Локальные компьютерные сети. 4

29

Федеральное агентство по образованию ФГОУ ВПО Пятигорский Государственный Лингвистический Университет

Кафедра информационных технологий, математики и средств дистанционного обучения

Савкатов Залимхан Кайрадинович

Курсовая работа

«Локальные компьютерные сети»

Руководитель:

доцент Воробьев Г.А.

Пятигорск 2011 год

Введение

ГЛАВА1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЛОКАЛЬНЫХ СЕТЕЙ

     1.1 Общие сведения о сетях

     1.2 Топология сетей

     1.3 Основные протоколы обмена в компьютерных сетях

ГЛАВА 2. Обзор программных средств

     2.1 Аутентификация и авторизация. Система Kerberos

     2.2 Установка и настройка протоколов сети

Заключение

Библиография

Введение

Научно-технический прогресс, интеграция и глобализация производства, а также вхождение России в мировое информационное пространство ставит на новый уровень широчайшее использование новейших информационных технологий, и в первую очередь, компьютерных сетей. При этом резко возрастают и качественно видоизменяются возможности пользователя как в деле оказания услуг своим клиентам, так и при решении собственных организационно-экономических задач.

Благодаря локальной сети мы способны разделять всю интересующую нас информацию в компьютере и другие ресурсы. Также решается задача по управлению задачами и проектами, требующими совместной работы и координации, сотрудники могут взаимодействовать, находясь вдалеке, друг от друга. Безусловным преимуществом является и то, что при неисправности компьютерной сети, каждый отдельный человек имеет возможность и дальше работать на своем компьютере.

Поэтому, я считаю необходимым упомянуть о том, что компьютерные сети представляют собой целостную систему, характеристики и потенциал которой гораздо выше, чем просто суммарный показатель всех ПК, входящих в сеть, без их взаимодействия. Следует отметить, что современные компьютерные сети являются системой, возможности и характеристики которой в целом существенно превосходят соответствующие показатели суммы составляющих элементов сети персональных компьютеров при отсутствии взаимодействия между ними.

Преимущества компьютерных сетей дало толчок их широкому распространению в информационных системах кредитно-финансовой сферы, органов государственного управления и местного самоуправления, разного рода предприятий и организаций. Поэтому целью написания данной курсовой работы является ознакомления с основами построения и функционирования компьютерных сетей, для достижения поставленной цели необходимо решить определенный ряд задач:

·        Ознакомление с компьютерными сетями, выделение их особенностей и отличий;

·        Характеристика основных  структур сетей;

·        Знакомство с методами защиты от несанкционированного доступа к ресурсам сети;

·        Краткая характеристика основных протоколов сети, с помощью которых обеспечивается согласованное взаимодействие пользователей в сети;

·        Подведение итогов работы и внесение предложений по данной теме.

При решении поставленных задач потребовался анализ литературы по данной теме.

ГЛАВА1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЛОКАЛЬНЫХ СЕТЕЙ

1.1 Общие сведения о сетях

Нынешнее производство требует высоких скоростей обработки информации, удобных форм для хранения и передачи. Необходимо также иметь динамичные способы обращения к информации, способы поиска данных в заданные временные интервалы; реализовывать сложную математическую и логическую обработку данных. Управление крупными предприятиями, управление экономикой на уровне страны требуют участия в этом процессе достаточно крупных коллективов. Такие коллективы могут располагаться в разных районах города, в различных регионах страны и даже в различных странах. Для решения задач управления, обеспечивающих реализацию экономической стратегии, становятся важными и актуальными скорость и удобство передачи и обмена информацией, а также возможность тесного взаимодействия всех участников в процессе выработки управленческих решений.

Принцип централизованной обработки данных не отвечал высоким требованиям к надежности процесса обработки, затруднял развитие систем и не мог обеспечить необходимые временные параметры при диалоговой обработке данных в многопользовательском режиме. Кратковременный выход из строя централизованной ЭВМ приводил к роковым последствиям для системы в целом, так как приходилось дублировать функции центральной ЭВМ, значительно увеличивая затраты на создание и эксплуатацию систем обработки данных.

Появление малых ЭВМ, микроЭВМ и персональных компьютеров потребовало нового подхода к организации систем обработки данных, к созданию новых информационных технологий. Возникло обоснованное требование перехода от использования отдельных ЭВМ в системах централизованной обработки данных к распределенной обработке данных, т.е. обработке, выполняемой на независимых, но связанных между собой компьютерах, представляющих распределенную систему.

