Каналы связи в вычислительных сетях, их сравнительная характеристика

Средой передачи информации называются те линии связи (или каналы связи), по которым производится обмен информацией между компьютерами. В подавляющем большинстве компьютерных сетей (особенно локальных) используются проводные или кабельные каналы связи, хотя существуют и беспроводные сети, которые сейчас находят все более широкое применение, особенно в портативных компьютерах.

Промышленностью выпускается огромное количество типов кабелей, например, только одна крупнейшая кабельная компания Belden предлагает более 2000 их наименований. Но все кабели можно разделить на три большие группы:

• электрические (медные) кабели на основе витых пар проводов (twisted pair), которые делятся на экранированные (shielded twisted pair, STP) и неэкранированные (unshielded twisted pair, UTP);
• электрические (медные) коаксиальные кабели (coaxial cable);
• оптоволоконные кабели (fiber optic).

Коаксиальный кабель представляет собой электрический кабель, состоящий из центрального медного провода и металлической оплетки (экрана), разделенных между собой слоем диэлектрика (внутренней изоляции) и помещенных в общую внешнюю оболочку (рис. 2.3).

Существует два основных типа коаксиального кабеля:

• тонкий (thin) кабель, имеющий диаметр около 0,5 см, более гибкий;
• толстый (thick) кабель, диаметром около 1 см, значительно более жесткий. Он представляет собой классический вариант коаксиального кабеля, который уже почти полностью вытеснен современным тонким кабелем.

Кабели на основе витых пар

Витые пары проводов используются в дешевых и сегодня, пожалуй, самых популярных кабелях. Кабель на основе витых пар представляет собой несколько пар скрученных попарно изолированных медных проводов в единой диэлектрической (пластиковой) оболочке. Он довольно гибкий и удобный для прокладки. Скручивание проводов позволяет свести к минимуму индуктивные наводки кабелей друг на друга и снизить влияние переходных процессов.

Оптоволоконный (он же волоконно-оптический) кабель – это принципиально иной тип кабеля по сравнению с рассмотренными двумя типами электрического или медного кабеля. Информация по нему передается не электрическим сигналом, а световым. Главный его элемент – это прозрачное стекловолокно, по которому свет проходит на огромные расстояния (до десятков километров) с незначительным ослаблением.

Существуют два различных типа оптоволоконного кабеля:

• многомодовый или мультимодовый кабель, более дешевый, но менее качественный;
• одномодовый кабель, более дорогой, но имеет лучшие характеристики по сравнению с первым.

Бескабельные каналы связи

Кроме кабельных каналов в компьютерных сетях иногда используются также бескабельные каналы. Их главное преимущество состоит в том, что не требуется никакой прокладки проводов (не надо делать отверстий в стенах, закреплять кабель в трубах и желобах, прокладывать его под фальшполами, над подвесными потолками или в вентиляционных шахтах, искать и устранять повреждения). К тому же компьютеры сети можно легко перемещать в пределах комнаты или здания, так как они ни к чему не привязаны.

Радиоканал использует передачу информации по радиоволнам, поэтому теоретически он может обеспечить связь на многие десятки, сотни и даже тысячи километров. Скорость передачи достигает десятков мегабит в секунду (здесь многое зависит от выбранной длины волны и способа кодирования).

Эффективность связи в компьютерных сетях существенно зависит от следующих основных характеристик каналов связи:

• пропускной способности (скорость передачи данных), измеряемой количеством бит информации, переданных по сети в секунду;
• надёжности - способности передавать информацию без искажений и потерь;
• стоимости;
• возможности расширения (подключения новых компьютеров и устройств).

