сетей

[3][4]Компьютерная сеть – совокупность программно-технических средств, обеспечивающих обмен информацией между двумя и более пользователями, работающими на разных (автономных) компьютерах, соединенных между собой.

Компьютерные сети создаются для того, чтобы дать возможность территориально разобщенным пользователям обмениваться информацией между собой, использовать одинаковые программы, общие информационные и аппаратные ресурсы.

Под ресурсами понимаются данные, приложения (программы), различные периферийные устройства (принтеры, модемы, сканеры, жесткие и гибкие диски и т.д.). По некоторым оценкам, более половины действующих ЭВМ подключены к сетям.

Использование компьютерных сетей имеет множество преимуществ:

Снижение затрат за счет коллективного использования разнообразных баз данных и аппаратных средств;

Стандартизация приложений – все пользователи работают на одном и том же ПО (программном обеспечении), «говорят на одном языке»;

Оперативность получения информации без отрыва от рабочих мест;

Рекомендуемые материалы

Эффективное взаимодействие и планирование рабочего времени (проведении дискуссий, оперативных совещаний без отрыва от рабочих мест)

Общими компонентами всех сетей являются:

Серверы (server) – компьютеры, предоставляющие свои ресурсы сетевым пользователям;

Клиенты (client), рабочие станции – компьютеры, осуществляющие доступ к сетевым ресурсам, предоставляемыми сервером (серверами);

Среда (media) – средства передачи информации;

Совместно используемые данные – файлы, передаваемые серверами по сети;

Совместно используемые периферийные устройства.

Сети появились в результате творческого сотрудничества специалистов вычислительной техники и техники связи. Вычислительные сети подразделяются на два вида: локальные и глобальные.

Для создания единого информационного пространства, способного охватить всех пользователей предприятия и предоставления им информационно созданную в разное время и в разном программном обеспечении используют локальную вычислительную сеть (ЛВС). Под ЛВС понимают совместное подключение нескольких отдельных компьютерных рабочих мест (рабочих станций) к единому каналу передачи данных. Самая простая сеть (англ. Network) состоит как минимум из двух компьютеров, соединенных друг с другом кабелем. Это позволяет им использовать данные совместно. Все сети (независимо от сложности) основываются именно на этом простом принципе. Рождение компьютерных сетей было вызвано практическими потребностями - иметь возможность для совместного использования данных.

Понятие локальная вычислительная сеть (англ. LAN-Local Area Network) относится к географически ограниченным (территориально или производственно) аппаратно-программным реализациям, в которых несколько компьютерных систем связанны друг с другом с помощью соответствующих средств коммуникаций. Благодаря такому соединению пользователь может взаимодействовать с другими рабочими станциями, подключенными с этой ЛВС.

Существует два основных типа сетей: одноранговые и сети на основе сервера. В одноранговой сети все компьютеры равноправны т.е. нет иерархии среди компьютеров и нет выделенного (англ. dedicated) сервера. Как правило, каждый компьютер функционирует и как клиент, и как сервер; иначе говоря, нет отдельного компьютера, ответственного за администрирование всей сети. Все пользователи самостоятельно решают, какие данные на своем компьютере сделать общедоступным по сети. На сегодняшний день одноранговые сети бесперспективны. Если к сети подключено более 10 пользователей, то одноранговая сеть, где компьютеры выступают в роли и клиентов, и серверов, может оказаться недостаточно производительной. Поэтому большинство сетей используют выделенные серверы. Выделенным называется такой сервер, который функционирует только как сервер (исключая функции клиента или рабочей станции). Они специально оптимизированы для быстрой обработки запросов от сетевых клиентов и для управления защитой файлов и каталогов. Сети на основе сервера стали промышленным стандартом. Существуют и комбинированные типы сетей, совмещающие лучшие качества одноранговых сетей и сетей на основе сервера.

В производственной практике ЛВС играют очень большую роль. Посредством ЛВС в систему объединяются персональные компьютеры, расположенные на многих удаленных рабочих местах, которые используют совместно оборудование, программные средства и информацию. Рабочие места сотрудников перестают быть изолированными и объединяются в единую систему. Все ЛВС работают в одном стандарте, принятом для компьютерных сетей - в стандарте Open Systems Interconnection (OSI).

