Аппаратные компоненты сети

МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ БАЛАКОВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ

Реферат

по дисциплине: «Технические средства автоматизации»

на тему: «Системная (материнская) плата персонального компьютера»

2011 г.

АППАРАТНЫЕ КОМПОНЕНТЫ СЕТЕЙ

Каналы передачи данных компьютерных сетей

Для связи компьютеров в сети нужна физическая среда передачи данных с этой целью, в частности, используются:

аналоговые телефонные каналы общего назначения;

цифровые каналы;

витая пара

коаксиальный кабель;

радиоканалы и спутниковые каналы связи;

оптоволоконные каналы.

Аналоговые телефонные каналы связи первыми начали применяться в компьютерных сетях; это было удобно, поскольку позволяло использовать традиционные телефонные сети. Передача данных в этом случае может выполняться двояко. При первом способе телефонные каналы (одна или две пары проводов) через телефонную станцию физически соединяют два коммуникационных устройства (обычно это модемы) с подключенными к ним компьютерами. Такое соединение называют выделенной линией или непосредственным соединением. Второй способ предполагает установку соединения с помощью набора телефонного номера (по коммутируемой линии).

Качество передачи данных по выделенным каналам гораздо выше и соединение устанавливается быстрее. Вместе с тем на каждый выделенный канал необходимо иметь отдельное коммуникационное устройство (хотя существуют и многоканальные устройства), а при коммутируемой связи для соединения с разными узлами можно использовать одно такое устройство.

Параллельно с аналоговыми телефонными сетями для межкомпьютерного взаимодействия стали использовать методы передачи данных в дискретной (цифровой) форме по ненагруженным телефонным каналам (то есть каналам, к которым не подведено электрическое напряжение, используемое в телефонной сети) — так называемым цифровым каналам. Наряду с дискретными данными по ним можно передавать и аналоговую информацию (голосовую, видео, факсимильную и т. д.), преобразованную в цифровую форму.

Наиболее высокие скорости передачи на небольших расстояниях в ЛС могут быть получены при использовании особым образом скрученной пары проводников (это делается, чтобы избежать электромагнитных помех) — так называемой витой пары (ТР, Twisted Pair).

Коаксиальные кабельные каналы представляют собой два цилиндрических соосных проводника, разделенные диэлектрическим покрытием. Один тип коаксиального кабеля (с сопротивлением 50 Ом) используется главным образом для передачи узкополосных цифровых сигналов, другой (с сопротивлением 75 Ом) — для передачи широкополосных аналоговых и цифровых сигналов. Узкои широкополосные кабели, непосредственно связывающие взаимодействующие устройства, позволяют обмениваться данными на высоких скоростях (до нескольких мегабит в секунду) в аналоговой или цифровой форме. Следует отметить, что на небольших расстояниях (особенно в локальных сетях) кабельные каналы все больше вытесняются витой парой, а на больших расстояниях — оптововолоконными каналами.

Использование в компьютерных сетях в качестве передающей среды радиоволн различной частоты является экономически эффективным либо для связи на больших и сверхбольших расстояниях (с использованием спутников), либо для связи с труднодоступными, подвижными или вре­менно используемыми объектами. Частоты, на которых функционируют радиосети, обычно используют диапазон 2−40 ГГц (чаще всего 4−6 ГГц). Узлы в радиосети могут быть расположены (в зависимости от используемой аппаратуры) на расстоянии до 100 км друг от друга.

Обмен данными на радиоканалах может вестись с помощью как аналоговых, так и цифровых методов передачи. Последние используются чаще, так как позволяют объединять наземные участки цифровых сетей и спутниковых каналов или радиоканалов в единую сеть. Новый импульс к развитию радиосетей дало массовое распространение мобильной телефонной связи и соответствующей инфраструктуры.

Для передачи данных на небольшие расстояния (обычно в пределах комнаты) последнее время все чаще используется инфракрасное излучение.

В оптоволоконных каналах находит применение известный физический феномен полного внутреннего отражения света; внутри оптоволо­конного кабеля световые импульсы передаются на большие расстояния практически без потерь.

В качестве источников используются светоиспускающие диоды (LED — light-emitting diode) или лазерные диоды, а в качестве приемников — фотоэлементы. Такие каналы связи, несмотря на относительно высокую стоимость, получают все большее распространение, причем не только на небольших расстояниях, но и на внутригородских и междугородных участках.

Существуют беспроводные сети — сети, работающие без кабеля. Сначала беспроводные сети стоили очень дорого и практически были неизвестными. Вскоре появляются образцы оборудования, которое позволяет организовывать беспроводную связь между компьютерами дома или в небольшой организации.

