Компьютерные сети. Общие принципы организации компьютерных сетей. Классификация компьютерных сетей

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ГОССУДАРСТВЕНОГО  ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

УФИМСКАЯ  ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

ЭКОНОМИКИ И СЕРВИСА

Октябрьский филиал 
 
 

Кафедра гуманитарных, естественнонаучных,

математических  и социально-экономических дисциплин 
 
 
 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине: «Информатика»

тема: «Компьютерные  сети. Общие принципы организации  компьютерных сетей. Классификация  компьютерных сетей» 
 
 
 

выполнила: студентка группы ЗФЗ-11

Даутова Н.Р.

проверил: Талапин В.С. 
 
 

2011г

Оглавление 

Введение…………………………………………………………………….…….3

Глава 1. Компьютерные сети и их классификация…………………………5

1.1 Классификация компьютерных сетей……………………………………….5

Глава 2. Локальные компьютерные сети………………………………..….11

2.1 Классификация  локальных компьютерных сетей…………………………11

2.2 Структура локальных компьютерных сетей……………………………….14

2.3 Характеристика физических средств передачи данных в локальных компьютерных сетях…………………………………………………………….20

Глава 3. Глобальные компьютерные сети………………………………….21

3.1 Классификация глобальных компьютерных сетей………………………..21

3.2 Сеть Fast Ethernet…………………………………………………………….26

3.3 Примеры глобальных сетей…………………………………………………34

Заключение……………………………………………………………………...36

Список литературы……………………………...……………………………..37 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Введение 

    Компьютеры  появились в жизни человека не так уж давно, но почти любой человек  может с твердой уверенностью сказать, что будущее – за компьютерными технологиями. На заре своего появления компьютеры представляли собой громоздкие устройства, работающие на лампах и занимающие настолько много места, что для их размещения требовалась не одна комната. При всем этом производительность таких машин, по сравнению с современными, была невероятно мала. Время шло. Постепенно научная мысль и возможности ученых развились настолько, что производство меньших по размеру, но более производительных компьютеров стало реальностью. Процесс развития персонального компьютера движется с постоянно увеличивающимся ускорением, в связи с чем в ближайшем будущем компьютеры станут обязательным и незаменимым атрибутом любого предприятия, офиса и большинства квартир. Причиной столь интенсивного развития информационных технологий является все возрастающая потребность в быстрой и качественной обработки информации, потоки которой с развитием общества растут как снежный ком. Компьютеры прочно вошли в современный мир, во все сферы человеческой деятельности и науки, создавая необходимость в обеспечении их различным программным обеспечением. Конечно, в первую очередь это связано с развитием электронной вычислительной техники и с её быстрым совершенствованием и внедрением в различные сферы человеческой деятельности. Объединение компьютеров в сети позволило значительно повысить производительность труда. Компьютеры используются как для производственных (или офисных) нужд, так и для обучения. В настоящее время компьютерные сети получили очень широкое распространение. Это вызвано несколькими причинами:

• объединение компьютеров в сеть позволяет значительно экономить денежные средства за счет уменьшения затрат на содержание компьютеров (достаточно иметь определенное дисковое пространство на файл-сервере (главном компьютере сети) с установленными на нем программными продуктами, используемыми несколькими рабочими станциями);
• компьютерные сети позволяют использовать почтовый ящик для передачи сообщений на другие компьютеры, что позволяет в наиболее короткий срок передавать документы с одного компьютера на другой;
• компьютерные сети, при наличии специального программного обеспечения (ПО), служат для организации совместного использования файлов (к примеру, бухгалтеры на нескольких машинах могут обрабатывать проводки одной и той же бухгалтерской книги).

    Кроме всего прочего, в некоторых сферах деятельности просто невозможно обойтись без компьютерных сетей. К таким сферам относятся: банковское дело, складские операции крупных компаний, электронные архивы библиотек и др. В этих сферах каждая отдельно взятая рабочая станция в принципе не может хранить всей информации (в основном, по причине слишком большого ее объема). Сеть позволяет избранным (зарегистрированным на файл-сервере) пользователям получать доступ к той информации, к которой их допускает оператор сети. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Глава 1. Компьютерные сети и их классификация

    1.1 Классификация компьютерных  сетей 

    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). В сетях применяются различные сетевые технологии. Каждой технологии соответствуют свои типы оборудования. Оборудование сетей подразделяется на активное и пассивное. Активное оборудование – это интерфейсные карты компьютеров, повторители, концентраторы; пассивное оборудование – это кабели, соединительные разъемы, коммутационные панели. Кроме того, имеется вспомогательное оборудование – устройства бесперебойного питания, кондиционирования воздуха и аксессуары – монтажные стойки, шкафы, кабеле проводы различного вида. С точки зрения физики, активное оборудование – это устройства, которым необходима подача энергии для генерации сигналов, пассивное оборудование подачи энергии не требует. Оборудование компьютерных сетей подразделяется на конечные системы (устройства), являющиеся источниками и/или потребителями информации, и промежуточные системы, обеспечивающие прохождение информации по сети.

