Структура компьютерной сети

Для работы компьютерной сети необходимо несколько важных элементов:

• 1. По крайней мере два субъекта, желающих чем-либо обменяться.
• 2. Метод, или путь, с помощью которого будет произведен обмен.
• 3. Правила, по которым сможет произойти обмен.

Таким образом, если рассматривать структуру компьютерной сети, то в ней можно выделить три базовых элемента:

• — сетевые средства и службы (компьютеры с установленным специальным программным обеспечением),
• — носители и устройства для передачи данных,
• — сетевые протоколы.

Сетевые средства и службы

Сетевые средства и службы — это субъекты, производящие услуги в сети. Они являются специальными программами и позволяют приложениям пользователя использовать услуги сети. Сетевые службы выполняются «прозрачно» для пользователя. То есть пользователь не видит непосредственно их работу и не может в полной мере ими управлять. Сетевые приложения обычно входят в состав сетевой операционной системы.

Сетевые операционные системы специально разработаны, чтобы координировать использование ресурсов сети.

Самыми распространенными являются следующие сетевые службы:

• — Файловые службы (file services)
• — Службы печати
• — Службы передачи сообщений
• — Средства приложений
• — Средства баз данных.

Файловые службы обеспечивают хранение и передачу файлов в сети.

До появления компьютерных сетей информация передавалась вручную. Это занимало много времени. Службами передачи файлов можно легко пользоваться независимо от размера файла, удаленности источника и даже ОС источника. К тому же, файловые службы предоставляют средства ограничения прав доступа к хранящимся файлам.

Сетевая служба печати обеспечивает доступ к удаленному принтеру по сети (сетевому принтеру).

Функции сетевой службы печати:

· обеспечивает доступ к принтерам большому числу пользователей.

У каждого принтера есть существенное ограничение — он обладает 1 или нескольким интерфейсами (портами), то есть с принтером может работать только компьютер, подключенный через этот порт. Значит, принтером может пользоваться ограниченное число клиентов.

В случае же использования сетевого принтера уже несколько пользователей могут использовать 1 принтер, используя тот же самый порт;

· устраняет ограничения по расстоянию.

Неподключенный к сети принтер должен быть связан с компьютером коротким кабелем, что приносит неудобство;

· управляет очередью печати.

Каждое задание, отосланное на принтер, помещается в очередь печати. После завершения первого задания на принтере будет выполняться следующее задание из очереди;

Сетевая служба печати поддерживает управление очередью печати: может устанавливать приоритет на задания, может замораживать и удалять задания из очереди.

· обеспечивает общий доступ к специализированному оборудованию.

Если в организации существуют специализированные принтеры (широкоформатные, цветные, с повышенной скоростью печати и др.), то компьютерная сеть повышает эффективность их использования. Пользователь может выбрать тип принтера, на который нужно отправить задание.

Службы передачи сообщений обеспечивают хранение, доставку сообщений и доступ к ним.

В отличие от файловых служб службы передачи сообщений не просто передают информацию, а информируют приложение пользователя о поступившем сообщении.

К службам передачи сообщений относятся:

• · электронная почта (e-mail);
• · голосовая почта (voice mail) — служба передачи голоса, использующая специальное программное и аппаратное обеспечение.

Средства приложений позволяют запускать программы на удаленном компьютере в сети.

Средства баз данных обеспечивают работу сетевых баз данных: координируют изменения в распределенной базе данных и синхронизируют изменения в нескольких локальных копиях баз данных.

Носители и устройства для передачи данных

Соединительные системы

Обмен данными между компьютерами в сети осуществляется по линиям связи. В качестве линий связи применяют как физические провода различного типа (сетевые кабели), так и беспроводные системы. Рассмотрим эти системы.

Прямое кабельное соединение. Для соединения двух компьютеров между собой используют порты компьютера:

Такой вид связи удобен для соединения всего лишь двух компьютеров, и к тому же ограничен расстоянием.

Кабельное соединение. Для такого соединения нужна сетевая карта на каждом компьютере и сетевой кабель.

В настоящее время применяются три основных вида кабеля:

_ витая пара — кабели на основе скрученных пар медных проводов. Скручивание проводов уменьшает влияние внешних электромагнитных полей на передаваемые сигналы. (дешевизна, низкая защита от помех, скорость передачи данных 10−100 Мбит/с, максимальное расстояние — 100 м).

