Активное оборудование локальной вычислительной сети. Устройство и основные понятия локальной сети

19.10.2023 -

Фрагмент вычислительной сети (рис. 1) включает основные типы коммуникационного оборудования, применяемого сегодня для образования локальных сетей и соединения их через глобальные связи друг с другом. Для построения локальных связей между компьютерами используются различные виды кабельных систем, сетевые адаптеры, концентраторы-повторители, мосты, коммутаторы и маршрутизаторы. Для подключения локальных сетей к глобальным связям используются специальные выходы (WAN порты) мостов и маршрутизаторов, а также аппаратура передачи данных по длинным линиям – модемы (при работе по аналоговым линиям) или же устройства подключения к цифровым каналам (TA – терминальные адаптеры сетей ISDN, устройства обслуживания цифровых выделенных каналов типа CSU/DSU и т.п.).

Рис. 1 . Фрагмент сети

Роль кабельной системы

Для построения локальных связей в вычислительных сетях в настоящее время используются различные виды кабелей – коаксиальный кабель, кабель на основе экранированной и неэкранированной витой пары и оптоволоконный кабель. Наиболее популярным видом среды передачи данных на небольшие расстояния (до 100 м) становится неэкранированная витая пара , которая включена практически во все современные стандарты и технологии локальных сетей и обеспечивает пропускную способность до 100 Мб/с (на кабелях категории 5). Оптоволоконный кабель широко применяется как для построения локальных связей, так и для образования магистралей глобальных сетей. Оптоволоконный кабель может обеспечить очень высокую пропускную способность канала (до нескольких Гб/с) и передачу на значительные расстояния (до нескольких десятков километров без промежуточного усиления сигнала).

В качестве среды передачи данных в вычислительных сетях используются также электромагнитные волны различных частот – КВ, УКВ, СВЧ. Однако пока в локальных сетях радиосвязь используется только в тех случаях, когда оказывается невозможной прокладка кабеля, например, в зданиях, являющихся памятниками архитектуры. Это объясняется, прежде всего, недостаточной надежностью сетевых технологий, построенных на использовании электромагнитного излучения. Для построения глобальных каналов этот вид среды передачи данных используется шире – на нем построены спутниковые каналы связи и наземные радиорелейные каналы, работающие в зонах прямой видимости в СВЧ-диапазонах.

Согласно зарубежным исследованиям (журнал LAN Technologies), 70% времени простоев обусловлено проблемами, возникшими вследствие низкого качества применяемых кабельных систем. Поэтому так важно правильно построить фундамент сети – кабельную систему. В последнее время в качестве такой надежной основы все чаще используется структурированная кабельная система.

Структурированная кабельная система (Structured Cabling System, SCS) – это набор коммутационных элементов (кабелей, разъемов, коннекторов, кроссовых панелей и шкафов), а также методика их совместного использования, которая позволяет создавать регулярные, легко расширяемые структуры связей в вычислительных сетях.

Преимущества структурированной кабельной системы:

Универсальность. Структурированная кабельная система при продуманной организации может стать единой средой для передачи компьютерных данных в локальной вычислительной сети, организации локальной телефонной сети, передачи видеоинформации и даже передачи сигналов от датчиков пожарной безопасности или охранных систем. Это позволяет автоматизировать многие процессы по контролю, мониторингу и управлению хозяйственными службами и системами жизнеобеспечения.
Увеличение срока службы. Срок старения хорошо структурированной кабельной системы может составлять 8–10 лет.
Уменьшение стоимости добавления новых пользователей и изменения их мест размещения. Стоимость кабельной системы в основном определяется не стоимостью кабеля, а стоимостью работ по его прокладке. Поэтому более выгодно провести однократную работу по прокладке кабеля, возможно с большим запасом по длине, чем несколько раз выполнять прокладку, наращивая длину кабеля. Это помогает быстро и дешево изменять структуру кабельной системы при перемещениях персонала или смене приложений.
Возможность легкого расширения сети. Структурированная кабельная система является модульной, поэтому ее легко наращивать, позволяя легко и ценой малых затрат переходить на более совершенное оборудование, удовлетворяющее растущим требованиям к системам коммуникаций.
Обеспечение более эффективного обслуживания. Структурированная кабельная система облегчает обслуживание и поиск неисправностей по сравнению с шинной кабельной системой.
Надежность. Структурированная кабельная система имеет повышенную надежность поскольку обычно производство всех ее компонентов и техническое сопровождение осуществляется одной фирмой-производителем.

Топология сети

Топология, т.е. конфигурация соединения элементов в ЛВС, привлекает к себе внимание в большей степени, чем другие характеристики сети. Это связано с тем, что именно топология во многом определяет многие важные свойства сети, например, такие, как надежность (живучесть), производительность и др.

Существуют разные подходы к классификации топологий ЛВС. Согласно одному из них конфигурации локальных сетей делят на два основных класса: широковещательные и последовательные. В широковещательных конфигурациях каждый ПК (приемопередатчик физических сигналов) передает сигналы, которые могут быть восприняты остальными ПК. К таким конфигурациям относятся общая шина, дерево, звезда с пассивным центром. В последовательных конфигурациях каждый физический подуровень передает информацию только одному ПК. Отсюда ясно, что широковещательные конфигурации – это, как правило, ЛВС с селекцией информации, а последовательные – ЛВС с маршрутизацией информации.

В широковещательных конфигурациях должны применяться сравнительно мощные приемники и передатчики, которые могут работать с сигалами в большом диапазоне уровней. Эта проблема частично решается введением ограничений на длину кабельного сегмента и на число подключений или использованием цифровых повторителей (аналоговых усилителей).

Сетевая топология – это геометрическая форма сети. В зависимости от топологии соединений узлов различают сети шинной (магистральной), кольцевой, звездной, иерархической, произвольной структуры (рисунок 3).

Рисунок 3 – Сетевые топологии

Конфигурация типа дерево представляет собой более развитый вариант конфигурации типа шина. Дерево образуется путем соединения нескольких шин активными повторителями или пассивными размножителями («хабами»). Оно обладает необходимой гибкостью для того, чтобы охватить средствами ЛВС несколько этажей в здании или несколько зданий на одной территории. При наличии активных повторителей отказ одного сегмента не приводит к выходу из строя остальных. В случае отказа повторителя дерево разветвляется на два поддерева или на две шины.

Широкополосные ЛВС с конфигурацией типа дерево часто имеют так называемый корень – управляющую позицию, в которой размещаются самые важные компоненты сети. К надежности этого оборудования предъявляются высокие требования, поскольку от него зависит работа всей сети. По этой причине оборудование часто дублируется.

Другой распространенный способ соединения абонентских систем в ЛВС при их небольшом числе – иерархическое соединение. В нем промежуточные узлы работают по принципу «накопи и передай». Основные преимущества данного метода заключаются в возможности оптимального соединения ЭВМ, входящих в сеть. Недостатки связаны в основном со сложностью логической и программной структуры ЛВС. Кроме того, в таких ЛВС снижается скорость передачи информации между абонентами различных иерархических уровней.

Наиболее распространенные последовательные конфигурации – «кольцо», «цепочка», «звезда с интеллектуальным центром», «снежинка». В конфигурациях «кольцо» и «цепочка» для правильного функционирования ЛВС необходима постоянная работа всех блоков РМА. Чтобы уменьшить эту зависимость, в каждый из блоков включается реле, блокирующее блок при неисправностях. Для упрощения разработки РМА и ПК сигналы обычно передаются по кольцу только в одном направлении. Каждая станция ЛВС располагает памятью объемом от нескольких битов до целого пакета. Наличие памяти замедляет передачу данных в кольце и обусловливает задержку, длительность которой зависит от числа станций. возвращаясь снова к станции – отправителю, отправитель в ходе обработки пакета может установить некоторый индикатор подтверждения. Этот индикатор может служить для управления потоком и (или) квитирования, и должен как можно быстрее вернуться к источнику. Управление потоком предполагает удаление пакетов из кольца станцией – получателем или после завершения полного круга – станцией – отправителем. Поскольку любая станция может выйти из строя и пакет может не попасть по назначению, обычно бывает необходим специальный «сборщик мусора», который опознает и уничтожает такие «заблудившиеся» пакеты.

