Основные понятия сетей ЭВМ

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И  НАУКИ

РОССИЙСКРЙ  ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУ ВПО  «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ»

ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ  ФАКУЛЬТЕТ

Кафедра физики, химии и технологии литейных процессов 
 
 
 

КУРСОВАЯ  РАБОТА

по дисциплине «Информатика» 

Тема: Основные понятия сетей ЭВМ 

Выполнил студент                                              
 

Нормоконтроль 

Защищена                                                   Оценка 

                                          Воронеж 2012

                                       Содержание

Введение 

1.Классификация сетей ЭВМ

1.1 Понятие и назначение компьютерной сети

1.2 Концепция построения сети

1.3 Классификация по территориальной направленности

1.4 Классификация сетей по принадлежности

1.5 Классификация соединения ПК в сеть (топология)

1.6 Классификация по организации взаимодействия ПК

2.Линии связи и каналы передачи данных

2.1 Проводные линии связи

2.2 Кабельные  каналы связи

2.3 Кабельные  оптоволоконные каналы связи 

2.4 Беспроводные (радиоканалы наземной и спутниковой  связи) каналы связи

2.5 Спутниковые  каналы связи

2.6 Сотовые  каналы связи

2.7 Радиоканалы  WiMAX

2.8 Радиоканалы  для локальных сетей

2.9 Радиоканалы  Bluetooht

  3. Протоколы сетей ЭВМ

3.1 Протокол передачи данных

3.2 Сетевой протокол

3.3 Модель взаимодействия открытых систем

3.4 Уровни модели OSI

3.5 Стек протоколов TCP/IP

Заключение

Список  литературы

 

                                            Введение

В данной курсовой работе в теоретической части рассмотрим типы компьютерных сетей, попытаемся уяснить концепцию построения и назначение компьютерной сети.

Компьютерная сеть - это совокупность компьютеров, соединенных линиями связи, обеспечивающая пользователям сети потенциальную возможность совместного использования ресурсов всех компьютеров.

Существует несколько видов компьютерных сетей:

Глобальные сети.

Региональные сети.

Городские сети.

Локальные сети в свою очередь имеют следующие топологии: линейная сеть, кольцевая сеть, звездообразная сеть, общая шина, древовидная сеть, ячеистая сеть, полносвязная сеть.

Банковские сети.

Можно, также, различать сети по характеру предоставляемых пользователю ресурсов.

Подробнее все это рассмотрим в последующих разделах. 

                    1. Классификация компьютерных сетей 

1.1 Понятие и назначение компьютерной сети 

Компьютерная сеть - это совокупность компьютеров, соединенных линиями связи, обеспечивающая пользователям сети потенциальную возможность совместного использования ресурсов всех компьютеров. С другой стороны, проще говоря, компьютерная сеть - это совокупность компьютеров и различных устройств, обеспечивающих информационный обмен между компьютерами в сети без использования каких-либо промежуточных носителей информации.

Основное назначение компьютерных сетей - совместное использование ресурсов и осуществление интерактивной связи как внутри одной фирмы, так и за ее пределами. Ресурсы (resources) - это данные, приложения и периферийные устройства, такие, как внешний дисковод, принтер, мышь, модем или джойстик.

Компьютеры, входящие в сеть выполняют следующие функции:

организацию доступа к сети

управление передачей информации

предоставление вычислительных ресурсов и услуг пользователям сети 

1.2 Концепция построения сети 

Рождение компьютерных сетей было вызвано практической потребностью - иметь возможность для совместного использования данных. Персональный компьютер - прекрасный инструмент для создания документа, подготовки таблиц, графических данных и других видов информации, но при этом нет возможности быстро поделиться своей информацией с другими. Когда не было сетей, приходилось распечатывать каждый документ, чтобы другие пользователи могли работать с ним, или в лучшем случае - копировать информацию на дискеты. Одновременная обработка документа несколькими пользователями исключалась. Если бы пользователь подключил свой компьютер к другим, он смог бы работать с их данными.

По способу организации сети подразделяются на реальные и искусственные:

Искусственные 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.

