Комп'ютерна мережа

3. Огляд  мережевого устаткування.

3.1 Крайове устаткування лінії зв'язку.

Для підключення комп'ютера  або терміналу до мережі потрібне так зване крайове устаткування лінії зв'язку (DCE - англ. Data Circuit - terminating Equipment або Data Communication Equipment або Data Carrier Equipment) - устаткування, що перетворює дані, комп'ютером або терміналом в сигнал для передачі по лінії зв'язку і здійснююче зворотне перетворення. Основними видами такого оборудованя є мережеві адаптери і модеми.

Мережевий адаптер (Network Interface Card, NIC) - це периферійний пристрій комп'ютера, що безпосередньо взаємодіє з середовищем передачі даних, яка прямо або через інше комунікаційне устаткування зв'язує його з іншими комп'ютерами. Цей пристрій вирішує завдання надійного обміну двійковими даними, представленими відповідними електромагнітними сигналами, по зовнішніх лініях зв'язку. Як і будь-який контроллер комп'ютера, мережевий адаптер працює під управлінням драйвера операційної системи.

У більшості сучасних стандартів для локальних мереж  передбачається, що між мережевими адаптерами взаємодіючих комп'ютерів встановлюється спеціальний комунікаційний пристрій (см далі), який бере на себе деякі  функції по управлінню потоком даних.

Мережевий адаптер зазвичай виконує наступні функції:

- Оформлення передаваної інформації у вигляді кадру певного формату. Кадр включає декілька службових полів, серед яких є адреса комп'ютера призначення і контрольна сума кадру.

- Діставання доступу до середовища передачі даних. У локальних мережах в основному застосовуються канали зв'язку (загальна шина, кільце), що розділяються між групою комп'ютерів, доступ до яких надається по спеціальному алгоритму (найчастіше застосовуються метод випадкового доступу або метод з передачею маркера доступу по кільцю).

- Кодування послідовності біт кадру послідовністю електричних сигналів при передачі даних і декодування при їх прийомі. Кодування повинне забезпечити передачу початковою інформацію по лініях зв'язку з певною смугою пропускання і певним рівнем перешкод так, щоб приймаюча сторона змогла розпізнати з високою мірою вірогідності послану інформацію.

- Перетворення інформації з паралельної форми в послідовну і назад. Ця операція пов'язана з тим, що в обчислювальних мережах інформація передається в послідовній формі, біт за бітом, а не побайтно, як усередині комп'ютера.

- Синхронізація бітів, байтів і кадрів. Для стійкого прийому передаваної інформації потрібна підтримка постійного синхронізму приймача і передавача інформації.

Мережеві адаптери розрізняються за типом і розрядністю використовуваної в комп'ютері внутрішньої шини даних - ISA, EISA, PCI, MCA.

Мережеві адаптери розрізняються  також за типом прийнятої в  мережі мережевої технології і тому подібне. Як правило, конкретна модель мережевого адаптера працює за певною мережевою технологією.

У зв'язку з тим, що для  кожної технології зараз є можливість використання різних середовищ передачі, мережевий адаптер може підтримувати як одну, так і одночасно декілька середовищ. У разі, коли мережевий адаптер підтримує тільки одне середовище передачі даних, а необхідно використовувати іншу, застосовуються трансивери і конвертори.

Трансивер (приймач, transmitter+receiver) - це частина мережевого адаптера, його крайовий пристрій, що виходить на кабель. У деяких варіантах виявилося зручним випускати мережеві адаптери, до яких можна приєднати трансивер для необхідного середовища.

Замість підбору відповідного трансивера можна використовувати  конвертор, який може погоджувати вихід приймача, призначеного для одного середовища, з іншим середовищем передачі даних.

Модем (абревіатура, складена із слів модулятор-демодулятор) - пристрій, що застосовується в системах зв'язку і виконує функцію модуляції і демодуляції. Модулятор здійснює модуляцію сигналу, що несе, тобто змінює його характеристики відповідно до змін вхідного інформаційного сигналу, демодулятор здійснює зворотний процес. Часткою випадком модему є широко вживаний периферійний пристрій для комп'ютера, що дозволяє йому зв'язуватися з іншим комп'ютером, обладнаним модемом, через телефонну мережу (телефонний модем) або кабельну мережу (кабельний модем).

