Компьютерные сети

Компьютерные сети

2-е издание, исправленное

Молочков В.П.

Национальный Открытый Университет “ИНТУИТ”
2016

2

Компьютерные сети/ В.П. Молочков - М.: Национальный Открытый Университет “ИНТУИТ”, 2016

Курс освещает вопросы построения и эксплуатации небольших (домашних и офисных)
компьютерных сетей, а также - программного обеспечения локальных сетей и соответствуют
Федеральному Государственному Образовательному стандарту для специальностей 230115
“Программирование в компьютерных системах” и 230113  “Компьютерные системы и комплексы”.
Материал курса адаптирован как для маломощных ПК (ОС Windows XP), так и для современных
машин на базе ОС Windows 7. Отличительной особенностью данного учебного пособия является то,
что весьма сложный материал излагается в простой и доступной для понимания форме, на большом
количестве практических примеров и иллюстраций.

(c) ООО “ИНТУИТ.РУ”, -2016
(c) Молочков В.П., -2016

3

Оборудование для локальных сетей

В лекции кратко рассмотрены виды сетевого оборудования: cетевые кабели, адаптеры,
концентраторы, коммутаторы, маршрутизаторы, приводятся их характеристики
(параметры).

Сетевые кабели

Для построения сети обычно используют один из трех проводников: витая пара,
коаксиальный кабель, оптоволоконный кабель.

Витая пара

В настоящее время это наиболее распространённый сетевой проводник, состоящий из 8
медных проводников, перевитых друг с другом для уменьшения электромагнитных
помех. Длина сегмента из такого провода – до 100 метров (рис. 1.1).

Рис. 1.1.  Витая пара

Средняя скорость информации в витой паре - 100 мегабит/сек, волновое сопротивление
- 100 ом. На более высоких скоростях передачи информации резко возрастает
затухание сигнала (чем больше скорость, тем больше затухание). Так, на скорости 100
мбит/сек (100 мгц) амплитуда падает в 1000 раз, что эквивалентно затуханию сигнала в
67 дб. Задержка сигнала на метр кабеля обычно 4-5 наносек. Сравнивая витую пару с
другими кабелями, можно отметить, что он отличается простым монтажом, но
подвержен помехам. Кабель относительно дешевый, но с низкой секретностью
информации. Передача в нем по методу точка-точка (один приемник и один
передатчик), для монтажа витой пары обычно используется топология звезда. Витая
пара выпускается в нескольких категориях. 1 категория – телефонный кабель (лапша).
Применяют для передачи речи. 2 категория имеет скорость до 1 мгц (1 мегабит сек). В
кабеле категории 3 – 9 витков на метр, затухание до 40 дб и скорость информации до
10 мегабит сек. Кабель 4-й категории пропускает сигнал до 20 мгц. 5 категория самая
ходовая. В ней скорость информации до 100 Мгб сек и используется скрутка в 27
витков на метр. Категория

6 может передавать сигнал частотой до 500 мгц. Кабель 7 категории очень дорогой – в
нем применяется экран как для отдельных проводников, так и общий. Что касается
изоляции кабеля, то чаще всего используется ПВХ (non-plenum) изоляция серого цвета.
Она дешева, но горит с выделением ядовитого газа. С сетевой картой кабель

4

соединяется разъемом 8P8C (рис. 1.2).

Рис. 1.2.  Разъем 8P8C

Коаксиальный кабель

Провод содержит в себе центральный проводник из меди, слой изолятора в медной или
алюминиевой оплетке (это экран от электромагнитных помех) и внешнюю ПВХ
изоляцию. Максимальная скорость передачи данных - 10 Мбит/сек. Длина сегмента
тонкого коаксиала до 185 метров (рис. 1.3). Такой провод имеет диаметр около 5 мм.

Рис. 1.3.  Коаксиальный кабель

С сетевой картой кабель соединяется через BNC (БИ ЭН СИ) разъем байонетного типа
с поворотом (рис. 1.4).

Рис. 1.4.  Разъем BNC

5

В сравнении с витой парой коаксиал дороже, его ремонт сложнее, гибкость хуже
(особенно, у толстого кабеля). Но у него есть преимущество - оплетка кабеля (медная
или из алюминиевой фольги) уничтожает помехи, искажающие сигнал. Применяют
коаксиальный кабель, обычно, в топологии шина, при этом используется
многоточечная передача сигнала (много приемников и много передатчиков).

