ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ

Среда передачи данных

В качестве физической среды передачи данных в компьютерных сетях могут использоваться:

1) в кабельных системах:

· электрический кабель;

· оптоволоконный кабель;

2) в беспроводных системах:

· электромагнитные волны (радиоволны);

· инфракрасное излучение;

· лазерное излучение.

В свою очередь среди электрических кабелей различают:

1) коаксиальный кабель;

2) витая пара, которая может быть экранированной и неэкранированной.

Если в помещение имеется проблема с установкой кабеля для подключения компьютеров, то эту проблему можно решить, применив, например, инфракрасные лучи. Инфракрасное излучение позволяет передавать данные со скоростью 10 Мбит/сек. В компьютерных сетях может использоваться:

· инфракрасное излучение с прямой видимостью, когда передатчик и приемник находятся в прямой видимости;

· рассеянное инфракрасное излучение, при котором сигналы, отражаясь от стен и потолка, достигают приемника. Зона действия такого излучения обычно не превышает 30 м.

Для создания беспроводной сети вместо инфракрасного излучения можно также использовать лазерную технологию. Лазерная технология похожа на инфракрасную с прямой видимостью, но луч лазера позволяет передавать данные на большее расстояние и с большей скоростью.

Альтернативой инфракрасной и лазерной технологии является использование радиоволн для передачи информации. При этом прямая видимость между источником и приемником необязательна, а расстояние между ними может составлять до 200 м внутри здания. Скорость передачи данных при этом не превышает 5 Мбит/сек. Помимо этого радиоволны используются для создания сотовых и спутниковых сетей.

Сетевой адаптер

Сетевой адаптер служит для физического соединения компьютера с вычислительной сетью и преобразования сигналов циркулирующих по сети. Адаптер преобразует параллельные данные, функционирующие в компьютере, в последовательный код, который передается по сети и, наоборот, последовательные данные из сети преобразует в параллельный код и передает компьютеру.

Как правило, сетевые адаптеры выполняются в виде электронной платы, вставляемой в слоты расширения системной платы компьютера. Плата сетевого адаптера обычно имеет также один или несколько внешних разъемов для подключения к ней кабеля сети.

Сетевой адаптер выполняет следующие функции:

· подготовка данных, поступающих от компьютера, к передаче по сетевому кабелю;

· передача данных в сеть;

· управление потоком данных между компьютером и вычислительной сетью;

· прием данных;

· буферизация передаваемых и принимаемых данных в памяти адаптера.

Каждый сетевой адаптер имеет свой уникальный адрес, который хранится в памяти адаптера. Этот адрес служит для указания местонахождения компьютера в сети в ходе передачи данных. За каждым производителем сетевых адаптеров закреплен некоторый интервал адресов, которые они "зашивают" в память адаптера.

Если в организации применяются компьютеры, которые не оборудованы жесткими и гибкими дисками, то в этом случае плата сетевого адаптера снабжается специальной микросхемой ПЗУ удаленной загрузки (remote – boot – PROM). Данная микросхема содержит спе­циальный код для загрузки операционной системы с сервера сети.

Соединение нескольких сетей

Для соединения нескольких компьютерных сетей используются специальные элементы – мосты, шлюзы и маршрутизаторы.

Под мостом понимают аппаратно-программный блок, который обеспечивает соединение нескольких однородных локальных сетей, имеющих различные протоколы. В качестве моста может выступать:

1) Сервер, в котором установлены сетевые адаптеры для каждой сети (не более 4-х). Такой мост называется внутренним.

2) Отдельный компьютер, осуществляющий физическое соединение двух сетей с помощью установленных в нем сетевых адаптеров. Такой мост называется внешним.

Мосты могут использоваться для увеличения размеров локальных вычислительных сетей; для соединения различного вида кабелей, таких, как витая пара и коаксиальный кабель; для увеличения пропускной способности ЛВС, так как если одну ЛВС разбить на два отдельных сегмента, то трафик в каждом сегменте будет ниже, чем в общей сети.