• — коаксиальный кабель на основе медной жилы — медный проводник окруженный несколькими защитными оболочками (более высокая помехозащищенность, механическая прочность, скорость передачи данных до 10 Мбит/с, максимальное расстояние — 500 м).
• — волоконно-оптический кабель состоит из центрального стеклянного или пластикового проводника, окруженного покрытием и внешней защитной оболочкой. Данные передаются по кабелю с помощью лазерного или светодиодного передатчика, который посылает световые импульсы через центральное волокно (максимальная защита от помех, скорость передачи данных до 2 Гбит/с, максимальное расстояние до 2 км). Однако этот тип кабеля наиболее жесток и сложен в установке, что делает его самым дорогим.

Беспроводное (бескабельное) соединение. Для соединения на каждый компьютер устанавливают специальные ЭМ (электромагнитные) передатчики.

Для передачи сигналов используются волны различной частоты:

• 1. радиоволны (могут проходить сквозь препятствия, дорогая технология)
• 2. микроволны (спутниковая связь, используются параболические антенны, работа зависит от погоды)
• 3. инфракрасное излучение (пульт дистанционного управления, не может проходить через препятствие)

Технология Bluetooth.

Скорость передачи данных — до 723,2 Кбайт/с. Возможна передача данных и голоса. Максимальное расстояние — от 10 до 30 метров (ведутся работы над увеличением этого расстояния до 100 метров). Данная технология не требует прямой видимости или какой-либо направленной антенны, соединение может быть установлено даже через стену.

Особенность технологии Bluetooth: различные Bluetooth-устройства соединяются друг с другом автоматически, стоит им только оказаться в пределах досягаемости.

Соединительное оборудование.

Соединительное оборудование используется для соединения компьютера и носителя для передачи данных.

• 1. Сетевая карта — предназначена для подсоединения компьютера к кабелю. От производительности сетевой карты зависит производительность сети в целом.
• 2. Модем — предназначен для подключения компьютера к сети Internet через телефонную линию. По носителю информация передается с помощью аналогового сигнала, а в компьютере хранится в цифровом виде.

Перевод аналогового сигнала в цифровой называется модуляцией, а цифрового в аналоговый — демодуляцией. Устройство, осуществляющее эти процессы, называется модемом (модулятор-демодулятор) Модемы могут использоваться для связи компьютеров и даже целых сетей.

3. Повторитель — используется для увеличения максимальной длины кабеля (максимальной длины сегмента). Каждый кабель имеет максимальную длину сегмента, но эту ограниченность можно преодолеть, используя повторитель. Это устройство помещается в конце сегмента, и посылает повторно сигнал на следующий сегмент. И так далее.

Но существует предел использования повторителей, так как их использование увеличивает время передачи информации. Если время довольно большое, то соединения не происходит.

• 4. Концентратор (Hub) — используется для объединения компьютеров в единую сеть топологии «звезда» (см. раздел «Физическая топология сети»).
• 5. Маршрутизатор — соединяет между собой несколько локальных сетей и предназначен для поиска наиболее оптимального пути до клиента в сети.

Сетевые протоколы (TCP/IP).

Протоколы — это набор правил и процедур, регулирующих порядок осуществления некоторой связи.

Работа протоколов Передача данных по сети, с технической точки зрения, должна быть разбита на ряд последовательных шагов, каждому из которых соответствуют свои правила и процедуры, или протокол. Таким образом, сохраняется строгая очерёдность в выполнении определённых действий.

Кроме того, эти действия (шаги) должна быть выполнены в одной и той же последовательности на каждом сетевом компьютере. На компьютере — отправителе эти действия выполняются в направлении сверху вниз, а на компьютере — получателе — снизу вверх.

Примеры протоколов.

TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol) — промышленный стандартный набор протоколов, которые обеспечивают связь в неоднородной среде, т. е. обеспечивают совместимость между компьютерами разных типов. Совместимость — одно из основных преимуществ TCP/IP, поэтому большинство ЛВС поддерживает его. Кроме того, TCP/IP предоставляет доступ к ресурсам Интернета, а также протокол для сетей масштаба предприятия.

FTP (File Transfer Protocol) — это протокол, позволяющий легко пересылать файлы и документы. Существуют FTP — серверы, которые содержат большое количество информации в виде файлов. К данным этих файлов нельзя обратиться напрямую, — только переписав их целиком с FTP — сервера на локальный сервер. FTP — программа передачи файлов для сред, также использующих TCP/IP. FTP — самый распространённый протокол передачи файлов между компьютерами.