Оптоволоконный кабель

Кабель содержит несколько стеклянных световодов, защищенных изоляцией. Он
обладает скоростью передачи данных в несколько Гбит в сек, не подвержен
электропомехам. Передача сигналов без затухания идет на расстояние, измеряемое
километрами – рис. 1.5. В многомодовом кабеле сегмент имеет длину до 2 км, а в
одномодовом – до 40 км.

Рис. 1.5.  Многомодовый оптоволоконный кабель

Биты информации кодируются такими сущностями, как сильный свет, слабый свет, нет
света. Источниками сигнала в кабеле служит инфракрасный светодиод или лазер.
Оптический провод самый негибкий из всех кабельных сред передачи сигнала, зато он
самый помехоустойчивый, с высокой секретностью информации. Монтаж такого
кабеля сложный и дорогой, обычно, сваркой на специальном оборудовании. Кабель
иногда бронируют, т.е. защищают металлической оболочкой (для прочности).
Оптический кабель бывает одномодовый и многомодовый. В одномодовом кабеле
сигнал передает инфракрасный лазер с одной волной 1,3 мкм, что годится для очень
дальней передачи сигнала. Помимо того, что мощный лазер дорог, он также и
недолговечен. Многомодовый оптический кабель чаще применим на практике. В нем
используется много волн длиной 0,85 мкм и инфракрасный диод. Поскольку у каждой
волны свое затухание и преломление, то происходит частичное искажение формы
сигнала и такой кабель используют на меньших расстояниях, чем одномодовый. Среди
других особенностей оптического кабеля можно отметить, что стекло может треснуть
от механических воздействий и мутнеет от радиации, что, в свою очередь, ведет к
росту затухания сигнала в кабеле. Для изоляции оптоволокна обычно применяют
тефлон (пленум). Это дорогая (в сравнении с ПВХ) изоляция оранжевого цвета, но она
практически не горит в огне. Разъем кабеля обычно байонетного типа (рис. 1.6). На
рисунке показан оптический коннектор типа ST, который соединяется с кабелем
клеевым способом, т. е. путем вклейки оптического волокна в наконечник с
последующей сушкой и шлифовкой. Коннекторы для монтажных и соединительных

6

шнуров различаются диаметром хвостовика (соответственно 0,9 и 3,0 мм) и
отсутствием у первых элементов крепления кабеля. Одномодовые и многомодовые
коннекторы различаются требованиями к допускам на параметры капилляра
керамического наконечника.

Рис. 1.6.  Разъём оптический MM ST/PC для многомодового оптоволокна

Для преобразования светового сигнала в электрический используют оптоволоконный
трансивер (приемо-передатчик), он довольно дорогой. На рис. 1.7 показан трансивер
Trycom TRP-C39 для многомодового кабеля.

Рис. 1.7.  Трансивер Trycom TRP-C39 для многомодового кабеля

Трансивер TRP-C39 осуществляет двунаправленное преобразование сигналов RS-
232/422/485 в световые импульсы для передачи по оптическому волокну. Особенности:

Автоматическое определение скорости передачи данных (от 300 до 115200 бит/с)
Гальваническая развязка с напряжением пробоя изоляции 3000V пост.тока
Светодиодные индикаторы Питание/Передача/Прием (Power/TX/RX)
Допустимая протяженность оптоволоконной линии до 2км
Крепление на стену / на DIN-рейку
Интерфейсы : RS-232/422/485 в многомодовое (Multi-mode) оптоволокно
Длина волны: 850 нм

7

Скорости передачи данных : от 300bps до 115.2kbps
Поддержка ОС : Windows/Linux/Unix/MAC

Сетевое оборудование

Ниже мы вкратце познакомимся с основным сетевым оборудованием для локальной
сети.

Сетевая карта

Сетевые карты отвечают за передачу информации между ПК в сети. Каждая карта
имеет свой индивидуальный Mac-адрес.

MAC-адрес сетевой карты - это уникальный идентификатор, предоставленный ей
изготовителем. В сетях Ethernet он позволяет идентифицировать каждый узел сети и
доставлять данные только этому узлу.

