Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Сетевые технологии и преимущества их использования

Содержание

Введение……………………………………………………………….2

Компьютерные сети и их классификация…………………….3
Локальные сети…………………………………………………10

Аппаратные средства компьютерных сетей. Топологии локальных вычислительных сетей………………..…….11
Технологии и протоколы вычислительных сетей……..15

Адресация компьютеров в сети и основные сетевые протоколы………………………………………………………20
Преимущества использования сетевых технологий……..

Заключение……………………………………………………………31

Библиографический список…………………………………………32

Введение

Когда-то, на заре информационной революции, когда компьютеры были весьма громоздкими, дорогостоящими, и, чаще всего, были атрибутом какой-нибудь научной организации, невозможно было даже представить себе ту степень участия компьютеров в нашей жизни, которая есть сейчас.

Но со временем возникла необходимость не только в вычислительной мощности отдельно взятого компьютера, но и в объединении нескольких компьютеров в единую вычислительную сеть с целью повысить объем и производительность проводимых вычислений, также созрела необходимость в обмене информацией между компьютерами.

Современное производство требует высоких скоростей обработки информации, удобных форм ее 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 различных 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 обмена информацией.

Актуальность данной работы в том, что сетевые технологии используются практически повсеместно.

Цель работы - исследовать главные принципы построения и функционирование компьютерных (вычислительных) сетей, познакомить с основами работы в локальной сети и с возможностями, предоставляемые глобальной сетью.

Компьютерные сети и их классификация

Компьютерной сетью называют совокупность узлов (компьютеров, терми-налов, периферийных устройств), имеющих возможность информационного взаимодействия друг с другом с помощью специального коммуникационного оборудования и программного обеспечения.

Размеры сетей варьируются в широких пределах – от пары соединенных между собой компьютеров, стоящих на соседних столах, до миллионов компьютеров, разбросанных по всему миру (часть из них может находиться на космических объектах).

В сетях применяются различные сетевые технологии. Каждой технологии соответствуют свои типы оборудования.

Оборудование сетей подразделяется на активное и пассивное. Активное оборудование – это интерфейсные карты компьютеров, повторители, концентраторы; пассивное оборудование – это кабели, соединительные разъемы, коммутационные панели. Кроме того, имеется вспомогательное оборудование – устройства бесперебойного питания, кондиционирования воздуха и аксессуары – монтажные стойки, шкафы, кабелепроводы различного вида. С точки зрения физики, активное оборудование – это устройства, которым необходима подача энергии для генерации сигналов, пассивное оборудование подачи энергии не требует.

Оборудование компьютерных сетей подразделяется на конечные системы (устройства), являющиеся источниками и/или потребителями информации, и промежуточные системы, обеспечивающие прохождение информации по сети.

К конечным системам относят компьютеры, терминалы, сетевые принтеры, факс-машины, кассовые аппараты, считыватели штрих-кодов, средства голосовой и видеосвязи и любые другие периферийные устройства.

К промежуточным системам относят концентраторы (повторители, мосты, коммутаторы), маршрутизаторы, модемы и прочие телекоммуникационные устройства, а также соединяющая их кабельная или беспроводная инфраструктура.

Действием, «полезным» для пользователя, является обмен информацией между конечными устройствами.

Для активного коммуникационного оборудования применимо понятие производительность, причем в двух различных аспектах. Кроме «валового» количества неструктурированной информации, пропускаемого оборудованием за единицу времени (бит/с), интересуются и скоростью обработки пакетов, кадров или ячеек. Естественно, при этом оговаривается и размер структур (пакетов, кадров, ячеек), для которого измеряется скорость обработки. В идеале производительность коммуникационного оборудования должна быть столь высокой, чтобы обеспечивать обработку информации, приходящейся на все интерфейсы (порты) на их полной скорости (wire speed)

Для организации обмена информацией должен быть разработан комплекс программных и аппаратных средств, распределенных по разным устройствам сети. Поначалу разработчики и поставщики сетевых средств пытались идти каждый по своему пути, решая весь комплекс задач с помощью собственного набора протоколов, программ и аппаратуры. Однако решения различных поставщиков оказывались несовместимыми друг с другом, что оказывало массу неудобств для пользователей, которых по разным причинам не удовлетворял набор возможностей, предоставляемых только одним из поставщиков. По мере развития техники и расширения ассортимента предоставляемых сервисов назрела необходимость декомпозиции сетевых задач – разбивки их на несколько взаимосвязанных подзадач с определением правил взаимодействия между ними. Разбивка задачи и стандартизация протоколов позволяет принимать участие в ее решении большому количеству сторон-разработчиков программных и аппаратных средств, изготовителей вспомогательного и коммуникационного оборудования, доносящих все эти плоды прогресса до конечного потребителя.

