Компьютерные сети. 6
Министерство сельского
ФГОУ ВПО «Вятская государственная академия»
Экономический факультет
Кафедра информатики
РЕФЕРАТ
по компьютерным сетям
Выполнила: Погудина Ю.А.
Специальность: менеджмент
Группа ЭУб-210
Руководитель: Гребёнкина Т.В.
Киров 2012 г.
Содержание
1. Что такое компьютерные сети…………………………………………………3
2. Виды компьютерных сетей…………………………………………………….5
3. Архитектура компьютерных сетей……………………………………………7
4. Топологии компьютерных сетей………………………………………………8
5. Основные понятия базовой модели сетевого взаимодействия…………….11
6. Что такое протокол? Назначение протокола………………………………15
7. Методы передачи данных компьютерных сетей……………………………16
8. Сетевые устройства и средства коммуникации. Средства передачи данных: кабельные, беспроводные. Устройство передачи данных………….18
9. Адресация компьютеров сетей……………………………………………….23
10. Список литературы……………………………………………………
Компьютерные сети – это системы компьютеров, объединенных каналами передачи данных, обеспечивающие эффективное предоставление различных информационно-вычислительных услуг пользователям посредством реализации удобного и надежного доступа к ресурсам сети.
Преимущества и недостатки:
Рано или поздно, количественный рост компьютеров, сосредоточенных на ограниченном рабочем пространстве (офис, производственный цех и т.д.) приводит к качественному скачку – к формированию локальной вычислительной сети. Согласно общепринятому определению, локальная вычислительная сеть – это совокупность компьютеров, расположенных, как правило, в пределах одного здания, которые объединены с помощью каналов передачи данных. Глобальную сеть образуют локальные сети, объединенные с помощью каналов передачи данных.
Разумеется, какое-то время
можно обойтись и без сетей. Но
представьте себе типичный современный
офис, в котором установлены, как
минимум, три компьютера (бухгалтер,
секретарь и директор), а важные
файлы передаются с помощью дискеток,
выстраивается “живая очередь” к
единственному лазерному
Основные преимущества, связанные с применением компьютерных сетей:
• возможность совместного использования периферийных устройств (таких как сканеры, принтеры, Web-камеры и т.д.);
• повышение эффективности и скорости обработки информации в группе сотрудников;
• обеспечение совместного доступа к Internet;
• быстрое получение доступа к корпоративным хранилищам информации (базы данных, носители на магнитных лентах).
Конечно, как и в любом
деле, не обходится без некоторых
проблем. Использование компьютерных
сетей несет потенциальную
Практически все услуги сети построены на принципе клиент-сервер. Сервером в сети называется компьютер, способный предоставлять клиентам (по мере прихода от них запросов) некоторые сетевые услуги. Взаимодействие клиент-сервер строится обычно следующим образом. По приходу запросов от клиентов сервер запускает различные программы предоставления сетевых услуг. По мере выполнения запущенных программ сервер отвечает на запросы клиентов. Все программное обеспечение сети также можно поделить на клиентское и серверное. При этом программное обеспечение сервера занимается предоставлением сетевых услуг, а клиентское программное обеспечение обеспечивает передачу запросов серверу и получение ответов от него.
Виды компьютерных сетей.
Компьютерные сети, в зависимости от охватываемой территории, подразделяются на:
• локальные (ЛВС ,LAN-Local Area Network)
• региональные (РВС,MAN – Metropolitan Area Network)
• глобальные (ГВС, WAN – Wide Area Network)
В локальной сети абоненты находятся на небольшом (до 10-15 км) расстоянии. К ЛВС относятся сети отдельных предприятий, фирм, банков, офисов и т.д. РВС связывают абонентов города, района, области.
