Практическая работа Задания для практической работы

Структура построения компьютерных сетей

Основными компонентами компьютерных сетей являются серверы, рабо- чие станции, платы интерфейса, сети, кабели. Введем необходимые определе- ния и представим краткую характеристику каждого из компонентов.
Сервер — это аппаратно-программная система, управляющая распределе- нием сетевых ресурсов общего доступа. Аппаратным средством в ней обычно представлен мощный компьютером. Сеть может иметь несколько серверов для управления различными ресурсами и услугами, один из которых файловый сер- вер, или сервер баз данных. Он управляет внешними запоминающими устрой- ствами общего пользования и рационально распределяет работу между компь- ютерами. Серверы могут быть выделенными и невыделенными. Выделенный сервер не используется как рабочая станция и выполняет только задачи управ- ления сетью, что повышает производительность и надежность сети. Невыде- ленный сервер, кроме управления сетью, также выполняет роль рабочей стан- ции и исполняет обычные пользовательские программы [2, 3, 4].
Рабочие станции обычно представлены персональными компьютерами пользователей, запускающие различные прикладные программы. Требования к компьютерам, подключаемым к сети в качестве рабочих станций, определяются исходя из тех задач, которые они решают [10, 11].
Сетевой кабель — это провод, соединяющий компьютеры в сети. На обо- их концах кабеля имеются соответствующие разъемы.
Для прокладки компьютерной сети до сих пор нередко используется коак- сиальный кабель, где имеется центральный проводник (жила) и отделенная от него изолирующим слоем металлическая оплетка, играющая роль второго про- водника (пример коаксиального кабеля — обычная ТВ-антенна).
Другую конструкцию имеет кабель «витая пара» в нем имеется два от- дельных изолированных провода, скрученных вместе (как правило, в кабеле используется не одна, а несколько пар таких проводов). Если весь такой кабель дополнительно снабжен оплеткой из металлической фольги для защиты от внешних помех, то такой кабель называют «экранированной витой парой» (рис. 1.1):

Рис. 1.1. Экранированная витая пара.

Для организации высокоскоростных сетей также применяют кабели из оп- тического волокна (рис. 1.2). Такой кабель состоит из сотен сплетенных нитей стеклянных или полимерных световодов, каждый из которых тоньше человече- ского волоса. Данные по оптоволоконному кабелю передаются с помощью све- товых импульсов, посылаемых лазером со скоростью от 500000 до нескольких миллиардов битов в секунду. Оптический кабель необходим для передачи больших объемов данных и обычно используется для прокладки крупных сете- вых магистралей, например, межконтинентальных каналов сети Интернет.

Рис. 1.2. Оптическое волокно.
Для прокладки локальных сетей оптоволоконный кабель используется сравнительно редко из-за достаточно высокой стоимости (как самого кабеля, так и оптических устройств). Оптоволокно может использоваться для устрой- ства корпоративного ввода/вывода, тогда как витая пара и коаксиал — для раз- водки сети внутри зданий компании.
В последние время появились и активно развиваются различные техноло- гии создания беспроводных сетей (на базе радиотехнологий):

• 
  спутниковая связь — используется для организации высокоскоростного канала связи, в основном (из-за высокой стоимости) для обеспечения соедине- ния между региональными (и более высокого уровня) сетями либо для реализа- ции сетевых соединений в ситуациях особой важности (системы GPS, ГЛОНАСС);
  
• 
  Wi-Fi — для создания локальных сетей или подключения к таким сетям индивидуальных клиентов (например, для организации беспроводного доступа в Интернет), обеспечивающая передачу информации со средней скоростью на расстояния в несколько сотен метров;
  
• 
  WiMAX — для обеспечения удаленного (на расстояниях в несколько ки- лометров) высокоскоростного подключения локальных сетей или индивиду- альных клиентов к сетям более крупного уровня;
  
• 
  Bluetooth — для беспроводного подключения к компьютеру периферий- ных устройств, связи между карманными компьютерами и пр.; обеспечивает передачу информации со сравнительно невысокой скоростью на расстояния в несколько десятков метров;
  

• 
  GPRS — для обеспечения подключения к интернет-провайдеру индиви- дуальных клиентов (либо локальных сетей) через сети сотовой связи (фактиче- ски сотовый телефон при этом используется в качестве радиомодема) [2, 3, 4].
  

Телекоммуникационная система — это набор совместимых аппаратных и программных средств, применяемых для передачи данных между удаленны- ми пользователями. Базовыми компонентами телекоммуникационной системы являются:

1. 
   компьютеры для обработки информации;
   
2. 
   терминалы или любые устройства ввода/вывода для получения или пе- редачи данных;
   
3. 
   канал связи, по которому данные передаются от передающего к прини- мающему устройству сети (канал связи может иметь различную физическую основу: телефонные линии, оптоволоконные кабели, коаксиальные кабели, бес- проводная связь);
   
4. 
   процессоры связи — модемы, мультиплексоры, контроллеры, обеспечи- вающие поддержку различных функций передачи и приема данных;
   
5. 
   программное обеспечение связи, которое управляет вводом/выводом данных и другими функциями связи в сети.
   

В сетях управление потоками данных и информации выполняет коммуни- кационная система:

• 
  передает данные;
  
• 
  устанавливает интерфейс между отправителем и получателем;
  
• 
  направляет пакеты данных по наиболее эффективному пути;
  
• 
  выполняет элементарную обработку данных, чтобы обеспечить правиль- ную их передачу верному получателю;
  
• 
  обеспечивает защиту от элементарных ошибок [2, 3, 4]. Телекоммуникационная система обычно состоит из аппаратуры и про-
  

граммного обеспечения различной природы, которые должны работать вместе. Для различных компонентов телекоммуникационных систем необходимо уста- новить некие правила соответствия, которые бы поддерживались всеми элемен- тами системы. Такие правила и процедуры называются протоколом.
Информация передается по сети в виде электромагнитных сигналов. Такие сигналы могут быть аналоговыми и цифровыми.
Аналоговый сигнал — это непрерывный волновой сигнал. Например, в такой форме передается голос по телефонным линиям связи когда звуковой сигнал преобразуется в мембране микрофона в электрический.
Цифровой сигнал (в отличие от аналогового) — это дискретный (преры- вистый) сигнал, способный принимать два возможных состояния: 1 или 0 (например, есть импульс — 1, нет импульса — 0). Цифровые сигналы — это

основа коммуникаций практически во всех современных компьютерах. Цифро- вой сигнал для его передачи по аналоговым каналам связи (например, по теле- фонной линии) необходимо преобразовать в аналоговый. Такое преобразование осуществляет модем (модулятор/демодулятор) [8]. После преобразования циф- ровой сигнал может быть передан по обычному аналоговому каналу связи на другой компьютер.

Рис. 1.3. Принципы работы модема [8]

Обычно скорость передачи данных по каналу связи измеряется в битах в секунду (бит/с, Bit per Second, BPS) — как количество двоичных значений (0 или 1), передаваемых в секунду, либо как количество изменений состояния ка- нала в секунду. Для последовательного канала (в котором данные следуют по одной и той же линии связи друг за другом) 1 BPS = 1 Baud (бод). При других способах организации канала связи один элемент сигнала может соответство- вать более чем одному биту, тогда 1 бод составляет больше чем 1 бит/с [3, 4].

2.