Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Локальные компьютерные сети

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 4

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 5

1.1 ОСНОВЫ СЕТЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ 5

1.1.1 Топология локальных сетей 7

1.1.2 Методы доступа 9

1.2 АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА ЛОКАЛЬНЫХ СЕТЕЙ 12

1.3 ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЛОКАЛЬНЫХ СЕТЕЙ 18

1.3.1 программные средства обеспечения надежности работы одноранговых сетей 21

1.3.2 Сетевые операционные системы 22

1.3.3 Сетевые приложения 25

2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 27

2.1 НАСТРОЙКА СЕТИ 27

2.1.1 МОНТАЖ СЕТИ 27

2.1.1.1 Установка сетевых адаптеров 27

2.1.1.2 Прокладка кабеля и распайка разъемов 27

2.1.1.3 Прокладка сети электропитания 28

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 32

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 33

ВВЕДЕНИЕ

Локальные компьютерные сети – это вид общения людей на расстоянии и взаимосвязь между компьютерами.

Объединение компьютеров в единую сеть предоставляет пользователям сети новые возможности, несравнимые с возможностями отдельных компьютеров.

Локальная сеть позволяет организовать передачу файлов из одного компьютера в другой или другие, совместно использовать вычислительные и аппаратные ресурсы, совмещать распределенную обработку данных на нескольких компьютерах с централизованным хранением информации и многое другое.

Локальные сети, состоящие из близко расположенных компьютеров, чаще всего находящихся в одной комнате, в одном здании или в близко расположенных зданиях. Например, несколько компьютеров в офисе могут быть объединены в локальную сеть.

Локальные компьютерные сети, охватывающие некое предприятие или фирму и объединяющие разнородные вычислительные ресурсы в единой среде, называют корпоративными. Примером может служить банковская сеть. В локальных сетях применяются высокоскоростные цифровые линии связи.

Цель работы – изложить главные принципы построения и функционирования компьютерных (вычислительных) сетей, познакомить с основами работы в локальной сети.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 ОСНОВЫ СЕТЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Основное назначение любой компьютерной сети – предоставление информационных и вычислительных ресурсов подключенным к ней пользователям.

С этой точки зрения локальную вычислительную сеть можно рассматривать как совокупность серверов и рабочих станций.

Сеть — это группа компьютеров, соединенных друг с другом каналом связи. Канал обеспечивает обмен данными внутри сети (то есть обмен данными между компьютерами данной группы). Сеть может состоять из двух-трех компьютеров, а может объединять несколько тысяч ПК. Физически обмен данными между компьютерами может осуществляться по специальному кабелю, телефонной линии, волоконно-оптическому кабелю или по радиоканалу.

Компьютеры в сети можно соединять:

непосредственно друг с другом (так называемое двухточечное соединение);
через промежуточные узлы связи.

Компьютеры, подключенные к сети, могут выполнять две функции:

Рабочие станции — любые компьютеры, подключенные к сети, но, как правило, за ними работают пользователи;
Серверы — компьютеры, которые управляют всей сетью и накапливают у себя все данные рабочих станций. Серверы могут работать в автоматическом режиме, они стоят без клавиатуры и иногда даже без монитора, но в любом случае серверы осуществляют функции управления сетью и концентрации данных.

Принято различать локальные и глобальные сети. В сущности, главная разница между ними понятна уже по названиям, но есть и некоторые существенные технологические отличия.

Локальные сети (от английского Local «местный») — это сети, состоящие из близко расположенных компьютеров, чаще всего находящихся в одной комнате, в одном здании или в близко расположенных зданиях. Например, несколько компьютеров в офисе могут быть объединены в локальную сеть. Локальные компьютерные сети, охватывающие некое предприятие или фирму и объединяющие разнородные вычислительные ресурсы в единой среде, называют корпоративными (от английского corporate «корпоративный, общий»). Примером может служить банковская сеть.

Важнейшей характеристикой локальных сетей является скорость передачи данных, поэтому компьютеры соединяются с помощью высокоскоростных адаптеров со скоростью передачи данных не менее 10 Мбит в секунду.