Региональные сети с точки зрения архитектуры и протоколов практически не отличаются от глобальных. В региональных сетях обычно не используются трансокеанские кабели, но это отличие не может рассматриваться как принципиальное. Региональные сети решают проблему формирования из LAN (локальных сетей) сетей регионов и целых стран и даже наднациональных сетей (например, E-BONE для Европы). Как правило, эти сети строятся с использованием протоколов SDH, ATM, ISDN, Frame Relay или X.25. Архитектурно такие сети формируются из каналов со схемой точка-точка и мощных коммутаторов-мультиплексоров. Из таких фрагментов формируются и опорные сети (BackBone), которые позволяют сократить число шагов от узла к узлу. В этих сетях в основном используются оптоволоконные транспортные системы, а там где это нерентабельно, спутниковые или радиорелейные каналы.
С появлением корпоративных сетей типа Интранет понятия локальной и региональной сетей стало частично перекрываться. Для пользователя Интранет все узлы такой сети являются локальными, хотя и могут отстоять на сотни или даже тысячи километров друг от друга. По существу сети Интранет являются наложенными сетями по отношению к региональным сетям (WAN). Интернет также следует отнести к числу наложенных сетей по отношению к WAN.
Глобальные сети соединяют абонентов, удаленных друг от друга на значительное расстояние, расположенных в разных странах, или разных континентах.
По признакам организации передачи данных компьютерные сети можно разделить на две группы:
- последовательные;
- широковещательные.
В последовательных сетях передача данных осуществляется последовательно от одного узла к другому. Каждый узел ретранслирует принятые данные дальше. Практически все виды сетей относятся к этому типу. В широковещательных сетях в конкретный момент времени передачу может вести только один узел, остальные узлы могут только принимать информацию.
Архитектура компьютерных сетей
Международная организация стандартов ввела в систему стандартизации архитектуры компьютерных сетей, которая включает в себя семь сетевых уровней. Однако, на практике, все не употребляются.
Первый уровень получил название физического уровня. Его задача обеспечить линию связи в виртуальном режиме, чтоб данные были переданы от одного узла к другому. Этот уровень преобразовывает все данные, которые поступают от более развитого уровня. Сигналы передаются по кабелю.
Далее идет уровень управления линией передачи данных. Он занимается обеспечением виртуальной связи, но более высокого уровня. Данные передаются асинхронно блоками, которые содержат дополнительную управляющую информацию, и безошибочно. . Если блок или кадр вовремя не дошел до назначенной точки, то операция выполняется повторно.
За ним просто сетевой
уровень. Его роль заключается в
предположении связи между
Четвертый – транспортный. Он разделяет передаваемые сообщения на пакеты в одном конце линии, а собирает на другом.
Пятый – сеансовый. Его
задача обеспечение интерфейса между
ним и транспортным уровнем. Шестой
уровень – уровень
И седьмой, последний, уровень приложений направлен на поддержание прикладного программного обеспечения, которое получает пользователь.
Топология компьютерных сетей.
Топология типа «звезда»
В сети в виде звезды (рис. 3) компьютер-сервер получает и обрабатывает все данные с компьютеров - рабочих станций. Вся информация между двумя любыми рабочими станциями проходит через центральный узел вычислительной сети.
Рис. 3. Сеть в виде звезды
Каждая рабочая станция связана с узлом, поэтому пропускная способность сети определяется вычислительной мощностью узла и гарантируется для каждой рабочей станции. Топология в виде звезды является наиболее быстродействующей из всех топологий вычислительных сетей, поскольку передача данных между рабочими станциями проходит через центральный узел (при его хорошей производительности) по отдельным линиям, используемым только этими рабочими станциями. Вся вычислительная сеть может управляться из ее центра. Недостатком такой топологии является нарушение работы всей сети в случае выхода из строя центрального узла.
Топология типа «кольцо»
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., как показано на рис. 4. Последняя рабочая станция связана с первой. Коммуникационная связь замыкается в кольцо.
В сети кольцевой топологии сообщения циркулируют регулярно по кругу. Рабочая станция посылает по определенному конечному адресу информацию, предварительно получив из кольца запрос. Пересылка сообщений является очень эффективной, так как большинство сообщений можно отправлять «в дорогу» по кабельной системе одно за другим. Очень просто можно сделать кольцевой запрос на все станции. Продолжительность передачи информации увеличивается пропорционально количеству рабочих станций, входящих в вычислительную сеть.