    К конечным системам относят компьютеры, терминалы, сетевые принтеры, факс-машины, кассовые аппараты, считыватели штрих кодов, средства голосовой и видеосвязи и любые другие периферийные устройства. 
К промежуточным системам относят концентраторы (повторители, мосты, коммутаторы), маршрутизаторы, модемы и прочие телекоммуникационные устройства, а также соединяющая их кабельная или беспроводная инфраструктура.

    Действием, «полезным» для пользователя, является обмен информацией между конечными  устройствами. Для активного коммуникационного оборудования применимо понятие производительность, причем в двух различных аспектах. Кроме «валового» количества неструктурированной информации, пропускаемого оборудованием за единицу времени (бит/с), интересуются и скоростью обработки пакетов, кадров или ячеек. Естественно, при этом оговаривается и размер структур (пакетов, кадров, ячеек), для которого измеряется скорость обработки. В идеале производительность коммуникационного оборудования должна быть столь высокой, чтобы обеспечивать обработку информации, приходящейся на все интерфейсы (порты) на их полной скорости (wire speed) Для организации обмена информацией должен быть разработан комплекс программных и аппаратных средств, распределенных по разным устройствам сети. Поначалу разработчики и поставщики сетевых средств пытались идти каждый по своему пути, решая весь комплекс задач с помощью собственного набора протоколов, программ и аппаратуры. Однако решения различных поставщиков оказывались несовместимыми друг с другом, что оказывало массу неудобств для пользователей, которых по разным причинам не удовлетворял набор возможностей, предоставляемых только одним из поставщиков. По мере развития техники и расширения ассортимента предоставляемых сервисов на-зрела необходимость декомпозиции сетевых задач – разбивки их на несколько взаимосвязанных подзадач с определением правил взаимодействия между ними. Разбивка задачи и стандартизация протоколов позволяет принимать участие в ее решении большому количеству сторон-разработчиков программных и аппаратных средств, изготовителей вспомогательного и коммуникационного оборудования, доносящих все эти плоды прогресса до конечного потребителя. Применение открытых технологий и следование общепринятым стандартам позволяет избегать эффекта вавилонского столпотворения. Конечно, в камент стандарт становиться тормозом развития, но кто-то делает прорыв, и его новая фирменная технология со временем выливается в новый стандарт.

    Все многообразие компьютерных сетей можно  классифицировать по раз-личным признакам:

1. способ организации сети;
2. территориальная распространенность;
3. ведомственная принадлежность;
4. скорость передачи информации;
5. тип среды передачи;
6. топология;
7. организация взаимодействия компьютеров.

    По  способу организации сети подразделяются на реальные и искусственные. 
Искусственные компьютерные сети (псевдосети) позволяют связывать компьютеры вместе через последовательные или параллельные порты и не нуждаются в дополнительных устройствах. Иногда связь в такой сети называют связью по нуль модему (не используется модем). Само соединение называют нуль модемным. Искусственные сети используются когда необходимо перекачать информацию с одного компьютера на другой. MS-DOS и Windows снабжены специальными программами для реализации нуль-модемного соединения. Основным недостатком этих компьютерных сетей является низкая скорость передачи данных и возможность соединения только двух компьютеров. Реальные компьютерные сети позволяют связывать компьютеры с помощью специальных устройств коммутации и физической среда передачи данных. Основным недостаток реальных сетей является необходимость в дополнительных устройствах. По территориальной распространенности компьютерные сети подразделяются на локальные, глобальные, и региональные. Локальные компьютерные сети – это сети, перекрывающие территорию не более 10 кв.м. Они являются сетями закрытого типа, доступ к ним разрешен только ограниченному кругу пользователей, для которых работа в такой сети непосредственно связана с их профессиональной деятельностью. Региональные компьютерные сети – это сети, расположенные на территории города или области. Глобальные компьютерные сети – это сети, расположенные на территории государства или группы государств. Например, всемирная сеть Internet. Они являются открытыми и ориентированы на обслуживание любых пользователей.

