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:

«Локальные вычислительные сети» 
 
 
 
 
 

Выполнил(а):

студент(ка) гр.13113

Капранова Ольга

Руководитель:

к.т.н., доц. Киселев В.Г. 
 
 
 
 
 

Нижний  Новгород, 2007 год

Содержание 
 
 
 
 
 

Введение

    Известно, что в процессе своего развития человеческое общество прошло несколько стадий от доиндустриального до информационного. В информационном обществе, а именно на этой ступени находится современное общество, более 50% работников занято производством, хранением, обработкой и передачей информации. Поэтому компьютеры и компьютерные технологии имеют очень важное значение для любого современного человека.

    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.

    Но  со временем технологии совершенствовались, компьютеры становились компактнее, надежнее и производительнее. Постепенно компьютеры стали необходимы, и сейчас вряд ли можно найти фирму либо предприятие, сотрудники которого не используют компьютеров.

    Постепенно  при помощи компьютеров обрабатывались все большие и большие потоки информации, поэтому для повышения  производительности труда и ускорения  обмена информацией отдельные компьютеры стали объединять в сети. Объединение в сети позволило более эффективно использовать возможности компьютеров, обрабатывать большие объемы информации, обмениваться информацией между компьютерами.

    Исследование  компьютерных сетей, разработка новых  технологий обмена, хранения, передачи и обработки информации актуальны для каждого современного человека, в том числе и для студентов, поэтому мной была выбрана именно эта темя курсовой работы.

    Данная  работа посвящена исследованию компьютерных сетей, в частности локальных. Мной была изучена научная литература по компьютерным сетям. В своей работе я отразила классификацию компьютерных сетей, особенности локальных компьютерных сетей, их устройство и составные части, а также посвятила два раздела курсовой работы безопасности и перспективам развития компьютерных сетей. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Общие сведения [1,2]

    Компьютерной  сетью называется система взаимосвязанных по фиксированной территории ЭВМ, ориентированная на коллективное использование общесетевых ресурсов: аппаратных, программных и информационных. Основное назначение сети – обеспечение удобного и надежного доступа пользователей к распределенным по территории общесетевым ресурсам и организация коллективного их использования.

С появлением компьютерных сетей решаются следующие проблемы:

• обеспечение в принципе неограниченного доступа к ЭВМ пользователей независимо от их территориального расположения.
• возможность оперативного перемещения больших объемов информации на любые расстояния, что позволяет своевременно получать данные

Характеризуя возможности компьютерной сети, следует оценивать:

• техническое обеспечение – его составляют ЭВМ различных типов, средства связи. Основные требования, которые предъявляются к ЭВМ сетей – универсальность (возможность выполнения практически неограниченного круга задач пользователей) и модульность (обеспечивает возможность изменения конфигурации ЭВМ). В сетях, в зависимости от их назначения, используются ЭВМ различных характеристик
• информационное обеспечение – единый информационный фонд, ориентированный на решаемые в сети задачи и содержащий данные общего применения, доступный для всех пользователей, и данные индивидуального пользования, предназначенные для отдельных пользователей
• программное обеспечение – предназначено для организации коллективного доступа к ресурсам сети, динамического распределения и перераспределения ресурсов сети

Использование компьютерных сетей имеет множество  преимуществ:

• снижение затрат за счет коллективного использования разнообразных баз данных и аппаратных средств
• стандартизация приложений – все пользователи работают на одном и том же ПО (программном обеспечении), «говорят на одном языке»
• оперативность  получения информации без отрыва от рабочих мест
• эффективное взаимодействие и планирование рабочего времени (проведении дискуссий, оперативных совещаний без отрыва от рабочих мест)

    Различают два понятия сети: коммуникационная сеть и информационная сеть.

    Коммуникационная  сеть предназначена для передачи данных, также она выполняет задачи, связанные с преобразованием данных. Коммуникационные сети различаются по типу используемых физических средств соединения.

