Апаратне забезпечення комп’ютерних мереж

Для об'єднання комп'ютерів в локальних мережах найчастіше використовуються мережеві адаптери (мережеві карти), концентратори, комутатори, маршрутизатори.

Розглянемо більш докладно кожен тип обладнання.

· В залежності від типу і розрядності використовуваної в комп'ютері внутрішньої шини;

· В залежності від типу прийнятої в мережі мережевий технології - Ethernet, Token Ring, FDDI і т. Д .;

· В залежності від типу середовища (каналу) передачі даних - коаксіальний кабель, оптоволоконний кабель, кабель типу вита пара.

Різні типи кабелів використовуються в якості носіїв, або середовища передачі даних. Хоча бездротові технології передачі даних стають все більш популярними в даний час, основним типом носія для мережевих комунікацій залишається кабель. Найбільш поширені кабелі наступних типів:

· Кабель типу вита пара;

Кабель типу вита пара - найбільш поширений в даний час тип кабелю, буває двох видів: неекранована і екранована кручена пара. Внутрішня конструкція складається з декількох скручених пар мідних проводів, оточених заземленою оболонкою з мідної сітки, або алюмінієвої фольги, в разі екранованої кручений пари. Існує кілька типів неекранованої кручений пари. В даний час найбільш часто використовуються тип UTP-5 (UTP - Unshielded Twisted Pair). Кабель UTP-5 забезпечує швидкість передачі інформації до 1000 Мбіт / сек. Кабель типу неекранована кручена пара - це найбільш дешевий і простий в установці тип кабелю. Але у нього існують і недоліки. Кабель чутливий до перешкод з боку зовнішніх електромагнітних джерел і взаємною накладення сигналів між окремими проводами самого кабелю. Довжина кабельного сегмента, тобто відстань від комп'ютера до підсилювача (повторювача) сигналу не може перевищувати 100 метрів, оскільки сигнал слабшає при переміщенні по кабелю.

Кабель типу екранована кручена пара (STP - Shielded Twisted Pair) в меншій мірі схильний до зовнішніх електромагнітних впливів, більш складний в установці. Довжина кабельного сегмента також обмежена 100 метрами.

Коаксіальний кабель нагадує кабель, який використовується для підключення антени до побутового телевізора. Швидкість передачі даних по цьому типу носія становить 10 Мбіт / сек. Довжина кабельного сегмента може становити від 185 до 500м, в залежності від типу коаксіального кабелю. Найбільшого поширення набули так званий «тонкий» маркування RG-58 і «товстий» кабель маркування RG-8 і RG-11. Даний тип кабелю застарів і мало використовується в даний час.

Оптоволоконний кабель є в даний час найдосконалішою, а й найдорожчою середовищем для передачі інформації. Оптичне волокно виготовлено з кварцу, основу якого складає двоокис кремнію. Кабель складається з центрального волоконного провідника, по якому і поширюється світловий сигнал, оточеного іншим шаром волокна. Показник заломлення світлового променя у двох цих шарів різний. Існує два типи кабелів: одномодовий, в якому може поширюватися тільки один промінь, і багатомодовий, в якому може поширюватися велике число променів. У одномодовом волокні діаметр центрального волоконного провідника трохи менше ніж в многомодовом. Швидкість передачі інформації при використанні даного типу кабелю досягає 10 Gb / сек (10000 Мбіт / сек). Оптоволоконний кабель використовується в основному в глобальних і регіональних мережах, а також на магістралях великих локальних мереж.

Концентратор (багатопортовий повторювач, або HUB) - це пристрій, що використовується для об'єднання окремих робочих місць (комп'ютерів) в локальну мережу. Сучасні концентратори мають, як правило, 8, 12, 16, 24, або 48 портів (роз'ємів) для підключення комп'ютерів. Всі порти концентратора рівноправні. При отриманні сигналу від одного з підключених до нього комп'ютерів концентратор транслює його на всі інші порти. Таким чином, концентратор є центральною точкою з'єднання комп'ютерів в мережі. Крім функції з'єднання комп'ютерів концентратор може виконувати ще кілька функцій. Це: посилення (повторення) сигналу, автосегментация (автоматичне відключення несправних портів), забезпечення збору статистики по завантаженню мережі. Концентратори можна з'єднувати один з одним для збільшення розміру мережі.

Комутатор (switch) - це пристрій, який також може використовуватися для об'єднання комп'ютерів, або різних сегментів локальної мережі (ЛЗ). На відміну від концентратора, комутатор при отриманні сигналу (пакета даних) від одного з підключених до нього комп'ютерів не транслює його на всі інші порти, а передає його тільки в той порт, до якого підключений комп'ютер, який є одержувачем цього пакета даних. В результаті швидкість передачі даних збільшується, оскільки в мережі скорочується кількість колізій, характерних для технології Ethernet.

