11_4.1

Использование компьютеров становится значительно эффективнее, если пользователи имеют возможность обмениваться информацией (данными, программами, интересными алгоритмическими находками, профессионально важными сведениями и пр.). Передача информации с помощью внешних носителей лишь отчасти решает эту проблему, а подлинным решением является объединение компьютеров в сети.

Первоначально сети создавались по принципу «тонкого» Ethernet, когда несколько компьютеров с сетевыми адаптерами соединялись последовательно коаксиальным кабелем, причем все сетевые адаптеры выдавали свой сигнал на него одновременно. С ростом размеров сети параллельная работа многих компьютеров с использованием единой шины стала практически невозможной: очень велики были влияния друг на друга. Случайные выходы из строя коаксиального кабеля (например, внутренний обрыв жилы) надолго выводили всю сеть из строя. А определить место обрыва или возникновения программной неисправности становилось практически невозможно.

Поэтому дальнейшее развитие компьютерных сетей осуществлялось на принципах структурирования. В этом случае каждая сеть складывается из набора взаимосвязанных участков - структур. Каждая отдельная структура представляет собой несколько компьютеров с сетевыми адаптерами, каждый из которых соединен витой парой с коммутатором. При необходимости развития сети к ней просто добавляют новую структуру.

При построении сети по принципу витой пары можно проложить больше кабелей, чем установлено в настоящий момент компьютеров. Кабель проводится не только на каждое рабочее место независимо от того, нужен он сегодня его владельцу или нет, но даже и туда, где сегодня рабочего места нет, но возможно появление в будущем. Переезд или подключение нового пользователя в итоге потребует лишь изменения коммутации на одной или нескольких панелях.

Структурированная система несколько дороже традиционной сети за счет значительной избыточности при проектировании. Но зато она обеспечивает возможность эксплуатации в течение многих лет.

Для сетей, построенных по этому принципу, появляется необходимость в специальном электронном оборудовании. Одним из таких коммутационных элементов сети является хаб (еще его называют концентратором (concentrator)) - устройство, предназначенное для подключения рабочих станций к локальной компьютерной сети. Выполняет функции коммутатора. Несколько рабочих станций подсоединяются по индивидуальным каналам связи к одному хабу, который, свою очередь, соединяется одним каналом с остальной сетью. Такое использование позволяет достичь существенной экономии затрат на аппаратное обеспечение каналов связи.

Каждый хаб имеет от 8 до 30 разъемов (портов) для подключения либо компьютера, либо другого хаба. К каждому порту подключается только одно устройство. При подключении компьютера к хабу оказывается, что часть электроники сетевого интерфейса находится в компьютере, а часть - в хабе. Такое подключение позволяет повысить надежность соединения. В обычных ситуациях помимо усиления сигнала хаб восстанавливает преамбулу пакета, устраняет шумовые помехи и т. д.

Хабы являются сердцем системы и во многом определяют ее функциональность и возможности. Даже в самых простых хабах существует индикация состояния портов. Это позволяет немедленно диагностировать проблемы, вызванные плохими контактами в разъемах, повреждением проводов и т. п. Существенным свойством такой структурированной сети является ее высокая помехоустойчивость: при нарушении связи между двумя ее элементами остальные продолжают сохранять работоспособность. Задача соединения компьютерных сетей различных организаций, зачастую созданных на основе различных стандартов, вызвала потребность в создании специального оборудования (мостов, маршрутизаторов, концентраторов и т. п.), осуществляющего такое взаимодействие.

Особое значение имеет и такая характеристика сети, как возможность работы с большими нагрузками, то есть с высокой интенсивностью обмена (или, как еще говорят, с большим трафиком). Ведь если механизм управления обменом, используемый в сети, не слишком эффективен, то компьютеры могут подолгу ждать своей очереди на передачу данных. И даже если эта передача будет производиться затем на высочайшей скорости и безошибочно, для пользователя сети такая задержка доступа ко всем сетевым ресурсам неприемлема.

В зависимости от количества компьютеров, входящих в сеть, и от разделяющего их расстояния, сети могут относиться к следующим типам:

• соединение двух ПК через порты (специальные разъёмы) для подключения периферийных устройств. Такая передача данных удобна, когда вы работаете с компьютером типа «ноутбук» и хотите регулярно передавать данные на основной ПК. Недостаток в том, что когда один компьютер передаёт, другой в это время может только принимать данные — он заблокирован;

• локальная сеть (Local Area Network, или LAN) представляет собой соединение нескольких ПК, находящихся, как правило, в одном здании или в соседних зданиях;

• региональная сеть (Metropolitan Area Network, или MAN), объединяющая компьютеры, расположенные в пределах города, региона;

• глобальная сеть (Global Area Network, или GAN), соединяющая компьютеры, расположенные в разных странах и на разных континентах.