Для реализации распределенной обработки данных были созданы многомашинные ассоциации, структура которых разрабатывается по одному из следующих направлений:

·        многомашинные вычислительные комплексы (МВК) – группа установленных рядом ЭВМ, объединенных с помощью специальных средств сопряжения и выполняющих совместно информационно-вычислительный процесс;

·        компьютерные (вычислительные) сети – совокупность компьютеров и терминалов, соединенных с помощью каналов связи в единую систему, удовлетворяющую требованиям распределенной обработки данных.

Компьютерные сети являются высшей формой многомашинных ассоциаций. Выделяют основные отличия компьютерной сети от многомашинного вычислительного комплекса.

Первое отличие – размерность. В состав многомашинного вычислительного комплекса входят обычно две, максимум три ЭВМ, расположенные преимущественно в одном помещении. Вычислительная сеть может состоять из десятков и даже сотен ЭВМ, расположенных на расстоянии друг от друга от нескольких метров до тысяч километров.

Второе отличие – разделение функций между ЭВМ. Если в многомашинном вычислительном комплексе функции обработки данных, передачи и управления системой могут быть реализованы в одной ЭВМ, то в вычислительных сетях эти функции разделены между различными ЭВМ.

Третье отличие – необходимость решения в сети задачи маршрутизации сообщений. Сообщение от одного компьютера к другому может быть передано по различным маршрутам в зависимости от состояния каналов связи, соединяющих компьютеры друг с другом.

В зависимости от территориального расположения абонентских систем вычислительные сети мы  можем разделить на три основных класса:

·        глобальные сети (WAN – Wide Area Network);

·        региональные сети (MAN – Metropolitan Area Network);

·        локальные сети (LAN – Local Area Network).

Локальная сеть - это группа из нескольких компьютеров, соединенных между собой посредством кабелей (иногда также телефонных линий или радиоканалов), используемых для передачи информации между компьютерами. Для соединения компьютеров в локальную сеть необходимо сетевое оборудование и программное обеспечение.

Локальные сети позволяют нам обеспечить:
• коллективную обработку данных пользователями подключенных в сеть компьютеров и обмен данными между этими пользователями;
• совместное использование программ;
• совместное использование принтеров, модемов и других устройств.
Поэтому практически все фирмы, имеющие более одного компьютера, объединяют их в локальные сети. Многие пользователи портативных компьютеров подключаются к локальной сети фирмы либо приходя в офис, либо соединяясь с компьютером фирмы по телефонным каналам с помощью использования модема.
Для объединения компьютеров в локальную сеть нам потребуется:
• вставить в каждый подключаемый к сети компьютер сетевой контроллер, с помощью которого  компьютер получает информацию из локальной сети и передает данные в сеть.
• соединить компьютеры кабелями, по которым происходит передача данных между компьютерами, а также другими подключенными к сети устройствами (принтерами, сканерами и т.д.). В некоторых типах сетей кабели соединяют компьютеры непосредственно (как электролампочки на елочной гирлянде), в других соединение кабелей осуществляется через специальные устройства - концентраторы (или хабы), коммутаторы и др.

Локальная вычислительная сеть объединяет абонентов, расположенных в пределах небольшой территории. В настоящее время не существует четких ограничений на территориальный разброс абонентов. Обычно такая сеть привязана к конкретному месту. Протяженность такой сети можно ограничить пределами 2 – 2,5 км.

По скорости передачи данных в общем канале мы можем выделить:

                  ЛС с малой пропускной способностью. Физической передающей среды в них обычно являются витая пара (позволяет передавать информацию со скоростью до 10 Мбит/с) или коаксиальный кабель (скорость передачи информации от 1 до 10 Мбит/с);

                  ЛС со средней пропускной способностью (несколько десятков мегабитов в секунду), в них применяется коаксиальный кабель (в некоторых случаях скорость передачи данных может достигать 50 Мбит/с) или витая пара;

                  ЛС с большой пропускной способностью. Обычно в таких сетях используются оптоволоконные кабели (световоды), в которых скорость распространения информации достигает 1000 Мбит/с.

Основной 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.

