Компьютерные сети. 8
Введение
Компьютерной сетью называют совокупность узлов (компьютеров, терминалов, периферийных устройств), имеющих возможность информационного взаимодействия друг с другом с помощью специального коммуникационного оборудования и программного обеспечения.
Информационно-вычислительная сеть представляет собой систему компьютеров, объединенных каналами передачи данных.
Основное назначение компьютерной сети – обеспечение эффективного предоставления различных информационно-вычислительных услуг пользователям сети путем организации удобного и надежного доступа к ресурсам, распределенным в этой сети.
КС обеспечивают эффективное выполнение следующих задач:
- хранение данных;
- обработка данных;
- организация
доступа пользователей к
- передача данных и результатов обработки, данных пользователям.
В данном курсовом проекте будет использоваться локальная компьютерная сеть.
Локальная сеть - это группа из нескольких компьютеров, соединенных между собой посредством кабелей (иногда также телефонных линий и радиоканалов). Локальные сети позволяют обеспечить коллективную обработку данных пользователями компьютеров подключенных к сети, совместно использовать программы, принтеры, модемы, сканеры, и другие устройства. Для физического объединения компьютеров в локальную сеть необходимы следующие компоненты:
- Сетевая карта.
- Кабель.
- ОС сетевого назначения.(Windows"9x, Windows"NT и другие)
Локальные вычислительные сети (ЛВС) позволяют объединять компьютеры, расположенные в ограниченном пространстве (10-15км). Для локальных сетей прокладывается специализированная кабельная система, и положение возможных точек подключения абонентов ограничено этой кабельной системой. Локальные сети – LAN (Local-Area Network) – являются элементами более крупномасштабных образований – CAN (Campus-Area Network – кампусная сеть, объединяющая локальные сети близко расположенных зданий), MAN (Metropolitan-Area Network – сеть городского масштаба), WAN (Wide-Area Network – широкомасштабная сеть), GAN (Global-Area Network – глобальная сеть) «сетью сетей» называют глобальную сеть Интернет.
Целью данной курсовой работы является знакомство с основами построения и функционирования компьютерных сетей, изучение организации работы компьютерных сетей, а также разработка проекта локальной сети государственной организации. Для этого потребуется выполнить следующие задачи:
- Создание локальной компьютерной сети.
- Проверка её работоспособности.
1.Выбор технологии и типа проектируемой сети.
Основное назначение любой компьютерной сети – предоставление информационных и вычислительных ресурсов подключенным к ней пользователям.
С этой точки зрения локальную вычислительную сеть можно рассматривать как совокупность серверов и рабочих станций.
Сети разделяются на два типа:
- одноранговые (peer-to-peer);
- на основе сервера (server based).
Различия между одноранговыми сетями и сетями на основе сервера определяют разные возможности этих сетей. Выбор типа сети зависит от следующих факторов:
- размера предприятия (учреждения, фирмы);
- необходимого уровня безопасности;
- вида деятельности;
- уровня доступности административной поддержки;
- объема сетевого трафика;
- потребностей сетевых пользователей;
В одноранговой сети все
компьютеры равноправны: нет иерархии
среди компьютеров и нет
Одноранговые сети называют также рабочими группами.
Рабочая группа — это небольшой коллектив, поэтому в одноранговых сетях чаще всего не более 10 — 20 компьютеров.
В такие операционные системы, как Microsoft Windows NT Workstation, Microsoft Windows for Workgroups и Microsoft Windows 95, встроена поддержка одноранговых сетей. Поэтому, чтобы установить одноранговую сеть, дополнительного программного обеспечения не требуется.
Сети на основе сервера. Если к сети подключено более 10 пользователей, то одноранговая сеть, где компьютеры выступают в роли и клиентов, и серверов, может оказаться недостаточно производительной. Поэтому большинство сетей использует выделенные серверы. Выделенным называется такой сервер, который функционирует только как сервер (исключая функции клиента или рабочей станции). Они специально оптимизированы для быстрой обработки запросов от сетевых клиентов и для управления защитой файлов и каталогов. Сети на основе сервера стали промышленным стандартом.