Рис. 4. Сеть в виде кольца
Основная проблема при
кольцевой топологии
Шинная топология
При шинной топологии (рис. 5)
среда передачи информации представляется
в форме общей магистрали, к
которой должны быть подключены все
рабочие станции. При этом все
рабочие станции могут
Рис. 5. Сеть шинной топологии
Особенностью такой топологии сети является то, что функционирование сети не зависит от состояния отдельной рабочей станции, а рабочие станции в любое время без прерывания работы всей вычислительной сети могут быть подключены к ней или отключены.
Благодаря тому, что рабочие станции можно подключать без прерывания сетевых процессов и коммуникационной среды, очень легко прослушивать информацию, т.е. ответвлять информацию из коммуникационной среды.
Основные понятия базовой модели сетевого взаимодействия.
Все ЛВС работают в одном стандарте, принятом для компьютерных сетей - в стандарте Open Systems Interconnection (OSI).
Так же, как люди, чтобы взаимодействовать, используют общий язык, так и для обеспечения взаимодействия компьютеров, объединенных в сеть, используются соответствующие средства. Для единого представления данных в линиях связи, по которым передается информация Международной организацией по стандартизации (англ. ISO - International Standards Organization) в 1984 г. разработана базовая модель взаимодействия открытых систем OSI. Эта модель является международным стандартом для передачи данных. Как представлено на рис. 1, она содержит семь уровней:
Рис. 1. Уровни управления ЛВС
На физическом уровне осуществляются соединения с физическим каналом, разрыв связи, управление каналом, а также определяется скорость передачи данных и топология сети.
На канальном уровне осуществляется обрамление передаваемых массивов информации вспомогательными символами и контроль передаваемых данных. В ЛВС передаваемая информация разбивается на несколько пакетов или кадров. Каждый пакет содержит адреса источника и места назначения, а также средства обнаружения ошибок.
Сетевой уровень определяет маршрут передачи информации между сетями, отдельными компьютерами, обеспечивает обработку ошибок, а также управление потоками данных. Основная задача сетевого уровня - маршрутизация данных (передача данных между сетями). Специальные устройства - маршрутизаторы (Router) определяют для какой сети предназначено то или другое сообщение, и направляют эту посылку в заданную сеть. Для определения абонента внутри сети используется адрес узла. Для определения пути передачи данных между сетями на маршрутизаторах строятся таблицы маршрутов, содержащие последовательность передачи данных через маршрутизаторы. Каждый маршрут содержит адрес конечной сети, адрес следующего маршрутизатора и стоимость передачи данных по этому маршруту. При оценке стоимости могут учитываться количество промежуточных маршрутизаторов; время, необходимое на передачу данных; просто денежная стоимость передачи данных по линии связи. Для построения таблиц маршрутов наиболее часто используют либо метод векторов, либо статический метод. При выборе оптимального маршрута применяют динамические или статические методы. На сетевом уровне возможно применение одной из двух процедур передачи пакетов:
· датаграмм, т.е. когда часть сообщения или пакет независимо доставляется адресату по различным маршрутам, определяемым сложившейся динамикой в сети. При этом каждый пакет включает в себя полный заголовок с адресом получателя. Процедуры управления передачей таких пакетов по сети называются датаграммной службой;
· виртуальных соединений, когда установление маршрута передачи всего сообщения от отправителя до получателя осуществляется с помощью специального служебного пакета - запроса на соединение. В таком случае для этого пакета выбирается маршрут и при положительном ответе получателя на соединение закрепляется для всего последующего трафика и получает номер соответствующего виртуального канала для дальнейшего использования его другими пакетами того же сообщения. Пакеты, которые передаются по одному виртуальному каналу, не являются независимыми и поэтому содержат сокращенный заголовок, включающий порядковый номер пакета, принадлежащий одному сообщению.