Сетевые адаптеры

Сетевой адаптер (Network Interface Card, NIC) – это периферийное устройство компьютера, непосредственно взаимодействующее со средой передачи данных, которая прямо или через другое коммуникационное оборудование связывает его с другими компьютерами. Это устройство решает задачи надежного обмена двоичными данными, представленными соответствующими электромагнитными сигналами, по внешним линиям связи. Как и любой контроллер компьютера, сетевой адаптер работает под управлением драйвера операционной системы и распределение функций между сетевым адаптером и драйвером может изменяться от реализации к реализации.

В первых локальных сетях сетевой адаптер с сегментом коаксиального кабеля представлял собой весь спектр коммуникационного оборудования, с помощью которого организовывалось взаимодействие компьютеров. Сетевой адаптер компьютера-отправителя непосредственно по кабелю взаимодействовал с сетевым адаптером компьютера-получателя. В большинстве современных стандартов для локальных сетей предполагается, что между сетевыми адаптерами взаимодействующих компьютеров устанавливается специальное коммуникационное устройство (концентратор, мост, коммутатор или маршрутизатор), которое берет на себя некоторые функции по управлению потоком данных.

Сетевой адаптер обычно выполняет следующие функции:

Оформление передаваемой информации в виде кадра определенного формата. Кадр включает несколько служебных полей, среди которых имеется адрес компьютера назначения и контрольная сумма кадра, по которой сетевой адаптер станции назначения делает вывод о корректности доставленной по сети информации.
Получение доступа к среде передачи данных. В локальных сетях в основном применяются разделяемые между группой компьютеров каналы связи (общая шина, кольцо), доступ к которым предоставляется по специальному алгоритму (наиболее часто применяются метод случайного доступа или метод с передачей маркера доступа по кольцу). В последних стандартах и технологиях локальных сетей наметился переход от использования разделяемой среды передачи данных к использованию индивидуальных каналов связей компьютера с коммуникационными устройствами сети, как это всегда делалось в телефонных сетях, где телефонный аппарат связан с коммутатором АТС индивидуальной линией связи. Технологиями, использующими индивидуальные линии связи, являются 100VG-AnyLAN, ATM и коммутирующие модификации традиционных технологий – switching Ethernet, switching Token Ring и switching FDDI. При использовании индивидуальных линий связи в функции сетевого адаптера часто входит установление соединения с коммутатором сети.
Кодирование последовательности бит кадра последовательностью электрических сигналов при передаче данных и декодирование при их приеме. Кодирование должно обеспечить передачу исходной информацию по линиям связи с определенной полосой пропускания и определенным уровнем помех таким образом, чтобы принимающая сторона смогла распознать с высокой степенью вероятности посланную информацию. Так как в локальных сетях используются широкополосные кабели, то сетевые адаптеры не используют модуляцию сигнала, необходимую для передачи дискретной информации по узкополосным линиям связи (например, телефонным каналам тональной частоты), а передают данные с помощью импульсных сигналов. Представление же двоичных 1 и 0 может быть различным.
Преобразование информации из параллельной формы в последовательную и обратно. Эта операция связана с тем, что для упрощения проблемы синхронизации сигналов и удешевления линий связи в вычислительных сетях информация передается в последовательной форме, бит за битом, а не побайтно, как внутри компьютера.
Синхронизация битов, байтов и кадров. Для устойчивого приема передаваемой информации необходимо поддержание постоянного синхронизма приемника и передатчика информации. Сетевой адаптер использует для решения этой задачи специальные методы кодирования, не использующие дополнительной шины с тактовыми синхросигналами. Эти методы обеспечивают периодическое изменение состояния передаваемого сигнала, которое используется тактовым генератором приемника для подстройки синхронизма. Кроме синхронизации на уровне битов, сетевой адаптер решает задачу синхронизации и на уровне байтов, и на уровне кадров.

Сетевые адаптеры различаются по типу и разрядности используемой в компьютере внутренней шины данных – ISA, EISA, PCI, MCA.

Сетевые адаптеры различаются также по типу принятой в сети сетевой технологии – Ethernet, Token Ring, FDDI и т.п. Как правило, конкретная модель сетевого адаптера работает по определенной сетевой технологии (например, Ethernet). В связи с тем, что для каждой технологии сейчас имеется возможность использования различных сред передачи данных (тот же Ethernet поддерживает коаксиальный кабель, неэкранированную витую пару и оптоволоконный кабель), сетевой адаптер может поддерживать как одну, так и одновременно несколько сред. В случае, когда сетевой адаптер поддерживает только одну среду передачи данных, а необходимо использовать другую, применяются трансиверы и конверторы.

Трансивер (приемопередатчик, trans mitter+receiver ) – это часть сетевого адаптера, его оконечное устройство, выходящее на кабель. В первом стандарте Ethernet, работающем на толстом коаксиале, трансивер располагался непосредственно на кабеле и связывался с остальной частью адаптера, располагавшейся внутри компьютера, с помощью интерфейса AUI (attachment unit interface). В других вариантах Ethernet"а оказалось удобным выпускать сетевые адаптеры (да и другие коммуникационные устройства) с портом AUI, к которому можно присоединить трансивер для требуемой среды.

Вместо подбора подходящего трансивера можно использовать конвертор , который может согласовать выход приемопередатчика, предназначенного для одной среды, с другой средой передачи данных (например, выход на витую пару преобразуется в выход на коаксиальный кабель).

Оборудование для локальной сети - это солидный список различных взаимосвязанных элементов и устройств, необходимых для функционирования и . Прежде всего это сетевые серверы, рабочие станции, маршрутизаторы, коммуникаторы, кабели, мосты. Все это и многое другое в целом обеспечивает высокопродуктивное и бесперебойное функционирование сети, поэтому нельзя сказать, что то или иное оборудование для локальной сети является наиболее важным, нежели другое.

Основные виды оборудования для локальной сети и его функциональные задачи

В профессиональной среде принято выделять несколько наиболее важных ключевых узлов локальной компьютерной сети:

Серверы. Это самые мощные компьютеры, «мозг» ЛВС. В их основные задачи входит хранение файлов, обеспечение разделенного доступа к данным, отслеживание безопасности системы, управление сетью и пр.
Кабели и провода. Это «кровеносная система» ЛВС, по которой электрические компьютерные сигналы передаются к другим «органам» сети. Без проводов не может функционировать ни одна компьютерная сеть. Конечно, существует и беспроводной способ передачи данных, однако это те же проводные пути, только виртуальные. К тому же, ни одному профессионалу не придет в голову строить сеть на основе Wi-Fi, которые изначально являются лишь «прикладным» способом создания связи между рабочими станциями.
Распределительные шкафы, розетки, патч-панели - это своеобразные «депо» для скопления (коммутации) проводов.
IP-телефония. Если еще буквально несколько лет назад телефоны классифицировались в телефонную сеть, то теперь это не просто примитивное устройство, но и своего рода компьютер. Вот почему современные телефоны с расширенными функциями, например, видеотелефоны или мини-АТС, заняли свое отдельное место в списке оборудования для локальной сети.
Активное оборудование - коммутаторы, модемы, шлюз и т. д. - устройства для разделения или усиления сигнала, выхода в Интернет и т. п.
Оконечное оборудование - это компьютеры пользователей и периферические устройства (принтеры, сканеры, факсы и т. д.) - подключаемые к сети компоненты, нуждающиеся в постоянном обслуживании.
И, наконец, к оборудованию для локальной сети относятся устройства, обеспечивающие бесперебойное электропитание основных составляющих сети.

Специалисты компании «Флайлинк» разработают и

Цель: знакомство с оборудованием локальных компьютерных сетей, их видами и характеристиками.

Задачи урока

Обучающие:

познакомить студентов со структурой локальных сетей;
познакомить с оборудованием локальных сетей.