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

1) способ организации сети;

2) территориальная распространенность;

3) ведомственная принадлежность;

4) скорость передачи информации;

5) тип среды передачи;

6) топология;

7) организация взаимодействия компьютеров.

По способу организации сети подразделяются на реальные и искусственные.

Искусственные компьютерные сети (псевдосети) позволяют связывать компьютеры вместе через последовательные или параллельные порты и не нуждаются в дополнительных устройствах. Иногда связь в такой сети называют связью по нуль-модему (не используется модем). Само соединение называют нуль-модемным. Искусственные сети используются когда необходимо перекачать информацию с одного компьютера на другой. MS-DOS и Windows снабжены специальными программами для реализации нуль-модемного соединения. Основным недостатком этих компьютерных сетей является низкая скорость передачи данных и возможность соединения только двух компьютеров.

Реальные компьютерные сети позволяют связывать компьютеры с помощью специальных устройств коммутации и физической среды передачи данных. Основным недостатком реальных сетей является необходимость в дополнительных устройствах.

По территориальной распространенности компьютерные сети подразделяются на локальные, глобальные, и региональные.

Локальные компьютерные сети – это сети, перекрывающие территорию не более 10 кв.м. Они являются сетями закрытого типа, доступ к ним разрешен только ограниченному кругу пользователей, для которых работа в такой сети непосредственно связана с их профессиональной деятельностью.

Региональные компьютерные сети – это сети, расположенные на территории города или области

Глобальные компьютерные сети – это сети, расположенные на территории государства или группы государств. Например, всемирная сеть Internet. Они являются открытыми и ориентированы на обслуживание любых пользователей.

Термин «корпоративная сеть» также используется в литературе для обозначения объединения нескольких сетей, каждая из которых может быть построена на различных технических, программных и информационных принципах.

По ведомственной принадлежности различают ведомственные и государственные сети.

Ведомственные компьютерные сети принадлежат одной организации и располагаются на ее территории.

Государственные компьютерные сети – сети, используемые в государственных структурах.

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

Низкоскоростные компьютерные сети – это сети, имеющие скорость передачи информации до 10 Мбит/с.

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

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

По типу среды передачи компьютерные сети подразделяются на проводные-коаксиальные, на витой паре, оптоволоконные, беспроводные (с передачей информации по радиоканалам, в инфракрасном диапазоне).

По топологии компьютерных сетей они подразделяются на компьютерные сети с оконечным узлом, компьютерные сети с промежуточным узлом и компьютерные сети со смежным узлом.

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

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

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

Узел сети представляет собой компьютер, либо коммутирующее устройство сети. Ветвь сети – это путь, соединяющий два смежных узла.

С точки зрения организации взаимодействия компьютеров, сети делят на одноранговые и иерархические.

Все компьютеры одноранговой сети равноправны. Любой пользователь сети может получить доступ к данным, хранящимся на любом компьютере.

Одноранговые сети могут быть организованы с помощью таких операционных систем, как Windows'3.11, Novell Netware Lite. Указанные программы работают как с DOS, так и с Windows. Одноранговые сети могут быть организованы также на базе всех современных 32-разрядных операционных систем и некоторых других.

Достоинства одноранговых сетей:

1. наиболее просты в установке и эксплуатации.

2. операционные системы DOS и Windows обладают всеми необходимыми функциями, позволяющими строить одноранговую сеть.

Недостаток: в условиях одноранговых сетей затруднено решение вопросов защиты информации. Поэтому такой способ организации сети используется для сетей с небольшим количеством компьютеров.

В иерархической сети при установке сети заранее выделяются один или несколько компьютеров, управляющих обменом данных по сети и распределением ресурсов. Такой компьютер называют сервером. Любой компьютер, имеющий доступ к услугам сервера называют клиентом сети или рабочей станцией.