Для обеспечения функционирования локальной сети часто выделяется специальный компьютер — сервер, или несколько таких компьютеров. На дисках серверов располагаются совместно используемые программы, базы данных и т.д. Остальные компьютеры локальной сети часто называются рабочими станциями. На тех рабочих станциях, где требуется обрабатывать только данные на сервере (например, вводить сведения в совместно используемую базу данных о заказах и продажах), часто для экономии (или по соображениям безопасности) не устанавливают жестких дисков. В сетях, состоящих более чем из 20-25 компьютеров, наличие сервера обязательно — в противном случае, как правило, производительность сети будет неудовлетворительной. А также сервер необходим и при совместной интенсивной работе с какой-либо базой данных.
Иногда серверам назначается определенная специализация (хранение данных, программ, обеспечение модемной и факсимильной связи, вывод на печать и т.д.). Преимущественно серверы, как правило, не используются в качестве рабочих мест пользователей. Серверы, обеспечивающие работу с ценными данными, часто размещаются в изолированном помещении, доступ в которое имеют только специально уполномоченные люди (как в банковское хранилище).
Сервер – компьютер, подключенный к сети и обеспечивающий ее пользователей определенными услугами. В функции серверов входят: хранение данных, управление базами данных, удаленную обработку заданий, печать заданий и ряд других функций, потребность в которых может возникнуть у пользователей сети. Сервер – источник ресурсов сети.

. Многие серверы стоят значительно дороже (в 10-20 и более раз) обычных компьютеров. Не удивительно — ведь они не только являются весьма мощными компьютерами с большим количеством оперативной и дисковой памяти, но в них вдобавок обеспечиваются исключительная надежность, высокая производительность ввода-вывода, дублирование устройств и хранимых данных, средства контроля над состоянием сервера, средства обеспечения. Для обеспечения функционирования локальной сети необходимо соответствующее программное обеспечение.

Рабочая станция – персональный компьютер, подключенный к сети, через который пользователь получает доступ к ее ресурсам. Рабочая станция сети может функционировать как в сетевом, так и в локальном режиме. Она оснащена собственной операционной системой (MS DOS, Windows и т.д.), обеспечивает пользователя всеми необходимыми инструментами для решения определенных прикладных задач интересующих пользователя.

Компьютерные сети, как было сказано выше, выполняют распределенную обработку данных. Обработка данных в этом случае распределена между двумя объектами: клиентом и сервером.

Клиент – задача, рабочая станция или пользователь компьютерной сети. В процессе обработки данных клиент может сформировать запрос на сервер для выполнения сложных процедур, чтения файлов, поиск информации в базе данных и т.д.

Сервер, определенный ранее, выполняет запрос, поступивший от клиента. Результаты выполнения запроса передаются клиенту. Сервер обеспечивает хранение данных общего пользования, организует доступ к этим данным и передает данные клиенту.

Клиент обрабатывает полученные данные и результаты обработки данных предоставляет в виде, удобном для пользователя. Для подобных систем приняты термины – системы или архитектура клиент – сервер.

Архитектура клиент – сервер который может использоваться как в одноранговых сетях, так и в сети с выделенным сервером.

Одноранговая сеть, в нем отсутствует единый центр управления взаимодействием рабочих станций, а также нет единого центра для хранения данных. Сетевая операционная система распределена по рабочим станциям. Каждая станция сети способна выполнять функции как клиента, так и сервера. Она может обслуживать запросы от других рабочих станций и направлять свои запросы на обслуживание в сеть. Пользователю сети доступны все устройства, подключенные к другим станциям.

Преимуществами одноранговых сетей являются:

·        низкая стоимость;

·        высокая надежность.

Недостатками одноранговых сетей являются:

·        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.

В сети с выделенным сервером один из компьютеров выполняет функции хранения данных, предназначенных для использования всеми рабочими станциями, управления взаимодействием между рабочими станциями и ряд сервисных функций.

Такой компьютер обычно называют сервером сети. На нем устанавливается сетевая операционная система, к нему подключаются все разделяемые внешние устройства – жесткие диски, принтеры и модемы.

Взаимодействие между рабочими станциями в сети, как правило, осуществляются через сервер.

Преимуществами сети с выделенным сервером являются:

·        надежная система защиты информации;

·        высокое быстродействие;

·        отсутствие ограничений на число рабочих станций;

·        простота управления по сравнению с одноранговыми сетями.

Недостатками сети являются:

·        высокая стоимость из-за выделения одного компьютера на сервер;

·        зависимость быстродействия и надежности от сервера;

·        менее гибкая по сравнению с одноранговыми сетями.

Сети  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).[4]

1.2 Топология сетей

Топология сети или структура определяется размещением узлов в сети и связей между ними. Из множества возможных построений выделяют следующие структуры.

Топология «звезда». Каждый компьютер через сетевой адаптер подключается отдельным кабелем  объединяющему устройству. Все сообщения проходят через центральное устройство, которое обрабатывает поступающие сообщения и направляет их к нужным или всем компьютерам .

Звездообразная структура чаще всего предполагает нахождение в центральном узле специализированной ЭВМ или концентратора.

Достоинствами «звезды» являются:

·        простота периферийного оборудования;

·        каждый пользователь может работать независимо от остальных пользователей;

·        высокий уровень защиты данных;

·        легкое обнаружение неисправности в кабельной сети.

