Тема 2.8 Технические средства сетей ЭВМ

Назначение и краткая характеристика сетевого оборудования: кабельная система, сетевые адаптеры, концентраторы, мосты и коммутаторы, принт-серверы. Модемы: принцип работы, факс-модем, типы модемов, режимы работы. Протоколы сжатия данных и коррекции ошибок. Установка модема и настройка параметров работы. Обзор основных моделей.

Студент должен знать:

- основные компоненты сетевого оборудования;

- принцип работы модема;

- основные протоколы сжатия данных и коррекции ошибок;

Студент должен уметь:

- подключать и настраивать модемы.

Цели занятия:

- - ознакомить студентов с назначением и краткой характеристикой сетевого оборудования.

- - изучить типы модемов и их характеристики.

- - воспитание информационной культуры учащихся, внимательности, аккуратности, дисциплинированности, усидчивости.

- - развитие познавательных интересов, навыков самоконтроля, умения конспектировать.

Ход занятия:

Теоретическая часть.

Для передачи и распространения электронных данных используются различные средства и системы связи и телекоммуникации.

Приведем виды связи и используемые в них виды информации. Это:

1) почтовая (буквенно-цифровая и графическая информация),

2) телефонная (передача речи (включая буквенно-цифровые данные),

3) телеграфная (буквенно-цифровые сообщения),

4) факсимильная (буквенно-цифровая и графическая информация),

5) радио и радиорелейная (речевая, буквенно-цифровая и графическая информация),

6) спутниковая связь (тоже и видоинформация).

Связь в организации подразделяется на:

- проводную и беспроводную,

- внутреннюю (местную) и внешнюю,

- симплексную, дуплексную и полудуплексную.

Дуплексный режим – это когда можно одновременно говорить и слышать собеседника.

Полудуплексная передача (Half-Duplex) - метод двунаправленной передачи данных (в двух направлениях по одному каналу), при котором в каждый момент времени информация может передаваться только в одну сторону.

Это двухчастотный симплекс, или полудуплекс. С точки зрения конечного пользователя он эквивалентен симплексу.

Симплексный режим – это когда абоненты говорят между собой по очереди.

Линия связи – физические провода или кабели, соединяющие пункты (узлы) связи между собой, а абонентов – с ближайшими узлами.

Каналы связи образуется различным образом.

Канал может создаваться на время соединения двух абонентов телефонной или радиосвязи и проведения между ними сеанса голосовой связи. В радиосвязи этот канал может представлять среду передачи данных, в которой одновременно может работать несколько абонентов, а также в ней может одновременно осуществляться несколько сеансов связи.

При этом:

1) проводная связь включает: телефонную, телеграфную связь и системы передачи данных;

2) беспроводная связь включает:

а) подвижную радиосвязь (радиостанции, сотовая и транковая связь и др.);

б) стационарную радиосвязь (радио-релейная и космическая (спутниковая) связь);

3) оптическая неподвижная связь по воздуху и волоконно-оптическим кабелям связи.

Кабели связи

Витая пара – изолированные проводники, попарно свитые между собой для уменьшения наводок между ними. Существует пять категорий витых пар: первая и вторая используются при низкоскоростной передаче данных; третья, четвертая и пятая – при скоростях передачи, до 16, 25 и 155 Мбит/с.

Коаксиальный кабель – медный проводник внутри цилиндрической экранирующей защитной оболочки свитой из тонких медных проводников, изолирован-ной от проводника диэлектриком. Скорость передачи до 300 Мбит/с. Значительная стоимость и сложность прокладки ограничивают его использование.

Волновое сопротивление кабеля (отношение между амплитудами падающих волн напряжения и тока) составляет 50 Ом.

Оптоволоконный кабель состоит из прозрачных волокон оптически прозрачного материала (пластик, стекло, кварц) диаметром в несколько микрон, окружённых твердым заполнителем и помещённых в защитную оболочку. Коэффициент преломления этих материалов изменяется по диаметру таким образом, чтобы отклонившийся к краю луч возвращался обратно к центру.

Передача информации осуществляется преобразованием электрических сигналов в световые с помощью, например, светодиода. При этом обеспечивается устойчивость к электромагнитным помехам и дальность до 40 км.

Телефонная связь – самый распространённый вид оперативно-управленческой связи.

Официально появилась 14 февраля 1876 г., когда Александр Белл (США) запатентовал изобретение первого телефонного аппарата.