    Информационная  сеть предназначена для хранения информации и состоит из информационных систем. На базе коммуникационной сети может быть построена группа информационных сетей.

    Под информационной системой следует понимать объект, способный осуществлять хранение, обработку или передачу информация. В состав информационной системы входят: компьютеры, программы, пользователи и другие составляющие, предназначенные для процесса обработки и передачи данных. В дальнейшем информационная система, предназначенная для решения задач пользователя, будет называться – рабочая станция. Рабочая станция в сети отличается от обычного персонального компьютера (ПК) наличием сетевой карты (сетевого адаптера), канала для передачи данных и сетевого программного обеспечения.

    Под каналом связи следует понимать путь или средство, по которому передаются сигналы. Средство передачи сигналов называют абонентским, или физическим, каналом.

    Каналы  связи (data link) создаются по линиям связи при помощи сетевого оборудования и физических средств связи. Физические средства связи построены на основе витых пар, коаксиальных кабелей, оптических каналов или эфира. Между взаимодействующими информационными системами через физические каналы коммуникационной сети и узлы коммутации устанавливаются логические каналы.

    Логический  канал – это путь для передачи данных от одной системы к другой. Логический канал прокладывается по маршруту в одном или нескольких физических каналах. Логический канал можно охарактеризовать, как маршрут, проложенный через физические каналы и узлы коммутации.

    Информация  в сети передается блоками данных по процедурам обмена между объектами. Эти процедуры называют протоколами передачи данных.

    Протокол  – это совокупность правил, устанавливающих формат и процедуры обмена информацией между двумя или несколькими устройствами.

1.1 Классификация компьютерных сетей [2, 4]

    Существует  множество различных классификаций  компьютерных сетей по различным  признакам. Рассмотрим некоторые из них.

    По  основному функциональному назначению различают:

• информационные сети – предоставляют в основном информационное обслуживание: сети научной информации, здравоохранения, резервирования билетов и т.п.
• вычислительные сети – отличаются наличием более мощных вычислительных средств, наличием банков данных и знаний, доступных для пользователей.
• информационно- вычислительные сети – более распространенный вариант, с их помощью осуществляется передача данных, и решаются различные задачи.

    По  способу управления различают:

• сети с централизованным управлением – в сети имеется один или несколько управляющих органов
• сети с децентрализованным управлением – каждая рабочая станция имеет средства для управления сетью
• сети со смешанным управлением – в определенном сочетании реализованы принципы централизованного и децентрализованного управления. Например, под централизованным управлением решаются только задачи с высшим приоритетом, связанные с обработкой больших объемов информации.

По организации  передачи информации различают:

• сети с селекцией информации – взаимодействие компьютеров производится выбором (селекцией) адресованных им блоков данных. Всем рабочим станциям сети доступны все передаваемые в сети блоки, но копии блоков снимают только те рабочие станции, которым они предназначены
• сети с маршрутизацией информации – для передачи блоков данных от отправителя к получателю может использоваться несколько маршрутов. Поэтому с помощью коммуникационных систем сети решается задача выбора оптимального маршрута

    Но  основным признаком классификации компьютерных сетей является территориальное расположение. Различают следующие виды сетей:

• локальные – охватывают сравнительно небольшую территорию, в радиусе 1-10 км.
• региональные – расположены в пределах определенного территориального региона (города, района, области и т.п.)
• глобальные – охватывают территорию страны или нескольких стран с расстоянием между звеньями сети от сотен до нескольких тысяч километров.

1.2 Локальные компьютерные сети [2]

    Локальные сети объединяют относительно небольшое число компьютеров (обычно от 10 до 100, хотя изредка встречаются и гораздо большие) в пределах одного помещения (учебный компьютерный класс), здания или учреждении (например, университета). Традиционное название – локальная вычислительная сеть (ЛВС) – скорее дань тем временам, когда сети в основном использовались да решения вычислительных задач; сегодня же в 99% случаев речь идет исключительно об обмене информацией в виде текстов, графических и видео-образов, числовых массивов. Полезность локальных сетей объясняется тем, что от 60% до 90% необходимой учреждению информации циркулирует внутри него, не нуждаясь в выходе наружу.