Глобальные сети. В настоящее время в мире зарегистрировано более 200 глобальных сетей. Глобальные сети (как и локальные) состоят из компьютеров, соединенных каналами связи. Глобальные вычислительные сети (ГВС) всего мира объедены между собой с помощью Internet.

Для работы в ГВС пользователю необходимо иметь соответствующее аппаратное и программное обеспечение. В простейшем случае из аппаратных средств нужно дополнительно установить модем, с помощью которого осуществляется связь по телефонной линии (например, из квартиры).

Программное обеспечение делится на два класса:

· программы-серверы, размещенные на том узле сети, который обслуживает компьютер пользователя;

· программы-клиенты, которые находятся на компьютере пользователя и пользуются услугами сервера.

Глобальные сети предоставляют пользователям разнообразные услуги:

· работа с распределенными базами данных,

· электронная почта,

· телеконференции,

· общение в реальном масштабе времени,

· пересылка файлов и т.д.

Каждая услуга (иногда говорят служба, сервис) работает по определенным правилам (протоколам).

Для реализации каждой сетевой услуги требуются своя программа-сервер и своя программа-клиент. Например, существуют почтовые серверы и клиенты, серверы и клиенты телеконференций (новостей). В то же время современные программы-навигаторы (исследователи, браузеры, обозреватели) постепенно берут на себя функции отдельных служб глобальной сети и становятся “универсальными” клиентами.

Термин “сервер” имеет второе значение.

Сервером называют также и компьютер, на котором установлены программы-серверы. На одном сервере-компьютере может работать сразу несколько программ-серверов.

Проводные сети (Ethenet)

 [7] Для объединения компьютеров в локальную четь требуется вставить в каждый подключаемый к сети компьютер сетевой контроллер(адаптер), который позволяет компьютеру получать информацию из локальной сети и передавать данные в сеть, а также соединить компьютеры кабелями, по которым происходит передача данных между компьютерами, а также другими подключенными к сети устройствами (принтерами, сканерами и т.д.).

В некоторых типах сетей кабели соединяют компьютеры непосредственно, в других соединение кабелей осуществляется через специальные устройства – концентраторы (или хабы), коммутаторы и др. В небольших сетях обычно компьютеры сети соединяются кабелями с концентратором, который и передает сигналы от одних подключенных к нему компьютеров к другим.

В зависимости от способа соединения различают следующие топологии:

Топологии

-Общая шина:

 

Рис. 1

Все компьютеры подключаются к одному кабелю (шине данных). На концах кабеля устанавливаются терминаторы, служащие для гашения сигнала.

  

Рис. 2

Их наличие для сетей Ethernet обязательно. По такой топологии строятся 10 Мегабитные сети 10Base-2 и10Base-5. В качестве кабеля используется коаксиальный кабель. Повреждение общего кабеля или любого из двух терминаторов приводит к выходу из строя участка сети между этими терминаторами (сегмента сети). Отключение любого из подключенных устройств на работу сети никакого влияния не оказывает.

10Base-2 или тонкий Ethenet

10Base-5 или толстый Ethenet

-Звезда

                    рис. 3

Для построения сети с звездообразной архитектурой в центре сети необходимо разместить концентратор(hub) или коммутатор(switch). Его основная функция - обеспечение связи между компьютерами, входящими в сеть. То есть все компьютеры, включая файл-сервер, не связываются непосредственно друг с другом, а присоединяются к концентрато­ру. Такая структура надежнее, поскольку в случае выхода из строя одной из рабо­чих станций все остальные сохраняют работоспособность. В сетях же с шинной топологией в случае повреждения кабеля хотя бы в одном месте происходит раз­рыв единственного физического канала, необходимого для движения сигнала. Кроме того, сети с звездообразной топологией поддерживают технологии Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, что позволяет увеличить пропускную способность сети в десятки и даже сотни раз (разумеется при использовании соответствующих сетевых адап­теров и кабелей). 100 и 1000 Мбитные сети строятся по топологии "Звезда".

2.2.2. Компоненты сети

-Концентратор и коммутатор

Концентратор и коммутатор относятся к разным типам активного сетевого оборудования, которое используется для соединения устройств сети. Они отличаются способом передачи в сеть тех данных (трафика), которые к ним поступают. Термин концентратор иногда используется для обозначения любого сетевого устройства, которое служит для объединения всех ПК сети, но на самом деле концентратор - это многопортовый повторитель. Устройства этого типа просто передают (повторяют) всю информацию, которую они получают. То есть все устройства, подключенные к портам концентратора, получают одну и ту же информацию.

