Техническое обеспечение компьютерных сетей
ВСЕРОССИЙСКИЙ ЗАОЧНЫЙ ФИНАНСОВО - ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
КАФЕДРА
АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ
ИНФОРМАЦИИ
Курсовая работа
по дисциплине
«Информатика»
на тему
«Техническое
обеспечение компьютерных сетей»
Киров
2005
Оглавление
Введение
На сегодняшний день, в мире более 80 % компьютеров объединены в различные информационно-вычислительные сети от малых локальных до глобальных сетей. Всемирная тенденция к объединению компьютеров в сети обусловлена рядом важных причин. Среди них такие как: ускорение передачи информационных сообщений, возможность быстрого обмена информацией между пользователями, получение и передача сообщений, не отходя от рабочего места, возможность мгновенного получения любой информации из любой точки земного шара, а так же обмен информацией между компьютерами разных фирм производителей, работающих под разным программным обеспечением.
Применение на практике таких огромных потенциальных возможностей, которые несет в себе вычислительная сеть и тот новый потенциальный подъем, который при этом испытывает информационный комплекс, значительно ускоряет производственные процессы.
На
базе уже существующего
В нашей курсовой будут рассмотрены следующие вопросы:
- что такое компьютерная сеть;
- какие виды компьютерных сетей существуют;
- оборудование, необходимое для организации компьютерной сети;
- разновидности и особенности оборудования для организации компьютерной сети;
- новейшие подходы к проблеме организации сетей – беспроводное соединение.
Также, в практической части нашей курсовой работы будут решены следующие задачи с использованием пакетов прикладных программ на компьютере:
- вычислено среднее число вкладов населения;
- вычислено абсолютное и относительное изменение числа вкладов за каждый год и к 1994 г.;
- вычислено ожидаемое число вкладов на конец 2001 и 2002 гг. при условии, что среднегодовой темп за 1994-2000 гг. сохранится на 2001 и 2002гг.
- построен график характера изменений числа вкладов за период 1994-2000 гг.
Для выполнения курсовой работы использовался персональный компьютер на базе Intel Pentium III, процессор 734 МГц, ОЗУ 128 МБ, жёсткий диск 40 Гб, операционная система Microsoft Windows XP Professional версия 2002, программное обеспечение Microsoft Office XP 2002.
Теоретическая часть
- Введение
Компьютеры активно внедряются в производство, незаменимы на работе, проникают в нашу повседневную жизнь. Число компьютеров и обрабатываемой ими информации непрерывно растёт. Поэтому довольно быстро возникла проблема передачи данных с одного компьютера на другой. И эта проблема нашла успешное решение в организации компьютерных сетей. Но сеть - это далеко не простое образование, она требует определённого технического обеспечения для своей организации. Поэтому, наша курсовая работа будет посвящена проблеме технического обеспечения компьютерных сетей, описанию и характеристике необходимого оборудования.
- Основные понятия
Компьютерная
сеть – совокупность программно-технических
средств, обеспечивающих обмен информацией
между двумя и более
Компьютерные сети создаются для того, чтобы дать возможность территориально разобщенным пользователям обмениваться информацией между собой, использовать одинаковые программы, общие информационные и аппаратные ресурсы.
По некоторым оценкам, более половины действующих компьютеров подключены к сетям. 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 программном обеспечении, оперативность получения информации без отрыва от рабочих мест, эффективное взаимодействие и планирование рабочего времени.
Общими компонентами всех сетей являются[4]:
- Серверы (server) – компьютеры, предоставляющие свои ресурсы сетевым пользователям;
- Клиенты (client), – компьютеры, осуществляющие доступ к сетевым ресурсам, предоставляемыми сервером;
- Среда (media) – средства передачи информации;
- Совместно используемые данные – файлы, передаваемые серверами по сети;
- Совместно используемые периферийные устройства.
Сети появились в результате творческого сотрудничества специалистов вычислительной техники и техники связи. Вычислительные сети подразделяются на два вида: локальные (англ. LAN-Lokal Area Network) - совместное подключение нескольких отдельных компьютерных рабочих мест к единому каналу передачи данных и глобальные. В настоящее время в мире зарегистрировано более 200 глобальных сетей, объединенных между собой с помощью Internet. Нами будут более подробно рассмотрены локальные сети.