Сервер в иерархических сетях – это постоянное хранилище разделяемых ресурсов. Сам сервер может быть клиентом только сервера более высокого уровня иерархии. Поэтому иерархические сети иногда называются сетями с выделенным сервером. Серверы обычно представляют собой высокопроизводительные компьютеры, возможно, с несколькими параллельно работающими процессорами, с винчестерами большой емкости, с высокоскоростной сетевой картой (100 Мбит/с и более).

Иерархическая модель сети является наиболее предпочтительной, так как позволяет создать наиболее устойчивую структуру сети и более рационально распределить ресурсы. Также достоинством иерархической сети является более высокий уровень защиты данных.

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

1. необходимость дополнительной ОС для сервера.

2. более высокая сложность установки и модернизации сети.

3. необходимость выделения отдельного компьютера в качестве сервера

Различают две технологии использования сервера: технологию файл-сервера и архитектуру клиент-сервер.

В первой модели используется файловый сервер, на котором хранится большинство программ и данных. По требованию пользователя ему пересылаются необходимая программа и данные. Обработка информации выполняется на рабочей станции.

В системах с архитектурой клиент-сервер обмен данными осуществляется между приложением-клиентом и приложением-сервером. Хранение данных и их обработка производится на мощном сервере, который выполняет также контроль над доступом к ресурсам и данным. Рабочая станция получает только результаты запроса. Разработчики приложений по обработке информации обычно используют эту технологию.

Локальные сети.

Проблема передачи информации с одного компьютера на другой существовала с момента появления компьютеров. Для её решения использовались различные подходы. Наиболее распространённый, в недавнем прошлом, «курьерский» подход заключался в копировании информации на сменный носитель (ГМД, CD и т.п.), перенос к месту назначения и повторное копирование, но уже со сменного носителя на компьютер адресат. В настоящее время подобные способы перемещения информации уступают место сетевым технологиям. Т.е. компьютеры каким-либо образом соединяются друг с другом, и пользователь имеет возможность перенести информацию к месту назначения, не вставая из-за стола.

Совокупность компьютерных устройств, обладающих возможностью информационного сообщения друг с другом, принято называть компьютерной сетью. В большинстве случаев различают два типа компьютерных сетей: локальные (LAN – Local Area Network) и глобальные (WAN – Wide-Area Network). В некоторых вариантах классификации рассматривают ряд дополнительных типов: городские, региональные и т.п., однако все эти типы (по своей сути) в большинстве случаев являются вариантами глобальных сетей различного масштаба. Наиболее распространён вариант классификации сетей на локальные и глобальные по географическому признаку. Т.е. под локальной вычислительной сетью в этом случае понимается совокупность конечного числа компьютеров, расположенных на ограниченной территории (в пределах одного здания или соседних зданий), связанных информационными каналами, обладающими высокой скоростью и достоверностью передачи данных и предназначенных для решения комплекса взаимосвязанных задач.

2.1 Аппаратные средства компьютерных сетей. Топологии локальных вычислительных сетей.

Все компьютеры абонентов (пользователей), работающие в рамках локальной вычислительной сети должны иметь возможность взаимодействовать друг с другом, т.е. быть связанными между собой. Способ организации таких связей существенно влияет на характеристики локальной вычислительной сети и называется её топологией (архитектурой, конфигурацией). Различают физическую и логическую топологии. Под физической топологией локальной вычислительной сети понимают физическое размещение компьютеров, входящих в состав сети и способ их соединения друг с другом проводниками. Логическая топология определяет способ прохождения информации и очень часто не совпадает с выбранной физической топологией соединения абонентов локальной вычислительной сети.

Физические топологии локальных вычислительных сетей

Существует четыре основных физических топологии, используемых при построении локальных вычислительных сетей.

Топология шина (рис.1) предполагает подключение всех компьютеров к одному общему проводнику. На обоих концах такого проводника размещаются специальные согласующие устройства, называемые терминаторами. Основные преимущества данной топологии – дешевизна и простота монтажа. К недостаткам относятся проблематичность локализации места неисправности и низкая надежность: повреждение кабеля в любом месте приводит к прекращению обмена информацией между всеми компьютерами, входящими в сеть. Из-за особенностей распространения электрического сигнала, даже если два компьютера, пытающиеся осуществить обмен информацией, физически соединены друг с другом, при отсутствии терминатора на одном конце такого «обрывка» шины связь между ними будет невозможна.