Пример. Автоматизированная система управления производственным процессом на предприятии строится чаще всего на основе локальной сети.+

Компьютеризированная система управления городским хозяйством строится на базе региональной сети. Её ведущим программным обеспечением является, как правило, геоинформационная система (ГИС). Данные о предприятиях, улицах, жителях города привязываются в ГИС к соответствующей территории. Перемещаясь по карте города, вы можете получить о нём информацию исторического, экономического, культурного характера.

Хаб (от англ. hub — центр), также Сетевой концентратор— класс устройств для объединения компьютеров в сетях Ethernet с применением кабельной инфраструктуры типа витая пара. В настоящее время вытеснены сетевыми коммутаторами. 

Свитч (от англ. switch «переключатель»), также Сетевой коммутатор— устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного или нескольких сегментов сети. 

Роутер (транслит. от англ. router), также Маршрутизатор — специализированное устройство, которое пересылает пакеты между различными сегментами сети на основе правил и таблиц маршрутизации. 

Хост (от англ. host — «владелец, принимающий гостей») — любое устройство, предоставляющее сервисы формата «клиент-сервер» .

Точка беспроводного доступа (англ. wireless access point, WAP) — это базовая станция, предназначенная для обеспечения беспроводного доступа к существующей сети (беспроводной или проводной) или создания новой беспроводной сети.  Wi-Fi(Wireless Fidelity ) — технология беспроводной локальной сети с устройствами на основе стандартов IEEE 802.11. 

Сетевой шлюз — это точка сети, которая служит выходом в другую сеть. В сети Интернет узлом или конечной точкой может быть или сетевой шлюз, или хост. 

Подавляющая часть компьютеров зарубежных стран объединена в ту или иную сеть. Опыт эксплуатации сетей показывает, что около 80% всей пересылаемой по сети информации замыкается в рамках одного офиса. Поэтому особое внимание разработчиков стали привлекать так называемые локальные вычислительные сети (LAN). Локальные вычислительные сети отличаются от других сетей тем, что они обычно ограничены умеренным пространством (одна комната, одно здание, один район).

Локальная сеть представляет собой набор компьютеров, периферийных устройств (принтеров и т. п.) и коммутационных устройств, соединенных кабелями. В качестве кабеля используются толстый коаксиальный кабель, тонкий коаксиальный кабель, витая пара, волоконно-оптический кабель. Толстый кабель в основном пользуется на участках большой протяженности при требованиях высокой пропускной способности. Волоконно-оптический кабель позволяет создавать протяженные участки без ретрансляторов при ie достижимой с помощью других кабелей скорости и надежности. Но из-за дороговизны данный вид не нашел пока широкого распространения в локальных сетях. В основном локальные компьютерные сети создаются на базе тонкого кабеля или витой пары.

Существует два типа компьютерных сетей: одноранговые сети и сети с выделенным сервером. Одноранговые сети не предусматривают выделения специальных компьютеров, организующих работу сети. Каждый пользователь, подключаясь к сети, выделяет в сеть какие-либо ресурсы (дисковое пространство, принтеры) и подключается к ресурсам, предоставленным в сеть другими пользователями. Такие сети просты в установке, налаживании; они существенно дешевле сетей с выделенным сервером. В свою очередь, сети с выделенным сервером, несмотря на сложность настройки и относительную дороговизну, позволяют осуществлять централизованное управление.

Объединение компьютеров в единую сеть позволяет получить следующие преимущества:

• совместное использование ресурса;

• обратное разделение времени (совместное использование компьютерной периферии, например памяти, принтеров, модема и т. д.);

• совместное сопровождение баз данных разными пользователями;

• организация согласованной работы нескольких компьютеров, когда компьютеры используются для решения задач управления, измерения, контроля, там, где компьютер сопрягается с теми или иными внешними устройствами.

Локальные сети отличаются от региональных и глобальных сетей не только различием по географическому признаку. Основной параметр, отличающий ее от других сетей - это большая скорость передачи и связанная с данной характеристикой высокая надежность передачи данных. Поэтому локальные сети обязательно используют специально прокладываемые высококачественные и хорошо защищенные от помех линии связи.

Физическое расположение компьютеров сети относительно друг друга и способ соединения их линиями связи называют топологией. Важно отметить, что понятие «топология» относится прежде всего к локальным сетям, потому что в данном случае структуру связей можно легко проследить. В глобальных сетях структура связей обычно скрыта от пользователей и не слишком важна, так как каждый сеанс связи может производиться по собственному пути.

Топология определяет требования к оборудованию, типу используемого кабеля, допустимым и наиболее удобным методам управления обменом данных, надежности работы сети, возможности ее расширения. И хотя выбирать топологию пользователю сети приходится нечасто, знать об особенностях основных топологий, их достоинствах и недостатках надо.