Диапазон передаваемых звуковых сигналов по отечественным телефонным каналам составляет полосу частот 300 Гц–3,4 кГц.

Автоматическая телефонная связь образуется с помощью узлов коммутации, роль которых выполняют автоматические телефонные станции (АТС), и соединяющих эти узлы каналов (линий) связи.

В совокупности с абонентскими линиями (телефонная линия от абонента к ближайшей АТС) она составляет телефонную сеть. Телефонная сеть имеет иерархическую структуру – оконечные (внутриучрежденческие, местные, районные и т.п.), городские, региональные (областные, краевые, республиканские), государственные и международные АТС. АТС соединяются между собой с помощью соединительных линий.

Телефонная станция (АТС) – здание с комплексом технических средств, предназначенных для коммутации телефонных каналов.

На АТС производится соединение телефонных каналов абонентов на время их переговоров, а затем, по окончании пере-говоров, их разъединение. Современные ТС являются автоматическими техническими устройствами (в том числе – компьютерными).

Учрежденческие АТС, как правило, обеспечивают не только внутреннюю связь подразделений между собой с возможностью выхода во внешние сети, но и различные виды производственной связи (диспетчерскую, технологическую, громкоговорящую и директорскую) для связи директора с подчинёнными, проведения совещаний и конференций, а также функционирование систем охранной и пожарной сигнализации.

Особенность современных АТС заключается в возможности использования компьютерных техники и технологии; организации соединения с радиотелефонами и пейджерами. В учреждениях для преодоления высоких уровней электромагнитных полей и перегородок используются радиотелефоны, образующие инфракрасные каналы связи.

Местные, внутриучрежденческие или офисные телефонные системы (УАТС или ЭАТС) широко применяются в организациях. Кроме большого набора сервисных возможностей они позволяют значительно сократить количество городских телефонных номеров, а также не загружать городские линии и АТС для ведения местных переговоров. Всё чаще находят себе применение мини- и микроофисные АТС.

Беспроводные каналы связи

Выделяют три основных типа беспроводных сетей:

1) радиосети свободного радиочастотного диапазона (сигнал передаётся сразу по нескольким частотам);

2) микроволновые сети (дальняя и спутниковая связь),

3) Инфракрасные сети (лазерные, передаваемые когерентными пучками света).

Современные беспроводные сети включают:

- радиорелейную связь;

- пейджинговую связь;

- сотовую и ячеистую связь;

- транковую связь;

- спутниковую связь;

- телевидение и др.

Радиорелейная связь образуется путём строительства протяжённых линий с приёмо-передающими станциями и антеннами.

Она обеспечивает узкополосную высокочастотную передачу данных на расстоянии между ближайшими антеннами в пределах прямой видимости (примерно 50 км). Скорость передачи данных в такой сети достигает 155 Мбит/с.

Транкинговая (англ. «trunking») или транковая (англ. «trunked») связь – (ствол, канал связи) - организуемый между двумя станциями или узлами сети канал связи для передачи информации группы пользователей в одном радиостволе (до 50 и более абонентов) с радиусом действия от 20 до 35, 70 и 100 км.

Это профессиональная мобильная радиосвязь (ПМР) с автоматическим распределением ограниченного количества свободных каналов среди большого числа подвижных абонентов, позволяющая эффективно использовать частотные каналы, существенно повышая пропускную способность системы.

Сотовая радиотелефонная связь (сотовая подвижная связь, СПС) появилась в конце 1970-х годов. Её также называют мобильной. Промышленно системы СПС начинают эксплуатироваться в США с 1983 года, а в России – с 1993 года.

Принцип организации СПС заключается в создании сети равноудалённых антенн с собственным радиооборудованием, каждая из которых обеспечивает вокруг себя зону устойчивой радиосвязи (англ. «cell» – сота).

В СПС используются методы разделения каналов по частоте (FDMA), времени (TDMA) и коду (CDMA).

FDMA – частотное разделение, TDMA – мультидоступ с временным разделением каналов (используется в мобильные системах стандарта GSM), CDMA – кодовое разделение каналов (сигналы других пользователей воспринимаются абонентом такой сети как «белый шум», не мешающий работе приёмного устройства).

Другим способом беспроводной связи являются оптические линии связи (лазерная или оптическая связь), использующие топологию «точка–точка».

Метод передачи звука с помощью модулированного пучка света предложен в начале XX в., а первые коммерческие устройства появились в середине 1980-х г. Эта связь имеет высокую пропускную способность и помехозащищенность, не требует разрешения на использование радиочастотного диапазона и др.