В локальных сетях применяются высокоскоростные цифровые линии связи.

Кроме того, локальные сети должны легко адаптироваться обладать гибкостью: пользователи должны иметь возможность располагать компьютеры, подключенные к сети там, где понадобится, добавлять или перемещать компьютеры или другие устройства, а также по необходимости отключать их без прерываний в работе сети.

Глобальные сети (от английского global «мировой, всемирный») — объединяют компьютеры или локальные сети, расположенные очень далеко друг от друга, в разных городах, странах, на разных континентах. Для связи в глобальной сети используются модемы и дальние линии связи.

Соответственно, наряду со спутниковыми и оптоволоконными, применяются низкоскоростные аналоговые линии связи на базе телефонных линий.

1.1.1 Топология локальных сетей

Топология — это конфигурация сети, способ соединения элементов сети (компьютеров) друг с другом. Чаще всего встречаются три способа объединения компьютеров в локальную сеть:

Соединение типа «звезда».

Каждый компьютер через специальный сетевой адаптер подключается отдельным кабелем к объединяющему устройству. В случае надобности можно объединить вместе несколько сетей с топологией «звезда», при этом конфигурация сети получается разветвленной.

Топология локальной сети «звезда».

При соединении типа «звезда» легко искать неисправность в сети, но оно не всегда надежно, поскольку выход из строя центрального узла может привести к остановке сети.

Соединение «общая шина»

Все компьютеры сети подключаются к одному кабелю, этот кабель используется совместно всеми рабочими станциями по очереди. При таком типе соединения все сообщения, посылаемые каждым отдельным компьютером, принимаются всеми остальными компьютерами в сети.

В топологии «общая шина» выход из строя отдельных компьютеров не приводит всю сеть к остановке, но несколько труднее найти неисправность в кабеле, и при обрыве кабеля (единого для всей сети) нарушается работа всей сети.

Соединение пята «кольцо».

Данные передаются от одного компьютера к другому, при этом если один компьютер получает данные, предназначенные для другого компьютера, то он передает их дальше (по кольцу), а если данные именно этому компьютеру и предназначены, то он их, естественно, у себя оставляет и дальше не передает.

Топология локальной сети «кольцо» определяется на основе нескольких факторов:

физические ограничения на общую протяженность сети;

количество сегментов и узлов в сети;

надежность сети;

балансировка нагрузки;

стоимость и экономичность;

возможность и удобство прокладки кабеля;

стационарность соединений и т.д.

Выбор топологии сети в свою очередь определяет выбор сетевого оборудования.

1.1.2 Методы доступа

Наиболее известны и распространены три конкретные реализации методов доступа: Ethernet, Arcnet и Token Ring.

Ethernet

Этот метод был разработан фирмой Xeror в 1975 году и до сих пор наиболее популярен: метод доступа Ethernet обеспечивает высокую скорость и высокую надежность передачи данных.

Для метода доступа Ethernet используется топология «общая шина», поэтому все сообщения, посылаемые каждым отдельным компьютером, принимаются всеми остальными компьютерами в сети, подключенными к общей шине. Однако в целенаправленном, предназначенном для конкретной станции сообщении обязательно указан адрес станции на значения и адрес отправителя, поэтому принимает его только станция назначения, а остальные не обращают на него внимания.

Перед началом передачи станция определяет, свободен ли канал связи и если свободен — начинает передачу. Однако возможна одновременная передача сообщений двумя и более станциями. В этом случае станции на короткое время задерживают передачу, а затем возобновляют. Практически быстродействие сети уменьшается только при одновременной работе 80—100 станций.

Arcnet

Метод доступа Arcnet принадлежит фирме Datapoint Corp и тоже широко распространен: оборудование Arcnet заметно дешевле, чем оборудование Ethernet или Token Ring.

Arcnet применяется в локальных сетях с топологией «звезда». Один из компьютеров создает сообщение специального вида (так называемый маркер), которое передается от одного компьютера к другому последовательно. При передаче обычного информационного сообщения от одной станции к другой очередная станция дожидается маркера и дополняет его этим сообщением, а также адресами отправителя и назначения.

