2.2 Засоби комунікації та зв’язку

Разом з автономною роботою значне підвищення ефективності використання комп’ютерів може бути досягнуто об’єднанням їх у комп’ютерні мережі.

Комп'ютерна мережа являє собою систему розподіленої обробки інформації, що складає як мінімум із двох комп'ютерів, що взаємодіють між собою за допомогою спеціальних засобів зв'язку. Мережа дає можливість окремим співробітникам організації взаємодіяти один з одним, отримувати доступ до інформаційних ресурсів, що зберігається на видалених серверах, та спільно використовувати технічне обладнання (принтери, факси тощо).

Мережа надає можливість окремим співробітникам організації взаємодіяти один з одним та звертатися до ресурсів, що використовуються сумісно (програма, принтеру, файл-серверу тощо); дозволяє їм отримувати доступ до даних, що зберігаються на персональних комп’ютерах у віддалених офісах.

Це знижує витрати на кожного окремого користувача, а у випадку централізованого зберігання інформації значно спрощуються процеси забезпечення її цілісності, а також резервного копіювання.

Іншими словами, комп'ютерна мережа (англ. Computer Network, від net — мережа і work — робота) - це сукупність персональних комп’ютерів та інших обчислювальних пристроїв, з’єднаних за допомогою каналів зв’язку та засобів комутацій у єдину систему для обміну повідомленнями й доступу користувачів до програмних, технічних, інформаційних і організаційних ресурсів мережі.

Система передачі даних (СПД) складається з декількох компонентів, що визначаються у залежності від розв’язуваних задач. Розглянемо основні з них:

Мережні адаптери (мережні карти) і кабелі є апаратною основою організації комп’ютерних мереж. Функцією мережного адаптера є передача і прийняття мережних сигналів з кабелю. Адаптер сприймає команди та дані від операційної системи, перетворює цю інформацію в один з стандартних форматів і передає її в мережу через підключений до адаптера кабель.

Існує велика кількість мережних карт різних виробників, однак, за типом протоколів, що реалізуються, можна виділити такі найпопулярніші типи: Ethernet, Token ring, ArCNET, FDDI (табл. 2.1).

Таблиця 2.1 – Порівняльна характеристика технологій локальних обчислювальних мереж

Технологія	Ethernet	Token Ring	FDDI	ArCNET
Специфіка	найпоширеніша пакетна технологія передачі даних; використовується у невеликих або середнього розміру офісних локальних мережах	для промислових локальних мереж	стандарт FDDI забезпечує передачу даних на швидкості 100 Мбіт/с в основному на магістральних мережах	низька вартість мережного обладнання та можливість створення великих мереж; невисока швидкість передачі даних
Топологія	шина, зірка	кільце	кільце	шина, зірка
Середовище передачі даних	коаксіальний кабель, кручена пара, оптоволо-конні лінії	коаксіальний кабель, кручена пара	оптоволоконні лінії	коаксіальний кабель для шини, кручена пара - зірки
Швидкість передачі даних	до 1 Гбіт/с	до 100 Мбіт/с	від 100 Мбіт/с	до 10 Мбіт/с
Довжина кабельного сегмента мережі	не більше 100 м до концентрато-ру	не більше 185 м до комутатора	не більше 200км	не більше 185м

Для зв’язку комп’ютеров через телефонну або кабельну мережу використовується модем.

Модем — це пристрій, що застосовується у системах зв’язку для фізичного сполучення інформаційного сигналу з середовищем його поширення, і виконує функцію модуляції при передачі сигналу і демодуляції при прийомі сигналу із каналу зв’язку.

Модулятор у модемі змінює характеристики сигналу у відповідності з змінами вхідного інформаційного сигналу, демодулятор — здійснює зворотній процес.

Термінатори являють собою резистори, встановлені на обох кінцях сегменту кабелю для запобігання внутрішніх відбиттів сигналу. Сигнал, що дійшов до кінця сегменту, поглинається термінатором - це дозволяє позбутися паразитних сигналів в мережі, що відбиваються.

Мережний кабель забезпечує канал зв’язку комп’ютера з рештою робочих станцій мережі. При встановленні кабелів потрібно точно слідувати специфікаціям.

Кабель на основі скручених пар (кручена пара, TP) містить дві або більше пари проводів, скручених один з іншим по всій довжині кабелю. Скручування дозволяє підвищити завадостійкість кабелю й знизити вплив кожної пари на всі інші.