3. Классификация объектов технического обеспечения компьютерных сетей
Итак, для объединения компьютеров в локальную четь требуется вставить в каждый подключаемый к сети компьютер сетевой контроллер, который позволяет компьютеру получать информацию из локальной сети и передавать данные в сеть. Далее, соединить компьютеры между собой кабелями, по которым будет происходить обмен данными, а так же с другими, подключенными к сети устройствами (принтерами, сканерами и т.д.). В некоторых типах сетей кабели соединяют компьютеры непосредственно, в других соединение кабелей осуществляется через специальные устройства – концентраторы (или хабы), коммутаторы и др. В небольших сетях, обычно, компьютеры сети соединяются кабелями с концентратором, который и передает сигналы от одних подключенных к нему компьютеров к другим.
В качестве средств коммуникации наиболее часто используются витая пара, коаксиальный кабель и оптоволоконные линии.
При выборе типа кабеля учитывают следующие показатели:
- стоимость монтажа и обслуживания;
- скорость передачи информации;
- ограничения на величину расстояния передачи информации (без дополнительных усилителей-повторителей (репитеров));
- безопасность передачи данных.
Главная проблема заключается в одновременном обеспечении этих показателей, например, наивысшая скорость передачи данных ограничена максимально возможным расстоянием передачи данных, при котором еще обеспечивается требуемый уровень защиты данных. Легкая наращиваемость и простота расширения кабельной системы влияют на ее стоимость и безопасность передачи данных.
В
настоящее время широкое
Конечно
же, новые методы подключения имеют
как преимущества, так и недостатки.
Так, наиболее заметным преимуществам
беспроводной связи можно отнести отсутствие
каких-либо проводов, что значительно
сокращает затраты на подключение, как
финансовые, так и временные. К недостаткам
же можно отнести, как в случае с радиомодемами,
низкую помехоустойчивость и легкий перехват
информации. Более подробно проблемы и
достоинства беспроводной связи будут
рассмотрены ниже.
4. Характеристика объектов технического обеспечения компьютерных сетей.
Рассмотрим подробнее перечисленные выше виды технического обеспечения компьютерных сетей.
4.1. Кабели.
Наиболее дешевым кабельным соединением является витое двухжильное проводное соединение часто называемое «витой парой» (англ. twisted pair). Она позволяет передавать информацию со скоростью до 10 Мбит/с, легко наращивается, однако является помехонезащищенной [1]. Длина кабеля не может превышать 1000 м при скорости передачи 1 Мбит/с. Преимуществами являются низкая цена и беспроблемная установка. Для повышения помехозащищенности информации часто используют экранированную витую пару, т.е. витую пару, помещенную в экранирующую оболочку. Это увеличивает стоимость витой пары и приближает ее цену к цене коаксиального кабеля.
Коаксиальный кабель имеет среднюю цену, хорошо помехозащищен и применяется для связи на большие расстояния (несколько километров). Скорость передачи информации от 1 до 10 Мбит/с, а в некоторых случаях может достигать 50 Мбит/с. Коаксиальный кабель используется для основной и широкополосной передачи информации.
Широкополосный коаксиальный кабель невосприимчив к помехам, легко наращивается, но цена его высокая. Скорость передачи информации равна 500 Мбит/с. При передаче информации в базисной полосе частот на расстояние более 1,5 км требуется усилитель, или так называемый репитер (англ. repeater - повторитель). Поэтому суммарное расстояние при передаче информации увеличивается до 10 км. Для вычислительных сетей с топологией тира «шина» или «дерево» коаксиальный кабель должен иметь на конце согласующий резистор (терминатор).
Ethernet-кабель также является коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 50 Ом. Его называют еще толстый Ethernet (англ. thick) или желтый кабель (англ. yellow cable). Он использует 15-контактное стандартное включение. Вследствие помехозащищенности является дорогой альтернативой обычным коаксиальным кабелям. Средняя скорость передачи данных 10 Мбит/с. Максимально доступное расстояние сети Ethernet - около 3000 м. Ethernet-кабель, благодаря своей магистральной топологии, использует в конце лишь один нагрузочный резистор.