Когда отправленный пакет достигает станции назначения, информационное сообщение отделяется от маркера и передается станции.

Token Ring

Этот метод доступа разработан фирмой IBM и предполагает топологию сети «кольцо».

Метод Token Ring во многом напоминает предыдущий метод Arcnet:

он использует сообщение-маркер, передаваемое от одной станции к другой; однако здесь есть возможность разным рабочим станциям назначать различные приоритеты.

1.3 Новые системы передачи данных

Наряду с вышеописанными распространенными стандартами Ethernet, Arcnet и Token Ring, в локальные сети успешно внедряются новые системы передачи данных — беспроводные радио и инфракрасные сети и высокоскоростные системы. Новые системы передачи данных могут использоваться как самостоятельно, так и для связи традиционных подсетей в более производительную сеть.

Беспроводные сети предназначены прежде всего в условиях, когда стационарная прокладка кабеля затруднена либо неэффективна (из-за постоянно меняющейся рабочей среды). Такие системы имеют относительно невысокую скорость передачи данных и наиболее эффективны для приложений, предусматривающих обмен небольшими объемами информации (электронная почта, удаленная печать, прием и передача факсимильных сообщений).

Быстродействующие системы FDDI, CDDI, ATM, TCNS со скоростью передачи данных 100—622 Мбит/с могут либо служить основным магистральным каналом для объединения менее производительных подсетей в единую сеть, либо использоваться в системах, для которых необходима высокая пропускная способность сети. Только в таких сетях возможна эффективная работа систем мультимедиа, когда в реальном масштабе времени по сети передаются звуковая, видео и другая информация в цифровом виде.

Однако существенное значение имеет пропускная способность сети. При больших нагрузках у систем с маркерным доступом к среде передачи данных (Arcnet, Token Ring, TCNS) пропускная способность остается на фиксированном уровне, а у систем с произвольным методом доступа пропускная способность резко сокращается.

1.2 АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА ЛОКАЛЬНЫХ СЕТЕЙ

Состав и конфигурация сетевой аппаратуры во многом зависит от топологии сети. Сетевые адаптеры (платы) в сущности (технически) нужны для подключения компьютера к кабелю (как правило, сетевой адаптер вставляется в материнскую плату компьютера и имеет еще один-два разъема для подключения к кабелю компьютерной сети).

Сетевые адаптеры по выполняемым функциям разделяют на две группы:

адаптеры для реализации функций физического и канального уровней;
адаптеры для реализации функций всех уровней.

Общие функции любых адаптеров следующие:

организация приема/передачи данных в/из компьютера;
согласование скорости приема/передачи данных (буферизация);
формирование пакетов данных;
параллельно-последовательное преобразование данных;
кодирование/декодирование данных;
проверка правильности передачи;
установление соединения с требуемым абонентом сети;
организация собственно обмена данными.

Адаптеры второй группы дополнительно способны выполнять следующие функции:

маршрутизации и ретрансляции данных;
согласования протоколов различных сетей;
сегментации и блокирования данных;
сборки данных в сообщения из пакетов, поступающих в произвольном порядке.

Поскольку адаптеры ориентированы на определенную топологию локальной сети, постольку адаптеры можно классифицировать по типам: поддерживающие шинную топологию, кольцевую, звездную, древовидную, комбинированную.

1.2.1 Приемопередатчики (трансиверы) и повторители (репитеры)

Приемопередатчик (трансивер) — это устройство, которое связывает компьютер с сетью и функционирует как передатчик и приемник.

Повторитель (репитер) — это устройство с автономным питанием, которое обеспечивает передачу данных между сегментами сети, если длина сегмента ограничена параметрами кабеля. Репитер подключается к сетевому кабелю через приемопередающий кабель, приемопередатчик и устройство подключения.

Хаб (концентратор) — это многопортовое устройство, к которому подключают компьютеры с помощью сетевых кабелей. Благодаря хабам, можно формировать сеть произвольной топологии, имеющей при этом все преимущества сети Ethernet.