В топологии кольцо (рис. 2) каждый абонент сети связан с двумя близлежащими абонентами. Достоинства и недостатки аналогичны рассмотренным для топологии шина.

Топология звезда предполагает прокладку для каждого компьютера в сети отдельного кабеля, соединяющего всех абонентов сети с неким центром. В качестве центра звезды может выступать компьютер либо специальное соединительное устройство, называемое концентратором (рис. 3). Достоинство данной топологии – более высокая надёжность. Обрыв любого проводника «отключает» только одного абонента. «Узким местом» этой топологии является концентратор. При его поломке блокируется работа всей сети. Недостатком является более высокая стоимость оборудования (учитывая увеличение общей длины проводников, в сравнении с предыдущими топологиями, а также стоимость дополнительного оборудования – концентратора).

С точки зрения надежности и скорости обмена информацией наилучшими характеристиками обладает полносвязная топология (рис. 4). В этом случае абонентам сети предоставляется отдельный канал связи с каждым из остальных абонентов. Однако по стоимости данная топология проигрывает всем остальным вариантам.

Перечисленные топологии являются базовыми. Большинство локальных вычислительных сетей, создаваемых в различных организациях, имеют более сложную структуру и являются различными вариантами комбинирования вышеупомянутых топологий.

Логические топологии локальных вычислительных сетей

Логическая топология определяет характер распространения информации по компьютерной сети. При передаче информации от одного абонента сети к другому абоненту эта информация должным образом «оформляется». Передаваемые данные оформляются в стандартные фрагменты (пакеты, дейтаграммы). Помимо собственно передаваемых данных (чисел, текстов, рисунков и т.п.) в состав пакета добавляется адрес (приёмника информации или и приёмники и передатчика), контрольная информация (чтобы можно было проверить, пакет принят полностью или только его часть) и ряд другой информации. Рассмотрим три основных варианта логических топологий локальных вычислительных сетей.

Логическая шина определяет равноправный доступ к сети всех абонентов. В этом случае передатчик выставляет в сеть пакет информации, а все остальные абоненты «услышав» передаваемую информацию анализируют её. Если в составе пакета абонент находит свой адрес, он эту информацию «оставляет» себе, если адрес оказался чужим – игнорирует. Если в момент передачи информации одним абонентом «вклинивается в разговор» другой абонент, происходит наложение пакетов, называемое коллизией. Коллизии приводят к «перемешиванию» пакетов и невозможности разобраться «кто что сказал». Обнаружив коллизию, передающий абонент «замолкает» на интервал времени случайной длительности, после чего повторяет попытку передачи информации. При очень большом количестве абонентов в сети вероятность коллизий резко возрастает, и сеть становится неработоспособной.

Логическое кольцо предполагает, что информация проходит полный «круг» и приходит к источнику, т.е. в точку из которой была отправлена. При этом каждый абонент сравнивает адрес «получателя» со своим собственным. Если адреса совпали, информация копируется в буфер, пакет помечается как «дошедший до адресата» и передается следующему абоненту. Если адреса не совпали, пакет передается без всяких пометок. Когда абонент получил пакет отправленный «собственноручно» и с пометкой «принято», он его дальше не передаёт и в работу может вступить другой абонент сети.

Логическая топология звезда (и её версия – дерево) ориентирована на установление канала связи между приёмником и передатчиком средствами коммутаторов. Т.е. при отсутствии коммутатора невозможно связаться между собой даже двум абонентам сети. При передаче данных от одного абонента к другому, все остальные ждут окончания передачи.

2.2 Технологии и протоколы вычислительных сетей

Очевидно, что любая компьютерная сеть – это сложный комплекс взаимосвязанных и согласованно функционирующих программных и аппаратных компонентов. Основной задачей, решаемой при создании компьютерных сетей, является обеспечение совместимости оборудования по электрическим и механическим характеристикам, а также обеспечение корректной передачи данных и однозначной их интерпретации на основе совместимости обслуживающих сеть программ.