Большинство сетей использует модель «клиент-сервер». Сеть архитектуры «клиент-сервер» — это сетевая среда, в которой компьютер-клиент инициирует запрос компьютеру-серверу, который и выполняет его. В одноранговой сети, любой компьютер является одновременно и клиентом, и сервером.
Компьютер – клиент (пользователь) генерирует запрос с помощью интерфейсного приложения, которое выполняет следующие функции:
- обеспечивает интерфейс пользователя;
- формирует запросы;
- отображает данные, полученные с сервера.
В клиент-серверной среде, сервер не наделяется пользовательским интерфейсом.
Компьютер-клиент получает инструкции от пользователя, подготавливает их для сервера и затем по сети посылает запрос на сервер. Сервер обрабатывает запрос, проводит поиск необходимых данных и отсылает их клиенту. Клиент в удобной для пользователя форме отображает полученную информацию.
В клиент-серверной среде
Сервер в клиент-серверной
Сетевой технологией (архитектурой) называют комбинацию стандартов, топологий и протоколов, необходимых для создания работоспособной сети.
Существуют следующие основные сетевые технологии построения сетей:
- Ethernet - самая популярная в настоящий момент сетевая технология. Она использует узкополосную передачу со скоростью 10, 100 и 1000 Мбит/с, топологию «шина» и «звезда-шина», использует метод доступа – CSMA/CD. Ethernet является ветераном сетевых технологий - эта спецификация была предложена фирмами DEC, Intel и Xerox в 1980 году и несколько позже на ее основе появился стандарт IEEE 802.3. По первым буквам названий этих фирм образовано сокращение DIX, фигурирующее в описаниях этой технологии. Слово Ether (эфир) в названии технологии обозначает многообразие возможных сред передачи. CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection — множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий) — технология(802.3) множественного доступа к общей передающей среде в локальной компьютерной сети с контролем коллизий. CSMA/CD относится к децентрализованным случайным (точнее, квазислучайным) методам. Он используется как в обычных сетях типа Ethernet, так и в высокоскоростных сетях (Fast Ethernet, Gigabit Ethernet).
Так же называют сетевой протокол, в котором используется схема CSMA/CD. Протокол CSMA/CD работает на канальном уровне в модели OSI.
Характеристики и области применения этих популярных на практике сетей связаны именно с особенностями используемого метода доступа. CSMA/CD является модификацией «чистого» Carrier Sense Multiple Access (CSMA).
Существует стандарты со скоростью передачи данных 100 Мбит/с:
- 100BaseVG-AnyLAN – поддерживает каскадируемую топологию «звезда» на основе витой пары, где все компьютеры соединены с концентратором, метод доступа поп приоритету запроса, общая длина кабеля до концентратора не должна превышать 250 м
- 100Base Ethernet (Fast Ethernet) – строится на неэкранированной витой паре, использует топологию «звезда-шина», метод доступа CSMA/CD. Данный стандарт содержит несколько спецификаций, из которых самые распространенные подставлены ниже:
а) 100Base-ТХ – обеспечивает
б) 100Base-FX – обеспечивает передачу по оптоволокну
Существует стандарты со скоростью передачи данных 1000 Мбит/с:
- 1000 Base Ethernet (Gigabit Ethernet) – строится на волоконно-оптическом кабеле, витой паре категории 5, коаксиале. Диаметр сети – 200 м. Данный стандарт содержит несколько спецификаций, из которых самые распространенные подставлены ниже:
а) 1000 Base-SX – строится на многомодовом
кабеле. Предельная длина
б) 1000 Base-LX - строится на одномодовом или на многомодовом кабеле. Максимальная длина кабеля для одномодового волокна равна 5000 м. Используется длина волны 1300 нм (L — от Long Wavelength, длинная волна).
- FDDI (англ. Fiber Distributed Data Interface — Волоконно-оптический интерфейс передачи данных) — стандарт передачи данных в локальной сети, протянутой на расстоянии до 200 километров. Стандарт основан на протоколе Token Ring. Кроме большой территории, сеть FDDI способна поддерживать несколько тысяч пользователей.