Недостатками «звезды» являются:

·        выход из строя центрального устройства ведет к остановке всей сети;

·        высокая стоимость центрального устройства;

·        уменьшение производительности сети с увеличением числа компьютеров, подключенных к сети.

Топология «кольцо». Все компьютеры соединяются друг с другом в кольцо. Здесь пользователи сети равноправны. Информация по сети всегда передается в одном направлении . Кольцевая сеть требует специальных повторителей, которые, приняв информацию, передают ее дальше как бы по эстафете; копируют в свою память (буфер), если информация предназначается им; изменяют некоторые служебные разряды, если это им разрешено. Информацию из кольца удаляет тот узел, который ее послал.

Достоинствами «кольца» являются:

·        отсутствие дорогого центрального устройства;

·        легкий поиск неисправных узлов;

·        отсутствует проблема маршрутизации;

·        пропускная способность сети разделяется между всеми пользователями, поэтому все пользователи гарантированно последовательно получают доступ к сети;

·        простота контроля ошибок.

Недостатками «кольца» являются:

·        трудно включить в сеть новые компьютеры;

·        каждый компьютер должен активно участвовать в пересылке информации, для этого нужны ресурсы, чтобы не было задержек в основной работе этих компьютеров;

·        в случае выхода из строя хотя одного компьютера или отрезка кабеля вся сеть парализуется.

Топология «общая шина». Общая шина наиболее широко распространенна в локальных вычислительных сетях. Топология «общая шина» предполагает использование одного кабеля (шины), к которому непосредственно подключаются все компьютеры сети . В данном случае кабель используется всеми станциями по очереди, т.е. шину может захватить в один момент только одна станция. Доступ к сети (к кабелю) осуществляется путем состязания между пользователями. В сети принимаются специальные меры для того, чтобы при работе с общим кабелем компьютеры не мешали друг другу передавать данные. Возникающие конфликты разрешаются соответствующими протоколами. Информация передается на все станции сразу.

Достоинствами «обшей шины» являются:

·        простота построения сети;

·        сеть легко расширяется;

·        эффективно используется пропускная способность канала;

·        надежность выше, т.к. выход из строя отдельных компьютеров не нарушит работоспособности сети в целом.

Недостатками «общей шины» являются:

·        ограниченная длина шины;

·        нет автоматического подтверждения приема сообщений;

·        возможность возникновения столкновений (коллизий) на шине, когда пытаются передать информацию сразу несколько станций;

·        низкая защита данных;

·        выход из строя какого-либо отрезка кабеля ведет к нарушению работоспособности сети;

·        трудность нахождения места обрыва.

Топология «дерево». Эта структура позволяет объединить несколько сетей, в том числе с различными топологиями или разбить одну большую сеть на ряд подсетей.

Разбиение на сегменты позволит нам выделить подсети, в пределах которых идет интенсивный обмен между станциями, разделить потоки данных и увеличить, таким образом, производительность сети в целом. Объединение отдельных ветвей (сетей) осуществляется с помощью устройств, называемых мостами или шлюзами. Шлюз применяется в случае соединения сетей, имеющих различную структуру и различные протоколы. Мосты объединяют сети с одинаковой структурой, но может преобразовывать протоколы. Разбиение сети на подсети осуществляется с помощью коммутаторов и маршрутизаторов.

1.3 Основные протоколы обмена в компьютерных сетях

Для обеспечения согласованной работы в сетях передачи данных мы можем использовать различные коммуникационные протоколы передачи данных – наборы правил, которых должны придерживаться передающая и принимающая стороны для согласованного обмена данными. Протоколы – это наборы правил и процедур, регулирующих порядок осуществления некоторой связи. Протоколы – это правила и технические процедуры, позволяющие нескольким компьютерам при объединении в сеть общаться друг с другом.

Существует множество протоколов. И хотя все они участвуют в реализации связи, каждый протокол имеет различные цели, выполняет различные задачи, обладает своими преимуществами и ограничениями.

Протоколы работают на разных уровнях модели взаимодействия открытых систем OSI/ISO. Функции протоколов определяются  уровнем, на котором он работает. Несколько протоколов могут работать совместно. Это так называемый стек, или набор, протоколов.

Как сетевые функции распределены по всем уровням модели OSI, так и протоколы совместно работают на различных уровнях стека протоколов. Уровни в стеке протоколов соответствуют уровням модели OSI. В совокупности протоколы дают полную характеристику функций и возможностей стека.