Развивающие:

формировать навыки выделения топологии сети;
расширение кругозора;
умение слушать объяснение преподавателя, вести конспект.

Воспитательные

прививать интерес к предмету.
формировать навыки самостоятельности и дисциплинированности, основ коммуникативного общения.

Оборудование: ЛВС класса, компьютер, проектор, презентация по теме.

Ход урока:

1. Введение

Занятие сопровождается демонстрацией презентации (Приложение 1).

Преподаватель: Здравствуйте! Тема сегодняшнего занятия «Оборудование локальных сетей» (Слайд1) . Записать тему в тетрадь

2. Изучение нового материала

Преподаватель: Компьютерные сети представляют собой вариант сотрудничества людей и компьютеров, обеспечивающего ускорение доставки и обработки информации. Соединенные в сеть компьютеры обмениваются информацией и совместно используют периферийное оборудование и устройства хранения информации. В зависимости от расстояния между компьютерами сети бывают: локальные, региональные и глобальные (слайд 2 ). Сегодня поговорим более подробно о локальных сетях.

Локальная компьютерная сеть - это сеть, объединяющая компьютеры, расположенные на небольших расстояниях – внутри одного здания или в нескольких зданиях, расположенных недалеко друг от друга. (слайд 3 )

Локальную сеть еще называют ЛВС - локальная вычислительная сеть, но это название скорее относится к временам, когда компьютеры называли вычислительными машинами, но иногда эта аббревиатура еще используется.

Обычно локальные сети устраиваются внутри какой-либо организации, предприятия или учебного заведения. Например, если в компьютерном классе компьютеры объединены в сеть, то эта сеть будет называться локальной.

Состав сети:

компьютеры,
сетевые кабели (каналы связи),
сетевое оборудование (записать в тетрадь).

Преподаватель: для чего нужны каналы связи?

Студенты: каналы связи - это физическая среда (кабели или окружающее пространство), по которой передается информация между компьютерами.

Преподаватель: Рассмотрим подробнее, какие каналы связи существуют. (слайд 6 -нарисовать схему в тетради).

(В процессе объяснения следующего материала преподавателем студенты кратко записывают в тетрадь основную информацию)

В настоящее время распространение получили два основных типа сетей с использование проводных и беспроводных каналов связи.

1. Локальные сети, коммутация в которых выполняется посредством проводного или, (редко), оптоволоконного кабеля. Такой тип сетей сочетает в себе надежность и высокую скорость работы, позволяет связывать между собой даже довольно удаленные компьютеры.

Витая пара – вид кабеля связи, представляет собой одну или несколько пар изолированных проводников, скрученных между собой (с небольшим числом витков на единицу длины), покрытых пластиковой оболочкой. Свивание проводников производится с целью повышения связи проводников одной пары (электромагнитная помеха одинаково влияет на оба провода пары) и последующего уменьшения электромагнитных помех от внешних источников (слайды 7, 8, 9 ).

Коаксиальный кабель – вид электрического кабеля. Состоит из двух цилиндрических проводников, соосно вставленных один в другой. Чаще всего используется центральный медный проводник, покрытый пластиковым изолирующим материалом, поверх которого идёт второй проводник - медная оплётка или алюминиевая фольга с оплёткой из медных лужёных проволок.

Коаксиальный кабель обеспечивает передачу данных на большие расстояния, использовался при построении компьютерных сетей (пока не был вытеснен витой парой).

Используется в сетях кабельного телевидения, для систем связи, авиационной, космической техники, компьютерных сетей, бытовой техники и т. д.

Благодаря совпадению центров обоих проводников потери на излучение практически отсутствуют; одновременно обеспечивается хорошая защита от внешних электромагнитных помех. (слайды 10, 11, 12)

Оптоволоконный кабель – это стеклянная или пластиковая нить, используемая для переноса света внутри себя посредством полного внутреннего отражения.

Оптоволокно может быть использовано как средство для дальней связи и построения компьютерной сети, вследствие своей гибкости, позволяющей даже завязывать кабель в узел. Основное преимущество этого типа кабеля – чрезвычайно высокий уровень помехозащищенности и отсутствие излучения. Несанкционированное подключение очень сложно.

Основные недостатки оптоволоконного кабеля – это сложность его монтажа, небольшая механическая прочность и чувствительность к ионизирующим излучениям. (слайд 13, 14, 15 )

2. Беспроводные локальные сети.

Этот тип сетей, чаще всего, организуется с использованием технологии WI-FI. Преимуществом таких сетей является сравнительная простота их развертывания, для радиосигнала не нужно вести провода, сверлить стены и перекрытия. Не всем может понравиться сплетение проводов на полу или короба с проводкой идущие по стенам, как это бывает в случае применения кабеля. Но у беспроводной технологии есть и свои минусы. Например, радиосигнал чувствителен к помехам, может плохо работать во время осадков. Скорость передачи данных в беспроводных сетях обычно ниже, чем в сетях с использованием кабеля.

Стандартом беспроводной связи для локальных сетей является технология Wi-Fi . Wi-Fi – (аббревиатура от "Wireless Fidelity" – беспроводная высокая точность) – это набирающий обороты формат передачи цифровых данных по радиоканалам.
Технология Wi-Fi постоянно совершенствуется, что позволяет передавать больший поток данных, обеспечивает более надежную связь и защиту.
Последнее время Wi-Fi технологиями снабжаются ноутбуки, сотовые телефоны, КПК, игровые приставки и даже компьютерные мыши.
Применения Wi-Fi достаточно универсальны, она может быть использована там, где нежелательно или нет возможности сделать проводную сеть. Wi-Fi обеспечивает подключение в двух режимах: точка-точка (для подключения двух ПК) и инфраструктурное соединение (для подключения несколько ПК к одной точке доступа). Скорость обмена данными до 11 Mбит/с при подключении точка-точка и до 54 Мбит/с при инфраструктурном соединении. Скорость зависит от количества подключенных компьютеров и от расстояния до точки доступа.

Радиоканалы Bluetooht - Bluetooth - название, данное новому стандарту современной технологии беспроводной передачи данных, использующему радиоволны на близком расстоянии, заменяющему кабель для соединения мобильных и/или установленных электронных устройств. Этот стандарт позволяет соединять друг с другом при минимальном пользовательском участии практически любые устройства: мобильные телефоны, ноутбуки, принтеры, цифровые фотоаппараты и даже холодильники, микроволновые печи, кондиционеры. Соединить можно все, что соединяется, то есть имеет встроенный микрочип Bluetooth. Изначально технология Bluetooth создавалась лишь для радиосвязи, и никаких планов по созданию беспроводных локальных сетей на ее основе не было. Но такие проекты вскоре появились, и теперь существует понятие Bluetooth-сети. это технология передачи данных на короткие расстояния (не более 10 м) и может быть использована для создания домашних сетей. Скорость передачи данных не превышает 1 Мбит/с. (слайд 17 )

Каналы связи обладают следующими характеристиками (слайды 18, 19 - записать в тетрадь ).

Пропускная способность (скорость передачи данных): Мбит, Кбит в секунду
Надежность (способность передавать информацию без искажения и потерь)
Стоимость

Сравнительная характеристика представлена в таблице (Приложение 2).

Все компьютеры в локальной сети соединены линиями связи. Геометрическое расположение линий связи относительно узлов сети и физическое подключение узлов к сети называется физической топологией. В зависимости от топологии различают сети: шинной, кольцевой, звездной. (слайд 20 ).

Топология Шина (слайд 21 ). При построении сети по шинной схеме каждый компьютер присоединяется к общему кабелю, на концах которого устанавливаются терминаторы.

Сигнал проходит по сети через все компьютеры, отражаясь от конечных терминаторов.

Преимущества сетей шинной топологии:

отказ одного из узлов не влияет на работу сети в целом;
сеть легко настраивать и конфигурировать;
сеть устойчива к неисправностям отдельных узлов.

Недостатки сетей шинной топологии:

разрыв кабеля может повлиять на работу всей сети;
ограниченная длина кабеля и количество рабочих станций;
трудно определить дефекты соединений

Топология Кольцо (слайд 22 ). Эта топология представляет собой последовательное соединение компьютеров, когда последний соединён с первым.

