12
С помощью этого активного оборудования производится
объединение сетей и организация работы под одним протоколом. Если
необходимо объединить сегменты сети, используемые разные протоколы,
например IP и X.25 устанавливают специальные шлюзы, позволяющие
осуществлять переход от одного протокола к другому [2, c.61].
Одним из способов организации работы шлюза является метод
инкапсуляции, при котором пакет одного протокола в шлюзе получает
заголовок протокола Х.25. После этого IP-пакет может использоваться в
компьютерной сети с другим протоколом. При этом необходимо
учитывать, что шлюз должен осуществлять как прием, так и передачу
данных.
1.2. Классификация сетевого оборудования для проектирования сетей
Для классификации сетевого оборудования, которое применяется для
проектирования сетей, используем основные уровни модели OSI.
Физический уровень модели относятся к самым нижним уровням, он
позволяет определить механические, электрические, процедурные и
функциональные спецификации, для поддержки и деактивации
физической связи между узлами сети [9, c.106].
На физическом уровне осуществляется передача различных типов
данных представленных в виде электрических, световых и волновых
импульсов.
Процесс передачи данных на физическом уровне называют
кодированием и для его реализации применяются различные среды
передачи данных.
В качестве среды передачи данных могут выступать:
- проводные каналы связи, представленные коаксиальным кабелем,
кабелем «витая пара» или волоконно-оптическим кабелем;
13
- беспроводные среды передачи данных, включающие радиосвязь
инфракрасное излучение или видимый свет.
Рассмотрим более детально физическую или проводную среду
передачи.
Коаксиальный кабель включает два проводящих элемента, медный
сердечник, расположенный в центре и окруженный диэлектриком гибкой
изоляции. Сверху диэлектрика размещена внешняя проводящая оплетка
или экран, включающий тонкие переплетающиеся медные провода [16,
c.37].
Коаксиальный кабель разделяют на два основных вида:
- толстый коаксиальный кабель, имеющий максимальную длину 500
м;
- тонкий коаксиальный кабель длиной 185 м.
В настоящее время для проектирования сетей коаксиальный кабель
не применяется, поскольку не позволяет производить передачу данных с
высокой скоростью [3, c.42].
Наиболее часто для проектирования компьютерных сетей
используется кабель «витая пара», внешний вид которого приведен на
рисунке 5.
Рисунок 5 – Структура кабеля «витая пара»
14
Кабель «витая пара» включает два изолированных медных провода
диаметром около 1 мм. Эти проводы свиваются между собой и в виде
спирали, что создает возможность снижения электромагнитного
взаимодействия, уменьшения наводки и увеличение скорости.
В зависимости от скрученности выделяют семь категорий кабеля
«витая пара». При этом, чем больше скручены проводники тем выше
категория кабеля, его качество и цена [19, c.123].
Для проектирования компьютерных сетей свое распространение
получили 5 и 6 категории кабеля «витая пара», позволяющие организовать
высокоскоростную передачу данных.
В зависимости от экранирования выделяют не экранированный
(UTP) кабель «витая пара», экранированный (FTP) и экранированный
кабель для каждой пары (STP). Также существует фольгированный
экранированный кабель «витая пара» (SFTP), у которого внешний экран
выполнен из медной оплетки, а каждая пара находится в фольгированной
плетке.
Кабель «витая пара» (FTP) лучше защищает компьютерную сеть от
внешних помех.
Передача данных по волоконно-оптическому кабелю основана на
свойствах преломления света при переходе из одной среды в другую. В
этом случае свет из стекла в воздух отклоняется. Если угол падения альфа
превосходит какую-либо критическую величину, то он не будет
преломляться в воздухе, а будет отражен внутри стекла [4, c.59].
В зависимости от типов источника выделяют волоконно-оптические
кабели на светодиодах и полупроводниковых лазерах. Сравнительный
анализ этих двух видов волоконно-оптических кабелей приведен в таблице
1.