    Термин  «корпоративная сеть» также используется в литературе для обозначения объединения нескольких сетей, каждая из которых может быть построена на различных технических, программных и информационных принципах. По ведомственной принадлежности различают ведомственные и государственные сети. Ведомственные компьютерные сети принадлежат одной организации и располагаются на ее территории. 
Государственные компьютерные сети – сети, используемые в государственных структурах. По скорости передачи информации компьютерные сети делятся на низко, средне- и высокоскоростные. 
Низкоскоростные компьютерные сети – это сети, имеющие скорость передачи информации до 10 Мбит/с.

    Среднескоростные  компьютерные сети – это сети, имеющие скорость передачи информации до 100 Мбит/с.

    Высокоскоростные  компьютерные сети – это сети, имеющие скорость передачи информации свыше 100 Мбит/с.

    По  типу среды передачи компьютерные сети подразделяются на проводные коаксиальные, на витой паре, оптоволоконные, беспроводные (с передачей информации по радиоканалам, в инфракрасном диапазоне).  
По топологии компьютерных сетей они подразделяются на компьютерные сети с оконечным узлом, компьютерные сети с промежуточным узлом и компьютерные сети со смежным узлом.

    Компьютерные  сети с оконечным узлом – это сети, у которых узел расположен в конце только одной ветви.

    Компьютерные  сети с промежуточным узлом –  это сети, у которых узел расположен на концах более чем одной ветви.

    Компьютерные  сети со смежным узлом – это сети, у которых узлы соединены, по крайней мере, одним путём, не содержащим никаких других узлов.

    Узел  сети представляет собой компьютер, либо коммутирующее устройство сети. Ветвь сети – это путь, соединяющий два смежных узла. С точки зрения организации взаимодействия компьютеров, сети делят на одноранговые и иерархические.

    Все компьютеры одноранговой сети равноправны. Любой пользователь сети может получить доступ к данным, хранящимся на любом компьютере.  Одноранговые сети могут быть организованы с помощью таких операционных систем, как Windows'3.11, Novell Netware Lite. Указанные программы работают как с DOS, так и с Windows. Одноранговые сети могут быть организованы также на базе всех современных 32-разрядных операционных систем и некоторых других.

    Достоинства одноранговых сетей:

1. наиболее просты в установке и эксплуатации;
2. операционные системы DOS и Windows обладают всеми необходимыми функциями, позволяющими строить одноранговую сеть.

    Недостаток: в условиях одноранговых сетей затруднено решение вопросов защиты информации. Поэтому такой способ организации  сети используется для сетей с  небольшим количеством компьютеров. В иерархической сети при установке сети заранее выделяются один или несколько компьютеров, управляющих обменом данных по сети и распределением ресурсов. Такой компьютер называют сервером. Любой компьютер, имеющий доступ к услугам сервера называют клиентом сети или рабочей станцией.  Сервер в иерархических сетях – это постоянное хранилище разделяемых ресурсов. Сам сервер может быть клиентом только сервера более высокого уровня иерархии. Поэтому иерархические сети иногда называются сетями с выделенным сервером. Серверы обычно представляют собой высокопроизводительные компьютеры, возможно, с несколькими параллельно работающими процессорами, с винчестерами большой емкости, с высокоскоростной сетевой картой (100 Мбит/с и более).  Иерархическая модель сети является наиболее предпочтительной, так как позволяет создать наиболее устойчивую структуру сети и более рационально распределить ресурсы. Также достоинством иерархической сети является более высокий уровень защиты данных.

    К недостаткам иерархической сети, по сравнению с одноранговыми сетями, относятся:

1. необходимость дополнительной ОС для сервера;
2. более высокая сложность установки и модернизации сети;
3. необходимость выделения отдельного компьютера в качестве сервера.

    Различают две технологии использования сервера: технологию файл-сервера и архитектуру клиент-сервер. В первой модели используется файловый сервер, на котором хранится большинство программ и данных. По требованию пользователя ему пересылаются необходимая программа и данные. Обработка информации выполняется на рабочей станции. В системах с архитектурой клиент-сервер обмен данными осуществляется между приложением-клиентом и приложением-сервером. Хранение данных и их обработка производится на мощном сервере, который выполняет также контроль над доступом к ресурсам и данным. Рабочая станция получает только результаты запроса. Разработчики приложений по обработке информации обычно используют эту технологию. 
 