В настоящее время существует беспроводная локальная сеть WLAN — Wireless Lokal Area Network. Она также называется Wi-Fi (Wireless Fidelity — «беспроводная точность»). Этот стандарт является самым распространенным. Он имеет максимальную пропускную способность 11 бит/с. Цены для оборудования таких сетей являются также оптимальными.

В компьютерных сетях для передачи данных между узлами сети применяют три технологии: коммутацию каналов, коммутацию сообщений и коммутацию пакетов.

Коммутация каналов (обеспечиваемая, в частности, телефонной сетью общего пользования) позволяет с помощью коммутаторов установить прямое соединение между узлами сети.

При коммутации сообщений устройства, называемые коммутаторами (выполненные на базе универсальных или специализированных компью­теров), позволяют накапливать сообщения и посылать их в соответствии с заданной системой приоритетности и принципами маршрутизации другим узлам сети.

Такой подход может замедлять доставку сообщений (по сравнению с коммутацией каналов), однако при этом сглаживаются пиковые нагрузки в сети и повышается ее устойчивость.

При пакетной коммутации данные пользователя разбиваются на мелкие порции — пакеты, каждый из которых содержит служебные поля и поле данных. Далее применяют два основных способа передачи данных: виртуальный канал, когда между узлами устанавливается и поддерживается соединение как бы по выделенному каналу (хотя на самом деле физический канал передачи все время разделен между несколькими пользователями) и режим дейтаграмм, когда каждый пакет из набора, содержащего данные пользователя, передается между узлами независимо друг от друга. Первый способ соединения называют также контактным режимом (connection mode), второй — бесконтактным (connectionless mode).

Сетевое оборудование

К техническим средствам коммуникации в компьютерных сетях относятся кабели (экранированная и неэкранированная витая пара, коаксиальный, оптоволоконный), сетевые адаптеры, повторители, разветвители, мосты, маршрутизаторы, шлюзы, а также модемы, позволяющие использовать различные протоколы передачи данных и топологии в единой неоднородной системе.

Сетевой адаптер (контроллер, карта) — это устройство, расположенное в компьютере, подключаемое к сетевому кабелю, и позволяющее вести прием-передачу данных по сети. Обычно размещается на плате расширения (хотя в последнее время все чаще сетевые адаптеры монтируют непосредственно на материнской плате). В сущности, это главный компонент сетевой аппаратуры. Минимальный набор аппаратных средств, необходимый для объединения компьютеров в сеть — это адаптеры (по одному на каждую машину) и соединительный кабель (с соответствующими разъемами и терминаторами). Все остальное оборудование сети служит для улучшения ее характеристик, а также для повышения удобства ее использования.

Функции сетевого адаптера можно разделить на две большие группы. Первая связана с его взаимодействием с компьютером (магистральные функции), вторая — с организацией обмена данными в сети (сетевые функции). Если функции первой группы определяются устройством компьютера и сравнительно однотипны, то функции второй группы зависят от типа сети и могут быть самыми различными в зависимости от вида кабеля, протокола управления, топологии сети и т. д.

Для решения проблемы межсетевого взаимодействия изготовителями оборудования предлагаются различные устройства. Основное различие между этими устройствами состоит в том, что повторители действуют на 1-м (физическом) уровне модели OSI, мосты — на 2-м, маршрутизаторы — на 3-м, а шлюзы — на 4−7 уровнях.

1) Повторитель (репитер) соединяет последовательно участки кабеля и усиливает сигналы с целью компенсации их естественного затухания в среде передачи данных. Тем самым увеличивается расстояние их распространения.

2) Мост — устройство для соединения сегментов сети. Сегменты сети, соединенные мостом, могут использовать как одинаковые, так и разные канальные протоколы (в последнем случае мост переводит кадры одного формата в другой). К сожалению, эти устройства не могут оптимизировать трафик, используя альтернативные пути, что иногда приводит к перегрузке линий связи. Они могут соединять сети с разными схемами доступа к носителю, например, сеть Ethernet и сеть Token Ring. Примером таких устройств являются мосты-трансляторы (translating bridge), осуществляющие преобразование между различными методами доступа к носителю, позволяя связывать сети разных типов. Другой специальный тип моста — прозрачный (transparent bridge) или интеллектуальный мост (learning bridge) — периодически «изучает», куда направлять получаемые им пакеты, делая это путём непрерывного построения специальных таблиц, добавляя в них по мере необходимости новые элементы.

Возможным недостатком мостов является то, что они передают данные дольше, чем повторители, так как проверяют адрес сетевой карты получателя для каждого пакета. Они сложнее в управлении и дороже, чем повторители.