Концентраторы используются для расширения сети. Однако чрезмерное увлечение концентраторами может привести к большому количеству ненужного трафика, который поступает на сетевые устройства. Ведь концентраторы передают трафик в сеть, не определяя реальный пункт назначения данных. ПК, которые получают пакеты данных, используют адреса назначения, имеющиеся в каждом пакете, для определения, им предназначен пакет или нет. В небольших сетях это не является проблемой, но даже в сетях среднего размера с интенсивным трафиком следует использовать коммутаторы, которые минимизируют количество необязательного трафика.

Коммутаторы контролируют и управляют сетевым трафиком, анализируя адреса назначения каждого пакета. Коммутатор знает, какие устройства соединены с его портами, и направляет пакеты только на необходимые порты. Это дает возможность одновременно работать с несколькими портами, расширяя тем самым полосу пропускания.

Таким образом, коммутация уменьшает количество лишнего трафика, который возникает, когда одна и та же информация передается всем портам. Коммутаторы и концентраторы часто используются в одной и той же сети; концентраторы расширяют сеть, увеличивая число портов, а коммутаторы разбивают сеть на небольшие менее перегруженные сегменты.

В небольшой сети (до 20 рабочих мест) концентратор или группа концентраторов вполне могут справиться с сетевым трафиком. В этом случае концентратор просто служит для соединения всех пользователей сети. В сети большего размера (более 25 пользователей) может появиться необходимость использовать коммутаторы для разделения сети на сегменты, чтобы уменьшить количество необязательного трафика.

Если Вы используете концентратор или коммутатор с индикаторами, показывающими степень загруженности сети, то, анализируя их показания, можно сделать определенные выводы. Так в том случае, если трафик постоянно велик, следует использовать коммутатор для разделения сети на сегменты.

передняя панель

задняя панель

рис. 4

-Кабели

Витая пара

Кабель "Twisted Pair" - "Витая паpа", состоит из "паp" проводов, закрученных вокруг друг друга и одновременно закрученных вокруг других паp, в пределах одной оболочки. Каждая паpа состоит из провода, именуемого "Ring" и провода "Tip". ( Названия произошли из телефонии). Каждая паpа в оболочке имеет свой номер, таким образом, каждый провод можно идентифицировать как Ring1, Tip1, Ring2,Tip2,... .

Дополнительно к нумерации проводов каждая паpа имеет свою уникальную цветовую схему. Кабель делится на категории: 3 категория - используется для передачи данных со скорость до 10Мбит в секунду (Mbps) включительно. Применяется в сетях 10Base-T. 5 категория - используется для передачи данных со скорость до 100 Мбит в секунду (Mbps) включительно. Применяется в сетях 100Base-TX и других, требующих такую скорость.

               Рис. 5

Коаксиальный кабель

Коаксиальный кабель (от латинского co - совместно и axis - ось), представляет собой два соосных гибких металлических цилиндра, разделенных диэлектриком. Скорость передачи информации от 1 до 10 Мбит/с

рис. 6

-Адаптеры

[2]Вне зависимости от используемого кабеля для каждой рабочей станции необходимо иметь сетевой адаптер. Сетевой адаптер – это плата, которая вставляется в материнскую плату компьютера. Она имеет два разъема для подключения к сетевому кабелю.

Некоторые ПК поставляются с заранее установленным сетевым адаптером. При выборе сетевого адаптера для ПК необходимо учитывать:

• скорость концентратором, коммутатора или принт-сервера, к которому ПК подключается: 10 Мбит/с (Ethernet) и 100 Мбит/с Fast Ethernet.
• Тип соединения: RJ-45 - для витой пары, BNC - для коаксиального кабеля.
• Тип слота ПК, предназначенный для установки сетевого адаптера: ISA или PCI.

