Локально-вычислительные сети

Федеральное агентство по образованию РФ

Нижегородский Государственный Университет

им. Н.И. Лобачевского

Финансовый  факультет

Дневное отделение

Специальность «Таможенное дело» 
 
 
 
 
 

Курсовая  работа

по  дисциплине Информатика

            на  тему: 

            Выполнила: студентка гр.13114

Волкова Ольга Владимировна

Руководитель: Назарова Е.В. 
 
 
 
 
 
 
 
 

Нижний  Новгород

2006 

Содержание 

Введение                                                                                                     3-4

Глава 1. Анализ особенностей технологии ЛВС

1.1 Назначение  и определение локальной сети (ЛС) ЭВМ                  5-6

1.2 Классификация ЛВС                                                                         7-8

Глава 2. Типовые топологии и методы доступа ЛВС

2.1 Физическая передающая среда ЛВС                                                9-11

2.2 Оборудование  ЛВС                                                                          11-12

2.3 Основные топологии ЛВС                                                               12-17

2.4 Методы доступа к передающей среде                                            17-18

Глава 3. Методы доступа в ЛВС

3.1 Метод доступа  Ethernet                                                                          19

3.2 Метод доступа Arcnet                                                                       19-20

3.3 Метод доступа  Token Ring                                                                    20

Заключение                                                                                                    21

Список литературы                                                                                       22

Приложение 

1. Схема переноса информации в сети                                                 23

Введение

      В последние десятилетия в мире развитие в области  информационных технологий вызвало резкий рост требований пользователей к вычислительной технике. Им стало недостаточно собственных компьютеров, и нужна была возможность обмена данными с другими близко расположенными компьютерами.

      Возникла  необходимость в создании и развитии сетей для соединения компьютеров и обмена информацией между ними. Таким образом, вычислительные сети явились результатом эволюции компьютерных технологий.

      На сегодняшний день в мире существует более 130 миллионов компьютеров и более 80% из них объединены в различные информационно-вычислительные сети от малых локальных сетей в офисах до глобальных сетей типа Internet. Создание компьютерных сетей вызвано практической потребностью совместного использования информации пользователя, работающими на удаленных друг от друга компьютерах. Сети предоставляют пользователям возможность не только быстрого обмена информацией, но и совместного использования принтеров и других периферийных устройств и даже одновременной работы с документами.

      Такие огромные потенциальные возможности  которые несет в себе компьютерная сеть и тот новый потенциальный подъем который при этом испытывает информационный комплекс, а так же значительное ускорение производственного процесса не дают нам право не принимать это к разработке и не применять их на практике. Что же такое  локальная сеть, зачем она нужна и что нужно для ее построения, вы сможете узнать, прочитав изложенную ниже курсовую работу! 

Актуальность  локально-вычислительных сетей:

    В производственной практике ЛВС играют очень большую роль. Посредством ЛВС в систему объединяются персональные компьютеры, расположенные на многих удаленных рабочих местах, которые используют совместное оборудование, программные средства и информацию. Рабочие места сотрудников перестают быть изолированными и объединяются в единую систему, которая имеет свои особенные преимущества, получаемые при сетевом объединении персональных компьютеров в виде внутрипроизводственной вычислительной сети:

1. Разделение ресурсов – позволяет экономно использовать ресурсы, например, управлять периферийными устройствами, такими как лазерные печатающие устройства, со всех присоединенных рабочих станций.
2. Разделение данных – предоставляет возможность доступа и управления базами данных с периферийных рабочих мест, нуждающихся в информации.
3. Разделение программных средств – предоставляет возможность одновременного использования централизованных, ранее установленных программных средств.
4. Разделение ресурсов процессора – возможность использования вычислительных мощностей для обработки данных другими системами, входящими в сеть. Предоставляемая возможность заключается в том, что на имеющиеся ресурсы не «набрасываются» моментально, а только лишь через специальный процессор, доступный каждой рабочей станции.
5. Многопользовательский режим – многопользовательские свойства системы содействуют одновременному использованию централизованных прикладных программных средств, ранее установленных и управляемых, например, если пользователь системы работает с другим заданием, то текущая выполняемая работа отодвигается на задний план.

Глава 1. Анализ особенностей технологии ЛВС

1.1 Назначение и определение локальной сети (ЛС) ЭВМ

    Локальная сеть создается, как правило, для  совместного использования (в пределах одной организации, фирмы) ресурсов ЭВМ или данных. Например, для коллективного использования дорогостоящих периферийных устройств- лазерных принтеров, графопостроителей и т.д., для коллективного пользования некоторой базой данных или архивов. Она может использоваться даже просто для передачи текстовых сообщений между коллегами-пользователями. Пользователь сети имеет возможность, работая со «своей» ЭВМ, обратится к любому файлу или программе на диске другой машины, если, конечно, в сети (для этой ЭВМ) не принято специальных мер ограничения такого доступа.