Каждый компьютер работает как повторитель, усиливая сигнал и передавая его дальше.

Принимающая рабочая станция распознает и получает только адресованное ей сообщение. В сети с топологией типа физическое кольцо используется маркерный доступ, который предоставляет станции право на использование кольца в определенном порядке. Данную сеть очень легко создавать и настраивать. К основному недостатку сетей топологии кольцо является то, что повреждение линии связи в одном месте или отказ ПК приводит к неработоспособности всей сети. Как правило, в чистом виде топология “кольцо” не применяется из-за своей ненадёжности, поэтому на практике применяются различные модификации кольцевой топологии.

Топология Звезда (слайд 23 ). Каждый компьютер подсоединяется к сети при помощи отдельного соединительного кабеля.

Преимущества сетей топологии звезда:

легко подключить новый ПК;
имеется возможность централизованного управления;
сеть устойчива к неисправностям отдельных ПК и к разрывам соединения отдельных ПК.

Недостатки сетей топологии звезда:

отказ хаба влияет на работу всей сети;
большой расход кабеля.

Для соединения компьютеров в локальную сеть используется коммуникационное оборудование.

Сетевые платы (адаптер, сетевой адаптер)- это платы расширения, вставляемые в порты расширения на системной плате компьютера. О сновная функция - передача и прием информации по сети. (слайд 24 )

Коцентратор (Hub) - сетевое устройство, предназначенное для объединения компьютеров (устройств) в общий сегмент сети. Устройства подключаются при помощи витой пары, коаксиального кабеля или оптоволокна. устройство, соединяющее параллельно компьютеры в локальной сети. Также оно играет роль повторителя, препятствующего затуханию сигнала, что позволяет увеличить максимальную общую длину кабеля между компьютерами Концентраторы – это аппаратные устройства множественного доступа, которые объединяет в одной точке отдельные физические отрезки кабеля, образуют общую среду передачи данных или физические сегменты сети. (слайд 25 )

Мост (dridge) - устройство сопряжения локальных сетей. Позволяет всем компьютерам одной локальной сети свободно работать с компьютерами другой локальной сети. (слайд 26 )

Маршрутизатор (router) - устройство, используемое для организации крупных локальных сетей. Обеспечивает трафик между локальными сетями, имеющими разные сетевые адреса. Маршрутизаторы помогают уменьшить загрузку сети, благодаря её разделению на домены коллизий и широковещательные домены, а также благодаря фильтрации пакетов. В основном их применяют для объединения сетей разных типов, зачастую несовместимых по архитектуре и протоколам, например для объединения локальных сетей Ethernet и WAN-соединений, использующих протоколы xDSL, PPP, ATM, Frame relay и т. д. Нередко маршрутизатор используется для обеспечения доступа из локальной сети в глобальную сеть Интернет, осуществляя функции трансляции адресов и межсетевого экрана. (слайд 27 )

Повторитель (repeater) - устройство, позволяющее избежать затухания сигнала при очень большой длине соединительных кабелей. Повторитель улучшает электрические характеристики сигналов и их синхронность, и за счет этого появляется возможность увеличивать общую длину кабеля между самыми удаленными в сети станциями. Обычно это устройство устанавливается в середине линии связи, что бы обеспечить устойчивую двустороннюю связь. Бывают как пассивные, так и активные повторители, а также преобразующие повторите ли, которые применяются для соединения, например, "витой пары" с оптоволокном. Роль повторителя может играть специально настроенный компьютер. (слайд 28 )

Переключатель (switch) - устройство, переключающее линию связи между всеми компьютерами, причем этот делается в реальном времени, что позволяет устранить снижение производительности из-за встречных потоков данных. Также оно играет роль повторителя, препятствующего затуханию сигнала.

При построении локальных сетей самыми распространенными являются две технологии - Ethernet и Token Ring .

Технология Ethernet была разработана Робертом Меткалфом (Bob Metcalfe) и Дэвидом Боггсом (David Boggs) в Исследовательском центре Palo Alto (PARC) американской корпорации XEROX в начале 70-х.

Первая локальная сеть, созданная по этой технологии объединила компьютеры Xerox Alto и лазерный принтер. Скорость передачи данных была 2.94 Мбит/с

В июле 1976 года Меткалф и Боггс опубликовали в журнале "Communications of the Association for Computing Machinery" (ACM) статью "Ethernet: Распределение пакетов в локальной компьютерной сети" .13 декабря 1977 года корпорация XEROX получила патент на технологию, а также название Ethernet.

В 1995 году на основе Ethernet была реализована технология, позволяющая обмениваться данными по локальной сети со скоростью 100 Мбит/с Эту технологию назвали Fast Ethernet (Быстрый Ethernet).

В 1998 году была реализована технология Gigabit Ethernet со скоростью передачи информации 1000 Мбит/с.

Технология Token Ring была разработана корпорацией IBM в 70-х годах. В настоящее время эта технология по популярности уступает только Ethernet.

Самостоятельная работа студентов по группам.

Преподаватель : Вам предлагается сравнить различные технологии локальных сетей (Ethernet, Token Ring, FDDI, ArcNet). Для этого вся группа разбивается на команды. Каждая команда занимается поиском информации об отдельной технологии. Результат представить в виде презентаций.

Студенты выполняют самостоятельную работу и затем показывают результат на проекторе.

В ходе показа презентаций все студенты заполняют таблицу.

Используемые материалы

1. Е.И.Гребенюк, Н.А.Гребенюк «Технические средства информатизации» - М.: Изд. центр «Академия», 2007

2. Л.З. Шауцукова «Информатика 10-11» - М.: «Просвещение», 2004

3. http://lessons-tva.info/ - Обучение в Интернет

Данная статья посвящена основам локальной сети , здесь будут рассмотрены следующие темы:

Понятие локальная сеть;
Устройство локальной сети;
Оборудование для локальной сети;
Топология сети;
Протоколы TCP/IP;
IP-адресация.

Понятие локальной сети

Сеть — группа компьютеров, соединенных друг с другом, с помощью специального оборудования, обеспечивающего обмен информацией между ними. Соединение между двумя компьютерами может быть непосредственным (двухточечное соединение ) или с использованием дополнительных узлов связи.

Существует несколько типов сетей, и локальная сеть — лишь одна из них. Локальная сеть представляет собой, по сути, сеть, используемую в одном здании или отдельном помещении, таком как квартира, для обеспечения взаимодействия используемых в них компьютеров и программ. Локальные сети, расположенные в разных зданиях, могут быть соединены между собой с помощью спутниковых каналов связи или волоконно-оптических сетей, что позволяет создать глобальную сеть, т.е. сеть, включающую в себя несколько локальных сетей.

Интернет является еще одним примером сети, которая уже давно стала всемирной и всеобъемлющей, включающей в себя сотни тысяч различных сетей и сотни миллионов компьютеров. Независимо от того, как вы получаете доступ к Интернету, с помощью модема, локального или глобального соединения, каждый пользователь Интернета является фактически сетевым пользователем. Для работы в Интернете используются самые разнообразные программы, такие как обозреватели Интернета, клиенты FTP, программы для работы с электронной почтой и многие другие.

Компьютер, который подключен к сети, называется рабочей станцией (Workstation ). Как правило, с этим компьютером работает человек. В сети присутствуют и такие компьютеры, на которых никто не работает. Они используются в качестве управляющих центров в сети и как накопители информации. Такие компьютеры называют серверами,
Если компьютеры расположены сравнительно недалеко друг от друга и соединены с помощью высокоскоростных сетевых адаптеров то такие сети называются локальными. При использовании локальной сети компьютеры, как правило, расположены в пределах одной комнаты, здания или в нескольких близко расположенных домах.
Для объединения компьютеров или целых локальных сетей, которые расположены на значительном расстоянии друг от друга, используются модемы, а также выделенные, или спутниковые каналы связи. Такие сети носят название глобальные. Обычно скорость передачи данных в таких сетях значительно ниже, чем в локальных.