Реальные сети позволяют связывать компьютеры с помощью специальных устройств коммутации и физической среда передачи данных. 

1.3 Классификация по территориальной направленности 

По территориальной распространенности сети могут быть локальными, глобальными, региональными и городскими.

Локальные - это сети, перекрывающие территорию не более 10 м2

Региональные - расположенные на территории города или области

Глобальные на территории государства или группы государств, например, всемирная сеть Internet.

Городские – расположение в пределах населенного пункта.

Так же, в последнее время специалисты выделяют такой вид сети, как банковская.

В классификации сетей существует два основных термина: LAN и wAN.

LAN (Local Area Network) - локальные сети, имеющие замкнутую инфраструктуру до выхода на поставщиков услуг. Термин "LAN" может описывать и маленькую офисную сеть, и сеть уровня большого завода, занимающего несколько сотен гектаров. Зарубежные источники дают даже близкую оценку - около шести миль (10 км) в радиусе; использование высокоскоростных каналов.

wAN (wide Area Network) - глобальная сеть, покрывающая большие географические регионы, включающие в себя как локальные сети, так и прочие телекоммуникационные сети и устройства. Пример wAN - сети с коммутацией пакетов (Frame relay), через которую могут "разговаривать" между собой различные компьютерные сети.

Рассмотрим подробнее каждую из перечисленных сетей.

Локальная вычислительная сеть (ЛВС) -Local Area Networks (LAN) - это группа (коммуникационная система) относительно небольшого количества компьютеров, объединенных совместно используемой средой передачи данных, расположенных на ограниченной по размерам небольшой площади в пределах одного или нескольких близко находящихся зданий (обычно в радиусе не более 1-2 км) с целью совместного использования ресурсов всех компьютеров.

Рисунок 1. Пример локальной сети. 

Компьютеры, входящие в сеть, могут совместно использовать:

данные;

принтеры;

факсимильные аппараты;

модемы;

другие устройства.

Данный список постоянно пополняется, так как возникают новые способы совместного использования ресурсов. Самые первые типы локальных сетей не могли соответствовать потребностям крупных предприятий, офисы которых обычно расположены в различных местах. Но как только преимущества компьютерных сетей стали неоспоримы и сетевые программные продукты начали заполнять рынок, перед корпорациями - для сохранения конкурентоспособности - встала задача расширения сетей. Так на основе локальных сетей возникли более крупные системы.

Сегодня, когда географические рамки сетей раздвигаются, чтобы соединить пользователей из разных городов и государств, ЛВС превращаются в глобальную вычислительную сеть [ГВС (WAN)], а количество компьютеров в сети уже может варьироваться от десятка до нескольких тысяч.

Глобальная вычислительная сеть (ГВС или WAN - World Area NetWork) - сеть, соединяющая компьютеры, удалённые географически на большие расстояния друг от друга. Отличается от локальной сети более протяженными коммуникациями (спутниковыми, кабельными и др.). Глобальная сеть объединяет локальные сети.

Городская сеть (MAN - Metropolitan Area NetWork) - сеть, которая обслуживает информационные потребности большого города.

Сеть банка представляет собой частный случай корпоративной сети крупной компании. Очевидно, что специфика банковской деятельности предъявляет жесткие требования к системам защиты информации в компьютерных сетях банка. Не менее важную роль при построении корпоративной сети играет необходимость обеспечения безотказной и бесперебойной работы, поскольку даже кратковременный сбой в ее работе может привести к гигантским убыткам. И, наконец, требуется обеспечить быструю и надежную передачу большого объема данных, поскольку многие прикладные банковские программы должны работать в режиме реального времени. Сеть объединяет в структурированную и управляемую замкнутую систему все принадлежащие компании информационные устройства: отдельные компьютеры и локальные вычислительные сети (LAN), хост-серверы, рабочие станции, телефоны, факсы, офисные АТС, сети банкоматов, онлайновые терминалы.