-Серверы

Для обеспечения функционирования локальной сети часто выделяется специальный компьютер – сервер, или несколько таких компьютеров. На дисках серверов располагаются совместно используемые программы, базы данных и т.д. Остальные компьютеры локальной сети часто называются рабочими станциями. На тех рабочих станциях, где требуется обрабатывать только данные на сервере, часто для экономии, не устанавливают жестких дисков. В сетях, состоящих более чем из 20-25 компьютеров, наличие сервера обязательно – иначе, как правило, производительность сети будет неудовлетворительной. Сервер необходим и при совместной интенсивной работе с какой –либо базой данных.

Используя вышесказанное можно организовать проводную сеть в умном доме

2.2.3. Проводная сеть в умном доме(LexCom Home)

[5]LexCom Home — это решение, которое делает домашнюю сеть гибкой и современной, способно удовлетворить любые будущие потребности с использованием широкополосной цифровой связи и, в то же время, работающее с более старыми системами.

Система LexCom Home имеет полосу пропускания 862 МГц, что позволяет использовать ее для передачи телевизионных, телефонных сигналов и компьютерных коммуникаций. Все виды входящих сигналов распределяются через общую кабельную систему к универсальным абонентским розеткам, к любой из которых можно подключить компьютер, телефон, факс, телевизор и т.п.. Таким образом, розетка может изменить свою функцию за 10 секунд и Вы больше не стеснены в перемещениях по своему дому!

Решения LexCom Home позволяют передавать данные, аудио- и видеосигналы, сигналы телефонной линии (как аналоговые, так и ISDN), да и практически любые другие виды сигналов по одному и тому же кабелю. Используя эту технологию, вы получаете поистине неограниченные возможности: можете перемещать в своем доме телефоны, компьютеры, телевизоры, тюнеры, СD- и DVD-проигрыватели, не задумываясь о том, как подключить их к источникам сигналов или соединить между собой. Более того, у вас будет возможность не только передавать данные с компьютера на компьютер, но и, например, смотреть видеоролики или слушать любимые MP3-записи с вашего компьютера при помощи ТВ или FM-тюнера, установленного в любой из комнат. Вы сможете, пользуясь одним пультом дистанционного управления для всей вашей техники (включая также системы управления освещением и микроклиматом), передавать через кабельную систему сигналы управления устройствами, расположенными в другой части вашего дома.

LexCom Home — звездообразная сеть, которая распределяет сигналы в каждую комнату, тем самым соединяя все комнаты в единую сеть. Можно создать несколько сетей для покрытия больших площадей, в домах с несколькими этажами.

Сеть LexCom Home основана на структурированной кабельной системе с применением широкополосного кабеля витой пары. С помощью этого кабеля все розетки в помещениях подключаются к распределительному центру – к патч-модулям или патч - панели.

Входными коммуникациями для распределительного центра являются кабели от поставщика услуг телефонной связи, интернета, телевизионная антенна и т.п. Используя патч-кабель, любую розетку можно подключить к любому источнику сигнала.

Распределительный центр — сердце сети:

Сюда приходят входящие кабели

Здесь подключаются кабели от настенных розеток

Связи между источниками и приемниками устанавливаются с помощью патч-кордов

Структура системы — модульная

Простое расширение

Универсальные розетки

Экранированный монтажный кабель, восемь проводников

Распределительный щит, где входящие кабели от антенны, кабельное TV, телефон и широкополосная сеть подключаются к домашней сети

Соединительные кабели для простого подключения сигнала к настенной розетке

Универсальные коммутационные модули

Распределительный модуль с восемью точками подключения телефона/ISDN/факса/модема

Концентратор с четырьмя точками подключения для компьютеров

Антенный усилитель для четырех телевизионных подключений

Домашняя кабельная сеть (LexCom Home)

Требования

Предполагается, что в квартире должна быть установлена кабельная сеть общей емкостью 14 розеток для подключения ТВ, видео, DVD, телефона и компьютера в любую из них, и в любое время без перекладки кабелей и вызова специалистов. Кроме того, сеть должна распространять сигналы от DVD, видео и спутникового телевидения ко всем телевизорам установленным в квартире с возможностью дистанционного управления вышеперечисленными приборами из любой комнаты.

Выбор системы

Для реализации перечисленных требований как нельзя лучше подходит система LexCom Home производимая компанией LEXEL. LexCom Home это решение, которое делает домашнюю сеть гибкой и современной. Система LexCom Home имеет полосу пропускания 962 МГц, что позволяет использовать ее для передачи телевизионных, телефонных сигналов и компьютерных коммуникаций. Система устроена так, что все абонентские розетки универсальны. К любой из них можно подключить компьютер, телефон, телевизор и т.д.