Более дешевым, чем Ethernet-кабель является соединение Cheapernet-кабель (RG-58) или, как его часто называют, тонкий (англ. thin) Ethernet. Это 50-омный коаксиальный кабель со скоростью передачи информации в 10 Мбит/с. При соединении сегментов Cheapernet-кабеля также требуются повторители. Вычислительные сети с Cheapernet-кабелем имеют небольшую стоимость и минимальные затраты при наращивании. Соединения сетевых плат производится с помощью широко используемых малогабаритных байонетных разъемов (СР-50). Дополнительное экранирование не требуется. Кабель присоединяется к компьютеру с помощью тройниковых соединителей (Т-connectors). Расстояние между двумя рабочими станциями без повторителей может составлять максимум 300 м, а минимум 0.5 м, общее расстояние для сети на Cheapernet-кабеля около 1000 м. Приемопередатчик Cheapernet расположен на сетевой плате как для гальванической развязки между адаптерами, мак и для усиления внешнего сигнала.
Наиболее дорогими являются оптопроводники, называемые также стекловолоконным кабелем. Скорость распространения информации по ним достигает 200 Мбит/с. Допустимое удаление более 50 км. Внешнее воздействие помех практически отсутствует. Применяется там, где возникают электромагнитные поля помех или требуется передача информации на очень большие расстояния без использования повторителей. В таблице 1 рассмотрены основные показатели средств коммуникации (см. Приложение 1).
Также оптоволоконные линии обладают противо-подслушивающими свойствами, так как техника ответвлений в оптоволоконных кобелях очень сложна. Оптопроводники объединяются в локальные вычислительные сети с помощью звездообразного соединения.
4.2. Адаптеры
Вне
зависимости от используемого кабеля
для каждой рабочей станции необходимо
иметь сетевой адаптер. Сетевой
адаптер – это плата, которая
вставляется в материнскую
Современные сетевые адаптеры рассчитаны на архитектуру Micro Channel, которая используется в сериях компьютеров Pentium. Существуют различные виды сетевых адаптеров – ActNet, Ethernet, TokenRing, различающиеся производительностью (скоростью передачи данных) и соответственно стоимостью. Для сети с числом компьютеров до 50 обычно используются недорогие адаптеры класса Ethernet стандарта NE2000. [3]
Перед
тем как вставить сетевой адаптер
в материнскую плату
4.3. Репитер
Если длина сети превышает максимальную длину сегмента сети, необходимо разбить сеть на несколько (до пяти) сегментов, соединив их через репитер[1].
Конструктивно репитер может быть выполнен либо в виде отдельной конструкции со своим блоком питания, либо в виде платы, вставляемой в слот расширения материнской платы компьютера.
Репитер в виде отдельной конструкции стоит дороже, но он может быть использован для соединения сегментов Ethernen, выполненных как на тонком, так и на толстом кабеле, так как он имеет и коаксиальные разъемы, и разъемы для подключения трансиверного кабеля. С помощью этого репитера можно даже соединить в единую сеть сегменты, выполненные и на тонком, и на толстом кабеле.
Репитер
в виде платы имеет только коаксиальные
разъемы и поэтому может
Один из недостатков встраиваемого в рабочую станцию репитера заключается в том, чтобы для обеспечения круглосуточной работы сети станция с репитером также должна работать круглосуточно. При выключении питания связь между сегментами сети будет нарушена.
Функции репитера заключаются в физическом разделении сегментов сети и обеспечении восстановления пакетов, передаваемых из одного сегмента сети в другой.
Репитер повышает надежность сети, так как отказ одного сегмента (например, обрыв кабеля) не сказывается на работе других сегментов. Однако через поврежденный сегмент данные проходить не могут.
4.4. Серверы
Для обеспечения функционирования локальной сети часто выделяется специальный компьютер – сервер, или несколько таких компьютеров [3]. На дисках серверов располагаются совместно используемые программы, базы данных и т.д. Остальные компьютеры локальной сети часто называются рабочими станциями. В сетях, состоящих более чем из 20-25 компьютеров, наличие сервера обязательно – иначе, как правило, производительность сети будет неудовлетворительной. Сервер необходим и при интенсивной совместной работе, с какой – либо базой данных.
Иногда серверам назначается определенная специализация (хранение данных, программы, обеспечение модемной и факсимильной связи, вывод на печать и т.д.). 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.