Касаясь вопроса предпочтительной архитектуры банковской сети, можно отметить, что наиболее распространенной в европейских странах и актуальной на сегодня для российских банков является топология "звезда" *, простая или многоуровневая, с главным офисом в центре, соединенным с региональными отделениями. 

1.4 Классификация сетей по принадлежности 

По принадлежности различают ведомственные и государственные сети: Ведомственные принадлежат одной организации и располагаются на ее территории.

Государственные сети - сети, используемые в государственных структурах.

По скорости передачи информации компьютерные сети делятся на низко-, средне- и высокоскоростные.

низкоскоростные (до 10 Мбит/с),

среднескоростные (до 100 Мбит/с),

высокоскоростные (свыше 100 Мбит/с);

сверхскоростные (свыше 1000 Мбит/с)

Для определения скорости передачи данных в сети широко используется бод (от англ. “baud”):

Baud (бод) - единица скорости передачи сигнала, измеряемая числом дискретных переходов или событий в секунду. Если каждое событие представляет собой один бит, бод эквивалентен бит/сек (в реальных коммуникациях это зачастую не выполняется). 

1.5 Классификация соединения ПК в сеть (топология) 

Способ соединения компьютеров в сеть называется её топологией. Наиболее распространенные виды топологий сетей:

Линейная сеть - Содержит только два оконечных узла, любое число промежуточных узлов и имеет только один путь между любыми двумя узлами. 

Рисунок 2. Линейная сеть. 

Кольцевая сеть - Сеть, в которой к каждому узлу присоединены две и только две ветви. 

Рисунок 3. Кольцевая сеть. 

Звездообразная сеть - Сеть, в которой имеется только один промежуточный узел. 

Рисунок 4. Звездообразная сеть. 

Общая шина - В этом случае подключение и обмен данными производится через общий канал связи, называемый общей шиной. 

Рисунок 5. Общая шина. 

Древовидная сеть - Сеть, которая содержит более двух оконечных узлов и по крайней мере два промежуточных узла, и в которой между двумя узлами имеется только один путь. 

Рисунок 6. Древовидная сеть. 

Ячеистая сеть - Сеть, которая содержит по крайней мере два узла, имеющих два или более пути между ними. 

Рисунок 7. Ячеистая сеть. 

Полносвязная сеть - Сеть, в которой имеется ветвь между любыми двумя узлами. 

1.6 Классификация по организации взаимодействия ПК 

С точки зрения организации взаимодействия компьютеров, сети делят на одноранговые (Peer-to-Peer Network) и с выделенным сервером (Dedicated Server Network).

Одноранговые сети

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 LANtastic, 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 - windows 9x\ME\2k, windows NT workstation версии, OS/2 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.

Недостатки:В условиях одноранговых сетей затруднено решение вопросов защиты информации. Поэтому такой способ организации сети используется для сетей с небольшим количеством компьютеров и там, где вопрос защиты данных не является принципиальным.

Иерархические сети

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.

Таким образом, соединения персональных компьютеров в сеть можно классифицировать массой различных способов. На современном этапе все больше граждан подключают сеть INTERNET, а предприятия соединяют свои отделы в единую сеть, т.к. это существенно упрощает работу. Эффективность совместного использования ресурсов сети состоит в:

разделении дорогостоящих ресурсов

совершенствовании коммуникаций

улучшении доступа к информации

быстром и качественном принятии решений

свободном, в территориальном отношении, размещении компьютеров. 
 

                        2. Линии связи и каналы передачи данных

Для построения компьютерных сетей применяются линии связи, использующие различную физическую среду. В качестве физической среды в коммуникациях используются: металлы (в основном медь), сверхпрозрачное стекло (кварц) или пластик и эфир. Физическая среда передачи данных может представлять собой кабель "витая пара", коаксиальные кабель, волоконно-оптический кабель и окружающее пространство.

Линии связи  или линии передачи данных - это  промежуточная аппаратура и физическая среда, по которой передаются информационные сигналы (данные).

В одной линии  связи можно образовать несколько  каналов связи (виртуальных или логических каналов), например путем частотного или временного разделения каналов. Канал связи - это средство односторонней передачи данных. Если линия связи монопольно используется каналом связи, то в этом случае линию связи называют каналом связи.