Коаксіальний кабель складається із центрального провідника (суцільного або багатожильного), покритого шаром полімерного ізолятора, поверх якого розташований інший провідник (екран). Екран являє собою мідне покриття навколо ізолятора або фольгу, у яку обернений ізолятор. У високоякісних кабелях присутні й мідне покриття й фольга. Коаксіальний кабель забезпечує більш високу завадостійкість у порівнянні із кручений парою, але він є дорожчим. Існують різні види коаксіальних кабелів. При установці мережі варто вибирати кабель у точній відповідності зі специфікацією.

Тонкий коаксіальний кабель RG-58 (іноді називається CheaperNet або ThinNet) являє собою екранований мідний дріт. Товщина кабелю 6 мм. Хвильовий опір 50 Ом. Варто відрізняти тонкий коаксіальний від телевізійного кабелю, що застосовується в кабельному телебаченні. Незважаючи на схожість, телевізійний кабель (RG-59) має хвильовий опір 75 Ом і не призначений для використання в комп'ютерній мережі.

Кабель до комп'ютерів у мережі приєднується за допомогою Т-конектора, обидва кінці кабелю повинні закінчуватися термінаторами у 50 м. При відсутності термінатора в кабелі будуть утворюватися стоячі хвилі, що швидше за все приведе до непрацездатності всього сегмента мережі. Мережі, побудовані на тонкому кабелі Ethernet, мають топологію "загальна шина", тобто всі комп'ютери в сегменті мережі підключені до одного кабелю. Через технічні особливості, при ушкодженні ділянки кабелю (або поганому контакті в Т-конекторі або термінаторі) мережа не розпадеться на два ізольованих, але працюючого фрагмента, а повністю виходить із ладу. Це знижує її надійність, а також значно ускладнює діагностику місця виникнення неполадки. У зв'язку із цим перспективніше будувати мережі на основі кабелю "кручена пари". Використання коаксіального кабелю вважається застарілою технологією, що, наприклад, навіть не підтримується протоколом Fast Ethernet. Проте, більшість невеликих офісних мереж продовжують використовувати коаксіальний кабель, як історично, так і просто заощаджуючи кошти, тому що використання “крученої пари” передбачає покупку концентратора (hub) або, навіть, комутатора (switch).

Мережний комутатор (або swich) — пристрій, призначений для з'єднання декількох вузлів комп'ютерної мережі в межах одного сегменту. На відміну від концентратора (hub), який поширює трафік від одного підключеного пристрою до всіх інших, комутатор передає дані тільки безпосередньо одержувачу, виключення складає широкомовний трафік всім вузлам мережі. Це підвищує продуктивність і безпеку мережі, позбавляючи решту сегментів мережі від необхідності обробляти дані, які їм не призначалися.

Товстий коаксіальний кабель (RG-8 і RG-11) має товщину 12 мм і буває двох різновидів: гнучкий і твердий. Він має більший ступінь перешкодозахищеності, більшу механічну міцність, а також дозволяє підключати новий комп'ютер до кабелю, не припиняючи роботу мережі. Однак він складний при прокладці, а для підключення до нього потрібне спеціальний пристрій (трансивер). Трансивер установлюється безпосередньо на кабелі контактно (проколюванням) або безконтактно, і живиться від мережного адаптера комп'ютера. Трансивер з'єднується з мережним адаптером за допомогою кабелю AUI (Attachment Unit Interface) довжиною до 50 метрів. Мережний адаптер повинен мати рознімання AUI (рознімання DB-15), що звичайно є в концентраторах (hub-ax). Основна область застосування товстого коаксіального кабелю - магістральні лінії, що з'єднують поверхи будинку (якщо використовувати оптоволоконний кабель не дозволяють засобу).

Оптичний кабель складається з одного або декількох кварцових волокон (іноді полімерних), покритих захисною оболонкою. Оболонка, як правило, складається з декількох шарів для забезпечення кращого захисту волокон.

В оптоволоконному кабелі для передачі сигналів використовується світло. Такий кабель звичайно складається із центральної скляної нитки товщиною в трохи мікрон (світловоду), покритої суцільною скляною оболонкою, що має менший показник переломлення, ніж світловод. Поширюючись по світловоду, промені світла не виходять за його межі, відбиваючись від покриваючого шару оболонки. Все це, у свою чергу, заховано в зовнішню захисну оболонку.