15
Таблица 1 - Сравнительный анализ этих видов волоконно-оптических
кабелей
Параметр
Волоконно-оптический
кабель на светодиодах
Волоконно-оптический
кабель на
полупроводниковом лазере
Максимальная длина
сегмента
550 м
5000 м
Стандарт передачи
данных
1000 Base-SX
1000 Base-LX
Цена
Низкая
Высокая
Уровень
чувствительности к
температуре
Не высокий
Значительный
Срок полезного
использования
Длительный период
Короткий период
Длина передачи данных
Короткая
Дальняя
Тип волокна
Многомодовое
Одномодовое
Скорость передачи
данных
Низкая
Высокая
Как видно из таблицы 1, лучшие характеристики обеспечивает
волоконно-оптический кабель на полупроводниковом лазере. В сравнении
с медным кабелем волоконно-оптический кабель имеет следующие
преимущества:
- позволяет обеспечить более высокую скорость передачи данных на
большие расстояния без установки дополнительных устройств;
- не уязвим к влиянию внешних помех.
Среди недостатков волоконно-оптического кабеля следует отметить
более высокую стоимость, необходимость специальных навыков для его
прокладки в сети, уязвимость к изгибам [13, c.92].
К сетевому оборудованию относят аппаратные средства,
позволяющие организации работы компьютерной сети. Сетевое
оборудование используется для расширения сети, увеличения
протяженности, объединения, изоляции защиты сети.
К сетевым устройствам физического уровня относятся
концентраторы и повторители. Повторители в основном применяют для
16
того чтобы увеличить протяженность сети и количества в ней рабочих
станций. Концентраторы аналогичны по функциям повторителям, но в их
состав входит не два, а большее количество сетевых модулей [33, c.46].
Внешний вид концентратора приведен на рисунке 6.
Рисунок 6 – Внешний вид концентратора
За счет этого концентратор может усиливать сигнал и
распространять его на все сетевые модули.
Следует отметить, что концентратор не позволяет выполнять
фильтрацию данных, а также коммутацию и маршрутизацию. Это
выполняется устройствами 2 и 3 уровня модели OSI коммутаторами и
маршрутизаторами [30, c.63].
Канальный уровень относится ко второму уровню модели OSI и к
его функциям относится управление потоком данных, обработка данных
сетевого уровня, исправление ошибок в передаче данных.
На канальном уровне осуществляется прием пакетов сетевого уровня
и представление их в специальных кадрах для передачи данных. При этом
для каждого кадра назначен заголовок поле данных и окончание [22, c.65].
На канальном уровне применяются коммутаторы (мосты).
Коммутаторы позволяют устранить не нужный трафик, снизить
вероятность возникновения конфликтов в сети. Они выполняют функции
разделения сети на сегменты и фильтрации трафика по назначенному
17
MAC-адресу. В отличие от концентраторов коммутаторы ведут таблицы
MAC-адресов, выполняют анализ приходящих пакетов и принимают
решение о пропуске пакетов с использованием адресной информации.
Внешний вид коммутатора приведен на рисунке 7.
Рисунок 7 – Внешний вид коммутатора
На сетевом уровне выполняется адресация пакетов, преобразование
логических имен или IP-адресов в физические MAC-адреса и обратно.
Кроме этого на сетевом уровне решаются задачи по выбору
маршрута для доставки пакета по назначению и для этого используются
маршрутизаторы.
К основным функциям маршрутизаторов относится обеспечение
сквозной маршрутизации при прохождении пакетов, трафика по
различным узлам сети. Также они принимают решения по выбору
оптимального маршрута и решают проблемы с чрезмерным
широковещательным трафиком [6, c.90].
Отличительные характеристики маршрутизаторов и коммутаторов
приведены на рисунке 8.
18
Рисунок 8 – Отличительные характеристики маршрутизаторов и
коммутаторов
В настоящее время для проектирования компьютерной сети в
большей степени применяют беспроводные маршрутизаторы, которые
кроме проводного канала передачи данных, позволяют организовать
беспроводный канал передачи данных и тем самым расширить сеть и
обеспечить удобство получения доступа к ресурсам сети [15, c.79].
Для организации беспроводного сегмента сети кроме беспроводных
маршрутизаторов, устанавливают беспроводные точки доступа и
беспроводные сетевые адаптеры.
1.3. Обзор программного обеспечения для компьютерных сетей
Программное обеспечение представлено в виде программных
средств, позволяющих создавать и эксплуатировать компьютерные сети.
Все программное обеспечение, используемое в компьютерной сети,
разделяется на три основных класса системное, прикладное и
инструментальное программное обеспечение.
Системное программное обеспечение представлено в виде систем и
программных продуктов, позволяющих поддерживать функционирование
компьютерной сети и выполнять обслуживание рабочих станций [7, c.32].