ЛC мають властивість переростати початкові проекти. З ростом компаній зростають і ЛЗ. Зміна профілю діяльності або організації роботи компанії можуть зажадати переконфігурації мережі. Це стає очевидним, коли:

неприпустимо довго документи стоять у черзі на мережевий принтер;
збільшився час запиту до БД;
змінилися вимоги щодо захисту інформації та т. д.

Мережі не можуть розширюватися за рахунок простого додавання робочих станцій і прокладки кабелю. Будь-яка топологія або архітектура має свої обмеження. Однак існують пристрої, які можуть:

сегментувати ЛЗ так, що кожен сегмент стане самостійною ЛЗ;
об'єднувати дві ЛЗ в одну;
підключати ЛЗ до інших мереж для об'єднання їх в інтернет.

До таких пристроїв відносяться: репітери, мости, маршрутизатори, мости-маршрутизатори і шлюзи.

Це пристрої, які приймають затухаючий сигнал з одного сегмента мережі, відновлюють його і передають в наступний сегмент, ніж підвищують дальність передачі сигналів між окремими вузлами мережі (рис. Нижче).

Підключення репитера в ЛВС

Репітери передають весь трафік в обох напрямках і працюють на фізичному рівні моделі OSI. Це означає, що кожен сегмент повинен використовувати однакові: формати пакетів, протоколи та методи доступу. Тобто, за допомогою репитера можна об'єднати в єдину мережу два сегмента Ethernet і неможливо Ethernet і Token Ring.

Однак репітери дозволяють з'єднувати два сегмента, які використовують різні фізичні середовища передачі сигналів (кабель - оптика, кабель - пара і т. Д.). Деякі багатопортові репітери працюють як багатопортові концентратори, що з'єднують різні типи кабелів.

Застосування репітерів виправдано в тих випадках, коли потрібно подолати обмеження по довжині сегмента або за кількістю РС. Причому жоден із сегментів мережі не генерує підвищеного трафіку, а вартість ЛВС - головний фактор. Пов'язано це з тим, що репітери не виконують функцій: ізоляції і фільтрації.

Так передаючи з сегмента в сегмент кожен біт даних, вони будуть передавати і спотворені пакети, і пакети, які не призначені цього сегменту. В результаті проблеми одного сегмента позначаться і на інших. Тобто застосування репітерів не забезпечує функцію ізоляції сегментів. Крім того, репітери будуть поширювати по мережі все широкомовні пакети. І якщо пристрій не відповідає на всі пакети або пакети постійно намагаються досягти пристроїв, які ніколи не відкликаються, то продуктивність мережі падає, т. Е. Репітери не здійснюють фільтрацію сигналів.

Міст - це пристрій, що з'єднує дві мережі, що використовують однакові методи передачі даних. Ці пристрої, як і репітери, можуть:

збільшувати розмір мережі і кількість РС в ній;
з'єднувати різнорідні мережеві кабелі. Однак принциповим їх відмінністю є те, що вони працюють на канальному рівні моделі OSI, тобто на більш високому, ніж репітери і враховують більше особливостей переданих даних, дозволяючи:
відновлювати форму сигналів, але роблячи це на рівні пакетів;
з'єднувати різнорідні сегменти мережі (наприклад, Ethernet і Token Ring) і переносити між ними пакети;
підвищити продуктивність, ефективність, безпеку і надійність мереж (що буде розглянуто нижче).

Принципи роботи мостів

Приклад комплексування сегментів ЛОМ з використанням мостів

Керуючи доступом до мережі, міст:

Розглянутий варіант відповідає найбільш простим, так званим прозорим мостам. В даний час знаходять застосування мости з алгоритмом остовного дерева, мости з маршрутизацією від джерела та ін.

Однак якщо для з'єднання двох кабельних сегментів ЛОМ використовують тільки один локальний міст, то в великих мережах доводиться використовувати два віддалених моста, підключених через синхронні модеми до виділеного каналу зв'язку (рис. Нижче).

Використання двох віддалених мостів

Маршрутизатор - це пристрій для з'єднання мереж, що використовують різні архітектури та протоколи. Працюючи на мережевому рівні моделі OSI, вони можуть:

коммутировать і направляти пакети через кілька мереж;
визначати найкращий шлях для їх передачі;
обходити повільні і несправні канали;
фільтрувати широкомовні повідомлення;
діяти як бар'єр безпеки між мережами.