В качестве среды передачи
данных в FDDI рекомендуется использовать волоконно-
-Token Ring — технология локальной вычислительной сети (LAN) кольца с «маркёрным доступом» — протокол локальной сети, который находится на канальном уровне (DLL) модели OSI. Он использует специальный трёхбайтовый фрейм, названный маркёром, который перемещается вокруг кольца. Владение маркёром предоставляет право обладателю передавать информацию на носителе. Кадры кольцевой сети с маркёрным доступом перемещаются в цикле.
Термин «топология сети» характеризует физическое расположение компьютеров, сетевых сред передач данных и других компонентов сети.
Виды и особенности топологий:
Шина - в ней используется один кабель, именуемый магистралью или сегментом, вдоль которого подключены все компьютеры сети
Передаваемая информация может распространяться в обе стороны. Применение общей шины снижает стоимость проводки, унифицирует подключение различных модулей, обеспечивает возможность почти мгновенного широковещательного обращения ко всем станциям сети.
- Преимущества: экономный расход
кабеля. Недорогая и несложная
в использовании среда
- Недостатки: при значительных объемах трафика уменьшается пропускная способность сети. Трудно локализовать проблемы. Выход из строя кабеля останавливает работу многих пользователей – низкая надежность. На рисунке 1 представлена топология шина.
Рисунок 1 – Топология шина.
Звезда - в этом случае каждый компьютер подключается отдельным кабелем к общему устройству, называемому концентратором (hub), который находится в центре сети. В функции концентратора входит направление передаваемой компьютером информации одному или всем остальным компьютерам сети.
- Преимущества: Легко модифицировать сеть, добавляя новые компьютеры. Централизованный контроль и управление. Выход из строя одного компьютера не влияет на работоспособность сети
- Недостатки: Выход из
строя центрального узла
Рисунок 2 – Топология звезда.
Кольцо - информация передается последовательно от узла к узлу. Каждый узел принимает пакеты только от предыдущего и посылает только последующему узлу по кольцу. Узел транслирует дальше по сети все кадры, а обрабатывает только адресуемые ему.
- Преимущества: Все компьютеры
имеют равный доступ. Количество
пользователей не оказывает
- Недостатки: Выход из строя
одного компьютера может
Рисунок 3 – Топология кольцо.
Для курсового проекта использована топология звезда и выбран кабель 100 Base Tx для стабильной работы локальной сети. Так же была выбрана сетевая технология Ethernet и сеть на основе сервера.
2.Выбор сетевых служб на
Сетевые службы (сервисы) – одни из самых важных понятий сетевого взаимодействия. Существуют следующие сетевые сервисы: файловый, печати, сообщений и баз данных. Наиболее важными из них является файловый сервис и сервис печати.
Файловый сервис организует
удалённый доступ, совместное исполнение,
быстрый перенос и
Основные функции: передача, хранений файлов, миграция данных, синхронизированное изменение файлов, архивирование файлов.
Сетевым файловым сервисом передачи файлов называется любой сервис, который сохраняет, извлекает или перемещает файлы для сетевых клиентов.
Различают следующие виды хранения:
- Оперативное
- Резервное
- Архивное
Синхронизированное изменение файлов – это сетевой сервис, который сравнивает время и дату сохранения файлов и определяет какой из файлов был изменён. Этот сервис так же может отслеживать кому принадлежат конкретные файлы и были ли сделаны промежуточные изменения. С помощью этой информации все копии автоматически приводятся в соответствие с последней версией файла.
Сервис печати – сетевое приложение, которое управляет доступом к принтерам и факсимильному оборудованию. Сервис печати принимает запросы задания печати, интерпретирует форматы заданной печати, управляет очередью печати и организует взаимодействие с сетевыми принтерами.
Сервис сообщений позволяет организовать обмен сообщениями между пользователями сети.
Сервис приложений –
вид сетевого сервиса, который запускает
программу для сетевых
Сервис базы данных –
предназначен для организации
Тиражирование – создание и синхронизация нескольких копий баз данных.
DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol — протокол динамической конфигурации узла) — это сетевой протокол, позволяющий компьютерам автоматически получать IP-адрес и другие параметры, необходимые для работы в сети TCP/IP. Для этого компьютер обращается к специальному серверу, называемому сервером DHCP. Сетевой администратор может задать диапазон адресов, распределяемых среди компьютеров. Это позволяет избежать ручной настройки компьютеров сети и уменьшает количество ошибок. Протокол DHCP используется в большинстве крупных сетей TCP/IP.