При использовании мостов следует помнить, что мосты не могут передавать данные по нескольким маршрутам и не выполняют фильтрацию пакетов.

Маршрутизатор осуществляет взаимодействие между отдельными частями большой вычислительной сети. Функция маршрутизатора заключается в определение оптимального пути движения пакетов с данными и направление их по выбранным путям. В этом отношении маршрутизаторы являются более эффективными, чем мосты, к тому же маршрутизаторы могут осуществлять фильтрацию некорректных данных. Однако работают они медленнее мостов.

В качестве маршрутизатора может выступать специальное устройство или компьютер. Каждый маршрутизатор имеет специальную таблицу, называемую таблицей маршрутизации, в которой для каждого адресата указывается оптимальный маршрут.

Шлюз обеспечивает соединение сетей, которые не являются однородными. Например, шлюзы используют для соединения больших ЭВМ, мини-ЭВМ и персональных компьютеров в единую информационную систему. Шлюзы преобразуют данные, передаваемые из одной сети в другую, чтобы компьютеры в каждой сети могли понимать данные из другой сети. Это осуществляется следующим образом. Шлюз принимает данные из одной сети, удаляет старый протокольный стек и переупаковывает их в протокольной стек сети назначения.

Недостатки использования шлюзов:

· шлюзы работают, как правило, медленно; пользователи замечают значительное уменьшение производительности при обращении к другой сети через шлюз;

· шлюз в целом понижает надежность компьютерной сети.

Обычно роль шлюзов в сети выполняют выделенные серверы.

СОВРЕМЕННЫЕ СИСТЕМЫ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ

Спутниковые сети

     Развитие современных информационных систем напрямую связано с развитием телекоммуникаций.

Телекоммуникации – это дистанционная передача данных с использованием компьютерных сетей и современных технических средств связи. К современным системам телекоммуникаций относятся спутниковые сети и сотовая связь, которые мы и рассмотрим.

Спутниковые сети в качестве среды передачи данных используют электромагнитные волны (радиоволны) и создаются на базе искусственных спутников земли. Искусственные спутники могут располагаться на орбитах двух типов:

· геостационарных;

· эллиптических.

Спутники, которые используют геостационарные орбиты, постоянно находятся над определенными районами земного шара в плоскости экватора. Это обеспечивается благодаря тому что, находясь на высоте 35786 км, данные спутники имеют такую же скорость вращения вокруг Земли, какую скорость вращения имеет сама Земля.

Геостационарные спутники оснащаются широконаправленными антеннами и обеспечивают постоянную связь с наземными станциями. Наземные станции оснащены неподвижными антеннами, которые нацелены на спутники.

Главное достоинство спутниковой сети, использующей геостационарные спутники, состоит в простоте ее реализации. Это объясняется тем, что наземным станциям нет необходимости следить за перемещением спутника, а, следовательно, они имеют простые неподвижные антенны. Однако такие сети имеют ряд серьезных недостатков:

1. Большая удаленность спутника от поверхности Земли приводит к ослаблению передаваемого сигнала и запаздыванию в передаче информации.

2. Из-за технических ограничений над экватором может располагаться только ограниченное число спутников (около 360). Таким образом, развитие данных сетей ограничено количеством геостационарных спутников.

3. Геостационарные спутники не могут обеспечить связь с районами, находящимися вблизи полюсов Земли.

4. Широконаправленные антенны обеспечивают низкую мощность передаваемого сигнала, что может приводить к ошибкам при передаче информации.

Для решения последней проблемы на спутниках может устанавливаться одновременно несколько антенн, обеспечивающих узконаправленную передачу данных более мощным сигналом. Однако это приводит к увеличению объема и веса аппаратуры, которую необходимо разместить на спутнике, а возможности спутника весьма ограничены.