Модеми діляться на види по виконанню:

зовнішні - підключаються через COM, USB порт або стандартний роз'єм в мережевій карті RJ - 45 зазвичай мають зовнішній блок живлення (існують USB -модемы, що живляться від USB і LPT -модемы).

 внутрішні - встановлюються всередину комп'ютера в слот ISA, PCI, PCI - E, PCMCIA, AMR, CNR.

вбудовані - є внутрішньою частиною пристрою, наприклад ноутбука або док-станції.

За принципом роботи:

апаратні - усі операції перетворення сигналу, підтримка фізичних протоколів обміну, проводяться вбудованим в модем обчислювачем (наприклад з використанням DSP, контроллера). Так само в апаратному модемі присутній ПЗП, в якому записана мікропрограма, що управляє модемом,

винмодемы - апаратні модеми, позбавлені ПЗП з мікропрограмою. Мікропрограма такого модему зберігається в пам'яті комп'ютера, до якого підключений модем. Працездатний тільки за наявності драйверів, які зазвичай писалися виключно під операційні системи сімейства MS Windows,

напівпрограмні (Controller based soft - modem) - модеми, в яких частина функцій модему виконує комп'ютер, до якого підключений модем,

програмні (Host based soft - modem) - усі операції по кодуванню сигналу, перевірці на помилки і управління протоколами реалізовані програмно і проводяться центральним процесором комп'ютера. При цьому в модемі знаходиться аналогова схема і перетворювачі : АЦП, ЦАП, контроллер інтерфейсу (наприклад USB).

По виду з'єднання:

ISDN - модеми для цифрових комутованих телефонних ліній

DSL - використовуються для організації виділених (некомутованих) ліній використовуючи звичайну телефонну мережу. Відрізняються від комутованих модемів тим, що використовують інший частотний діапазон, а також тим, що по телефонних лініях сигнал передається тільки до АТС. Зазвичай дозволяють одночасно з обміном даними здійснювати використання телефонної лінії в звичайному порядку.

Кабельні - використовуються для обміну даними по спеціалізованих кабелях - приміром, через кабель колективного телебачення.

Стільникові - працюють по протоколах стільникового зв'язку - GPRS, EDGE, 3G, 4G і тому подібне. Часто мають виконання у вигляді USB -брелока. Як такі модеми також часто використовують термінали мобільного зв'язку (мобільні телефони).

PLC - використовують технологію передачі даних по дротах побутової електричної мережі.

3.2 Проміжне мережеве устаткування.

Повторители і концентратори

Основна функція повторителя (repeater), як це витікає з його назви, - повторення сигналів, що поступають на його порт. Повторитель покращує електричні характеристики сигналів і їх синхронність, і за рахунок цього з'являється можливість збільшувати загальну довжину кабелю між самими видаленими в мережі вузлами.

Багатопортовий  повторитель часто називають концентратором (concentrator) або хабом (hub), що відбиває той факт, що цей пристрій реалізує не лише функцію повторення сигналів, але і концентрує в одному центральному пристрої функції об'єднання комп'ютерів в мережу. Практично в усіх сучасних мережевих стандартах концентратор є необхідним елементом мережі, що сполучає окремі комп'ютери в мережу.

Відрізки кабелю, сполучаючі два комп'ютери або які або  два інших мережевих пристрої, називаються фізичними сегментам, тому концентратори і повторители, які використовуються для додавання нових фізичних сегментів, є засобом фізичної структуризації мережі.

Концентратор - пристрій, у якого сумарна пропускна спроможність вхідних каналів вища за пропускну спроможність вихідного каналу. Оскільки потоки вхідних даних в концентраторі більше вихідного потоку, то головним його завданням є концентрація даних. При цьому можливі ситуації, коли число блоків даних, що поступає на входи концентратора, перевищує його можливості. Тоді концентратор ліквідовує частину цих блоків.

Ядром концентратора  є процесор. Функції, що виконуються  концентратором, близькі до завдань, покладених на мультиплексор. Нарощувані (модульні) концентратори дозволяють вибирати їх компоненти, не думаючи про сумісність із вже використовуваними. Сучасні концентратори мають порти для підключення до різноманітних локальних мереж.

Концентратор є активним устаткуванням. Концентратор служить  центром (шиною) зіркоподібної конфігурації мережі і забезпечує підключення мережевих пристроїв. У концентраторі для кожного вузла (ПК, принтери, сервери доступу, телефони і ін.) має бути передбачений окремий порт.