    Итак, локальная сеть (от англ. LAN – Loсal Area Network) - это компьютерная сеть, в которой ЭВМ расположены на небольшом расстоянии друг от друга, не использующая средства связи общего пользования (типа телефонных каналов). Эту формулировку можно рассматривать как не строгое определение локальной сети.

    С технической точки зрения локальная  сеть есть совокупность ПЭВМ и каналов  связи, соединяющих компьютеры в  структуру с определенной конфигурацией, а также сетевого программного обеспечения, управляющего работой всей сети. Кроме того, большинство сетей требуют установки в каждую ПЭВМ интерфейсной платы (сетевого адаптера) для организации связи ПЭВМ  с сетью. [2]

    В небольших локальных сетях все компьютеры обычно равноправны, то есть пользователи самостоятельно решают, какие ресурсы своего компьютера (диски, каталоги, файлы) сделать общедоступными по сети. Такие сети называются одноранговыми.

    Достоинства одноранговых сетей: низкая стоимость  и высокая надежность.

    Недостатки  одноранговых сетей:

• зависимость эффективности работы сети от количества станций;
• сложность управления сетью;
• сложность обеспечения защиты информации;
• трудности обновления и изменения программного обеспечения станций.

    Наибольшей популярностью пользуются одноранговые сети на базе сетевых операционных систем LANtastic, NetWare Lite.

    Если  к локальной сети подключено более 10 компьютеров, одноранговая сеть может оказаться недостаточно производительной. Для увеличения производительности, а также в целях обеспечения большей надежности при хранении информации в сети некоторые компьютеры специально выделяются для хранения файлов и программных приложений. Такие компьютеры называются серверами, а локальная сеть - сетью на основе сервера. [5]

    Достоинства сети с выделенным сервером:

• надежная система защиты информации;
• высокое быстродействие;
• отсутствие ограничений на число рабочих станций;
• простота управления по сравнению с одноранговыми сетями.

    Недостатки  сети:

• высокая стоимость из-за выделения одного компьютера под сервер;
• зависимость быстродействия и надежности сети от сервера;
• меньшая гибкость по сравнению с одноранговой сетью.

    Сети  с выделенным сервером являются наиболее распространенными у пользователей  компьютерных сетей. Сетевые операционные системы для таких сетей – LANServer (IBM), Windows NT Server версий 3.51 и 4.0 и NetWare (Novell).

1.2 Классификация ЛВС

    Всё множество видов ЛВС можно  разделить на четыре группы.

    К первой группе относятся ЛВС ориентированные на массового пользователя. Такие ЛВС объединяют в основном персональные ЭВМ с помощью систем передачи данных, имеющих низкую стоимость и обеспечивающих передачу информации на расстояние 100 – 500 м со скоростью 2400 – 19200 бод.

    Ко  второй группе относятся ЛВС, объединяющие, кроме ПЭВМ, микропроцессорную технику, встроенную в технологическое оборудование (средства автоматизации проектирования, обработки документальной информации, кассовые аппараты и т.д.), а также средства электронной почты. Система передачи данных таких ЛВС обеспечивает передачу информации на расстояние до 1 км со скоростью от 19200 бод до 1 Мбод. Стоимость передачи данных в таких сетях примерно на 30% превышает стоимость этих работ в сетях первой группы.

    К третьей группе относятся ЛВС, объединяющие ПЭВМ, мини ЭВМ и ЭВМ среднего класса. Эти ЛВС используют для организации управления сложными производственными процессами с применением робототехнических комплексов и гибких автоматизированных модулей, а также для создания крупных систем автоматизации проектирования, систем управления научными исследованиями и т.п. Системы передачи данных в таких ЛВС имеют среднюю стоимость и обеспечивают передачу информации на расстояние до нескольких километров со скоростью 120 Мбод.

    Для ЛВС четвертой группы характерно объединение в своем составе всех классов ЭВМ. Такие ЛВС применяются в сложных системах управления крупным производством и даже отдельной отраслью: они включают в себя основные элементы всех предыдущих групп ЛВС. В рамках данной группы ЛВС могут применяться различные системы передачи данных, в том числе обеспечивающие передачу информации со скоростью от 10 до 50 Мбод на расстояние до 10 км. По своим функциональным возможностям ЛВС этой группы мало чем отличаются от региональных вычислительных сетей, обслуживающих крупные города, районы, области. В своем составе они могут содержать разветвленную сеть соединений между различными абонентами – отправителями и получателями информации. [4] 

    Глава 2. Типовые топологии  и методы доступа  ЛВС

2.1 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 (рис. 2.1.1). 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.