Тип связи	Пропускная способность Мбит\с	Надёжность	Возможность расширения
Электрические кабели: витая пара коаксиальный кабель	10-100 до 10	Низкая Высокая	Простая Проблемная
Телефонная линия	1-2	Низкая	Без проблем
Оптоволоконный кабель	10-200	Абсолютная	Без проблем

Из этой таблицы видно, что электрическая кабельная связь имеет большую пропускную способность, чем телефонная. В таблице приведены два вида электрических кабелей. Витая пара дешевле и имеет более высокую пропускную способность, но нет защиты от помех, а коаксиальный кабель имеет лучшую помехозащищённость, и это одна из его важнейших характеристик. Защита от помех требует затрат, поэтому стоимость таких кабелей выше. Использование электрических кабелей обходится гораздо дороже, чем обычных телефонных каналов. Поэтому электрические кабели применяются в качестве каналов связи на небольших расстояниях, то есть в локальных сетях, в глобальных используются телефонные линии. Но у коаксиального кабеля низкая помехостойкость, поэтому наилучший канал связи это оптоволоковый кабель, но его стоимость очень высока.

5. Локальные вычислительные сети: их характеристика, топология. Распределнная обработка данных . Технология «клиент-сервер»

ЛВС – неск ПК, расположенных на ограниченной территории, объеди­нен м/д собой каналами связи для информационного обмена м/д пользователями.

Состав ЛВС:

1.В качестве рабочего места использ ПК или терминальные устр-ва, кот-е наз-ся рабочими станциями или узлами сети. Рабочая станция функционирует как в сетевом, так и в локальном режи­ме и обеспечивает пользователя всем необходимым инструментарием для решения прикладных задач.

2. Сервер — это компьютер, выполняющий функции управления сетевыми ресурсами общего доступа: осуществляет хранение данных, управляет базами данных, выполняет удаленную обработку заданий, обеспечивает печать заданий и др. В серверных или иерархических сетях имеется 1 или неск серверов. В одноранговых сетях сервер отсутствует. Одноранговая сеть – это сеть без выделенного сервера.

3. Сетевой адаптер (сетевая карта), которая прямо или через другое коммуникационное оборудование связывает его с другими компьютера­ми.

4. Повторители и концентраторы. Основная функция повторителя (repeater)— повторение сигналов, по­ступающих на его порт.

Многопортовый повторитель часто называют концентратором (con­centrator) или хабом (hub), что отражает тот факт, что данное устройство реализует не только функцию повторения сигналов, но и концентрирует в одном центральном устройстве функции объединения компьютеров в сеть.

5. Мосты и коммутаторыделят общую среду передачи данных на логические сегменты.

Основное отличие мостов и коммутаторов состоит в том, что мост обрабатывает кадры последовательно (один за другим), а коммутатор — параллельно (одновременно между всеми парами своих портов). Мост (bridge) – ретрансляционная система, соединяющая каналы передачи данных. Коммутатор (switching hub) — это многопортовый и мно­гопроцессорный мост, обрабатывающий кадры со скоро­стью, значительно превы­шающей скорость работы моста.

6. Маршрутизатор (router) - ретрансляционная система соединяющая две коммуникационные сети либо их части.

7.Шлюз (gateway) — ретрансляционная система, обеспечивающая взаимодействиеинформационных сетей.

8.Каналы связи — это физическая среда для передачи информации между рабочими станциями или узлами сети.

9. Сетевая операционная система – это комплекс программ, обеспечивающих в сети обработку, хранение и передачу данных.

В качестве канала связи исп-ют:

1-витая пара

2-коаксиальный кабель

3-оптоволоконный кабель

4-радиосреда

ЛВС характеризуется топологией или архитектурой. Топология – это схема располож-я узлов в сети.

1-Шинная топология (Ethernet). Инф-я от передающего устр-ва поступает на сетевые адаптеры всех устр-в, включенных в сеть. Однако воспринимается только адаптером устр-ва, которому она предназначена.

Нед: только 1 машина может передавать сигнал; произошел обрыв сети => полетела вся сеть; для подключения пользователя приходится останавливать всю сеть; наличие коллизий (совпадении сигналов); ограничение числа пользователей

Дост: невысокая стоимость; полное исп-е соединений

2-Звездообразная топология: основа – центральное устройство, к которому подключаются рабочие станции сети.