Мосты. Производительность сети, использующей один файл-сервер, может оказаться невысокой, даже при увеличении размера расширенной памяти на файл-сервере. При установке второго файл-сервера сеть наверняка будет работать быстрее. Зачастую выгоднее полностью раз делить сети — тогда каждая сеть будет пользоваться своим собственным файл-сервером.

Для связи двух отдельных (в основном одинаковых, но имеющих не которые физические различия) сетей в единую сеть используются так называемые мосты.

Мосты разделяются на внутренние и внешние.

Внутренний мост прост в изготовлении. В один из файл-серверов вставляется несколько сетевых адаптеров. К каждому сетевому адаптеру подключается свой сегмент сети. Если объединяемые сети пользуются различными методами доступа, то для каждого метода доступа нужен свой адаптер, а для каждого адаптера нужен свой драйвер.

Внешний мост нуждается в собственном компьютере. В этот отдельный компьютер также вставляются несколько сетевых адаптеров (для каждой из объединяемых сетей нужен свой адаптер) и устанавливается специальное программное обеспечение моста.

Маршрутизатор (роутер) — это устройство, которое взаимосвязывает три нижних уровня двух различных сетей, устанавливая при этом соединение на транспортном уровне. При использовании маршрутизатора верхние уровни соединяемых сетей должны быть одинаковы.

Маршрутизаторы работают медленнее, чем мосты. Однако маршрутизаторы имеют определенные преимущества: безопасность, надежность, увеличение производительности в пределах индивидуальной сети и большой диапазон действия сети.

Шлюз — это устройство для соединения различных сетей. Шлюзы выполняют протокольное преобразование для всех семи уровней сети. Обычно шлюзы применяются для соединения сетей, преобразования протоколов и передачи пакетов между двумя различными системами. При прочих равных условиях шлюз пропускает информацию медленнее, чем маршрутизатор.

1.2.2 Аппаратура связи

Кабели. В локальных сетях традиционными и наиболее распространенными кабельными передающими средами являются коаксиальный кабель и витая пара.

Такие типы кабеля обладают многими достоинствами:

широкая полоса рабочих частот (возможность переносить множество потоков данных, благодаря чему можно создавать высокоскоростные сети);

высокая помехоустойчивость;

способность переносить сигналы на большие расстояния.

Витая пара требует сравнительно малого расстояния между компьютерами, поэтому ее удобно применять в небольших сетях, но, кроме того, витая пара может использоваться в структурированных кабельных системах как для локальных сетей, так и для телефонной связи.

Существенным различием для типов витых пар является наличие или отсутствие изоляции (экранированная или неэкранированная пара).

Оптоволоконные кабели. Более современной передающей средой является оптоволоконный кабель, обладающий огромными преимуществами:

невосприимчив к электромагнитным помехам;

имеет очень широкую полосу пропускания;

способен передавать информацию на огромные расстояния в виде звуковых сигналов, видеосигналов и данных.

Правда, оптоволоконные кабели несколько сложнее устанавливать, особенно затруднено сращивание.

Телефонные каналы. Телефонные каналы часто применяются в качестве среды передачи данных на дальние расстояния. Обычно предлагаются два типа телефонных каналов — линии автоматической телефон ной связи (АТС) и арендуемые каналы. При наборе номера в линии АТС создается временное соединение между двумя пунктами, существующее до отбоя какой-либо сторон. Арендуемый канал обеспечивает постоянное соединение двух пунктов.

Спутниковые каналы. Спутниковые радиосистемы служат для передачи данных на большие расстояния. Спутники связи находятся на экваториальной орбите на высоте около 37500 км. По сравнению с наземными системами спутниковая связь гораздо надежнее, стоимость каналов не зависит от расстояний, наконец, спутниковые системы просто устанавливать. Однако спутниковые каналы тоже не идеальны: из-за большого расстояния между антенной и спутником естественны задержки передачи сигналов со спутника, а для увеличения скорости передачи данных нужно увеличивать диаметр антенны.

1.2.3 Физическая передающая среда ЛВС

Физическая среда обеспечивает перенос информации между абонентами вычислительной сети. Как уже упоминалось, физическая передающая среда ЛВС представлена тремя типами кабелей: витая пара проводов, коаксиальный кабель, оптоволоконный кабель.