Транспортный уровень обеспечивает связывание нижних уровней (физический, канальный, сетевой) с верхними уровнями, которые реализуются программными средствами. Этот уровень как бы разделяет средства формирования данных в сети от средств их передачи. Здесь осуществляется разделение информации по определенной длине и уточняется адрес назначения. Транспортный уровень позволяет мультиплексировать передаваемые сообщения или соединения. Мультиплексирование сообщений позволяет передавать сообщения одновременно по нескольким линиям связи, а мультиплексирование соединений передает в одной посылке несколько сообщений для различных соединений.
На сеансовом уровне осуществляется управление сеансами связи между двумя взаимодействующими пользователями (определяется начало и окончание сеанса связи: нормальное или аварийное; время, длительность и режим сеанса связи; определяются точки синхронизации для промежуточного контроля и восстановления при передаче данных; восстанавливается соединение после ошибок во время сеанса связи без потери данных).
На представительском уровне осуществляются управление представлением данных в необходимой для программы пользователя форме, генерация и интерпретация взаимодействия процессов, кодирование данных, в том числе компрессия и декомпрессия данных. На рабочих станциях могут использоваться различные операционные системы, каждая из которых может иметь свою файловую систему, свои форматы хранения и обработки данных. Задачей данного уровня является преобразование данных при передаче информации в формат, который используется в информационной системе. При приеме данных уровень их представления выполняет обратное преобразование. Таким образом, появляется возможность организовать обмен данными между станциями, на которых используются различные операционные системы. Компрессия или упаковка данных сокращает время их передачи. Кодирование передаваемой информации обеспечивает ее защиту от перехвата.
Прикладной уровень управляет прикладными сетевыми программами, обслуживающими файлы, а также выполняет вычислительные, информационно-поисковые работы, логические преобразования информации, передачу почтовых сообщений. Главная задача этого уровня - обеспечить удобный интерфейс для пользователя.
Основная идея этой модели заключается в том, что каждому уровню отводится конкретная роль, в том числе и транспортной среде. Благодаря этому общая задача передачи данных разделяется на отдельные легко обозримые задачи.
Необходимые соглашения для связи одного уровня свыше и ниже расположенными - называют протоколом.
Так как пользователи нуждаются в эффективном управлении, система вычислительной сети представляется как комплексное строение, которое координирует взаимодействие задач пользователей.
Протокол и его назначение.
При передаче файлов требуется, чтобы оба компьютера, связывающиеся друг с другом, договорились об общем протоколе. Протоколом называется набор правил и описаний, которые регулируют передачу информации.
Для борьбы с ошибками, возникающими при передаче файлов, в большинстве современных протоколов имеются средства исправления ошибок. Конкретные методы в каждом протоколе свои, но принципиальная схема исправления ошибок одна и та же. Она заключается в том, что передаваемый файл разбивается на небольшие блоки - пакеты, а затем каждый принятый пакет сравнивается с посланным, чтобы удостовериться в их адекватности. Каждый пакет содержит дополнительный контрольный байт. Если принимающий компьютер после некоторых логических действий получит иное значение этого байта, он сделает вывод, что при пересылке пакета произошла ошибка, и запросит повторение передачи этого пакета. Несмотря на то, что такая процедура уменьшает объем полезной информации, передаваемой в единицу времени, проверка на наличие ошибок и их исправление обеспечивают надежность передачи файла.
Наиболее совершенным и распространенным протоколом из всех доступных на сегодняшний день является TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol). Он обеспечивает сетевое взаимодействие компьютеров, работающих под управлением сетевой операционной системы, и возможность подключения к ним различных сетевых устройств. Все современные операционные системы поддерживают протокол TCP/IP, и почти все крупные сети используют его для обеспечения большей части своего трафика. Также протокол TCP/IP является стандартным для Интернета.