DHCP является
расширением протокола BOOTP, использовавшегося
ранее для обеспечения
Протокол DHCP предоставляет три способа распределения IP-адресов:
- Ручное распределение. При этом способе сетевой администратор сопоставляет аппаратному адресу (обычно MAC-адресу) каждого клиентского компьютера определённый IP-адрес. Фактически, данный способ распределения адресов отличается от ручной настройки каждого компьютера лишь тем, что сведения об адресах хранятся централизованно (на сервере DHCP), и потому их проще изменять при необходимости.
- Автоматическое распределение. При данном способе каждому компьютеру на постоянное использование выделяется произвольный свободный IP-адрес из определённого администратором диапазона.
- Динамическое распределение. Этот способ аналогичен автоматическому распределению, за исключением того, что адрес выдаётся компьютеру не на постоянное пользование, а на определённый срок. Это называется арендой адреса. По истечении срока аренды IP-адрес вновь считается свободным, и клиент обязан запросить новый (он, впрочем, может оказаться тем же самым).
Некоторые реализации службы DHCP способны автоматически обновлять записи DNS, соответствующие клиентским компьютерам, при выделении им новых адресов. Это производится при помощи протокола обновления DNS.
Помимо IP-адреса, DHCP также может сообщать клиенту дополнительные параметры, необходимые для нормальной работы в сети. Эти параметры называются опциями DHCP.
Некоторыми из наиболее часто используемых опций являются:
- IP-адрес маршрутизатора по умолчанию;
- маска подсети;
- адреса серверов DNS;
- имя домена DNS.
Некоторые поставщики программного обеспечения могут определять собственные, дополнительные опции DHCP.
DNS (англ. Domain Name System — система доменных имён) — компьютерная распределённая система для получения информации о доменах. Чаще всего используется для получения IP-адреса по имени хоста (компьютера или устройства), получения информации о маршрутизации почты, обслуживающих узлах для протоколов в домене (SRV-запись).
Распределённая база данных DNS поддерживается с помощью иерархии DNS-серверов, взаимодействующих по определённому протоколу.
Основой DNS является представление
об иерархической структуре доменн
Доме́н — определённая зона в системе доменных имён (DNS) Интернета, выделенная какой-либо стране, организации или для иных целей.
В данном курсовом проекте будем использовать принт-сервер, файл-сервер, сервер базы данных. Так же выбран протокол DHCP с автоматическим распределением и DNS.
3. Распределение сетевых адресов и логическая схема сети.
Каждому хосту в сети TCP/IP присваивается уникальный 32-разрядный логический адрес, который делится на две главные части: номер сети и номер хоста. Номер сети определяет сеть и, если сеть является частью Internet, должен присваиваться Информационным центром Internet (Internet Network Information Center, InterNIC). Провайдер услуг Internet может получить у InterNIC блоки сетевых адресов и самостоятельно выделять адресное пространство по мере необходимости. Номер хоста определяет хост в сети и присваивается администратором локальной сети.
32-разрядный IP-адрес — это 4 группы по 8 битов, разделенные точками и обычно записываемые в десятеричном формате. Минимальное значение октета равно 0, максимальное — 255. Основной формат IP-адреса показан на рисунке 4.
Рисунок 4 – формат IP-адреса
IP-адреса делятся на пять классов: А, В, С, D и Е. Для коммерческого пользования предназначены только классы А, В, и С. Класс сети определяется первыми слева (старшими) битами.
IP-сети иногда делятся на меньшие сети, или подсети. Подсети предоставляют сетевому администратору некоторые преимущества, такие как повышенная гибкость, более эффективное использование сетевых адресов и возможность ограничить широковещательный трафик (чтобы он не проходил через маршрутизатор).
Подсети администрируются локально. Но внешне вся сеть выглядит единой, бeз информации о внутренней структуре.
Сетевой адрес может разбиваться на несколько подсетей. Например, в состав сета 172.16.0.0 могут входить подсети 172.16.1.0, 172.16.2.0, 172.16.3.0 и 172.16.4.0. (Нули адресной части хоста определяют целую сеть.)