1
•Коммутация выполняется на втором уровне, а маршрутизация на третьем
2
•Коммутаторы используют физические MAC-адреса, а маршрутизаторы
логические IP-адреса
3
•Логические адреса не задаются производителем оборудования, а выбираются
администратором самостоятельно
4
•Коммутаторы применяют для соединения сегментов сети, а маршрутизаторы для
объединения нескольких сетей и организации доступа к глобальной сети
19
В этот класс программного обеспечения входят операционные
системы, которые выполняют управление процессами обработки данных в
компьютерной сети и позволяют организовать взаимодействие между
аппаратными средствами и сервисными программами.
Прикладное программное обеспечение – это программы,
позволяющие решать определенные задачи пользователя и обеспечивать
выполнение различных задач без программирования программного кода.
К прикладному программному обеспечению относятся графические
и текстовые редакторы, системы управления базами данных,
бухгалтерские системы.
Инструментальное программное обеспечение применяется для
создания новых программных продуктов. Оно в большей степени
используется разработчиками программного обеспечения и ИТ-службами.
Операционная система – это совокупность программных продуктов,
технологий, позволяющих управлять компьютерной сетью, обеспечивать
эффективное использование информационных ресурсов и организовать
взаимодействие с внешними устройствами [20, c.173].
Операционная система включает в себя 3 вида интерфейса:
- аппаратный интерфейс, позволяющий организовать совместную
работу с различными устройствами персональных компьютеров и
распределять ресурсы;
- программный интерфейс, позволяющий обеспечить эффективную
работу между разнородным программным обеспечением и аппаратными
средствами;
- пользовательский интерфейс, позволяющий организовать
взаимодействие с различным программным обеспечением и сетевым
оборудованием.
Основные функции операционной системы приведены на рисунке 9.
20
Рисунок 9 – Основные функции операционной системы
Важной задачей операционной системы является управление работой
различных устройств персонального компьютера и обеспечение
взаимодействия программного обеспечения с этими устройствами [17,
c.46].
В состав операционной системы входят специальные программы
получившее название драйверов. Они позволяют создать точки входа для
работы других программ, распределять ресурсы, улучшать работу
операционной системы.
Достаточно важным ресурсом является память. Для того чтобы
увеличить объем оперативной памяти в состав операционной системы
входят технологии виртуальной памяти, имеющее единую адресацию
получившую название логической адресации [8, c.50].
Операционной системой выполняется отслеживание занятой и
свободной памяти с выделением оперативной памяти процессом и
освобождения ее после выполнения пользователем различных операций.
Когда объемов основной памяти недостаточно для размещения в ней
процессов, операционной системой вытесняются не активные процессы и
осуществляется их возврат в оперативную память.
Управление устройствами ввода и вывода, обеспечение
взаимодействия с устройствами компьютера
Управление внутренней и внешней памятью
компьютера, обслуживание файловой системы
Управление работой пользователей
Обеспечение взаимодействия пользователя с
компьютером через пользовательский интерфейс
21
Кроме того технология виртуальной памяти выполняет задачи по
разделению физической памяти на отдельные блоки и распределения
между ними различных процессов.
В настоящее время большинство операционных систем являются
многозадачными. Функция многозадачности проявляется в том, что один
процессор не может выполнять одновременно несколько операций и для
того чтобы обеспечить оптимальное разделение ресурсов операционной
системой выполняются задачи по выделению ресурсов процессам.
В случае если операционная система предоставляет свои ресурсы в
общее пользование другим персональным компьютерам, ее называют
сетевой операционной системой. За счет использования в компьютерной
сети сетевой операционной системы пользователи получают доступ к
различной информации. Сетевая операционная система обязательно имеет
программную поддержку для сетевого оборудования, а также позволяет
организовать удаленный вход в компьютерную сеть [14, c.95].
Большинство современных операционных систем представлены в
виде структурированных модульных систем, постоянно обновляемых и
поддерживающих возможность переноса на другие аппаратные
платформы.
Сервисные программы представляют собой программные продукты,
позволяющие расширить возможности операционных систем и
предоставить набор дополнительных услуг.
Сервисные программы можно разделить на три основных группы:
программы, выполняющие сервисное обслуживание персональных
компьютеров, программы, расширяющие их функциональные
возможности и информационные утилиты [11, c.26].
Среди служебных программ, используемых в компьютерной сети,
следует выделить программы, позволяющие выполнять оптимизацию
операционной системы. Использование этой программы позволяет удалять