У перших оптоволоконних кабелях як матеріал для світловоду використовувалося скло. У сучасних розробках використовується також пластик. Волоконно-оптичні кабелі мають відмінні характеристики: захищеність від електромагнітних перешкод, механічна міцність (в ізоляції) і гарна гнучкість. Однак у них є серйозний недолік - складність з'єднання волокон з розніманнями й між собою при необхідності нарощування довжини кабелю. Сама вартість волоконно-оптичних кабелів ненабагато перевищує вартість кабелів на кручений парі, однак, проведення монтажних робіт з оптоволокном обходиться набагато дорожче через трудомісткість операцій і високої вартості застосовуваного монтажного устаткування. Так, приєднання оптичного волокна до рознімання вимагає проведення високоточної обрізки волокна в площині строго перпендикулярної осі волокна, а також виконання з'єднання шляхом складної операції склеювання, а не обтиснення, як це робиться для кручений пари. Виконання ж неякісних з'єднань відразу різко звужує смугу пропущення волоконно-оптичних кабелів і ліній. Для установки рознімань, створення відгалужень, пошуку несправностей в оптоволоконному кабелі необхідні спеціальна апаратура й висока кваліфікація. Тому оптоволоконну лінію найчастіше використовують у якості основної високошвидкісної магістралі великої локальної обчислювальної мережі.

Архітектура мережі описує не тільки фізичне розташування мережних пристроїв, але й тип використовуваних адаптерів і кабелів. Крім того, мережна архітектура визначає методи передачі даних по кабелі.

Об’єднання комп’ютерів у дротову мережу звичайно потребує прокладки великої кількості кабелю через стіни і стелі. Також дротові мережі накладають певні обмеження на розташування обладнання. Цих недоліків позбавлені бездротові мережі: можна додавати комп'ютери і інші бездротові пристрої з мінімальними фізичними, часовими і матеріальними витратами. Для передачі інформації бездротові точки доступу використовують радіохвилі із спектру частот, визначених стандартом IEEE 802.11.

Найчастіше бездротові точки доступу використовуються для надання доступу мобільним пристроям (ноутбуки, принтери тощо) до стаціонарної локальної мережі. Також бездротові точки доступу часто використовуються для створення так званих «гарячих точок» — областей, в межах яких клієнту надається безкоштовний доступ до мережі Інтернет. Звичайно такі точки знаходяться у бібліотеках, аеропортах, вуличних кафе великих міст.

Останнім часом спостерігається тенденція створення бездротових точок доступу для домашніх мереж. Радіус дії стандартної точки доступу – приблизно 100-250 метрів на відкритій місцевості, однак кожна стіна на шляху сигналу зменшує його на 1-20 метрів. Найпопулярнішими стандартами для точок доступу є Wi-Fi (802.11a/b/g/n) і Bluetooth.

Wi-Fi (англ. Wireless Fidelity — «бездротова точність») — стандарт на обладнання для організації бездротових мереж. Wi-Fi роутер (маршрутизатор) – це мережний пристрій, що пересилає пакети даних між різними сегментами мережі та приймає рішення на основі інформації про топологію мережі та визначені правила, задані адміністратором. Звичайно маршрутизатор використовує адресу отримувача, вказану в пакетах даних, і визначає за таблицею маршрутизації шлях, за яким слід передавати дані.

Bluetooth — виробнича специфікація бездротових персональних мереж (англ. Wireless personal area network, WPAN). Bluetooth забезпечує обмін інформацією між такими пристроями як персональні комп’ютери (настільні, КПК, ноутбуки), мобільні телефони, принтери, цифрові фотоапарати, мишки, клавіатури, джойстики, навушники, гарнітури на надійній, безплатній, повсюдно доступній радіочастоті для ближнього зв'язку.

Bluetooth дозволяє цим пристроям сполучатися, коли вони знаходяться у радіусі до 200 метрів один від одного (дальність сильно залежить від перешкод та завад), навіть у різних приміщеннях.

Принцип дії оснований на використанні радіохвиль. Радіозв’язок Bluetooth здійснюється у ISM-діапазоні (англ. Industry, Science and Medicine), який використовується в різних побутових приладах і бездротових мережах (вільний від ліцензування діапазон 2,4-2,4835 ГГц).