Витая пара состоит из двух изолированных проводов, свитых между собой. Скручивание проводов уменьшает влияние внешних электромагнитных полей на передаваемые сигналы. Самый простой вариант витой пары — телефонный кабель.

Витые пары имеют различные характеристики, определяемые размерами, изоляцией и шагом скручивания. Дешевизна этого вида передающей среды делает ее достаточно популярной для ЛВС.

Вытая пара проводов

Основной недостаток витой пары — плохая помехозащищенность и низкая скорость передачи информации — 0,25 — 1 Мбит/с. Технологические усовершенствования позволяют повысить скорость передачи и помехозащищенность (экранированная витая пара), но при этом возрастает стоимость этого типа передающей среды.

Коаксиальный кабель по сравнению с витой парой обладает более высокой механической прочностью, помехозащищенностью и обеспечивает скорость передачи информации до 10— 50 Мбит/с. Для промышленного использования выпускаются два типа коаксиальных кабелей: толстый и тонкий. Толстый кабель более прочен и передаст сигналы нужной амплитуды на большее расстояние, чем тонкий. В то же время тонкий кабель значительно дешевле. Коаксиальный кабель так же, как и витая пара, является одним из популярных типов передающей среды для ЛВС.

Коаксиальный кабель

Оптоволоконный кабель

Оптоволоконный кабель — идеальная передающая среда. Он не подвержен действию электромагнитных полей и сам практически не имеет излучения. Последнее свойство позволяет использовать его в сетях, требующих повышенной секретности информации.

Скорость передачи информации по оптоволоконному кабелю более 50 Мбит/с. По сравнению с предыдущими типами передающей среды он более дорог, менее технологичен в эксплуатации.

ЛВС, выпускаемые различными фирмами, либо рассчитаны на один из типов передающей среды, либо могут быть реализованы в различных вариантах, на базе различных передающих сред.

1.3 ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЛОКАЛЬНЫХ СЕТЕЙ

Для работы компьютеров в сети необходимо специальное программное обеспечение, которое, в сущности, обеспечивает реализацию отдельных уровней семиуровневой архитектуры и семиуровневой архитектуры в целом. С точки зрения сетевого программного обеспечения сети подразделяются на два основных типа:

сети с централизованным управлением;

одноранговые сети;

3.1 Сети с централизованным управлением

Модель сети типа «файл-сервер». В сети с централизованным управлением компьютеры функционально разделяются на две группы: одна или более машин, управляющих обменом данными (так называемые файл-серверы) и рабочие станции. Файл-серверы бывают выделенными

— такой файл-сервер выполняет только функции управления сетью и никогда не используется в качестве рабочей станции, и невыделенными — такой файл-сервер, кроме своих специфических задач управления сетью, решает также задачи, свойственные рабочей станции.

На файл-серверах устанавливается специальная сетевая операционная система, как правило, многозадачная. Рабочие станции могут работать с дисками файл-серверов и с совместно используемыми принтерами, но не более того, рабочие станции не могут работать с дисками друг друга. Таким образом, данные на различных рабочих станциях не могут быть как-то повреждены или уничтожены, поскольку пользователи изолированы друг от друга. Однако при необходимости обмена данными приходится пользоваться услугами файл-сервера, что создает для него дополнительную нагрузку.

Поэтому созданы специальные программы для сетей с централизованным управлением, позволяющие передавать данные от одной рабочей станции к другой без помощи файл-сервера. В свою очередь, на рабочих станциях устанавливается специальное программное обеспечение (программная оболочка), работающее в среде операционной системы, которая используется на данной рабочей станции.

Модель сети типа «клиент-сервер». К сожалению, даже сеть с мощным центральным файл-сервером не предоставляет многих необходимых гарантий и возможностей производительности, конфиденциальности (ограничения доступа) и целостности баз данных, действующих в сети. Такая сеть подвержена серьезным перегрузкам.

Многие недостатки сети с централизованным управлением типа «файл-сервер» устранены в более современной модели взаимодействия — модели типа «клиент-сервер».