4.5. Модемы и факс-модемы
Для всех пользователей, желающих использовать глобальные электронные сети тира InterNet, работать с электронной почтой, посылать и получать факсы с помощью компьютера и т.д., необходим модем или факс-модем [4]. Модем – это устройство для обмена информацией с другими компьютерами через телефонные сети. Факс-модем – устройство, сочетающее возможности модема и средства для обмена факсимильными изображениями с другими факс-модемами и обычными телефаксными аппаратами. Большинство современных модемов являются факс-модемами. Некоторые модемы обладают голосовыми возможностями и могут, например, использоваться в качестве автоответчика.
Модемы бывают внутренними (в виде электронной платы, подключаемой к шине ISA компьютера), внешними – в виде отдельного устройства, и в виде РС-карты для подключения к портативному компьютеру. Модемы отличаются друг от друга максимальной скоростью передачи данных и поддерживаемыми протоколами связи. Большинство современных модемов работает со скоростью 14400-33600 Б/с и поддерживает средства исправления ошибок и сжатия данных (стандарты V.42 и V.42bis). Для устойчивой работы на отечественных телефонных линиях импортные модемы должны быть соответствующим образом адаптированы.
4.6. Оборудование для беспроводной связи.
Радиомодемы, выпускаемые сегодня многими фирмами, соединяют между собой компьютеры в помещеньях, где по какой-то причине нельзя прокладывать кабели и сверлить стены [5]. Радиомодемы обычно позволяют связывать компьютеры и периферию, удалённые всего лишь на несколько десятков или сотен метров, хотя, разумеется, есть и более мощные модели радиомодемов, работающие и на больших расстояниях. Провода и кабели в таких системах практически полностью отсутствуют, так как сигнал передаётся и принимается через небольшую антенну радиомодема. Благодаря этому система оказывается весьма портативной и простой в процессе построения сети, а главное – экономит немало труда при установке сети. Однако следует помнить, что радиоволны могут создавать нежелательные помехи, а, кроме того, радио сигнал может быть легко перехвачен и принят посторонними лицами, для которых ваша конфиденциальная информация вовсе не предназначается.
Есть и другая возможность бескабельной связи между компьютерами и периферийным оборудованием. Фирма Carrier Current Technology нашла интересное решение: она выпускает оборудование, позволяющее связывать между собой компьютеры и передавать данные по проводам обычной электрической сети, а не создавать специальную сеть связи. Однако такая связь через электросеть возможна только в случае, если компьютеры находятся сравнительно недалеко друг от друга в одном здании и питаются от одной и той же сети [5].
Разумеется, беспроводная связь не может конкурировать с локальными сетями. Работа в реальном масштабе времени через такие устройства сегодня невозможна из-за низкой скорости обмена, сравнительно невысокой надёжности и сложности контроля ошибок.
Гораздо важнее и перспективнее другая разработка, которую сегодня широко внедряют многие американские и европейские фирмы – это цифровая сотовая связь для портативных компьютеров [5].
Компьютеры класса notebook могут уже сегодня комплектоваться не только с крошечными факс-модемами, но и устройствами цифровой радиосвязи, аналогичными сотовым телефонам. Это позволяет подключаться к коммерческим компьютерным сетям или превращать компьютер в телефакс.
Системы цифровой сотовой связи чрезвычайно эффективны, так как позволяют без подключения к телефонной сети, без помех и почти мгновенно связываться с абонентами, находящимися даже за рубежом, практически из любого места, например, из самолёта или чужого офиса. Кроме того, сотовая связь предоставляет клиентам разнообразные дополнительные услуги, непривычные для абонентов обычной телефонной сети. Например, сообщение может быть депонировано и передано в установленное время не по одному, а одновременно по нескольким указанным номерам.
Телефонная сеть нового поколения получила название ISDN (Integrated Service Digital Network). Она реализуется обычно на оптических линиях или спутниковых каналах. Это цифровая сеть с интегрированными услугами заменит старую телефонную сеть и будет доступна для использования не только телефонам, но и персональным компьютерам через модемы, радиомодемы и сотовую связь.
4.7. Топология вычислительных сетей
Существует ряд принципов построения локальной вычислительной сети на основе выше рассмотренных компонентов. Такие принципы еще называют топологиями [2]. Термин «топология сети» относится к пути, по которому данные перемещаются по сети. Существуют три основных вида топологий: «звезда», «кольцо» и «общая шина» (см.Приложение 3).