Сейчас мосты, практически не используются. Их функции выполняют компьютеры-шлюзы, коммутаторы, или маршрутизаторы.

3) Маршрутизатор (router) представляет собой сетевое коммуникационное устройство, связывающее два и более сетевых сегмента (или подсетей).

Маршрутизатор функционирует подобно мосту, но для фильтрации трафика использует не адрес сетевой карты компьютера, а информацию о сетевом адресе, передаваемую в относящейся к сетевому уровню части пакета. После получения информации об адресе маршрутизатор использует таблицу маршрутизации (routing table), содержащую сетевые адреса, чтобы определить, куда направить пакет. Он делает это путём сравнения сетевого адреса в пакете с элементами в таблице маршрутизации. Если совпадение найдено, пакет направляется по указанному маршруту; если не найдено — пакет обычно отбрасывается.

Маршрутизатор — это сетевое коммуникационное устройство, которое может связывать два и более сетевых сегмента (или подсетей).

Существуют два типа маршрутизирующих устройств: статические и динамические.

Статические маршрутизаторы (static router) используют таблицы маршрутизации, создаваемые и вручную обновляемые сетевым администратором.

Динамические маршрутизаторы (dynamic router) создают и обновляют свои собственные таблицы маршрутизации. Они используют информацию, как найденную на своих собственных сегментах, так и полученную от других динамических маршрутизаторов. Динамические маршрутизаторы всегда содержат свежую информацию о возможных маршрутах по сети, а также информацию об узких местах и задержках в прохождении пакетов. Эта информация позволяет им определить наиболее эффективный путь, доступный и данный момент, для перенаправления пакетов данных к их получателям.

Поскольку маршрутизаторы могут осуществлять интеллектуальный выбор пути и отфильтровывать пакеты, которые им не нужно получать, они помогают уменьшить загрузку сети, сохранить ресурсы и увеличить пропускную способность сети. Они также повышают надёжность доставки данных, так как могут выбрать для пакетов альтернативный путь, если маршрут по умолчанию недоступен.

Термин «маршрутизатор» может обозначать элемент электронной аппаратуры, специально сконструированной для маршрутизации, а также компьютер (обеспеченный таблицей маршрутизации), подключённый к другим сегментам сети с помощью нескольких сетевых карт и, следовательно, способный выполнять функции маршрутизации между связанными сегментами.

Маршрутизаторы превосходят мосты способностью фильтровать и направлять пакеты данных по сети. В отличие от мостов для них можно отключить пересылку широковещательных сообщении, уменьшив, таким образом, сетевой широковещательный трафик.

Другое важное преимущество маршрутизатора как соединительного устройства заключается в том, что, поскольку он работает на сетевом уровне, то он может соединять сети с различными сетевой архитектурой, методами доступа к устройствам или протоколами. Например, маршрутизатор может соединить подсеть Ethernet и сегмент Token Ring, связать несколько небольших сетей, использующих различные протоколы, если последние поддерживают маршрутизацию.

Маршрутизаторы по сравнению с повторителями дороже и сложнее в управлении. У них меньше пропускная способность, чем у мостов, так как они производят дополнительную обработку пакетов данных. Кроме того, динамические маршрутизаторы могут добавлять излишний трафик в сети, поскольку для обновления таблиц маршрутизации постоянно обмениваются сообщениями.

Статических маршрутизаторов в настоящее время практически нет. Точнее говоря, их не используют.

Современный маршрутизатор — это обычно специализированный компьютер, оптимизированный для выполнения функций маршрутизатора. На нём работает специализированная операционная система, в рамках настройки параметров которой можно осуществить и статическую маршрутизацию.

Английский термин «Brouter» (мост-маршрутизатор) представляет комбинацию слов «bridge» (мост) и «router» (маршрутизатор). Следовательно, мост-маршрутизатор сочетает функции моста и маршрутизатора. Когда такое устройство получает пакет данных, оно проверяет, послан пакет с использованием маршрутизируемого протокола или нет. Если это пакет маршрутизируемого протокола, мост-маршрутизатор выполняет функции маршрутизатора, посылая при необходимости пакет получателю вне локального сегмента. Если пакет содержит немаршрутизируемый протокол, мост-маршрутизатор выполняет функции моста, используя адрес сетевой карты для поиска получателя на локальном сегменте. Для выполнения этих двух функций мост-маршрутизатор может поддерживать как таблицы маршрутизации, так и таблицы мостов.