Методы передачи данных в компьютерных сетях
При обмене данными между узлами сети используются три метода передачи данных:
· симплексная (однонаправленная) передача (телевидение, радио);
· полудуплексная (прием и передача информации осуществляются поочередно);
· дуплексная (двунаправленная), каждая станция одновременно передает и принимает данные.
Для передачи данных в сетях наиболее
часто применяется
Рис. 2. Асинхронная и синхронная передача данных
При асинхронной передаче каждый символ передается отдельной посылкой (рис. 2). Стартовые биты предупреждают приемник о начале передачи. Затем передается символ. Для определения достоверности передачи используется бит четности (бит четности = 1, если количество единиц в символе нечетно, и 0 в противном случае. Последний бит «стоп-бит» сигнализирует об окончании передачи.
Преимущества: несложная отработанная система; недорогое (по сравнению с синхронным) интерфейсное оборудование.
Недостатки асинхронной передачи: третья часть пропускной способности теряется на передачу служебных битов (старт/стоповых и бита четности); невысокая скорость передачи по сравнению с синхронной; при множественной ошибке с помощью бита четности невозможно определить достоверность полученной информации.
Асинхронная передача используется в системах, где обмен данными происходит время от времени и не требуется высокая скорость передачи данных. Некоторые системы используют бит четности как символьный бит, а контроль информации выполняется на уровне протоколов обмена данными.
При использовании синхронного метода данные передаются блоками. Для синхронизации работы приемника и передатчика в начале блока передаются биты синхронизации. Затем передаются данные, код обнаружения ошибки и символ окончания передачи. При синхронной передаче данные могут передаваться и как символы, и как поток битов. В качестве кода обнаружения ошибки обычно используется циклический избыточный код обнаружения ошибок (CRC). Он вычисляется по содержимому поля данных и позволяет однозначно определить достоверность приятой информации.
Преимущества синхронного метода передачи информации: высокая эффективность передачи данных; высокие скорости передачи данных; надежный встроенный механизм обнаружения ошибок. Недостатки: интерфейсное оборудование более сложное и соответственно более дорогое.
Сетевые устройства и средства коммуникаций
Среда передачи данных. Когда данные готовятся к пересылке по сети, они преобразуются в электрический сигнал. Эти сигналы генерируются в виде электромагнитных волн (аналоговый сигнал) или в виде пульсаций напряжения (цифровой сигнал). Для пересылки с одного компьютера на другой сигнал должен быть физически передан из одного места в другое. Физический путь, по которому передается сигнал, и определяется существующей средой передачи. Сигнал поступает в среду передачи с компьютера-передатчика, передается по среде передачи и затем принимается компьютером-приемником. В настоящее время существуют два типа среды передачи: кабельная и беспроводная.
Кабельные среды передачи данных
Кабельные среды передачи данных обеспечивают передачу сигнала по строго определенному пути. Наиболее широко используемые в настоящее время кабельные среды передачи данных представлены кабелями следующих типов: витая пара, коаксиальный кабель и оптический кабель.
Витая пара. Этот кабель состоит из двух или более медных проводников, защищенных пластиковой изоляцией и свитых между собой (рис. 7). Свитые проводники снаружи защищаются еще одним слоем изоляции. Свивание проводников уменьшает искажение полезного сигнала, связанное с передачей электрического тока по проводнику. С точки зрения физики процесс такого искажения называется интерференцией сигналов.
В настоящее время существует несколько вариаций кабелей типа «витая пара»: экранированная витая пара и неэкранированная витая пара. При производстве экранированной витой пары, свитые между собой проводники снаружи, окружаются дополнительной металлической оболочкой - экраном. Эта дополнительная оболочка обеспечивает защиту полезного сигнала, передающегося по витой паре от внешних электромагнитных помех. Неэкранированная витая пара не имеет дополнительного внешнего металлического экрана. Для соединения кабелей на основе неэкранированной витой пары используются разъемы RJ-45. Внешне они очень похожи на разъемы, используемые для подключения телефонного кабеля.