Топология типа «звезда» - в ней вся информация между двумя периферийными рабочими местами проходит через центральный узел вычислительной сети (файловый сервер). Пропускная способность сети определяется вычислительной мощностью узла и гарантируется для каждой рабочей станции. В случае выхода из строя центрального узла нарушается работа всей сети. Файловый сервер реализует оптимальный механизм защиты против несанкционированного доступа к информации. Вся вычислительная сеть может управляться из ее центра.
Кабельное соединение довольно простое, так как каждая рабочая станция связана с узлом. Затраты на прокладку кабелей высокие, особенно когда центральный узел географически расположен не в центре топологии.
При расширении вычислительных сетей не могут быть использованы ранее выполненные кабельные связи: к новому рабочему месту необходимо прокладывать отдельный кабель из центра сети.
Данная топология является наиболее быстродействующей из всех, поскольку передача данных между рабочими станциями проходит через центральный узел (при его хорошей производительности) по отдельным линиям, используемым только этими рабочими станциями. Частота запросов передачи информации от одной станции к другой невысокая, по сравнению с достигаемой в других топологиях.
При кольцевой топологии сети рабочие станции связаны одна с другой по кругу, т.е. рабочая станция 1 с рабочей станцией 2, рабочая станция 3 с рабочей станцией 4 и т.д. Последняя рабочая станция связана с первой. Коммуникационная связь замыкается в кольцо.
Прокладка кабелей от одной рабочей станции к другой может быть довольно сложной и дорогостоящей, особенно если географическое расположение рабочих станций далеко от формы кольца.
Сообщения циркулируют регулярно по кругу. Рабочая станция посылает по определенному конечному адресу информацию, предварительно получив из кольца запрос. Продолжительность передачи информации увеличивается пропорционально количеству рабочих станций, входящих в вычислительную сеть.
Основная проблема при кольцевой топологии - каждая рабочая станция должна активно участвовать в пересылке информации, и в случае выхода из строя хотя бы одной из них вся сеть парализуется. Неисправности в кабельных соединениях локализуются легко.
Подключение новой рабочей станции требует краткосрочного выключения сети, так как во время установки кольцо должно быть разомкнуто. Ограничения на протяженность вычислительной сети не существует, так как оно определяется расстоянием между двумя рабочими станциями.
При шинной топологии среда передачи информации представляется в форме коммуникационного пути, доступного для всех рабочих станций, к которому они все должны быть подключены. Все рабочие станции могут непосредственно вступать в контакт с любой рабочей станцией, имеющейся в сети.
Рабочие станции в любое время, без прерывания работы всей вычислительной сети, могут быть подключены к ней или отключены, вследствие чего, очень легко прослушивать информацию, т.е. ответвлять информацию из коммуникационной среды. Функционирование вычислительной сети не зависит от состояния отдельной рабочей станции.
В локальной вычислительной сети с прямой передачей информации всегда может существовать только одна станция, передающая информацию. Для предотвращения коллизий в большинстве случаев применяется временной метод разделения, согласно которому для каждой подключенной рабочей станции в определенные моменты времени предоставляется исключительное право на использование канала передачи данных. Поэтому требования к пропускной способности вычислительной сети при повышенной нагрузке повышаются, например, при вводе новых рабочих станций. Рабочие станции присоединяются к шине посредством устройств ТАР (англ. Terminal Access Point – точка подключения терминала), которые представляют собой специальный тип подсоединения к коаксиальному кабелю. Зонд игольчатой формы внедряется через наружную оболочку внешнего проводника и слой диэлектрика к внутреннему проводнику и присоединяется к нему.
В локальной вычислительной сети с модулированной широкополосной передачей информации различные рабочие станции получают, по мере надобности, частоту, на которой эти рабочие станции могут отправлять и получать информацию. Пересылаемые данные модулируются на соответствующих несущих частотах, т.е. между средой передачи информации и рабочими станциями находятся соответственно модели для модуляции и демодуляции. Техника широкополосных сообщений позволяет одновременно транспортировать в коммуникационной среде довольно большой объем информации. Для дальнейшего развития дискретной транспортировки данных не играет роли, какая первоначальная информация подана в модем (аналоговая или цифровая), так как она все равно в дальнейшем будет преобразована.