Основные характеристики:

установленная микросхема контроллера (микрочип);
разрядность – имеются 32- и 64-битные сетевые карты (определяется
микрочипом);
скорость передачи – от 10 до 1000 Мбит/с;
разъем под тип подключаемого кабеля (коаксиальный, витая пара, волоконно-
оптический кабель) – рис. 1.8.

Рис. 1.8.  Сетевые карты на коаксиал и витую пару

Концентратор (хаб) и коммутатор (свитч)

Концентратор (хаб) используется, если в сети участвует больше 2 компьютеров. К нему
сходятся все сетевые кабели витой пары в топологии звезда. Сигнал хаба получают все
ПК сети, а не только та сетевая карта, которой адресован пакет данных. В настоящее

8

время концентраторы сняты с производства и встречаются редко. Внешне свитч или
коммутатор (Switch) практически не отличается от Hub, но коммутатор (Switch) - более
интеллектуальное устройство, где есть свой процессор, внутренняя шина и буферная
память. Если концентратор просто передает пакеты от одного порта ко всем
остальным, то Switch анализирует Mac адреса, откуда и куда отправлен пакет
информации и соединяет только эти компьютеры, в то время как остальные каналы
остаются свободными. Это позволяет намного увеличить производительность сети, так
как уменьшает количество паразитного трафика и обеспечивает большую фактическую
скорость передачи данных, особенно в сетях с большим количеством пользователей –
рис. 1.9.

Рис. 1.9.  Свитч D-Link DES-1008D 8-port 10/100Mbps

Итак, концентратор обозначается значком 
 и его основная функция - это

повторение сигналов, поступающих на один из его портов, на всех остальных портах
(Ethernet).

Сетевой коммутатор, или свитч, обозначается значком 
 и в отличие от

концентратора, который распространяет трафик от одного подключенного устройства
ко всем остальным, коммутатор передает данные только непосредственно получателю.
Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты
сети от необходимости (и возможности) обрабатывать данные, которые им не
предназначались.

Давайте рассмотрим принцип работы коммутатора более детально. Коммутатор хранит
в памяти таблицу, в которой указывается соответствие MAC-адреса узла порту
коммутатора. При включении коммутатора эта таблица пуста, и он работает в режиме
обучения. В этом режиме поступающие на какой-либо порт данные передаются на все
остальные порты коммутатора. При этом коммутатор анализирует кадры и, определив
MAC-адрес хоста-отправителя, заносит его в таблицу. Впоследствии, если на один из
портов коммутатора поступит кадр, предназначенный для хоста, MAC-адрес которого
уже есть в таблице, то этот кадр будет передан только через порт, указанный в таблице.
Если MAC-адрес хоста-получателя еще не известен, то кадр будет продублирован на
все интерфейсы. Со временем коммутатор строит полную таблицу для всех своих
портов, и в результате трафик локализуется.

9

Маршрутизатор (роутер)

Маршрутизатор - сетевое устройство, которое на основании информации о топологии
сети и определённых правил принимает решения о пересылке пакетов между

различными сегментами сети. Обозначается значком 
 - рис. 1.10.

Рис. 1.10.  Беспроводной маршрутизатор D-Link 300Мбит/с (DIR-615/E4B)

Принцип работы маршрутизатора таков: он использует адрес получателя, указанный в
пакетах данных, и определяет по таблице маршрутизации путь, по которому следует
передать данные. Маршрутизатор может выбрать один из нескольких маршрутов
доставки пакета адресату.

Маршрут - последовательность прохождения пакетом информации узлов сети.

В отличии от коммутатора, маршрутизатор видит все связи подсетей друг с другом,
поэтому он может выбрать наилучший маршрут и при наличии нескольких
альтернативных маршрутов. Решение о выборе маршрута принимается каждым
маршрутизатором, через который проходит сообщение. Если в таблице маршрутизации
для адреса нет описанного маршрута, пакет отбрасывается.

Сетевые адаптеры (практикум)

В небольшой практической работе ниже исследуется сетевая карта, вынутая из ПК и
вставленная в ПК. В скринкасте показано практическое применение команды
ipconfig/all.

Задание 1. Изучение сетевой карты, вынутой из ПК

Сетевая карта – плата, устройство, устанавливается в материнскую плату (рис. 1.11).
Другое название сетевой карты – сетевой адаптер. Сетевая карта служит для
соединения компьютера с другими компьютерами по локальной сети или для
подключения к сети Интернет. Современные материнские платы имеют встроенную
сетевую карту.

10