Сетевое оборудование локальных сетей

 

Для соединения компьютеров и линий связи между собой в локальных сетях в настоящее время используются сетевые адаптеры, концентраторы и коммутаторы.

Сетевые адаптеры представляют собой отдельные платы и служат для соединения компьютера с кабельной системой. В общем случае они представляют собой сложную систему со встроенным процессором и собственной памятью. Для функционирования адаптеров необходимы особые программы, называемые драйверами. Сетевые адаптеры вместе с драйверами реализуют технологии физического и канального уровня (Ethernet, Token Ring, FDDI). Наиболее популярными сетевыми адаптерами технологии Ethernet, например, являются сетевые адаптеры фирмы 3Сом.

Концентраторы во всех современных технологиях имеет несколько равноправных названий- концентратор, хаб (hub), повторитель. Основное назначение концентратора – это объединять между собой компьютеры в сегменты, а затем сегменты в единую сети.

Сегментом называе6тся обособленная группа компьютеров в сети.

Для каждой технологии канального уровня (Ethernet, Token Ring, FDDI) фирмы выпускают соответствующие концентраторы. Необходимость подключения концентраторов возникает всегда там, где необходимо подключить большое количество компьютеров к общей шине (магистрали), например, объединить компьютеры одного этажа и этажи между собой. Концентраторы имеют несколько входов (портов) для подключения компьютеров, их количество для технологии Ethernet от 8 до 72.

Современные концентраторы могут анализировать повреждение кабельной системы, защищать сеть от несанкционированного доступа и т.д. Основным недостатком концентраторов является то, что они не «изолируют» сегменты друг от друга и не препятствуют распространению коллизий в технологии Ethernet, о которой шла речь в предыдущей лекции. Другими словами, при подключении концентраторов общая длительность кабелей для равна сумме всех отрезков кабелей от компьютеров до концентраторов, а также сумме отрезков между концентраторами. Эта длина должна соответствовать стандартам технологий. Например, для Ethernet – это 100 м. Этот факт является препятствием для создания компьютерных сетей только на базе концентраторов. Проблему соединения сегментов сетей и предотвращения распространения коллизий в настоящее время решают устройства коммутаторов.

 

 

		Рис. 1 Схема подключения концентраторов (коммутаторов)

 

Технология соединения сегментов сети с помощью коммутаторов (switch) появилась в 1990 году для решения проблемы повышения пропускной способности сети.

Внутри коммутатора в отличие от концентраторов находятся специальные процессоры.

Компьютеры подключаются к соответствующим портам коммутатора, каждым из которых управляет отдельный процессор. Работу всех процессоров координирует системный модуль. При поступлении кадра информации от компьютера на какой- либо порт коммутатора соответствующий процессор анализирует адрес назначения кадра. Процессор просматривает свою собственную память (адресную таблицу) и если не находит там указанный адрес, то управление переходит к системному модулю. Системный модуль производит просмотр адресов всех процессоров и в случае нахождения нужного адреса указывает его процессору. Тот записывает адрес в свою таблицу и по этому адресу передает кадр на соответствующий порт. Если адрес не находится, то кадр уничтожается. Если адресуемый порт занят, то кадр сохраняется во входном порту до момента освобождения адресуемого порта. Задержка от момента появления кадра на входном порту до момента его появления на выходе составляет несколько микросекунд. Поскольку несколько портов могут работать параллельно, то сеть, построенная на коммутаторах, имеет хорошую пропускную способность. Производительность самого коммутатора в этом случае равна сумме производительностей его отдельных портов. Использование коммутаторов позволяет избежать проблем коллизий в сети Ethernet, так как наличие портов и буферизация данных не позволяет распространяться коллизии по всей сети.

В этом случае длина сети не равна сумме длин отдельных сегментов.

Удобство использования коммутаторов заключается также в том, что это самообучающееся устройство и следует только правильно подключить его к сети. Коммутаторы значительно дороже концентраторов (стоимость одного составляет нескольких тысяч долларов). На современном рынке широко представлены коммутаторы фирм 3Com, Cisco, Intel,HP.

При построении небольших сетей, составляющий нижний иерархический уровень (например, на этаже) приходится выбирать между концентратором и коммутатором. В этом случае необходимо учитывать несколько факторов. Важное значение имеет стоимость, величина трафика между отдельными сегментами сети, скорости работы протоколов. В настоящее время скорости выбираются из трех скоростей- 10, 100 или 1000 Мбит/с. Поэтому порты как концентратора, так и коммутатора должны обеспечить указанные скорости В настоящее время выпускаются коммутаторы, у которых поры имеют разную скорость, как правило один из портов является более скоростным и может быть использован для подключения сервера. Схема подключения концентраторов (коммутаторов) показана на рис.1.

 

 

Радио- Ethernet

Радио-Ethernet - этот стандарт был принят в 1997 году для организации беспроводной локальной сети (WLAN -Wireless LAN). Радиосети удобны для подвижных средств, но также находят применение и в других областях (сети отелей, библиотек, аэропортов, больниц и т.д.).

Радио-Ethernet работает на частоте приема- передачи сигнала 2,4 ГГц (не лицензируемая частота) и использует два основных типа оборудования: клиент (компьютер), а также точка доступа, играющая роль связующего звена между проводной и беспроводной сетью. Беспроводная сеть может работать в двух режимах: «клиент/сервер» и «точка – точка». При первом режиме к одной точке доступа по радиоканалу могут подключаться несколько компьютеров, во втором связь между конечными узлами устанавливается напрямую без специальной точки доступа.