    Благодаря  относительно  небольшим  длинам  линий связи (как правило, не более 300 метров), по  ЛC можно передавать информацию в цифровом виде с высокой скоростью передачи. На больших расстояниях такой способ передачи неприемлем из-за неизбежного затухания высокочастотных сигналов, в этих случаях приходится прибегать к дополнительным техническим и программным решениям.

1.2.1 Основные характеристики ЛВС:

• территориальная протяженность сети (длина общего канала связи)
• максимальная скорость передачи данных
• максимальное число рабочих станций в сети
• максимально возможное расстояние между рабочими станциями в сети
• топология сети
• метод доступа абонентов в сеть
• структура программного обеспечения сети
• возможность передачи речи и видеосигналов
• условия надежной работы сети
• возможность связи ЛВС между собой и сетью более высокого уровня
• возможность использования процедуры установления приоритетов при одновременном подключении абонентов к общему каналу

1.2.2 Области применения ЛВС [2]

К наиболее типичным областям применения ЛВС относят  следующие

    Обработка текстов – одна из наиболее распространенных функций средств обработки информации, используемых в ЛВС. Передача и обработка информации в сети, развернутой на предприятии (в организации, ВУЗе и т.д.), обеспечивает реальный переход к «безбумажной» технологии.

    Организация собственных информационных систем, содержащих автоматизированные базы данных. Такие базы данных могут быть в каждой организации и фирме.

    Обмен информацией между рабочими станциями сети – важное средство сокращения до минимума бумажного документооборота. Передача данных и связь занимают особое место среди приложений сети, так как это главное условие нормального функционирования современных организаций.

    Обеспечение распределенной обработки  данных, связанное с объединением ЭВМ всех специалистов данной организации в сети. Несмотря на существенные различия в характере и объеме операций, проводимых на ЭВМ специалистами разного профиля, используемая при этом информация в рамках одной организации, как правило, находится в единой базе данных.

    Поддержка принятия управленческих решений, предоставляющая руководителями управленческому персоналу данной организации достоверную и оперативную информацию, необходимую для оценки ситуации и принятия правильных решений.

    Организация электронной почты – один из видов услуг ЛВС, позволяющий руководителям и всем сотрудникам предприятия оперативно получать всевозможные сведения, необходимые в его деятельности.

    Коллективное  использование дорогостоящих  ресурсов – необходимое условие снижения стоимости работ, выполняемых в порядке реализации вышеуказанных применений ЛВС.  Речь идет о таких ресурсах, как высокоскоростные печатающие устройства, запоминающие устройства большой емкости, мощные средства обработки информации, прикладные программные системы, базы данных. Такие средства нецелесообразно иметь в каждой рабочей станции сети. Достаточно, если в сети эти средства имеются в одном или нескольких экземплярах, но доступ к ним обеспечивается для всех рабочих станций.

    В зависимости от характера деятельности организации, в которой развернута одна или несколько локальных  сетей, указанные функции реализуются в определенной комбинации. Кроме того, могут выполняться и другие функции, специфические для данной организации.

1.2.3 Типы ЛВС [2]

    Для деления ЛВС на группы используются определенные классификационные признаки.

    По  назначению ЛВС делятся на информационные (информационно-поисковые), управляющие (технологическими, административными, организационными и другими процессами), расчетные, информационно-расчетные, сети обработки документальной информации и др.

    По  типам используемых в сети ЭВМ можно разделить на неоднородные сети, где применяются различные классы (микро-, мини-, большие) и модели (нутрии классов) ЭВМ, а также различное абонентское оборудование; и однородные, содержащие одинаковые модели ЭВМ и однотипный состав абонентских средств.