 
 
 
 

    Глава 2. Локальные компьютерные сети

    2.1 Классификация локальных компьютерных сетей 

    Локальная сеть представляет собой набор компьютеров, периферийных устройств (принтеров и т. П.) и коммутационных устройств, соединенных кабелями. Локальные сети делятся на учрежденческие (офисные сети фирм, сети организационного управления и другие сети, отличающиеся по терминологии, но практически одинаковые по своей идеологической сути) и сети управления технологическими процессами на предприятиях. Локальные сети характерны тем, что расстояния между компонентами сети сравнительно невелики, как правило, не превышают нескольких километров. Локальные сети различаются по роли и значению ПЭВМ в сети, структуре, методам доступа пользователей к сети, способам передачи данных между компонентами сети и др. Каждой из предлагаемых на рынке сетей присуши свои достоинства и недостатки. Выбор сети определяется числом подключаемых пользователей, их приоритетом, необходимой скоростью и дальностью передачи данных, требуемой пропускной способностью, надежностью и стоимостью сети.

    Локальные компьютерные сети можно классифицировать по следующим признакам:

1. по роли персонального компьютера в сети:
• сети с сервером;
• одноранговые (равноправные) сети.
2. по структуре (топологии) сети:

• одноузловые («звезда»);

• кольцевые («кольцо»);
• магистральные («шина»);
• комбинированные.

3. по способу доступа пользователей к ресурсам и абонентам сети:

• сети с подключением пользователя по указанным адресам абонентов по 
  принципу коммутации каналов («звезда»);
• сети с централизованным (программным) управлением подключения 
  пользователей к сети («кольцо» и «шина»);
• сети со случайной дисциплиной обслуживания пользователей («шина»).

4. по виду коммуникационной среды передачи информации:

• сети с использованием существующих учрежденческих телефонных сетей;
• сети на специально проложенных кабельных линиях связи;
• комбинированные сети, совмещающие кабельные линии и радиоканалы.

5. по дисциплине обслуживания пользователей (способу доступа пользователей к сети):

• приоритетные, задающиеся ЦУС, когда пользователи получают доступ к сети в соответствии с присвоенными им приоритетами (постоянными или изменяющимися);
• неприоритетные, когда все пользователи сети имеют равные права доступа к сети.

6. по размещению данных в компонентах сети:

• с центральным банком данных;
• с распределенным банком данных;
• с комбинированной системой размещения данных.

    По  роли персонального компьютера сети делятся на сети с сервером и одноранговые сети. Компонентами локальных сетей с сервером являются рабочие ПК (рабочие станции) и серверы. Сервер – это специально выделенный в сети компьютер, в задачу которой входит управление всей сетью или частью сети (например, в комбинированных сетях), прием, хранение, обновление и выдача пользователям общей информации, управление высококачественными принтерами и графопостроителями. По-этому к серверу предъявляются более высокие требования по производительности, объему памяти и надежности. Рабочие станции (клиенты, абоненты) – это менее мощные компьютеры, которые могут использовать ресурсы (например, дисковое пространство) сервера. Достоинствами этой сети являются:

• более эффективное централизованное управление сетью;
• рабочие станции могут быть достаточно простыми и дешевыми;
• операционная система, поддерживающая работу сети, может устанавливаться только на сервере.

    Недостатками этой сети являются:

• более высокая стоимость установки;
• сложная настройка системы;

    В локальных одноранговых сетях все компьютеры равноправны. Каждый пользователь предоставляет в сеть какие-либо ресурсы: жесткий диск, высококачественный принтер, графопостроитель и другие.

    Достоинствами этого вида локальных сетей являются:

• меньшие затраты на установку сети;
• возможность использования каждым пользователем ресурсов других компьютеров;
• удобство и простота работы пользователей в сети;

    Также они имеют и свои недостатки:

• число компьютеров в сети не превышает 25-30;
• операционная система, поддерживающая работу сети, устанавливается на каждом компьютере;

    2.2 Структура локальных компьютерных сетей 

    В локальных сетях применяются  в основном одноузловые (звездообразные) сети. В качестве средств коммуникаций могут использоваться телефонные линии  связи и АТС организаций, предприятий, фирм и др., специально проложенные кабельные линии и каналы передачи сигналов по радио.

    Методом доступа к сети является вызов  абонента по его сетевому имени с  коммутацией каналов в узле коммуникации (УК). Способ коммутации каналов обеспечивает соединение абонентов через УК на время передачи сообщения. При этом в УК возможна организация приоритетного доступа к сети абонентов.