Рис. 7. Разъем для соединения кабелей: а - витая пара; б - коаксиальный кабель: 1 - центральный провод; 2 - изолятор; 3 - экран;4 - внешний изолятор и защитная оболочка.
Беспроводные среды передачи данных
В беспроводных средах передачи сигналы могут передаваться с использованием различного рода излучений, например, радиоволны, микроволновое излучение, инфракрасное излучение и т.п. В сети полезный сигнал всегда передается в виде волн с использованием той или иной среды передачи. Например, при использовании кабельных сред передачи сигнал передается в форме электромагнитных волн определенной частоты. В случае использования оптического кабеля сигнал передается в виде световых волн (это те же электромагнитные волны, но только гораздо большей частоты). При передаче сигналов с использованием атмосферы используются электромагнитные волны, передающиеся на частоте радиоволн, СВЧ - или инфракрасного излучения.
Устройства передачи данных
Устройства передачи данных
подключаются к среде передачи, формируют
сигнал в среде при его передаче
отправляющим компьютером и принимают
его из среды передачи на принимающей
стороне. Все устройства приема/передачи
характеризуются по типу используемой
среды передачи и отличаются скоростью
передачи данных и выполняемыми ими
дополнительными функциями. Примерами
таких устройств могут служить:
сетевые карты, повторители, концентраторы,
коммутаторы, радиоприемники/передатчики,
приемники/передатчики
Сетевые карты (Network Adapters). Сетевая карта - это устройство, устанавливаемое в компьютер и предоставляющее ему возможность взаимодействия с сетью. В настоящее время выпускается большое количество разнообразных сетевых карт. Наиболее часто встречающиеся карты имеют вид печатной платы, устанавливаемой в разъем расширения материнской платы компьютера. Многие производители сейчас встраивают сетевые карты прямо в материнские платы.
В настоящее время
Для соединения сетевой карты и среды передачи данных применяются разъемы, зависящие от используемой среды передачи данных. Например, для тонкого коаксиального кабеля используются разъемы BNC, для витой пары пятой категории - разъемы RJ-45.
Повторители (Repeaters). Повторители используются для увеличения расстояния, на которое может передаваться сигнал в используемой среде передачи данных. Реальность физических процессов такова, что передающийся в той или иной среде полезный сигнал при прохождении от передатчика к приемнику, постепенно затухает. Это затухание сигнала происходит из-за возникающих в процессе передачи помех (сопротивление среды передачи, интерференция сигналов от разных источников и т.п.). Для того чтобы гарантировать успешное прохождение сигнала при больших расстояниях между передатчиком и приемником, необходимо использование повторителей. Повторитель подключается к среде передачи между передатчиком и приемником, играя роль посредника при передаче сигнала. Полезный сигнал, отправленный передатчиком, движется по среде передачи, постепенно затухая. Достигнув повторителя, сигнал усиливается повторителем до прежнего уровня и отправляется дальше по среде передачи. Таким образом, с применением повторителей можно обеспечить прохождение сигнала на расстояния в несколько раз большие, чем при использовании только передатчика и приемника, подключенных к среде передачи.
В настоящее время в сетях достаточно редко используются повторители, сделанные в виде отдельных устройств. Как правило, функции усиления сигнала реализуются во всех более сложных устройствах сети.
Концентраторы и коммутаторы (Concentrators and Switches). Концентраторы (Hub) и коммутаторы (Switch) предоставляют возможность физического соединения в единую среду передачи всех кабелей, используемых для подключения сетевых карт компьютеров. Отличие между этими двумя устройствами заключается в том, что во время передачи пакета данных концентраторы отправляют их сразу на все компьютеры, что значительно уменьшает пропускную способность канала. Коммутатор (свич) имеет встроенную память, в которой хранится информация о том, к какому порту подключен какой компьютер. Поэтому во время передачи пакета он отправляется на определенный порт. Кроме того, Switch позволяет использовать в сети контроллеры с разной скоростью передачи, при этом общая пропускная способность не будет опускаться до уровня контроллера с минимальной скоростью.