LexCom™ Home основана на структурированной кабельной системе с применением широкополосного кабеля витой пары. С помощью этого кабеля все розетки в помещениях подключаются к распределительному центру, к патч-модулям или патч-панелям. Входными коммуникациями для распределительного центра являются кабели от поставщика услуг телефонной связи, интернета, телевизионной антенны и т.п. Используя патч-кабель, любую розетку можно подключить к любому источнику сигнала.

Выбор компонентов

Пассивные компоненты

Розетки

Располагаются в комнатах в необходимых местах. Имеют 2 гнезда RJ45. Функция порта розетки устанавливается в распределительном шкафу. Она может быть показана с помощью маркировки.

Кабель витой пары  соединяет розетки и патч-модули в распределительном центре. Кабель экранированный, 4 пары, каждая пара в экране. Полоса пропускания кабеля 900 МГц . Материал оболочки кабеля — без использования галогенов. Максимальный радиус изгиба кабеля без потерь, 3 диаметра кабеля.

Распределительный центр стандартный центр имеет 9–18 слотов — мест для расположения модулей LexCom™ Home. Размеры типичного модуля — 72 х 86 х 37.

Патч-кабели

Используются только в распределительном центре для подключения розеток к источникам сигнала. Экранированные кабели витой пары RJ45-RJ45. Поставляется набор 24.5, 28 и 32 см.

Патч-модули (Patch Module P100)

Устанавливаются в распределительном центре. К ним подключаются кабели от розеток. Выполнены в стандарте DIN. Имеют 4 порта RJ45 с полосой пропускания 862 МГц .

Активные компоненты LexCom™ Home

Телевизионный модуль (TV/Radio Module)

Телевизионный модуль A110 Монтируется на DIN-рейку. Имеет обратный канал, обеспечивает передачу инфракрасного сигнала и аудио /видео (А /V) канал. На лицевой стороне имеет 7 портов RJ45, светодиод питания и потенциометр для регулировки усиления. 2 из 7 портов кроме прямого канала имеют обратный канал. Все 6 портов , имеющих прямой канал могут принимать ИК сигнал. 1 порт предназначен для AV канала. Модуль имеет порт для подключения ИК передатчика. Антенный вход – F-коннектор. Модуль имеет встроенный усилитель. Усиление от 10 дБ до 34 дБ на 860 МГц . Позволяет подключить 6 телевизоров . Напряжение питания – 12 В .

Телефонный модуль  (Telephone Module)

Телефонный модуль (Telephone Module) T105. Монтируется на DIN-рейку. Имеет 8 портов RJ45 и распределяет входные сигналы на 8 направлений . Порты включены последовательно с защитой. Входные сигналы: две аналоговые телефонные линии и одна линия ISDN от NT терминала (S0 bus). В случае использования ISDN можно дополнительно использовать только одну аналоговую линию.

Модуль данных (Data module) H100

Ethernet хаб 10Base-T с 4 портами RJ45. Монтируется на DIN-рейку. Имеет порт RJ45 дляподключения к внешним коммуникациям .

Дополнительные устройства

Вместе с этой лекцией читают "7. Ультразвук".

AV модулятор.

Используется когда требуется распределить видео сигнал по системе LexCom™ Home. Устройство переводит видео сигнал на частоту телевизионного сигнала. Подключив модулятор к AV входу телевизионного модуля А 110, сигнал будет распространен по сети LexCom™ Home. Модулятор имеет вход для ИК связи и встроенный усилитель Выпускаются 2 модификации – 1 AV порт , 4 AV порта.

Модуль связи с внешним коммуникационным оборудованием (Uplink Module)

Адаптер для связи хаба Н 100 с внешним коммуникационным оборудованием имеет разъем RJ45 для подключения к хабу . Выпускаются 2 версии: 10Base-T адаптер имеет RJ45 для подключения к внешней сети, 10Base-F имеет 2 ST-коннектора для подключения к внешней сети.

ИК приемники и ИК передатчики

Используется для организации дистанционного управления через сеть LexCom™ Home.