При передаче сообщений участники сетевого обмена должны принять множество соглашений, чтобы понимать друг друга на разных уровнях – от физического до прикладного. Например, на физическом уровне они должны согласовать значения и форму электрических сигналов, способ определения длины сообщений, договориться о методах контроля достоверности и т. п. А на прикладном – договориться об однозначном представлении переданной и полученной информации программами, с которыми работает пользователь.

Формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются участники сетевого обмена, способы их передачи и интерпретации называются протоколом.

Новые протоколы разрабатывают компании, которые занимаются созданием и внедрением устройств, программ и сетевых услуг. Если протокол приобретает популярность среди других производителей, то он может закрепиться в рекомендациях одной из стандартизующих организаций: Международного союза электросвязи (ITU), Международного института стандартизации (ISO) или Института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (IEEE). После этого протокол становится фактическим сетевым стандартом, на него начинают ориентироваться тысячи производителей.

Коммуникационные протоколы могут быть реализованы как программно, так и аппаратно. Программный модуль, реализующий некоторый протокол, часто для краткости также называют «протоколом». При этом соотношение между протоколом – формально определенной процедурой и протоколом – программным модулем, реализующим эту процедуру, аналогично соотношению между алгоритмом решения некоторой задачи и программой, решающей эту задачу.

Важнейшим этапом в развитии сетей стало появление стандартных сетевых технологии, позволяющих быстро и эффективно объединять компьютеры различных типов на основе стандартного сетевого оборудования (сетевых адаптеров, кабелей со стандартными разъемами) и одной из популярных сетевых операционных систем, поддерживающих общепринятые коммуникационные протоколы.

Сетевая технология – это согласованный набор стандартных протоколов и реализующих их программно-аппаратных средств (например, сетевых адаптеров, драйверов, кабелей и разъемов), достаточный для построения компьютерной сети. Ниже перечислены наиболее известные сетевые технологии и их основные характеристики.

ARCnet

Логическая топология – шина.

Физическая топология – шина, звезда, смешанная.

Среда передачи сигнала – коаксиальный кабель (93 Ом), витая пара.

Скорость обмена информацией – 2,5 Мбит/сек.

Максимальная длина соединений – от 100 до 610 метров (в зависимости от типа соединителя).

Максимальное количество узлов в одной сети – 255.

Максимальный размер сети (суммарная длина соединений) - 6000 метров.

В настоящее время аппаратура для сетей ARCnet не выпускается.

100VG-AnyLAN

Логическая топология – дерево (разновидность звезды).

Физическая топология – дерево (разновидность звезды).

Среда передачи сигнала – витая пара (обязательно четырёхпарная).

Скорость обмена информацией – 100 Мбит/сек.

Максимальная длина соединений – от 100 до 200 метров (в зависимости от типа соединителя).

Максимальное количество узлов в одной сети – 1024.

Максимальный размер сети – 2000 метров.

Аппаратура для организации локальных вычислительных сетей по технологии 100VG-AnyLAN выпускается практически только фирмой Hewlett-Packard, стоимость её весьма высока поэтому данная технология не получила распространения, по крайней мере в нашей стране.

Token Ring

Логическая топология – кольцо.

Физическая топология – звезда.

Среда передачи сигнала – витая пара, волоконно-оптический кабель.

Скорость обмена информацией – 4; 16; 100 и (в настоящее время технология разрабатывается) 1000 Мбит/сек.

Максимальная длина соединений – от 100 до10000 метров (в зависимости от типа соединителя).

Максимальное количество узлов в одной сети – до 260 (в зависимости от типа соединителя).

Цена – высокая, что резко сужает область применения, по крайней мере, в нашей стране. В остальном мире технология Token Ring наряду с технологией Ethernet, является одной из наиболее распространённых.

FDDI

Логическая топология – кольцо.

Физическая топология – кольцо, звезда или их гибриды.

Среда передачи сигнала – волоконно-оптический кабель.

Скорость обмена информацией – 100 Мбит/сек.

Максимальная длина соединений – от 2 до 60 километров (в зависимости от типа волоконно-оптического кабеля).

Максимальное количество узлов в одной сети – 500.

Максимальная общая длина сети – до 200 км.

Цена – высокая. Несмотря на то, что технология FDDI разрабатывалась для локальных вычислительных сетей, ввиду дороговизны её область применения – сети городского масштаба и более крупные.