4) Шлюз (gateway) представляет собой метод осуществления связи между двумя или несколькими сетевыми сегментами. В качестве шлюза обычно используют выделенный компьютер с ПО шлюза, на котором производятся преобразования, позволяющие взаимодействовать нескольким системам в сети. Например, при использовании шлюза персональные компьютеры на базе Intel-совместимых процессоров на одном сегменте могут связываться и разделять ресурсы с компьютерами Macintosh.

Другой функцией шлюзов является преобразование протоколов. Шлюз может получить сообщение IPX/SPX, направленное клиенту на удалённом сетевом сегменте, использующему другой протокол, например TCP/IP. После того как шлюз определяет, что получателем сообщения является станция TCP/IP, он преобразует данные сообщения в протокол TCP/IP. (В этом состоит отличие от моста, просто пересылающего сообщение, используя один протокол внутри формата данных другого протокола, преобразование при необходимости происходит у получателя.) Почтовые шлюзы производят сходные операции по преобразованию почтовых сообщений и других почтовых передач из родного формата приложения пользователя электронной почты в более универсальный почтовый протокол, например SMTP, используемый затем для направления сообщения в Интернет.

Шлюзы имеют много преимуществ, но при принятии решения об их использовании в сети следует учитывать ряд факторов. Шлюзы сложны в установке и настройке, дороже других коммуникационных устройств. Вследствие лишнего этапа обработки, связанного с процессом преобразования, они работают медленнее, чем маршрутизаторы и подобные устройства.

Шлюз — это метод осуществления связи между двумя или несколькими сетевыми сегментами.

5) Концентратор (hub) — повторитель, соединяющий более двух сегментов. Основная его функция — повторение кадра на всех портах.

Существуют три основных типа концентраторов: пассивные (passive), активные (active) и интеллектуальные (intelligent). Пассивные концентраторы, не требующие электроэнергии, действуют как физическая точка соединения, ничего не добавляя к проходящему сигналу. Активные концентраторы требуют энергии, используемой ими для восстановления и усиления проходящего через них сигнала. Интеллектуальные концентраторы могут предоставлять сервисы переключения пакетов (packet switching) и перенаправления трафика (traffic routing).

Концентратор — это сетевое устройство, служащее в качестве центральной точки соединения в сетевой конфигурации «звезда».

Концентратор не обязан обеспечивать логическую топологию сети типа «звезда». Большинство концентраторов поддерживают логическую топологию «Шина», например, Ethernet-концентраторы.

6) Коммутатор (коммутирующий концентратор) распознает адрес пакета и при необходимости пересылает его в другой сегмент. Сам пакет коммутатором не принимается.

7) Мультиплексор — устройство сопряжения ЭВМ с несколькими каналами связи.

8) Усилители (amplifier), имеют сходное назначение, но обычно применяются в сетях с аналоговыми сигналами для увеличения дальности их передачи. Аналоговые сигналы могут переносить голос и данные одновременно. При этом носитель делится на несколько каналов, и разные частоты передаются параллельно.

Усилители, хотя и имеют сходное назначение, используются для увеличения дальности передачи в сетях, использующих аналоговый сигнал.

Для подключения компьютеров к стандартным линиям связи используют модемы; большинство из них предназначено для работы на коммутируемых телефонных линиях. Соответственно, они осуществляют преобразование компьютерных данных в звуковой аналоговый сигнал для их передачи в линию (модуляция), а также обратное преобразование (демодуляция) при получении информации. Модемы бывают внутренние и внешние. Внутренние выглядят так же, как и другие карты, устанавливаемые на платах расширения; внешние представляют собой отдельное устройство, соединяемое кабелем с последовательным портом компьютера. Они имеют собственный блок питания, отдельный корпус и поэтому при тех же качественных параметрах стоят дороже.

Многие модемы оснащаются дополнительными функциями, позволяющими передавать по телефонной линии оцифрованную графическую информацию аналогично факс-машинам. Такие модемы называют факсмодемами, хотя в них отсутствует сканер и печатающая головка, и по ним невозможно передать в линию подписанный бумажный документ как по обычному факсу. Тем не менее, они позволяют принимать факсы (с последующей распечаткой на принтере) и отправлять любую страницу с текстовой и графической информацией, скомпонованную на компьютере, на обычную факс-машину наконец-то озаботились проблемой уменьшения тепловыделения, внедрение форм-фактора ВТХ оказалось не столь актуально, как это было необходимо для последних версий процессоров Intel Pentium 4 Prescott и для ряда четырехъядерных процессоров Intel и AMD.

компьютерный сеть коммутация адаптер

1. http://nemakova.narod.ru

2. http://inftis.narod.ru

3. http://nischiy.narod.ru/pc_hardware/6_MatherBoards.html