    Достоинствами этого вида сети являются:

• простота и низкая стоимость подключения пользователей сети;
• простота управления сетью;
• возможность подключения и отключения абонентов без остановки работы сети;

    Также она имеет и свои недостатки:

• скорость передачи сообщений зависит от количества абонентов, интенсивности приема и передачи сообщений и технических возможностей УК;
• надежность сети определяется надежностью УК;
• большая суммарная длина и низкая эффективность использования физической среды передачи сигналов;

    Для повышения надежности УК строятся по модульному принципу, который предусматривает рабочие и резервные модули. Система диагностики оценивает функционирование рабочего модуля и в случае необходимости переключает сеть на работу с резервным модулем. Примером одноузловой сети может служить Arcnet (США). Хотя сеть не имеет статуса международного стандарта, она широко применяется для построения небольших учрежденческих сетей. В состав сети входит 8-канальный канальный УК. Количество абонентов может быть увеличено путем подключения новых УК. Структура радиокальной сети похожа на одноузловую сеть, только сообщения в сети передаются не по проводным линиям связи, а по радиолиниям. Для этого каждый компьютер снабжена абонентской радиостанцией (АРС). Абонентские радио-станции связаны между собой через центральную радиостанцию (ЦРС). Методы доступа к сети случайные. Наиболее простым является метод ALOHA –захват абонентом канала и выдача сообщения независимо от того, есть ли в сети другие сообщения или нет. Это может привести к столкновению сообщений в сети и взаимному их искажению. Искаженные сообщения повторно передаются через случайные промежутки времени. При столкновениях сообщений теряется активное время работы сети, равное сумме времени передачи обоих сообщений.

    Для уменьшения вероятности появления  столкновений применяются модификации этого метода: доступ с контролем несущей (CSMA) и доступ с контролем несущей и обнаружением столкновений (CSMA/CD). Доступ с контролем не-сущей заключается в том, что абонент «слушает» сеть и передает сообщение только в свободную сеть. Столкновения возможны, когда два или более абонентов начинают передачу одновременно. Искаженные сообщения передаются повторно.

    При доступе с контролем несущей  и обнаружением столкновений абонент «слушает» сеть, передает сообщение в освободившуюся сеть и контролирует возможность столкновения сообщений. Если абоненты начинают передачу одновременно, то столкнувшиеся сообщения сразу уничтожаются, не занимая времени передачей искаженных сообщений. Методы CSMA и GSMA/CD применяются при более высоких нагрузках на сеть, чем метод ALOHA.

    Случайные методы доступа реализуются средствами ЭМВОС каждой ПЭВМ, поэтому они  более надежны, чем централизованные методы доступа, реализуемые программными средствами ЦУС.

    Достоинства сети:

• возможность связи с движущимися абонентами;
• возможность подключения и отключения абонентов без остановки сети.

    Недостатки:

• возможность прослушивания всех абонентов; 
• воздействие промышленных и атмосферных помех;
• наличие «мертвых зон», обусловленных конструкциями зданий и помещений.

    Радиоканальные  сети сейчас начинают все шире использоваться там, где необходимы связи с действующими абонентами.

    Кольцевые сети. Средства коммуникаций сети включают физическую среду передачи сигналов в форме кольца, соединяющего компьютеры, блоки доступа и накопители. Блок доступа — это техническое устройство для подключения компьютера к физической среде. Блоки доступа делятся на две группы: доступ без разрыва целостности физической среды передачи сигналов и доступ с разрывом физической среды и восстановлением ее с помощью блока доступа. Например, без разрыва физической среды можно осуществить доступ к проводным линиям связи, но доступ к оптоволоконным линиям возможен только с разрывом среды передачи сигналов. Сообщение, переданное абонентом, поступает через блок доступа в физическую среду и двиотто по кольцу.

      Повторитель задерживает сообщение на время, необходимое для определения адреса абонента и приема его абонентом, восстанавливает ослабленные и искаженные электрические сигналы сообщения. Участок физической среды между двумя соседними повторителями называется сегментом.

    Достоинства сети:

• простота реализации двухточечной линии связи (в каждый момент соединены только две точки – два абонента), что снижает требования к физической среде;
• простота организации подтверждения о приеме сообщения;
• небольшая общая длина физической среды;

    Недостатки:

• низкая надежность, т.к. выход из строя участка физической силы или повторителя приводит к обстановке работы всей сети;
• невозможность подключения и отключения абонентов без остановки работы сети;
• максимальная задержка передачи сообщения зависит от количества абонентов;

    Для повышения надежности и пропускной способности сети применяется двойное кольцо. Сообщения в кольцах курсируют в разных направлениях. При нарушениях одного кольца уменьшается только пропускная способность сети. При нарушениях обоих колец ближайшие к нарушению автоматически восстанавливают циркуляцию информации в одном кольце. Пример кольцевой сети: Token Ring Network (филиал фирмы IBM в Цюрихе). Сеть обладает статусом мирового стандарта, ее длина достигает 2 км и обслуживает до 256 абонентов.