Нед: большое кол-во соединительных проводов; неэкономичное исп-е материалов; ЦУ маломощное => тормозящая сеть; работоспос-ть сети зависит от работоспособности ЦУ.

Дост: невозможность коллизий; обрыв проводов => сеть работает; высока скорость соединений и передачи данных.

3-Кольцевая топология:

передача инф-ии: от машины к машине. Информация циркулирует только в 1 направлении.

Нед; выход из строя 1 станции => выходит вся сеть; долгая передача данных; низкая скорость работы.

Дост: наличие инф-ии о доставке данных; отсутствие коллизий; не очень высокая стоимость

4-Древовидная топология представляет собой более развитый вариант шинной топологии.

5-Полносвязная топология является наиболее сложной и дорогой. Она характеризуется тем, что каждый узел сети связан со всеми другими ра­бочими станциями.

6-гибридная топология ЛВС, которые приспособлены к требованиям конкретного заказчика и сочетающие фрагменты шинной, звездообразной или других топологий.

Распределенная обработка данных имеет следующие преимущества:

• возможность увеличения числа удаленных взаимодействующих пользователей, выполняющих функции сбора, обработки, хранения и передачи информации;

• снятие пиковых нагрузок с централизованной базы путем распре­деления обработки и хранения локальных баз на разных персональных компьютерах;

• обеспечение доступа пользователей к вычислительным ресурсам ЛВС;

• обеспечение обмена данными между удаленными пользователя­ми.

При распределенной обработке производится работа с базой дан­ных, т.е. представление данных, их обработка. При этом работа с базой на логическом уровне осуществляется на компьютере клиента, а поддер­жание базы в актуальном состоянии — на сервере.

Выделяют:

Локальная база данных - это база данных, которая полностью располагается на одном ПК. Это может быть компьютер пользователя или сервер.

Распределенная база данных - может размещаться на несколь­ких ПК, чаще всего в роли таких ПК выступают серверы.

Распределенная обработка данных реализуется с помощью технологии «кли­ент-сервер».

Обработка данных в режиме «клиент-сервер»распределена между двумя объектами: клиентом и сервером.Сервером является ЭВМ, предос­тавляющая свои ресурсы пользователям, а клиентом - потребитель этих ре­сурсов. Ресурсы может предоставлять файловый сервер, вычислительный сервер, сервер баз данных, принт-сервер и др. Так как сервер (или серверы) обслуживает одновременно многих клиентов, то на сервере должна функ­ционировать многозадачная операционная система.

В режиме «клиент-сервер» сервер играет активную роль, так как его программное обеспечение позволяет обработать запрос, поступивший от клиента. Результаты выполнения запроса передаются клиенту. Потоки ин­формации, передаваемые по сети, становятся меньшими, поскольку сервер сначала обрабатывает запросы, а уж затем посылает клиенту только то, в чем тот действительно нуждается. Кроме того, пользователь освобожден от необ­ходимости знать, где находится требуемая ему информация. Сервер также контролирует допустимость обращения к записям на индивидуальной основе, что обеспечивает большую безопасность данных.

Выделяют четыре модели реализации технологии «клиент-сервер»

1-Модель файлового сервераэ Один из компьютеров в сети счита­ется файловым сервером и предоставляет другим компьютерам услуги по обработке файлов.

2-Модель доступа к удаленным данным.В этой модели компонент представления и прикладной компонент так­же совмещены и выполняются на компьютере-клиенте.

3-Модель сервера баз данных основана на механизме хранимых проце­дур. Процедуры хранятся в словаре баз данных, разделяются между не­сколькими клиентами и выполняются на том же компьютере, где функ­ционирует SQL-сервер.

4-Модель сервера приложений позволяет помещать прикладные про­граммы на отдельные серверы приложений.