    Рис. 2.1.1 Витая 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 (рис. 2.1.2) 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 передает 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. 

    Рис. 2.1.2 Коаксиальный кабель 
 
 
 

    Рис. 2.1.3 Оптоволоконный кабель 

    Оптоволоконный кабель – идеальная передающая среда (рис. 2.1.3). 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. [1]

    Существуют  и беспроводные локальные сети. В них информация между ЭВМ передается в СВЧ – диапазоне, либо с помощью инфракрасных лучей. В первом случае пользователи сети могут располагаться на значительном удалении друг от друга. Недостатком этого способа является наличие помех, создаваемых другими источниками той же частоты, а также сложность защиты данных от несанкционированного доступа, поскольку передаваемые сообщения в таком случае может воспринимать любой приемник, настроенный на ту же частоту.

    Сети, использующие инфракрасное излучение, свободны от указанных недостатков, но ЭВМ – приемник и ЭВМ – передатчик должны находится в пределах прямой видимости, т.е. в одной комнате. Бесконтактный способ связи целесообразен, например, при объединении в сеть портативных ЭВМ типа Notebook или при необходимости развернуть сеть в сжатые сроки в неприспособленном для этого помещения. Примерами подобных сетей являются сети AirLAN, Altair Plus. Отметим, что существуют ЛС, в которых роль каналов связи играет обычная электрическая сеть, например, Carriernet. Также ведутся работы по использованию в качестве транспорта (каналов связи) сети радиофикации. [2]

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

2.2 Оборудование ЛВС

    Нет необходимости перечислять все  многообразие оборудования для локальных сетей. Можно лишь отметить несколько основных его видов кроме сетевых карт. Это:

• «хаб» (hub – ступица, центр (англ.)) – узел, или, проще говоря, разветвитесь, без функций усиления сигнала;
• «репитер» (repeater – повторить (англ.)) – то же, но с усилением сигнала, увеличивает протяженность линий связи;
• «бридж» (bridge – мост (англ.)) – служит для связи двух различных сегментов ЛВС. Связывая сегменты, мост передает через себя электронные пакеты из одного сегмента, предназначенные адресату в другом сегменте, и не пропускает пакеты, предназначенные адресатам только в одном из сегментов. Таким образом, как и обычный мост, бридж «соединяет, разъединяя». Это разгружает сегменты сети и отчасти решает вопросы информационной безопасности на аппаратном, самом надежном уровне.
• «свич» (switch – переключатель (англ.)) – служит для тех же целей, что и бридж, но связывает при этом несколько сегментов. [2]

2.3 Основные топологии ЛВС

    Вычислительные  машины, входящие в состав ЛВС, могут  быть расположены самым случайным образом на территории, где создается вычислительная сеть. Следует заметить, что для способа обращения к передающей среде и методов управления сетью небезразлично, как расположены абонентские ЭВМ. Поэтому имеет смысл говорить о топологии ЛВС.

    Топология ЛВС – это усредненная геометрическая схема соединений узлов сети.

    Топологии вычислительных сетей могут быть самыми различными, но для локальных вычислительных сетей типичными являются всего три: кольцевая, шинная, звездообразная.

    Иногда  для упрощения используют термины  – кольцо, шина и звезда. Не следует думать, что рассматриваемые типы топологий представляют собой идеальное кольцо, идеальную прямую или звезду.

    Любую компьютерную сеть можно рассматривать  как совокупность узлов.

    Узел – любое устройство, непосредственно подключенное к передающей среде сети.

    Топология усредняет схему соединений узлов сети. Так, и эллипс, и замкнутая кривая, и замкнутая ломаная линия относятся к кольцевой топологии, а незамкнутая ломаная линия – к шинной.

    Кольцевая топология предусматривает соединение узлов сети замкнутой кривой – кабелем передающей среды (рис. 2.2.1). Выход одного узла сети соединяется со входом другого. Информация по кольцу передается от узла к узлу. Каждый промежуточный узел между передатчиком и приемником ретранслирует посланное сообщение. Принимающий узел распознает и получает только адресованные ему сообщения.

    Рис. 2.2.1 Сеть кольцевой топологии

    Кольцевая топология является идеальной для  сетей, занимающих сравнительно небольшое пространство. В ней отсутствует центральный узел, что повышает надежность сети. Ретрансляция информации позволяет использовать в качестве передающей среды любые типы кабелей.

    Последовательная  дисциплина обслуживания узлов такой  сети снижает ее быстродействие, а  выход из строя одного из узлов  нарушает целостность кольца и требует принятия специальных мер для сохранения тракта передачи информации.