В последнее время широкое распространение получила модификация названная WiFi (Wireless Fidelity). WiFi - технология обеспечивает скорость до 11 Мбит/с и использует метод разделения сетевой среды CSMA/CA (Carrier- Sense- Multiple- Access with Collision -Avoidance) -метод коллективного доступа с опознаванием несущей и избежанием коллизий. Этот стандарт принят в 2001 году, и теоретически максимальная скорость передачи составляет 54 Мбит/c.

Для осуществления связи используются всенаправленные и узконаправленные антенны (последние для соединений «точка-точка»). Всенаправленная антенна гарантирует связь для расстояний до 45 метров, а узконаправленная - до 45 км. Одновременно может обслуживаться до 50 клиентов.

 

Популярность беспроводной технологии для доступа (хот -спот) к сети Интернет растет. Согласно последним статистическим данным на конец 2006 года в мире было 132 тыс. точек доступа, что на 41 % больше чем в 2005 году. (В России – 7,2 тыс). Три четверти всех точек доступа находятся в Европе и Северной Америке, хот- споты разбросаны по 131 стране мира. В Европе лидерами являются Великобритания, Германия и Франция, в Азии – Южная Корея. По мнению аналитиков наибольший вклад в развитие услуг коммерческого беспроводного доступа в Интернет внесет гостиничная индустрия, на долю которой в 2010 году придется более 109 тыс. хот- спотов.

 

В отличие от проводного Ethernet для радиосетей важно, чтобы радиосигналы от различных узлов – отправителей не накладывались на входе узла-получателя. В противном случае в сети будет возникать коллизия.

Для предотвращения коллизий в радио- Ethernet необходимо строго соблюдать расстояния действия радиосигнала отдельных узлов сети.

 

Технология BlueTooth

Технология BlueTooth начала разрабатываться в 1994 году компанией Ericsson Mobile Communications, и предназначена для беспроводной связи между узлами посредством устройств с ограниченным радиусом действия. Технология BlueTooth получила название в честь скандинавского короля Гарольда Голубой Зуб (Harald Blaatand, 940-981 г.г). Основным направлением использования Bluetooth является построение так называемых персональных сетей (PAN, Private Area Networks), включающих такие разноплановые устройства, как мобильные телефоны, карманные персональные компьютеры, МР3-плееры, компьютеры, клавиатуры, мыши, принтеры и даже микроволновые печи и холодильники, т.е. любые устройства, имеющие потребность в получении информации или обладающие необходимой информацией.

Возможность передачи голоса позволяет встраивать интерфейс Bluetooth в беспроводные телефоны или, например, беспроводные гарнитуры для сотовых телефонов.

Технология Bluetooth работает на нелицензируемом радиосигнале в диапазоне 2,4 – 2,48 ГГц, разделенном на 79 отдельных каналов (подчастот), используя для соединений методы коммутации каналов и пакетов. Каждый пакет передается с использованием отдельного частотного канала по отношению к предыдущему, при этом производится 1600 переключений частоты в секунду. Скорость передачи данных до 1 Мбит/с.

Основу сети BlueTooth составляют пикосети, каждая из которыхсостоит из одного главного узла- мастера (М) и до семи клиентских узлов - слэйвов (С), размещенных в радиусе 10 м (рис.2.) Все узлы такой сети работают на одной частоте и разделяют общий канал. В одной комнате могут располагаться несколько пикосетей (до 10), соединение которых осуществляется с помощью общего устройства, являющимся мастером в одной и слэйвом в другой пикосети.

Узел-мастер нумерует каналы связи и обеспечивает последовательность скачков частоты для синхронизации всех других устройств в пиконсети.

Ближайшие цели разработчиков Bluetooth состоят в том, чтобы обеспечить высокоскоростное соединение, до 6-10 Мбит/с, и сделать технологию полностью совместимой со всеми нужными устройствами. Корпорация Intel разработала специальное программное обеспечение, которое позволит передавать по радиосетям Bluetooth компьютерные файлы. В ближайшем будущем должны появиться различные периферийные устройства, такие как принтеры, клавиатуры, мыши, работающие с новой технологией.

В таблице 1 приведены основные сравнительные характеристики технологий Wi-Fi и Bluetooth.

 

 

 

	Wi- Fi	Bluetooth
Назначение	Беспроводные домашние/офисные сети	Замена кабельных соединений для различных устройств
Радиочастота частота	2.4 ГГц	2.4 ГГц
Максимальная скорость передачи данных	11 Мбит/сек	1 Мбит/сек
Дальность действия	100 м	10 м или 100 м
Максимальное количество узлов	128 устройств на сеть	8 устройств на одну пикосеть, макс. 10 пикосетей
Голосовые каналы	Нет	3 канала
Цена	$100-$400 за узел	Около $5 за узел

 

Помимо локальных сетей в настоящее время разработаны стандарты для беспроводных региональных сетей WMAN (Wireless Metropolitan-Area Networks) и WWAN (Wireless Wide-Area Networks) со скоростями обмена в десятки Кбит/с.

К сожалению беспроводные, особенно мобильные каналы крайне ненадежны. Потери пакетов в таких каналах весьма вероятны. Этому способствуют, например, даже наводки от СВЧ-печей, работающих практически в том же частотном диапазоне. Поэтому беспроводные сети являются лишь дополнением к проводным сетям и не могут конкурировать с ними по надежности и скорости передачи данных.