    По  организации управления однородные ЛВС делятся на сети с централизованным и децентрализованным управлением.

    В сетях с централизованным управлением  выделяется одна или несколько машин (центральных систем или органов), управляющих работой сети. Данные, хранящиеся на выделенных машинах, называемых файл-серверами или серверами баз данных, доступны всем другим компьютерам (рабочим станциям) сети. На серверах работает сетевая оперативная система. Серверы могут быть выделенными (выполняют только задачи управления сетью и не используются как рабочая станция) или невыделенными (параллельно с задачей управления сетью выполняют пользовательские программы, при этом снижаются производительность сервера и надежность работы всей сети). Сети с централизованным управлением отличаются простотой обеспечения функций взаимодействия между рабочими станциями ЛВС, но их применение целесообразно при небольшом количестве рабочих станций в сети.

    Если  ресурсы ЛВС равномерно распределены по большому числу рабочих станций, то наиболее эффективно использовать одноранговые сети с децентрализованным управлением. В таких сетях нет выделенных серверов, функции управления сетью передаются по очереди от одной рабочей станции к другой.

    По  скорости передачи данных в общем канале различают:

    • ЛВС с малой пропускной способностью (единицы мегабитов в секунду), в которых в качестве физической передающей среды используется витая пара или коаксиальный кабель;

    • ЛВС со средней пропускной способностью (десятки мегабитов в секунду), в которых используется также коаксиальный кабель или витая пара;

    • ЛВС с большой пропускной способностью (сотни мегабитов в секунду), где применяются оптоволоконные кабели (световоды).

    Также ЛВС различаются по топологии  и некоторым другим параметрам. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Основные компоненты сети [2]

    Аппаратные  компоненты:

• абонентские системы - компьютеры (рабочие станции или клиенты и серверы), принтеры, сканеры и др.
• сетевое оборудование - сетевые адаптеры, концентраторы (хабы), мосты, маршрутизаторы, коммутаторы, приемопередатчики (трансиверы) и повторители (репитеры), модемы, анализаторы, сетевые тестеры
• коммуникационные каналы – кабели, разъемы, устройства передачи и приема данных в беспроводных технологиях

    Программные компоненты:

• сетевые операционные системы
• сетевое программное обеспечение (сетевые службы) - клиент сети, сетевая карта, протокол, служба удаленного доступа.

    Рабочая станция – это абонентская система, специализированная для решения определенных задач и использующая сетевые ресурсы. Рабочая станция отличается от обычного автономного персонального компьютера следующим:

• наличием сетевой карты (сетевого адаптера) и канала связи;
• перед началом работы необходимо сообщить сетевому программному обеспечению имя пользователя и пароль. Это называется процедурой входа в сеть;
• после подключения к ЛВС появляются дополнительные сетевые дисковые накопители;
• появляется возможность использования сетевого оборудования, которое может находиться далеко от рабочего места.

3. Архитектура локальных сетей[2]

    Архитектура сети определяет основные элементы сети, характеризует ее общую логическую организацию, техническое обеспечение, программное обеспечение, описывает методы кодирования.

    Рассмотрим три вида архитектур:

• архитектура терминал – главный компьютер;
• одноранговая архитектура;
• архитектура клиент – сервер.

    Архитектура терминал – главный  компьютер  – это концепция информационной сети, в которой вся обработка данных осуществляется одним или группой главных компьютеров.

    Одноранговая  архитектура – это концепция информационной сети, в которой ее ресурсы рассредоточены по всем системам. Данная архитектура характеризуется тем, что в ней все системы равноправны.

    Архитектура клиент – сервер – это концепция информационной сети, в которой основная часть ее ресурсов сосредоточена в серверах, обслуживающих своих клиентов. Рассматриваемая архитектура определяет два типа компонентов: серверы и клиенты.

    Сервер - это объект, предоставляющий сервис другим объектам сети по их запросам. Сервис – это процесс обслуживания клиентов.