Передача данных по сети, с технической точки зрения, должна состоять из последовательных шагов, каждому из которых соответствуют свои процедуры или протокол. Таким образом, мы можем сказать, что сохраняется строгая очередность в выполнении определенных действий.

Кроме того, все эти действия должны быть выполнены в одной и той же последовательности на каждом сетевом компьютере. На компьютере-отправителе действия выполняются в направлении сверху вниз, а на компьютере-получателе снизу вверх.

Компьютер-отправитель в соответствии с протоколом выполняет следующие действия: Разбивает данные на небольшие блоки, называемыми пакетами, с которыми может работать протокол, добавляет к пакетам адресную информацию, чтобы компьютер-получатель мог определить, что эти данные предназначены именно ему, подготавливает данные к передаче через плату сетевого адаптера и далее – по сетевому кабелю.

Компьютер-получатель в соответствии с протоколом выполняет те же действия, но только в обратном порядке: принимает пакеты данных из сетевого кабеля; через плату сетевого адаптера передает данные в компьютер; удаляет из пакета всю служебную информацию, добавленную компьютером-отправителем, копирует данные из пакета в буфер –  и  объединяет их в исходный блок, передает приложению этот блок данных в формате, который оно использует.

И компьютеру-отправителю, и компьютеру-получателю необходимо выполнить каждое действие одинаковым способом, с тем чтобы пришедшие по сети данные совпадали с отправленными.

Если, например, два протокола будут по-разному разбивать данные на пакеты и добавлять информацию (о последовательности пакетов, синхронизации и для проверки ошибок), тогда компьютер, использующий один из этих протоколов, не сможет успешно связаться с компьютером, на котором работает другой протокол.

До середины 80-ых годов большинство локальных сетей были изолированными. Они обслуживали отдельные компании и редко объединялись в крупные системы. Однако, когда локальные сети достигли высокого уровня развития и объем передаваемой ими информации возрос, они стали компонентами больших сетей. Данные, которые передаются из одной локальной сети в другую по одному из возможных маршрутов, называются маршрутизированными. Протоколы, которые поддерживают передачу данных между сетями по нескольким маршрутам, называются маршрутизируемыми протоколами.

Среди множества протоколов мы можем выделить наиболее распространенные:

·        NetBEUI;

·        XNS;

·        IPX/SPX и NWLmk;

·        Набор протоколов OSI.

Более подробно каждый стек протоколов мы   рассмотрим в следующей главе.

ГЛАВА 2. Обзор программных средств

2.1 Аутентификация и авторизация. Система Kerberos

Kerberos – это сетевая служба, которая  предназначенна для централизованного решения задач аутентификации и авторизации в крупных сетях. Она может работать в среде многих популярных операционных систем. В основе этой достаточно громоздкой системы лежит несколько простых принципов.

·        В сетях, которые используют систему безопасности Kerberos, все процедуры аутентификации между клиентами и серверами сети выполняются через посредника, которому доверяют обе стороны аутентификационного процесса, причем таким авторитетным арбитром является сама система Kerberos.

·        В системе Kerberos клиент должен доказывать свою аутентичность для доступа к каждой службе, услуги которой он вызывает.

·        Все обмены данными в сети выполняются в защищенном виде с использованием алгоритма шифрования.

Сетевая служба Kerberos которая построена по архитектуре клиент-сервер, что позволяет ей работать в самых сложных сетях. Kerberos-клиент устанавливается на всех компьютерах сети, которые могут обратится к какой-либо сетевой службе. В таких случаях Kerberos-клиент от лица пользователя передает запрос на Kerberos-сервер и поддерживает с ним диалог, необходимый для выполнения функций системы Kerberos.

Итак, в системе Kerberosмы можем выделить  следующих участников: Kerberos-сервер, Kerberos-клиент и ресурсные серверы . Kerberos-клиенты пытаются получить доступ к сетевым ресурсам – файлам, приложением, принтеру и т.д. Этот доступ может быть предоставлен, во-первых, только лишь легальным пользователям, а во-вторых, при наличии у пользователя достаточных полномочий, определяемых службами авторизации соответствующих ресурсных сервер – файловым сервером, сервером приложений, сервером печати. Однако в системе Kerberos ресурсным серверам запрещается «напрямую» принимать запросы от клиентов, им разрешается начинать рассмотрение запроса клиента только тогда, когда на это поступает разрешение от Kerberos-сервера. Таким образом, мы можем обозначить что путь клиента к ресурсу в системе Kerberos состоит из трех этапов:

1 этап.     Определение легальности клиента, логический вход в сеть, получение разрешения на продолжение процесса получения доступа к ресурсу.

2 этап.     Получение разрешения на обращение к ресурсному серверу.