Альтернативой использованию геостационарных спутников является использование спутников на эллиптических орбитах. Такие спутники находятся на более низких орбитах и "видят" на поверхности земли ограниченную область (диаметром около 600 - 700 км). Спутники с эллиптическими орбитами перемещаются относительно поверхности Земли, поэтому антенны наземных станций должны постоянно следить за ними. Так как данные спутники периодически уходят за горизонт, то наземные станции должны переключаться с одного спутника на другой, т.е. связь осуществляется с несколькими летящими один за другим спутниками.

Преимущества сети, использующей спутники с эллиптическими орбитами, состоят в следующем:

1. Спутники с эллиптическими орбитами могут осуществлять связь с любыми участками Земли.

2. Отсутствует ограничение на развитие сети, из-за возможности размещения на эллиптических орбитах большого числа спутников.

3. Высокая мощность передаваемого сигнала со спутника за счет небольшого расстояния от земли и использования узконаправленных антенн.

Однако стоимость создания такой спутниковой сети значительно выше. Это обусловлено тем, что в системе необходимо иметь несколько спутников, а не один; а также стоимость "следящих" антенн наземных станций выше, чем неподвижных.

Независимо от орбиты все спутники делятся на два вида:

· спутники – ретрансляторы;

· спутники – узлы коммутации.

Ретрансляторы принимают сигналы с наземных станций, усиливают и корректируют их, а затем передают другим наземным станциям. Спутники, которые используются как узлы коммутации, способны не только усиливать, корректировать и передавать данные, но и выполнять адресацию передаваемых сообщений. Также данные спутники могут выполнять роль мостов, обеспечивая передачу сообщений из одной сети в другую.

Главные достоинства спутниковых систем заключаются в том, что при создании глобальной сети с расстояниями между абонентами несколько тысяч километров нет необходимости прокладывать кабель, устанавливать промежуточные усилители сигналов, выполнять защиту данных от помех и т.д.

Общими недостатками спутниковых систем являются высокая стоимость и сложность создания, а также зависимость качества передачи информации от погодных условий.

Сотовые сети

Компьютерные сети, которые используют в качестве среды передачи данных различного вида кабели, обеспечивают связь только с неподвижными абонентами. Однако развитие технического прогресса потребовало создания нового вида сетей, которые могли бы обеспечить связь с абонентами, которые свободно перемещаются по поверхности земли.

Одним из решения данной проблемы стало создание так называемых сотовых сетей. Название данных сетей произошло оттого, что их топология напоминает соты пчелиного улья (Рис. 16).

В центре каждой ячейки расположена неподвижная базовая станция (БС). Работа сети устроена так, что базовая станция "видит" только шесть соседних станций. Например, четвертая базовая станция взаимодействует только со станциями 1, 2, 3, 5, 6, 7. В качестве базовой геометрической фигуры топологии был выбран шестиугольник потому, что из равносторонних фигур только с помощью шестиугольников можно без разрывов покрыть любую поверхность.

Рис.16. Топология сотовой сети

В качестве среды передачи данных между абонентами и станциями в сотовых сетях используются радиоканалы с симплексной передачей данных, а между станциями могут использоваться радиоканалы, телефонные линии, оптоволоконные линии. Благодаря тому, что взаимодействовать между собой могут только соседние станции в сотовых сетях можно использовать радиоканалы с одинаковой частотой. Например, станции 2 и 8 не видят друг друга и поэтому могут работать на одинаковых частотах, не мешая друг другу. 

Подвижный абонент взаимодействует через приемо-передающие устройства (например, мобильный телефон) с ближайшей базовой станцией. Если абонент выходит из зоны действия данной станции, то он автоматически переключается на другую станцию. Сотовая сеть обязательно имеет специальный аппаратный блок, в который поступают все сведения о перемещении объектов, и который управляет маршрутизацией данных в сети.

Если ретрансляторы базовых станций разместить на спутниках в космическом пространстве, то получиться спутниковая сотовая сеть. В результате этого зона обслуживания одной станции многократно увеличивается, и появляется возможность создания на базе искусственных спутников Земли глобальной системы, обеспечивающей пользователя связью в любой точке планеты.