Такие лазерные системы поддерживают любые протоколы передачи данных. Исходный сигнал модулируется оптическим лазерным излучателем и в виде узкого светового луча передатчиком и оптической системой линз передается в атмосферу.

На приемной стороне этот пучок света возбуждает фотодиод, регенерирующий модулированный сигнал.

Распространяясь в атмосфере лазерный луч подвергается воздействию микроскопических частиц пыли, паров и капель жидкости (в т.ч. осадков), температуры и др. Эти воздействия снижают дальность связи, составляющую от единиц, до 10–15 км. Расстояние зависит также и от мощности передающих устройств, которая колеблется от десятков до сотен мВт и обусловлена потребностью обеспечения устойчивой связи. Система обеспечивает достоверность связи более чем на 99,9%.

Спутниковая связь

Она образуется между специальными наземными станциями спутниковой связи и спутником с антеннами и приёмо-передающим оборудованием.

Она используется с целью циркулярного информационного обеспечения большого числа абонентов, как система широкополосного вещания (телевидение, звуковое вещание, передача газет), для организации виртуальных магистральных линий связи большой протяженности и др. Спутниковая связь позволяет охватить территории со слабо развитой инфраструктурой связи, расширить сферу и набор услуг, в т.ч. мультимедийных, радионавигационных и др.

Спутники располагаются на одной из трех орбит.

Спутник, использующий геостационарную орбиту (англ. «Geostationary Earth Orbit», GEO), находится на высоте 36 тыс. км от Земли, и является неподвижным для наблюдателя. Он охватывает значительные области (территории) планеты.

Средние орбиты (англ. «Mean Earth Orbit», MEO) обитания спутников характеризуются высотой 5–15 тыс. км, а на низких орбитах (англ. «Low Earth Orbit», LEO) высота размещения спутников не превышает 1,5 тыс. км. В этом случае они охватывают небольшие, локальные территории.

Станции спутниковой связи делятся на: стационарные, переносные (перевозимые) и портативные.

По видам передаваемых сигналов средства связи делят на аналоговые и цифровые или дискретные.

К аналоговым относят непрерывные сигналы (электрические колебания), как правило, плавно меняющие амплитуду своих значений в течение сеанса передачи информации, например, речь в телефонном канале.

При передаче любых сведений по сетям передачи данных их преобразуют в цифровую форму. Например, по телеграфу передаются закодированные последовательности импульсов. То же происходит при передаче информации между компьютерами по любым телекоммуникациям. Такие сигналы называются дискретными (цифровыми).

При передаче информации из ЭВМ в качестве кода используют восьми разрядный двоичный код.

Сетевые технические средства

Технические средства передачи информации в компютерных сетях определяются как функциональные блоки или устройства, обеспечивающие взаимодействие нескольких информационных сетей или подсетей. К ним относят:

1) серверы доступа;

2) сетевые адаптеры, повторители, коммутаторы, концентраторы, мультиплексоры, мосты, маршрутизаторы, шлюзы и модемы, согласующие работу компьютеров с каналами передачи данных.

Кроме того, технические средства передачи информации включают каналы передачи данных.

Компьютерной сетью называют совокупность узлов (компьютеров, терминалов, периферийных устройств), имеющих возможность информационного взаимодействия друг с другом с помощью специального коммуникационного оборудования и программного обеспечения.

Размеры сетей варьируются в широких пределах - от пары соединенных между собой компьютеров, стоящих на соседних столах, до миллионов компьютеров, разбросанных по всему миру (часть из них может находиться на космических объектах).

По широте охвата принято деление сетей на несколько категорий: локальные вычислительные сети – ЛВС или LAN (Local-Area Network), позволяют объединять компьютеры, расположенные в ограниченном пространстве.

Беспроводные сети позволяют предоставить подключение пользователей там, где затруднено кабельное подключение или необходима полная мобильность. При этом беспроводные сети могут взаимодействовать с проводными сетями. Они поддерживают режим инфраструктуры (подключение через точку доступа) и режим «ad-hoc» (настройка работы без применения точки доступа).

Интернет – интегрированная информационная сеть (интерсеть), т.е. совокупность расположенных в различных странах взаимосвязанных информационных сетей, называемых подсетями .

Интернет является децентрализованной или централизованоо-децентрализованной интерсетью.