Устройство локальной сети

Существуют два вида архитектуры сети: одноранговая (Peer-to-peer ) и клиент/ сервер (Client/Server ), На данный момент архитектура клиент/сервер практически вытеснила одноранговую.

Если используется одноранговая сеть, то все компьютеры, входящие в нее, имеют одинаковые права. Соответственно, любой компьютер может выступать в роли сервера, предоставляющего доступ к своим ресурсам, или клиента, использующего ресурсы других серверов.

В сети, построенной на архитектуре клиент/сервер, существует несколько основных компьютеров - серверов. Остальные компьютеры, которые входят в сеть, носят название клиентов, или рабочих станций.

Сервер — это компьютер, который обслуживает другие компьютеры в сети. Существуют разнообразные виды серверов, отличающиеся друг от друга услугами, которые они предоставляют; серверы баз данных, файловые серверы, принт-серверы, почтовые серверы, веб-серверы и т. д.

Одноранговая архитектура получила распространение в небольших офисах или в домашних локальных сетях, В большинстве случаев, чтобы создать такую сеть, вам понадобится пара компьютеров, которые снабжены сетевыми картами, и кабель. В качестве кабеля используют витую пару четвертой или пятой категории. Витая пара получила такое название потому, что пары проводов внутри кабеля перекручены (это позволяет избежать помех и внешнего влияния ). Все еще можно встретить достаточно старые сети, которые используют коаксиальный кабель. Такие сети морально устарели, а скорость передачи информации в них не превышает 10 Мбит/с.

После того как сеть будет создана, а компьютеры соединены между собой, нужно настроить все необходимые параметры программно. Прежде всего убедитесь, что на соединяемых компьютерах были установлены операционные системы с поддержкой работы в сети (Linux, FreeBSD, Windows )

Все компьютеры в одноранговой сети объединяются в рабочие группы, которые имеют свои имена (идентификаторы ).
В случае использования архитектуры сети клиент/сервер управление доступом осуществляется на уровне пользователей. У администратора появляется возможность разрешить доступ к ресурсу только некоторым пользователям. Предположим, что вы делаете свой принтер доступным для пользователей сети. Если вы не хотите, чтобы кто угодно печатал на вашем принтере, то следует установить пароль для работы с этим ресурсом. При одноранговой сети любой пользователь, который узнает ваш пароль, сможет получить доступ к вашему принтеру. В сети клиент/ сервер вы можете ограничить использование принтера для некоторых пользователей вне зависимости от того, знают они пароль или нет.

Чтобы получить доступ к ресурсу в локальной сети, построенной на архитектуре клиент/сервер, пользователь обязан ввести имя пользователя (Login - логин) и пароль (Password). Следует отметить, что имя пользователя является открытой информацией, а пароль — конфиденциальной.

Процесс проверки имени пользователя называется идентификацией. Процесс проверки соответствия введенного пароля имени пользователя - аутентификацией. Вместе идентификация и аутентификация составляют процесс авторизации. Часто термин «аутентификация » — используется в широком смысле: для обозначения проверки подлинности.

Из всего сказанного можно сделать вывод о том, что единственное преимущество одноранговой архитектуры — это ее простота и невысокая стоимость. Сети клиент/сервер обеспечивают более высокий уровень быстродействия и защиты.
Достаточно часто один и тот же сервер может выполнять функции нескольких серверов, например файлового и веб-сервера. Естественно, общее количество функций, которые будет выполнять сервер, зависит от нагрузки и его возможностей. Чем выше мощность сервера, тем больше клиентов он сможет обслужить и тем большее количество услуг предоставить. Поэтому в качестве сервера практически всегда назначают мощный компьютер с большим объемом памяти и быстрым процессором (как правило, для решения серьезных задач используются многопроцессорные системы )

Оборудование для локальной сети

В самом простом случае для работы сети достаточно сетевых карт и кабеля. Если же вам необходимо создать достаточно сложную сеть, то понадобится специальное сетевое оборудование.

Кабель

Компьютеры внутри локальной сети соединяются с помощью кабелей, которые передают сигналы. Кабель, соединяющий два компонента сети (например, два компьютера ), называется сегментом. Кабели классифицируются в зависимости от возможных значений скорости передачи информации и частоты возникновения сбоев и ошибок. Наиболее часто используются кабели трех основных категорий:

Витая пара;
Коаксиальный кабель;
Оптоволоконный кабель,

Для построения локальных сетей сейчас наиболее широко используется витая пара . Внутри такой кабель состоит из двух или четырех пар медного провода, перекрученных между собой. Витая пара также имеет свои разновидности: UTP (Unshielded Twisted Pair - неэкранированная витая пара ) и STP (Shielded Twisted Pair - экранированная витая пара ). Эти разновидности кабеля способны передавать сигналы на расстояние порядка 100 м. Как правило, в локальных сетях используется именно UTP. STP имеет плетеную оболочку из медной нити, которая имеет более высокий уровень защиты и качества, чем оболочка кабеля UTP.

В кабеле STP каждая пара проводов дополнительно экранировала (она обернута слоем фольги ), что защищает данные, которые передаются, от внешних помех. Такое решение позволяет поддерживать высокие скорости передачи на более значительные расстояния, чем в случае использования кабеля UTP, Витая пара подключается к компьютеру с помощью разъема RJ-45 (Registered Jack 45 ), который очень напоминает телефонный разъем RJ-11 (Regi-steredjack ). Витая пара способна обеспечивать работу сети на скоростях 10,100 и 1000 Мбит/с.

Коаксиальный кабель состоит из медного провода, покрытого изоляцией, экранирующей металлической оплеткой и внешней оболочкой. По центральному проводу кабеля передаются сигналы, в которые предварительно были преобразованы данные. Такой провод может быть как цельным, так и многожильным. Для организации локальной сети применяются два типа коаксиального кабеля: ThinNet (тонкий, 10Base2 ) и ThickNet (толстый, 10Base5 ). В данный момент локальные сети на основе коаксиального кабеля практически не встречаются.

В основе оптоволоконного кабеля находятся оптические волокна (световоды), данные по которым передаются в виде импульсов света. Электрические сигналы по оптоволоконному кабелю не передаются, поэтому сигнал нельзя перехватить, что практически исключает несанкционированный доступ к данным. Оптоволоконный кабель используют для транспортировки больших объемов информации на максимально доступных скоростях.

Главным недостатком такого кабеля является его хрупкость: его легко повредить, а монтировать и соединять можно только с помощью специального оборудования.

Сетевые карты

Сетевые карты делают возможным соединение компьютера и сетевого кабеля. Сетевая карта преобразует информацию, которая предназначена для отправки, в специальные пакеты. Пакет - логическая совокупность данных, в которую входят заголовок с адресными сведениями и непосредственно информация. В заголовке присутствуют поля адреса, где находится информация о месте отправления и пункте назначения данных, Сетевая плата анализирует адрес назначения полученного пакета и определяет, действительно ли пакет направлялся данному компьютеру. Если вывод будет положительным, то плата передаст пакет операционной системе. В противном случае пакет обрабатываться не будет. Специальное программное обеспечение позволяет обрабатывает все пакеты, которые проходят внутри сети. Такую возможность используют системные администраторы, когда анализируют работу сети, и злоумышленники для кражи данных, проходящих по ней.

Любая сетевая карта имеет индивидуальный адрес, встроенный в ее микросхемы. Этот адрес называется физическим, или MAC-адресом (Media Access Control - управление доступом к среде передачи ).

Порядок действий, совершаемых сетевой картой, такой.

Получение информации от операционной системы и преобразование ее в электрические сигналы для дальнейшей отправки по кабелю;
Получение электрических сигналов по кабелю и преобразование их обратно в данные, с которыми способна работать операционная система;
Определение, предназначен ли принятый пакет данных именно для этого компьютера;
Управление потоком информации, которая проходит между компьютером и сетью.