    Сервер  работает по заданиям клиентов и управляет  выполнением их заданий. После выполнения каждого задания сервер посылает полученные результаты клиенту, пославшему это задание.

    Сервисная функция в архитектуре клиент – сервер описывается комплексом прикладных программ, в соответствии с которым выполняются разнообразные  прикладные процессы.

    Процесс, который вызывает сервисную функцию  с помощью определенных операций, называется клиентом. Клиенты – это рабочие станции, которые используют ресурсы сервера и предоставляют удобные интерфейсы пользователя. Интерфейсы пользователя это процедуры взаимодействия пользователя с системой или сетью.

4. Топология локальных сетей [2]

    Топология (конфигурация) – это способ соединения компьютеров в сеть. Тип топологии определяет стоимость, защищенность, производительность и надежность эксплуатации рабочих станций, для которых имеет значение время обращения к файловому серверу.

    Выделяют два основных класса топологий: широковещательные и последовательные.

    В широковещательных топологиях в любой момент времени на передачу блока данных может работать только одна рабочая станция. Остальные рабочие станции сети могут принимать этот блок. К таким топологиям относятся топологии: общая шина, дерево, звезда.

      В последовательных топологиях информация передается только одному компьютеру. Примерами таких топологий являются: произвольная (произвольное соединение компьютеров, ячеистая), кольцо, цепочка.

    Существуют  пять основных топологий: общая шина, кольцо, звезда, древовидная, ячеистая

    Главные достоинства ЛВС с общей шиной  – простота расширения сети, простота используемых методов управления, отсутствие необходимости в централизованном управлении, минимальный расход кабеля. ЛВС с топологией типа «дерево» — это более развитый вариант сети с шинной топологией. Дерево образуется путем соединения нескольких шин активными повторителями или пассивными размножителями («хабами»), каждая ветвь дерева представляет собой сегмент. Отказ одного сегмента не приводит к выходу из строя остальных. В ЛВС с топологией типа «звезда» в центре находится пассивный соединитель или активный повторитель – достаточно простые и надежные устройства. Для зашиты от нарушений в кабеле используется центральное реле, которое отключает вышедшие из строя кабельные лучи.

    В последовательных конфигурациях, характерных для сетей с маршрутизацией информации, передача данных осуществляется последовательно от одной PC к соседней, причем на различных участках сети могут использоваться разные виды физической передающей среды. К передатчикам и приемникам здесь предъявляются более низкие требования, чем в широковещательных конфигурациях.

    В ЛВС с кольцевой топологией сигналы  передаются только в одном направлении, обычно против часовой стрелки. При перемещении блока данных по кольцу каждая рабочая станция принимает его, анализирует его адресное поле и снимает копию, если он адресован данной станции. Естественно, что все это замедляет передачу данных в кольце, причем длительность задержки определяется числом рабочих станций. Удаление блоков данных из кольца производится обычно станцией-отправителем. В этом случае блок данных совершает по кольцу полный круг и возвращается к станции-отправителю, который воспринимает его как квитанцию – подтверждение получения адресатом. Удаление блока данных из кольца может осуществляться и станцией-получателем, тогда он не совершает полного круга, а станция-отправитель не получает квитанции-подтверждения. Кольцевая структура обеспечивает довольно широкие функциональные возможности ЛВС при низкой стоимости, простоте методов управления, возможности контроля работоспособности канала связи. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

5. Протоколы передачи  данных и методы  доступа к передающей среде ЛВС

5.1 Протоколы [1]

    Протокол – это набор правил, которые регламентируют порядок сборки пакетов, содержащих данные и управляющую информацию, на рабочей станции-отправителе для передачи их по сети, а также порядок разборки пакетов по достижении ими рабочей станции-получателя. Протоколы регламентируют следующие вопросы: как осуществляется передача данных, как производится контроль ошибок, как данные компонуются с сопутствующей управляющей информацией в пакеты для дальнейшей передачи, как они преобразуются в устройстве-получателе.