В этой модели прикладная система делится на две части: внешняя, обращенная к пользователю часть называется «клиент», а внутренняя, обслуживающая часть, называется «сервер». Сервер-это маши на, предоставляющая ресурсы, а клиент — это потенциальный потребитель ресурсов.

Здесь сервер играет более активную роль благодаря программному обеспечению. Предотвращены перегрузки сети, поскольку сервер обрабатывает поступающие запросы таким образом, что клиент получает только то, что ему действительно нужно. Соблюдается большая безопасность данных, поскольку сервер контролирует допустимость обращения к записям на индивидуальной основе. Кроме того, для обеспечения сохранности информации предоставляется множество дополнительных программных возможностей.

Современная модель типа «клиент-сервер» обычно обладает следующими свойствами:

сеть включает множество серверов и клиентов;

обычно основу вычислительной системы составляют рабочие станции, каждая из которых функционирует в качестве клиента и запрашивает информацию, находящуюся на серверах;

обычно пользователь системы не обязан точно знать, где нужная ему информация, он просто запрашивает то, что ему нужно;

возможна и удобна реализация системы «клиент-сервер» в виде открытой архитектуры, объединяющей компьютеры различных классов и типов с различными операционными системами.

3.2 Одноранговые сети

Одноранговые сети отличаются от сетей с централизованным управлением тем, что функции управления сетью передаются от одной рабочей станции к другой, по очереди, то есть здесь нет выделенных серверов.

Следовательно, обычно рабочие станции имеют доступ к дискам и разделяемым ресурсам других рабочих станций. В этом случае совместная работа нескольких пользователей легче и удобнее, обслуживание одноранговых сетей проще, но производительность сети в целом, как правило, ниже.

1.3.1 Программные средства обеспечения надежности работы одноранговых сетей

Зеркальные диски. Зеркальный диск использует те же, канал, контроллер и блок питания что и основной диск. Операционная система может резервировать каналы, тогда используют два контроллера и, соответственно, подключают к ним два диска; для используемых контроллеров и дисков применяют два блока питания.

Резервирование дисков и каналов. При самом бережном отношении диски все-таки могут быть повреждены. В таких случаях применяют резервирование дисков: к одному дисковому контролеру подключают два абсолютно идентичных винчестера и, соответственно, настраивают операционную систему; тогда информация с основного диска будет автоматически дублироваться на второй — зеркальный диск. Если основной диск будет поврежден, специальная процедура полностью восстанавливает данные с зеркального диска. Кроме того, на диске выделяется некая область горячего резервирования дорожек: если в процессе работы выявляется дефектная дорожка, она автоматически заменяется дорожкой из области резервирования.

Горячее резервирование серверов. Время восстановления данных с зеркального диска может достигать нескольких часов, на протяжении которых сеть отключена. Чтобы избежать этого, применяется горячее резервирование серверов. Резервный сервер включается автоматически; файлы на дисках резервного сервера идентичны файлам основного сервера (поскольку серверы соединены высокоскоростной линией связи), поэтому не нужно восстанавливать данные и ремонт сервера не требует остановки системы.

1.3.2 Сетевые операционные системы

Сетевые операционные системы помогают осуществлять основные работы, производимые в сети, а именно:

файловая поддержка (создание, разделение и поиск файлов);

коммуникация (все, что происходит при взаимообмене данными);

услуги поддержки оборудования.

Каждая локальная вычислительная система работает под управлением распределенной операционной системы, которая и занимается распределением ресурсов и обменом между компьютерами; все работы сетевых операционных систем основаны на общих фундаментальных принципах.

Распределенные операционные системы подразделяются на следующие структуры:

каждый компьютер в сети может реализовать все функции распределенной операционной системы;

копии программ часто используемых функций распределенной операционной системы установлены на всех компьютерах, а копии редко используемых программ только на одном или, во всяком случае, на немногих; каждый компьютер выполняет определенный набор функций распределенной операционной системы, причем этот набор на разных компьютерах может быть различным, одинаковым или частично совпадающим.

Локальные компьютерные сети 📙 Дипломная → 🆔 8800