Концентраторы

Концентратор (хаб ) — устройство, способное объединить компьютеры в физическую звездообразную топологию. Концентратор имеет несколько портов, позволяющих подключить сетевые компоненты. Концентратор, имеющий всего два порта, называют мостом. Мост необходим для соединения двух элементов сети.

Сеть вместе с концентратором представляет собой «общую шину ». Пакеты данных при передаче через концентратор будут доставлены на все компьютеры, подключенные к локальной сети.

Существует два вида концентраторов.

Пассивные концентраторы. Такие устройства отправляют полученный сигнал без его предварительной обработки.
Активные концентраторы (многопостовые повторители ). Принимают входящие сигналы, обрабатывают их и передают в подключенные компьютеры.

Коммутаторы

Коммутаторы необходимы для организации более тесного сетевого соединения между компьютером-отправителем и конечным компьютером. В процессе передачи данных через коммутатор в его память записывается информация о MAC-адресах компьютеров. С помощью этой информации коммутатор составляет таблицу маршрутизации, в которой для каждого из компьютеров указана его принадлежность определенному сегменту сети.

При получении коммутатором пакетов данных он создает специальное внутреннее соединение (сегмент ) между двумя своими Портами, используя таблицу маршрутизации. Затем отправляет пакет данных в соответствующий порт конечного компьютера, опираясь на информацию, описанную в заголовке пакета.

Таким образом, данное соединение оказывается изолированным от других портов, что позволяет компьютерам обмениваться информацией с максимальной скоростью, которая доступна для данной сети. Если у коммутатора присутствуют только два порта, он называется мостом.

Коммутатор предоставляет следующие возможности:

Послать пакет с данными с одного компьютера на конечный компьютер;
Увеличить скорость передачи данных.

Маршрутизаторы

Маршрутизатор по принципу работы напоминает коммутатор, однако имеет больший набор функциональных возможностей, Он изучает не только MAC, но и IP-адреса обоих компьютеров, участвующих в передаче данных. Транспортируя информацию между различными сегментами сети, маршрутизаторы анализируют заголовок пакета и стараются вычислить оптимальный путь перемещения данного пакета. Маршрутизатор способен определить путь к произвольному сегменту сети, используя информацию из таблицы маршрутов, что позволяет создавать общее подключение к Интернету или глобальной сети.
Маршрутизаторы позволяют произвести доставку пакета наиболее быстрым путем, что позволяет повысить пропускную способность больших сетей. Если какой-то сегмент сети перегружен, поток данных пойдет по другому пути,

Топология сети

Порядок расположения и подключения компьютеров и прочих элементов в сети называют сетевой топологией. Топологию можно сравнить с картой сети, на которой отображены рабочие станции, серверы и прочее сетевое оборудование. Выбранная топология влияет на общие возможности сети, протоколы и сетевое оборудование, которые будут применяться, а также на возможность дальнейшего расширения сети.

Физическая топология — это описание того, каким образом будут соединены физические элементы сети. Логическая топология определяет маршруты прохождения пакетов данных внутри сети.

Выделяют пять видов топологии сети:

Общая шина;
Звезда;
Кольцо;

Общая шина

В этом случае все компьютеры подключаются к одному кабелю, который называется шиной данных. При этом пакет будет приниматься всеми компьютерами, которые подключены к данному сегменту сети.

Быстродействие сети во многом определяется числом подключенных к общей шине компьютеров. Чем больше таких компьютеров, тем медленнее работает сеть. Кроме того, подобная топология может стать причиной разнообразных коллизий, которые возникают, когда несколько компьютеров одновременно пытаются передать информацию в сеть. Вероятность появления коллизии возрастает с увеличением количества подключенных к шине компьютеров.

Преимущества использования сетей с топологией «общая шина » следующие:

Значительная экономия кабеля;
Простота создания и управления.

Основные недостатки:

вероятность появления коллизий при увеличении числа компьютеров в сети;
обрыв кабеля приведет к отключению множества компьютеров;
низкий уровень защиты передаваемой информации. Любой компьютер может получить данные, которые передаются по сети.

Звезда

При использовании звездообразной топологии каждый кабельный сегмент, идущий от любого компьютера сети, будет подключаться к центральному коммутатору или концентратору, Все пакеты будут транспортироваться от одного компьютера к другому через это устройство. Допускается использование как активных, так и пассивных концентраторов, В случае разрыва соединения между компьютером и концентратором остальная сеть продолжает работать. Если же концентратор выйдет из строя, то сеть работать перестанет. С помощью звездообразной структуры можно подключать друг к другу даже локальные сети.

Использование данной топологии удобно при поиске поврежденных элементов: кабеля, сетевых адаптеров или разъемов, «Звезда » намного удобнее «общей шины » и в случае добавления новых устройств. Следует учесть и то, что сети со скоростью передачи 100 и 1000 Мбит/с построены по топологии «звезда ».

Если в самом центре «звезды » расположить концентратор, то логическая топология изменится на «общую шину».
Преимущества «звезды »:

простота создания и управления;
высокий уровень надежности сети;
высокая защищенность информации, которая передается внутри сети (если в центре звезды расположен коммутатор ).

Основной недостаток - поломка концентратора приводит к прекращению работы всей сети.

Кольцевая топология

В случае использования кольцевой топологии все компьютеры сети подключаются к единому кольцевому кабелю. Пакеты проходят по кольцу в одном направлении через все сетевые платы подключенных к сети компьютеров. Каждый компьютер будет усиливать сигнал и отправлять его дальше по кольцу.

В представленной топологии передача пакетов по кольцу организована маркерным методом. Маркер представляет собой определенную последовательность двоичных разрядов, содержащих управляющие данные. Если сетевое устройство имеет маркер, то у него появляется право на отправку информации в сеть. Внутри кольца может передаваться всего один маркер.

Компьютер, который собирается транспортировать данные, забирает маркер из сети и отправляет запрошенную информацию по кольцу. Каждый следующий компьютер будет передавать данные дальше, пока этот пакет не дойдет до адресата. После получения адресат вернет подтверждение о получении компьютеру-отправителю, а последний создаст новый маркер и вернет его в сеть.

Преимущества данной топологии следующие:

эффективнее, чем в случае с общей шиной, обслуживаются большие объемы данных;
каждый компьютер является повторителем: он усиливает сигнал перед отправкой следующей машине, что позволяет значительно увеличить размер сети;
возможность задать различные приоритеты доступа к сети; при этом компьютер, имеющий больший приоритет, сможет дольше задерживать маркер и передавать больше информации.

Недостатки:

обрыв сетевого кабеля приводит к неработоспособности всей сети;
произвольный компьютер может получить данные, которые передаются по сети.

Протоколы TCP/IP

Протоколы TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol — Протокол управления передачей данных/Интернет протокол ) являются основными межсетевыми протоколами и управляют передачей данных между сетями разной конфигурации и технологии. Именно это семейство протоколов используется для передачи информации в сети Интернет, а также в некоторых локальных сетях. Семейство протоколов TPC/IP включает все промежуточные протоколы между уровнем приложений и физическим уровнем. Общее их количество составляет несколько десятков.

Основными среди них являются:

Транспортные протоколы: TCP — Transmission Control Protocol (протокол управления передачей данных ) и другие — управляют передачей данных между компьютерами;
Протоколы маршрутизации: IP — Internet Protocol (протокол Интернета ) и другие — обеспечивают фактическую передачу данных, обрабатывают адресацию данных, определяет наилучший путь к адресату;
Протоколы поддержки сетевого адреса: DNS — Domain Name System (доменная система имен ) и другие — обеспечивает определение уникального адреса компьютера;
Протоколы прикладных сервисов: FTP — File Transfer Protocol (протокол передачи файлов ), HTTP — HyperText Transfer Protocol (Протокол передачи гипертекста), TELNET и другие — используются для получения доступа к различным услугам: передаче файлов между компьютерами, доступу к WWW, удаленному терминальному доступу к системе и др.;
Шлюзовые протоколы: EGP — Exterior Gateway Protocol (внешний шлюзовый протокол ) и другие — помогают передавать по сети сообщения о маршрутизации и информацию о состоянии сети, а также обрабатывать данные для локальных сетей;
Почтовые протоколы: POP — Post Office Protocol (протокол приема почты ) — используется для приема сообщений электронной почты, SMPT Simple Mail Transfer Protocol (протокол передачи почты ) — используется для передачи почтовых сообщений.