Логическая схема сети дает представления о движении информационных потоков, используемом оборудовании и методе подключения этого оборудования в проектируемой локально сети.
На рисунке 5 представлена логическая схема проектируемой сети. Сервер дает доступ локальной сети к глобальной сети Internet, маршрутизатор объединяет коммутатор 1 (Switch1) на 1-ом этаже с коммутатором 2 (Switch) на 2-ом этаже здания, а так же дает доступ рабочим станция (РС) к серверу.
DHCP-сервер в разрабатываемом проекте предлагается настроить в режиме работы динамического распределения IP-адресов. Используемый диапазон адресов выбираем от 192.168.1.0 до 192.168.1.255.
При выходе узлов локальный сети в Internet их внешний IP-адрес будет соответствовать IP-адресу шлюза, выданный им провайдером услуг Internet. В качестве шлюза будет использоваться сервер.
Рисунок 5 - логическая схема сети
4. Выбор активного сетевого оборудования
4.1 Обзор подходящего
активного сетевого
1) Сетевая плата, Ethernet-адаптер, NIC (англ. n
Представим обзор наиболее часто используемых сетевых адаптеров.
Таблица 1 – Сетевая карта Intel-I350T2BLK
Производитель |
INTEL |
Модель |
I350T2BLK |
PCI Express |
4x |
Индикаторы |
Link/ACT |
Чип |
Intel NH135CAM4 |
Гигабитные порты |
2 порта RJ-45 10/100/1000 Мбит/с |
Интерфейс |
PCI Express |
Соответствие стандартам |
802.1ae (MACsec) |
Цена |
4819.31 р |
Таблица 2 – Сетевая карта TP-Link TG-3468
Производитель |
TP-Link |
Модель |
TG-3468 |
Индикаторы |
ACT, 10, 100, 1000 |
Гигабитные порты |
1 порт RJ-45 10/100/1000 Мбит/с |
Интерфейс |
32-бит PCIe 1.0a |
Соответствие стандартам |
IEEE 802.3, 802.3u, 802.3ab, 802.3x, 802.1q,
802.1p |
Цена |
338 р |
2) Маршрутизатор - специализированный сетевой ком
Маршрутизаторы делятся на программные и аппаратные. Маршрутизатор работает на более высоком «сетевом» уровне 3 сетевой модели OSI, нежели коммутатор (или сетевой мост) и концентратор (хаб), которые работают на 2 уровне и 1 уровне модели OSI соответственно.
Представим обзор наиболее часто используемых маршрутизаторов.
Таблица 3 – Маршрутизатор ASUS RT-N12 С1
Производитель |
Asus |
Модель |
RT-N12 C1 |
Тип оборудования |
Маршрутизатор |
Кнопки |
Reset |
Индикаторы |
LAN, Power, Status, WLAN |
Порты Fast Ethernet |
4 порта 10/100 Мбит/сек RJ-45 |
Порты WAN |
1 порт RJ-45 |
Соответствие стандартам |
802.1x (User Authentication), 802.3 (Ethernet), 802.3u (Fast Ethernet) |
Настройка/Управление: |
Управление на основе Web-интерфейса с помощью браузера Internet Explorer v6 или выше; или Firefox 2.0 или выше |
Встроенная точка доступа |
802.11 b/g/n |
Цена |
1650 р. |
Таблица 4 – Маршрутизатор TP-Link TL-R460
Производитель |
TP-Link |
Модель |
TL-R460 |
Тип оборудования |
Маршрутизатор |
Кнопки |
Reset |
Индикаторы |
LAN, Power, Status, WLAN |
Порты Fast Ethernet |
4 порта 10/100 Мбит/сек |
Порты |
1 порт RJ-45, 1 порт USB |
Соответствие стандартам |
Auto MDI/MDIX, IEEE 802.1p (Priority tags) |
Настройка/Управление: |
Управление на основе Web-интерфейса с помощью браузера Internet Explorer v6 или выше; или Firefox 2.0 или выше |
Встроенная точка доступа |
802.11 b/g/n |
Цена |
690 р. |
3) Сетевой коммутатор (жарг. свит