    Шинная топология – одна из наиболее простых (рис. 2.2.2). Она связана с использованием в качестве передающей среды коаксиального кабеля. Данные от передающего узла сети распространяются по шине в обе стороны. Промежуточные узлы не транслируют поступающих сообщений. Информация поступает на все узлы, но принимает сообщение только тот, которому оно адресовано. Дисциплина обслуживания параллельная.

    Рис. 2.2.2 Сеть шинной топологии

    Это обеспечивает высокое быстродействие ЛВС с шинной топологией. Сеть легко наращивать и конфигурировать, а также адаптировать к различным системам. Сеть шинной топологии устойчива к возможным неисправностям отдельных узлов.

    Сети  шинной топологии наиболее распространены в настоящее время. Следует отметить, что они имеют малую протяженность и не позволяют использовать различные типы кабеля в пределах одной сети.

    Звездообразная топология (рис. 2.2.3) базируется на концепции центрального узла, к которому подключаются периферийные узлы. Каждый периферийный узел имеет свою отдельную линию связи с центральным узлом. Вся информация передается через центральный узел, который ретранслирует, переключает и маршрутизирует информационные потоки в сети.

     Звездообразная топология значительно  упрощает взаимодействие узлов ЛВС друг с другом, позволяет использовать более простые сетевые адаптеры. В то же время работоспособность ЛВС со звездообразной топологией целиком зависит от центрального узла. [1]

    Иерархическая топология (конфигурация типа «дерево») представляет собой более развитой вариант структуры ЛВС, построенной на основе общей шины. Дерево образуется путем соединения нескольких шин с корневой системой, где размещаются самые важные компоненты ЛВС. Оно обладает необходимой гибкостью для того, чтобы охватить средствами ЛВС несколько этажей в здании или несколько зданий на одной территории, и реализуется, как правило, в сложных системах, насчитывающих десятки и даже сотни абонентов.

    Наиболее  сложной и дорогой является многосвязная топология, в которой каждый узел связан со всеми другими узлами сети. Эта топология в ЛВС применяется очень редко, в основном там, где требуется исключительно высокие надежность сети и скорость передачи данных.

    На  практике чаще встречаются гибридные  ЛВС, приспособленные к требованиям конкретного заказчика и сочетающие фрагменты шинной, звездообразной и других топологий. [4]

    Выбор той или иной топологии определяется областью применения ЛВС, географическим расположением ее узлов и размерностью сети в целом.

    В крупных ЛС предприятий и учреждений чаще всего используется шинная (линейная) топология, соответствующая архитектуре многих административных зданий, имеющих длинные коридоры и кабинеты сотрудников вдоль них. Для учебных целей в КУВТ чаще всего используют кольцевые и звездообразные ЛС.

    В любой физической конфигурации поддержка  доступа от одного компьютера к другому, наличие или отсутствие выделенного  компьютера (в составе КУВТ его называют «учительским», а остальные – «ученическими»), выполняется программой – сетевой операционной системой, которая по отношению к ОС отдельных компьютеров является надстройкой. Для современных высокоразвитых ОС персональных компьютеров вполне характерно наличие сетевых возможностей (например, OS/2, WINDOWS’95 – 98).

    Процесс передачи данных по сети определяют шесть компонентов:

• компьютер – источник
• блок протокола;
• передатчик;
• физическая кабельная сеть;
• приемник;
• компьютер - адресат;

    Компьютер – источник может быть рабочей  станцией, файл – сервером, шлюзом или  любым компьютером, подключенным к  сети. Блок протокола состоит из набора микросхем и программного драйвера для платы сетевого интерфейса. Блок протокола отвечает за логику передачи по сети. Передатчик посылает электрический сигнал через физическую топологическую схему. Приемник распознает и принимает сигнал, передающийся по сети, и направляет его для преобразования в блок протокола.

    Как показано в приложение (1), цикл передачи данных начинается с компьютера – источника, передающего исходные данные в блок протокола. Блок протокола организует данные в пакет передачи, содержащий соответствующий запрос к обслуживающим устройствам, информацию по обработке запроса (включая, если необходимо, адрес получателя) и исходные данные для передачи. Пакет затем направляется в передатчик для преобразования в сетевой сигнал. Пакет распространяется по сетевому кабелю пока не попадает в приемник, где перекодируется в данные. Здесь управление переходит к блоку протокола, который проверяет данные на сбойность, передает «квитанцию» о приеме пакета источнику, переформировывает пакеты и передает их в компьютер – адресат. [3]

2.4 Методы доступа к передающей среде

    Передающая  среда является общим ресурсом для  всех узлов сети. Чтобы получить возможность доступа к этому ресурсу из узла сети, необходимы специальные механизмы – методы доступа.

    Метод доступа к передающей среде – метод, обеспечивающий выполнение совокупности правил, по которым узлы сети получают доступ к ресурсу.

    Существует  два основных класса методов доступа: детерминированные, недетерминированные.