Все основные сетевые протоколы (NetBEUI, IPX/SPX и ТСРIР ) являются маршрутизируемыми протоколами. Но вручную приходится настраивать лишь маршрутизацию ТСРIР. Остальные протоколы маршрутизируются операционной системой автоматически.

IP-адресация

При построении локальной сети на основе протокола TCP/IP каждый компьютер получает уникальный IP-адрес, который может назначаться либо DHCP-сервером — специальной программой, установленной на одном из компьютеров сети, либо средствами Windows, либо вручную.

DHCP-сервер позволяет гибко раздавать IP-адреса компьютерам и закрепить за некоторыми компьютерами постоянные, статические IP-адреса. Встроенное средство Windows не имеет таких возможностей. Поэтому если в сети имеется DHCP-сервер, то средствами Windows лучше не пользоваться, установив в настройках сети операционной системы автоматическое (динамическое ) назначение IP-адреса. Установка и настройка DHCP-сервера выходит за рамки этой книги.

Следует, однако, отметить, что при использовании для назначения IP-адреса DHCP-сервера или средств Windows загрузка компьютеров сети и операции назначения IP-адресов требует длительного времени, тем большего, чем больше сеть. Кроме того, компьютер с DHCP-сервером должен включаться первым.
Если же вручную назначить компьютерам сети статические (постоянные, не изменяющиеся ) IP-адреса, то компьютеры будут загружаться быстрее и сразу же появляться в сетевом окружении. Для небольших сетей этот вариант является наиболее предпочтительным, и именно его мы будем рассматривать в данной главе.

Для связки протоколов TCP/IP базовым является протокол IP, так как именно он занимается перемещением пакетов данных между компьютерами через сети, использующие различные сетевые технологии. Именно благодаря универсальным характеристикам протокола IP стало возможным само существование Интернета, состоящего из огромного количества разнородных сетей.

Пакеты данных протокола IP

Протокол IP является службой доставки для всего семейства протоколов ТСР-iР. Информация, поступающая от остальных протоколов, упаковывается в пакеты данных протокола IP, к ним добавляется соответствующий заголовок, и пакеты начинают свое путешествие по сети

Система IP-адресации

Одними из важнейших полей заголовка пакета данных IP являются адреса отправителя и получателя пакета. Каждый IP-адрес должен быть уникальным в том межсетевом объединении, где он используется, чтобы пакет попал по назначению. Даже во всей глобальной сети Интернет невозможно встретить два одинаковых адреса.

IP-адрес, в отличие от обычного почтового адреса, состоит исключительно из цифр. Он занимает четыре стандартные ячейки памяти компьютера — 4 байта. Так как один байт (Byte) равен 8 бит (Bit), то длина IP-адреса составляет 4 х 8 = 32 бита.

Бит представляет собой минимально возможную единицу хранения информации. В нем может содержаться только 0 (бит сброшен ) или 1 (бит установлен ).

Несмотря на то, что IP-адрес всегда имеет одинаковую длину, записывать его можно по-разному. Формат записи IP-адреса зависит от используемой системы счисления. При этом один и тот же адрес может выглядеть совершенно по-разному:

Формат числовой записи	Значение
Двоичный (Binary)
Шестнадцатеричный (Hexadecimal)	0x86180842
Десятичный (Decimal)	2249721922
Точечно-десятичный (Dotted Decimal)	134.24.8.66

Двоичное число 10000110 преобразовывается в десятичное следующим образом: 128 + 0 + 0 + 0 + 0 + 4 + 2 + 0 =134.
Наиболее предпочтительным вариантом, с точки зрения удобства чтения человеком, является формат написания IP-адреса в точечно-десятичной нотации. Данный формат состоит из четырех десятичных чисел, разделенных точками. Каждое число, называемое октетом (Octet), представляет собой десятичное значение соответствующего байта в IP-адресе. Октет называется так потому, что один байт в двоичном виде состоит из восьми бит.

При использовании точечно-десятичной нотации записи октетов в адресе IP следует иметь в виду следующие правила:

Допустимыми являются только целые числа;
Числа должны находиться в диапазоне от 0 до 255.

Старшие биты в IP-адресе, расположенные слева, определяют класс и номер сети. Их совокупность называется идентификатором подсети или сетевым префиксом. При назначении адресов внутри одной сети префикс всегда остается неизменным. Он идентифицирует принадлежность IP-адреса данной сети.

Например, если IP-адреса компьютеров подсети 192.168.0.1 — 192.168.0.30, то первые два октета определяют идентификатор подсети — 192.168.0.0, а следующие два — идентификаторы хостов.

Сколько именно бит используется в тех или иных целях, зависит от класса сети. Если номер хоста равен нулю, то адрес указывает не на какой-то один конкретный компьютер, а на всю сеть в целом.

Классификация сетей

Существует три основных класса сетей: А, В, С. Они отличаются друг от друга максимально возможным количеством хостов, которые могут быть подключены к сети данного класса.

Общепринятая классификация сетей приведена в следующей таблице, где указано наибольшее количество сетевых интерфейсов, доступных для подключения, какие октеты IP-адреса используются для сетевых интерфейсов (*), а какие - остаются неизменяемыми (N).

Класс сети	Наибольшее количество хостов	Изменяемые октеты IP — адреса , используемые для нумерации хостов
	16777214	N ..*
	65534	N.N..
		N.N.N.*

Например, в сетях наиболее распространенного класса С не может быть более 254 компьютеров, поэтому для нумерации сетевых интерфейсов используется только один, самый младший байт IP-адреса. Этому байту соответствует крайний правый октет в точечно-десятичной нотации.

Возникает законный вопрос: почему к сети класса С можно подключить только 254 компьютера, а не 256? Дело в том, что некоторые внутрисетевые адреса IP предназначены для специального использования, а именно:

О — идентифицирует саму сеть;
255 — широковещательный.

Сегментирование сетей

Адресное пространство внутри каждой сети допускает разбиение на более мелкие по количеству хостов подсети (Subnets ). Процесс разбиения на подсети называется также сегментированием.

Например, если сеть 192.168.1.0 класса С разбить на четыре подсети, то их адресные диапазоны будут следующими:

192.168.1.0-192.168.1.63;
192.168.1.64-192.168.1.127;
192.168.1.128-192.168.1.191;
192.168.1.192-192.168.1.255.

В данном случае для нумерации хостов используется не весь правый октет из восьми бит, а только 6 младших из них. А два оставшихся старших бита определяют номер подсети, который может принимать значения от нуля до трех.

Как обычный, так и расширенный сетевые префиксы можно идентифицировать с помощью маски подсети (Subnet Mask ), которая позволяет также отделить в IP-адресе идентификатор подсети от идентификатора хоста, маскируя с помощью числа ту часть IP-адреса, которая идентифицирует подсеть.

Маска представляет собой комбинацию чисел, по внешнему виду напоминающую IP-адрес. Двоичная запись маски подсети содержит нули в разрядах, интерпретируемых как номер хоста. Остальные биты, установленные в единицу, указывают на то, что эта часть адреса является префиксом. Маска подсети всегда применяется в паре с IP-адресом.

При отсутствии дополнительного разбиения на подсети, маски стандартных классов сетей имеют следующие значения:

Класс сети	Маска
	двоичная	точечно-десятичная
	11111111.00000000.00000000.00000000	255.0.0.0
	11111111.11111111.00000000.00000000	255.255.0.0
	11111111.11111111.11111111.00000000	255.255.255.0

Когда используется механизм разбиения на подсети, маска соответствующим образом изменяется. Поясним это, используя уже упомянутый пример с разбиением сети класса С на четыре подсети.