Канал передачи данных - это средства двухстороннего обмена данными, которые включают в себя линии связи и аппаратуру передачи (приема) данных. Каналы передачи данных связывают между собой источники информации и приемники информации.

В зависимости  от физической среды передачи данных каналы связи можно разделить  на:

• проводные  линии связи без изолирующих  и экранирующих оплеток;

• кабельные, где  для передачи сигналов используются такие линии связи как кабели "витая пара", коаксиальные кабели или оптоволоконные кабели;

• беспроводные (радиоканалы наземной и спутниковой  связи), использующие для передачи сигналов электромагнитные волны, которые распространяются по эфиру.

2.1 Проводные линии связи

Проводные (воздушные) линии связи используются для  передачи телефонных и телеграфных сигналом, а также для передачи компьютерных данных. Эти линии связи применяются в качестве магистральных линий связи.

По проводным  линиям связи могут быть организованы аналоговые и цифровые каналы передачи данных. Скорость передачи по проводным линиям "простой старой телефонной линии" (POST - Primitive Old Telephone System) является очень низкой. Кроме того, к недостаткам этих линий относятся помехозащищенность и возможность простого несанкционированного подключения к сети.

2.2 Кабельные каналы связи

Кабельные линии  связи имеют довольно сложную  структуру. Кабель состоит из проводников, заключенных в несколько слоев  изоляции. В компьютерных сетях используются три типа кабелей.

Витая пара (twisted pair) — кабель связи, который представляет собой витую пару медных проводов (или несколько пар проводов), заключенных в экранированную оболочку. Пары проводов скручиваются между собой с целью уменьшения наводок. Витая пара является достаточно помехоустойчивой. Существует два типа этого кабеля: неэкранированная витая пара UTP и экранированная витая пара STP.

Характерным для  этого кабеля является простота монтажа. Данный кабель является самым дешевым  и распространенным видом связи, который нашел широкое применение в самых распространенных локальных  сетях с архитектурой Ethernet, построенных по топологии типа “звезда”. Кабель подключается к сетевым устройствам при помощи соединителя RJ45.

Кабель используется для передачи данных на скорости 10 Мбит/с  и 100 Мбит/с. Витая пара обычно используется для связи на расстояние не более  нескольких сот метров. К недостаткам  кабеля "витая пара" можно отнести  возможность простого несанкционированного подключения к сети.

Коаксиальный  кабель (coaxial cable) - это кабель с центральным медным проводом, который окружен слоем изолирующего материала для того, чтобы отделить центральный проводник от внешнего проводящего экрана (медной оплетки или слой алюминиевой фольги). Внешний проводящий экран кабеля покрывается изоляцией.

Существует два  типа коаксиального кабеля: тонкий коаксиальный кабель диаметром 5 мм и  толстый коаксиальный кабель диаметром 10 мм. У толстого коаксиального кабеля затухание меньше, чем у тонкого. Стоимость коаксиального кабеля выше стоимости витой пары и выполнение монтажа сети сложнее, чем витой парой.

Коаксиальный  кабель применяется, например, в локальных  сетях с архитектурой Ethernet, построенных по топологии типа “общая шина”. Коаксиальный кабель более помехозащищенный, чем витая пара и снижает собственное излучение. Пропускная способность – 50-100 Мбит/с. Допустимая длина линии связи – несколько километров. Несанкционированное подключение к коаксиальному кабелю сложнее, чем к витой паре.

2.3 Кабельные оптоволоконные каналы связи

Оптоволоконный  кабель (fiber optic) – это оптическое волокно на кремниевой или пластмассовой основе, заключенное в материал с низким коэффициентом преломления света, который закрыт внешней оболочкой.

Оптическое волокно  передает сигналы только в одном  направлении, поэтому кабель состоит  из двух волокон. На передающем конце  оптоволоконного кабеля требуется преобразование электрического сигнала в световой, а на приемном конце обратное преобразование.