Принцип её построения заключается в организации магистралей (высокоскоростных телефонных, радио, спутниковых и других линий связи) между центральными узловыми станциями. Эти станции обычно называют серверами организаций, предоставляющих определённые услуги в Интернете (провайдерами интернет-услуг).

Сети, создаваемые организациями для удовлетворения собственных потребностей называют опорными. Они бывают международными, государственными, региональными и отраслевыми. Для выхода в Интернет в них выделяют специально оборудованные сетевые узлы с серверами, называемые хостами. Эти хосты могут быть провайдерами Интернета.

Для функционирования подобных интегрированных информационных сетей используются специальные сетевые технические средства, обеспечивающие взаимодействие как внутри локальной сети, так и нескольких информационных сетей или подсетей. К ним относятся: сетевые адаптеры, повторители, коммутаторы, концентраторы, мультиплексоры, мосты, маршрутизаторы, шлюзы и модемы, согласующие работу компьютеров с каналами передачи данных.

В современных цифровых системах связи основные функции передатчика и приемника выполняет устройство, называемое модемом (англ. «modem»).

Он необходим для связи удаленных компьютеров между собой. Устройство содержит элементы прямого и обратного преобразования сигналов машиночитаемых кодов компьютера в сигналы, передаваемые по линиям связи.

По способу подключения к компьютеру выделяют внутренние (англ. «internal») – устанавливаемые в свободный слот материнской платы в системном блоке компьютера; встроенные (англ. «embedded») – входящие в базовую конфигурацию компьютера и внешние (англ. «external») модемы. В компьютерных сетях применяют модемы и факс-модемы.

Сетевой адаптер используется для соединения компьютеров в локальной сети. Он устанавливается внутри системного блока компьютера. Позволяет поддерживать скорость обмена данными 10, 100 Мб/с и 1 Гб/с.

Повторитель (англ. «Repeater») служит для восстановления (регенерации) электрических сигналов, передаваемых между двумя сегментами ЛВС, если невозможно работать на одном сегменте кабеля или есть ограничения на расстояние и число узлов.

Концентратор (англ. «Hub») – это устройство, позволяющее соединить компьютеры (РС или Клиенты) с сервером или несколько ЛВС в интерсеть для организации иерархических структур и разветвления сети. Они бывают пассивными и активными. К одному концентратору можно подключить от двух до нескольких десятков компьютеров.

Мост (англ. «Bridge») служит для соединения разных подсетей, имеющих, в том числе, неодинаковые канальные протоколы.

Шлюз (англ. «Gateway») – это межсетевой преобразователь, который служит для соединения информационных сетей различной архитектуры с неодинаковыми сетевыми протоколами.

Как правило, в сетях прием и передача информации между несколькими абонентами организуются с помощью специальных устройств разделения и уплотнения канала – мультиплексоров (англ. «multiplexer»). При этом такое разделение канала называется мультиплексированием, а оперативность передачи данных зависит и от возможности выбирать оптимальные маршруты доставки данных.

Мультиплексирование бывает временное, при этом передача информации различных абонентов в одном канале происходит по очереди в отдельные отрезки времени, и частотное, то есть каждая линия, образуемая в данном канале, занимает свой частотный диапазон в рамках общего диапазона канала.

Мультиплексоры предназначены для подключения к компьютеру терминалов, модемов и других устройств.

Прокладка маршрутов в сети связи при передаче данных вызывает значительные трудности. Выбор оптимального маршрута является сложной научной и практической задачей и осуществляется специальными устройствами – маршрутизаторами (англ. «Router»).

Они определяют для какой сети предназначено то или другое сообщение, и направляет эту посылку в заданную сеть. Основная характеристика маршрутизаторов – обеспечивать минимальное время передачи данных (пакетов) при минимальной стоимости передачи. Кроме того, они выполняют функции: «моста» между ЛВС и Интернетом; соединения (объединения) локальных сетей (маршрутизации); защиты ЛВС от несанкционированного доступа (Firewall).

Вопросы для самоконтроля

1. сделайте сравнительный анализ сетей типа «клиент-сервер», построенных по топологии «звезда», кольцевой и шинной

2. основные компоненты локальной сети

3. структура и классификация линий связи средств теллекоммуникаций

Ссылки на дополнительные материалы (печатные и электронные ресурсы)

Гребенюк Е.И., Гребенюк Н.А. Технические средства информатизации издательский дом «Академия»-Москва, 2007 /стр.193-203, 218-228/