Нарощувані концентратори  є окремими модулями, які об'єднуються  за допомогою швидкодіючої системи  зв'язку. Такі концентратори надають зручний спосіб поетапного розширення можливостей і потужності мережі.

Концентратор здійснює електричну розв'язку відрізків кабелю до кожного вузла, тому коротке замикання  на одному з відрізків не виведе з ладу усю мережу.

Мал. 11 Логічний сегмент, побудований з використанням концентраторів

Концентратори утворюють  з окремих фізичних відрізків  кабелю загальне середовище передачі даних - логічний сегмент. Логічний сегмент  також називають доменом колізій, оскільки при спробі одночасної передачі даних будь-яких двох комп'ютерів цього сегменту, що хоч би і належать різним фізичним сегментам, виникає блокування передавального середовища. Слід особливо підкреслити, що, яку б складну структуру не утворювали концентратори, наприклад шляхом ієрархічного з'єднання (мал. 11), усі комп'ютери, підключені до них, утворюють єдиний логічний сегмент, в якому будь-яка пара взаємодіючих комп'ютерів повністю блокує можливість обміну даними для інших комп'ютерів. Концентратори підтримують технологію "plug and play" і не вимагають якої-небудь установки параметрів. Необхідно просто спланувати свою мережу і вставити роз'єми в порти хаба і комп'ютерів.

Планування  мережі з хабом

При виборі місця для  установки концентратора беруть до уваги наступні аспекти: місце розташування;

відстані;

живлення.

Вибір місця установки  концентратора є найбільш важливим етапом планування невеликої мережі. Хаб розумно розташувати поблизу  геометричного центру мережі (на однаковій  відстані від усіх комп'ютерів). Таке розташування дозволить мінімізувати витрату кабелю. Довжина кабелю від концентратора до будь-якого з комп'ютерів, що підключаються до мережі, або периферійних пристроїв не повинна перевищувати 100м

При плануванні мережі є  можливість нарощування (каскадують) хабов.

Переваги концентратора

Концентратори мають  багато переваг. По-перше, в мережі використовується топологія зірка, при якій з'єднання  з комп'ютерами утворюють промені, а хаб є центром зірки. Така топологія спрощує установку  і управління мережі. Будь-які переміщення комп'ютерів або додавання в мережу нових вузлів при такій топології дуже нескладно виконати. Крім того, ця топологія значно надійніша, оскільки при будь-якому ушкодженні кабельної системи мережа зберігає працездатність (перестає працювати лише пошкоджений промінь). Світлодіодні індикатори хаба дозволяють контролювати стан мережі і легко виявляти неполадки.

Різні виробники концентраторів реалізують у своїх пристроях  різні набори допоміжних функцій, але  найчастіше зустрічаються наступні:

• об'єднання сегментів з різними фізичними середовищами (наприклад, з різними видами кабелів);
• автосегментація портів - автоматичне відключення порту при його некоректній поведінці (ушкодження кабелю, інтенсивна генерація пакетів помилкової довжини і тому подібне);
• підтримка між концентраторами резервних зв'язків, які використовуються при відмові основних;
• захист передаваних по мережі даних від несанкціонованого доступу (наприклад, шляхом спотворення поля даних в кадрах, повторюваних на портах, що не містять комп'ютера з адресою призначення);

Мости і комутатори.

Міст (bridge) - ретрансляційна система, що сполучає канали передачі даних, об'єднує різнотипні канали передачі даних в один загальний.

Міст (bridge), а також  його швидкодіючий аналог - комутатор (switching hub), ділять загальне середовище передачі даних на логічні сегменти. Логічний сегмент утворюється шляхом об'єднання декількох фізичних сегментів (відрізків кабелю) за допомогою одного або декількох концентраторів. Кожен логічний сегмент підключається до окремого порту моста/комутатора. При вступі кадру на який-небудь з портів міст/комутатор повторює цей кадр, але не на усіх портах, як це робить концентратор, а тільки на тому порту, до якого підключений сегмент, комп'ютер-адресат, що містить.

Мости можуть сполучати  сегменти, що використовують різні типи носіїв і сполучати мережі з різними методами доступу до каналу.

Відмінність між  мостом і комутатором

Різниця між мостом і  комутатором полягає в тому, що міст в кожен момент часу може здійснювати  передачу кадрів тільки між однією парою портів, а комутатор одночасно підтримує потоки даних між усіма своїми портами. Іншими словами, міст передає кадри послідовно, а комутатор паралельно.