Основное преимущество этого типа кабеля – чрезвычайно  высокий уровень помехозащищенности и отсутствие излучения. Несанкционированное  подключение очень сложно. Скорость передачи данных 3Гбит/c. Основные недостатки оптоволоконного кабеля – это сложность его монтажа, небольшая механическая прочность и чувствительность к ионизирующим излучениям.

2.4 Беспроводные (радиоканалы наземной и спутниковой связи) каналы связи

Радиоканалы наземной (радиорелейной и сотовой) и спутниковой  связи образуются с помощью передатчика и приемника радиоволн и относятся к технологии беспроводной передачи данных.

Радиорелейные каналы связи.

Радиорелейные каналы связи состоят из последовательности станций, являющихся ретрансляторами. Связь осуществляется в пределах прямой видимости, дальности между соседними станциями - до 50 км. Цифровые радиорелейные линии связи (ЦРРС) применяются в качестве региональных и местных систем связи и передачи данных, а также для связи между базовыми станциями сотовой связи.

2.5 Спутниковые каналы связи

В спутниковых  системах используются антенны СВЧ-диапазона частот для приема радиосигналов от наземных станций и ретрансляции этих сигналов обратно на наземные станции. В спутниковых сетях используются три основных типа спутников, которые находятся на геостационарных орбитах, средних или низких орбитах. Спутники запускаются, как правило, группами. Разнесенные друг от друга они могут обеспечить охват почти всей поверхности Земли.

2.6 Сотовые каналы связи

Радиоканалы сотовой  связи строятся по тем же принципам, что и сотовые телефонные сети. Сотовая связь - это беспроводная телекоммуникационная система, состоящая из сети наземных базовых приемо-передающих станций и сотового коммутатора (или центра коммутации мобильной связи). 

Базовые станции  подключаются к центру коммутации, который обеспечивает связь, как  между базовыми станциями, так и  с другими телефонными сетями и с глобальной сетью Интернет. По выполняемым функциям центр коммутации аналогичен обычной АТС проводной связи. 

LMDS (Local Multipoint Distribution System) - это стандарт сотовых сетей беспроводной передачи информации для фиксированных абонентов. Система строится по сотовому принципу, одна базовая станция позволяет охватить район радиусом несколько километров (до 10 км) и подключить несколько тысяч абонентов. Сами БС объединяются друг с другом высокоскоростными наземными каналами связи либо радиоканалами. Скорость передачи данных до 45 Мбит/c. 

2.7 Радиоканалы WiMAX

Радиоканалы WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) аналогичны Wi-Fi. WiMAX, в отличие от традиционных технологий радиодоступа, работает и на отраженном сигнале, вне прямой видимости базовой станции. Эксперты считают, что мобильные сети WiMAX открывают гораздо более интересные перспективы для пользователей, чем фиксированный WiMAX, предназначенный для корпоративных заказчиков. Информацию можно передавать на расстояния до 50 км со скоростью до 70 Мбит/с. 

2.8 Радиоканалы для локальных сетей

Радиоканалы для  локальных сетей. Стандартом беспроводной связи для локальных сетей является технология Wi-Fi. Wi-Fi обеспечивает подключение в двух режимах: точка-точка (для подключения двух ПК) и инфраструктурное соединение (для подключения несколько ПК к одной точке доступа). Скорость обмена данными до 11 Mбит/с при подключении точка-точка и до 54 Мбит/с при инфраструктурном соединении. 

2.9 Радиоканалы Bluetooht

Радиоканалы Bluetooht - это технология передачи данных на короткие расстояния (не более 10 м) и может быть использована для создания домашних сетей. Скорость передачи данных не превышает 1 Мбит/с.

                                      3. Протоколы сетей ЭВМ 

3.1 Протокол передачи данных  — набор соглашений интерфейса логического уровня, которые определяют обмен данными между различными программами. Эти соглашения задают единообразный способ передачи сообщений и обработки ошибок при взаимодействии программного обеспечения разнесённой в пространстве аппаратуры, соединённой тем или иным интерфейсом.