В данном случае два старших бита в четвертом октете IP-адреса используются для нумерации подсетей. Тогда маска в двоичной форме будет выглядеть следующим образом: 11111111.11111111.11111111.11000000, а в точечно-десятичной -255.255.255.192.

Диапазоны адресов частных сетей

Каждый компьютер, подключенный к сети, имеет свой уникальный IP-адрес. Для некоторых машин, например, серверов, этот адрес не изменяется. Такой постоянный адрес называется статическим (Static). Для других, например, клиентов, IP-адрес может быть постоянным (статическим) или назначаться динамически, при каждом подключении к сети.

Чтобы получить уникальный статический, то есть постоянный адрес IP в сети Интернет, нужно обратиться в специальную организацию InterNIC — Internet Network Information Center (Сетевой информационный центр Интернета ). InterNIC назначает только номер сети, а дальнейшей работой по созданию подсетей и нумерации хостов сетевой администратор должен заниматься самостоятельно.

Но официальная регистрация в InterNIC с целью получения статического IP-адреса обычно требуется для сетей, имеющих постоянную связь с Интернетом. Для частных сетей, не входящих в состав Интернета, специально зарезервировано несколько блоков адресного пространства, которые можно свободно, без регистрации в InterNIC, использовать для присвоения IP-адресов:

Класс сети	Количество доступных номеров сетей	Диапазоны IP — адресов , используемые для нумерации хостов
		10.0.0.0 — 10.255.255.255
		172.16.0.0-172.31.255.255
		192.168.0.О-192.168.255.255
LINKLOCAL		169.254.0.0-169.254.255.255

Однако эти адреса используются только для внутренней адресации сетей и не предназначены для хостов, которые напрямую соединяются с Интернетом.

Диапазон адресов LINKLOCAL не является классом сети в обычном понимании. Он используется Windows при автоматическом назначении личных адресов IP компьютерам в локальной сети.

Надеюсь Вы теперь имеете представление о локальной сети!

Определение 1

Сетевое оборудование – устройства, необходимые для функционирования компьютерной сети.

Сетевое оборудование разделяют на активное и пассивное оборудование.

Активное сетевое оборудование

Активное оборудовани е содержит электронные схемы, которые питаются от электрической сети или других источников и выполняют функции усиления, преобразования сигналов и др. Активное оборудование обрабатывает сигнал по специальным алгоритмам. Передача данных в сетях происходит пакетами данных, каждый из которых содержит также дополнительную техническую информацию (сведения о его источнике, цели, целостности информации и др.), которая позволяет доставить пакет по назначению. В задачи активного сетевого оборудования входит не только уловить и передать сигнал, но и обработать эту техническую информацию, вследствие чего перенаправить и распределить поступающие потоки в соответствии со встроенными в память устройства алгоритмами. Именно эта особенность и питание от сети является признаком активного оборудования.

Замечание 1

К активному оборудованию относятся следующие типы устройств:

Сетевая плата, сетевая карта, сетевой адаптер, Ethernet-адаптер – дополнительное устройство, которое устанавливается в ПК и обеспечивает его взаимодействие с другими устройствами сети.

В современных ПК и ноутбуках контроллер и компоненты, которые выполняют функции сетевой карты, в основном уже интегрированы в системные платы. Также существуют:

внутренние сетевые платы – отдельные платы, которые подключаются через $ISA$, $PCI$ или $PCI-E$ слот;
внешние сетевые платы, которые подключаются через $LPT$, $USB$ или $PCMCIA$ интерфейс (в основном используются в ноутбуках).

Рисунок 1. Внутренняя сетевая плата

Рисунок 2. Внешняя сетевая плата

Определение 2

Концентратор (активный хаб, многопортовый репитер) – сетевое устройство с $4-48$ портами, которое применяется для объединения ПК в сеть с применением кабеля «витая пара».

Концентраторы также имеют разъёмы для подключения к сетям на базе коаксиального кабеля. В настоящее время вытеснены сетевыми коммутаторами.

Рисунок 3.

Определение 3

Репитер, повторитель – сетевое оборудование, предназначенное для увеличения длины сетевого соединения путём повторения сигнала на физическом уровне.

Бывают однопортовые и многопортовые репитеры.

От концентратора отличается тем, что у репитера гораздо меньше время задержки, т.к. он, как правило, имеет два разъема для подключения кабеля. Ему не нужно где-то концентрировать сигнал и распространять на остальные выходы. Многопортовые повторители для витой пары принято называть сетевыми концентраторами (хабами), а коаксиальные – повторителями (репитерами).

Рисунок 4.

Определение 4

Мост – сетевое устройство с $2$ портами, которое предназначено для объединения нескольких сегментов компьютерной сети в единую сеть, осуществляет фильтрацию сетевого трафика, разбирая сетевые (MAC) адреса.

Рисунок 5.

Определение 5

Коммутатор (свитч) – сетевое устройство, которое предназначено для объединения нескольких узлов компьютерной сети.

Коммутаторы разработаны с использованием мостовых технологий, потому часто называются многопортовыми мостами. Отличается от концентратора, который распространяет трафик от одного подключённого устройства ко всем остальным, тем, что он передаёт данные только непосредственно получателю. Таким образом, сегменты сети, которым не предназначались данные, избавляются от необходимости их обрабатывать, что, безусловно, приводит к повышению производительности и безопасности сети. Исключением может быть широковещательный трафик для всех узлов сети и трафик для устройств, исходящий порт коммутатора которых неизвестен.

Рисунок 6.

Определение 6

Маршрутизатор (роутер) – специализированный сетевой компьютер, который имеет $2$ или больше сетевых интерфейса и пересылает пакеты данных между различными сегментами сети.

Роутер позволяет осуществлять фильтрацию сетевого трафика, разбирая сетевые ($IP$) адреса. В основном используется для объединения сетей разных типов, которые часто бывают несовместимыми по архитектуре и протоколам. Например, чтобы объединить локальные сети Ethernet и WAN-соединения. Часто роутер используют для обеспечения доступа из локальной сети в Интернет. Роутеры для домашнего использования обычно являются малопортовыми и обеспечивают подключение домашней сети ПК к каналу связи провайдера Интернета.

Рисунок 7.

Определение 7

Медиаконвертер (преобразователь среды) – сетевое устройство, которое преобразует среду распространения сигнала из одного типа в другой. Обычно средой распространения сигнала являются медные провода и оптические кабели.

Как правило, медиаконвертер имеет $2$ порта.

Рисунок 8.

Определение 8

Сетевой трансивер – устройство, которое предназначено преобразования интерфейса передачи данных $(RS232-V35$, $AUI-UTP)$. Обычно имеет $2$ порта.

Рисунок 9.

По мнению некоторых специалистов повторитель (репитер) и концентратор (хаб) не относятся к активному сетевому оборудованию, т.к. они просто повторяют сигнал, а не проводят обработку его по определенным алгоритмам. Но управляемые концентраторы все же относятся к активному сетевому оборудованию даже при таком подходе.

Пассивное сетевое оборудование

Определение 9

Пассивное сетевое оборудование – сетевое оборудование, которое не питается от электросети или других источников, и предназначено для выполнения функций распределения или снижения уровня сигналов.

Пассивным сетевым оборудованием является:

Структурированная кабельная система (СКС) состоит из набора кабелей и коммутационного оборудования, включает методику их совместного использования, которая позволяет создавать регулярные расширяемые структуры связей в локальных сетях различного назначения. СКС является физической основой инфраструктуры здания, которая позволяет свести в единую систему множество сетевых информационных сервисов разного назначения: локальные вычислительные сети и телефонные сети, системы безопасности, видеонаблюдения и т.д.

Рисунок 10.

Коммутационная панель (кросс-панель, патч-панель) – составная часть СКС, выполненная в виде панели с множеством соединительных разъёмов, которые расположены на лицевой стороне панели. На тыльной ее стороне размещены контакты, которые предназначены для фиксированного соединения с кабелями и соединены с разъёмами электрически.

Рисунок 11.

Вилка/розетка ($RG58$, $RJ45$, $RJ11$, $GG45$) Балун для коаксиальных кабелей ($RG-58$) и т.д.