ГОУ ВПО «Магнитогорский  Государственный  Университет»

Факультет экономики и управления

Реферат по информатике на тему:

Компьютерные  сети 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Выполнила: студент 1-го курса

  факультета экономики  и управления

                 Проверила: старший преподаватель

кафедры экономики  предпринимательства 

Магнитогорск

2009 

Содержание

Введение

     На  сегодняшний день в мире существует более 130 миллионов компьютеров и более 80 % из них объединены в различные информационно-вычислительные сети от малых локальных сетей в офисах до глобальных сетей типа Internet. Всемирная тенденция к объединению компьютеров в сети обусловлена рядом важных причин, таких как ускорение передачи информационных сообщений, возможность быстрого обмена информацией между пользователями, получение и передача сообщений (факсов, E - Mail писем и прочего) 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.

     Такие огромные потенциальные возможности, которые несет в себе вычислительная сеть и тот новый потенциальный подъем, который при этом испытывает информационный комплекс, а так же значительное ускорение производственного процесса  не дают нам право не принимать это к разработке и не применять их на практике.

     Поэтому необходимо разработать принципиальное решение вопроса по организации ИВС (информационно-вычислительной сети) на базе уже существующего компьютерного парка и программного комплекса отвечающего современным научно-техническим требованиям с учетом возрастающих потребностей и возможностью дальнейшего постепенного развития сети в связи с появлением новых технических и программных решений.

1. Основные  понятия

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

     Прародителем  компьютерной сети можно считать  эру мейнфреймов. Когда к большому компьютеру, имеющему огромные вычислительные ресурсы подключалось некоторое количество терминалов. Таким образом обеспечивались как постоянная загрузка мейнфрейма, так и возможность обмена данными.

     Эра персональных компьютеров принесла возможность пользоваться собственными вычислительными ресурсами. Однако обмен данными между пользователями мог производиться либо с помощью бумажных носителей информации, либо электронными носителями (дискета, кассеты стримера, магнитооптические накопители, CD диски).  Одновременная обработка документа несколькими пользователями исключалась.

     Рождение  компьютерных сетей было вызвано  практической потребностью - иметь  возможность для совместного  использования данных. Персональный компьютер - прекрасный инструмент для  создания документа, подготовки таблиц, графических данных и других видов информации, но при этом нет возможности быстро поделиться своей информацией с другими.

     Если  бы пользователь подключил свой компьютер  к другим, он смог бы работать с их данными и их принтерами. Компьютерная сеть - это совокупность компьютеров и различных устройств, обеспечивающих информационный обмен между компьютерами в сети без использования каких-либо промежуточных носителей информации.

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

     Концепция, то есть единый определяющий замысел, построения компьютерной сети состоит  в соединении компьютеров для  совместного использования ресурсов компьютеров сети, организации сетевого взаимодействия этих компьютеров.

     Компьютеры, входящие в сеть, могут совместно  использовать:

• данные;
• принтеры;
• факсимильные аппараты;
• модемы;
• другие устройства.

     Данный  список постоянно пополняется, так  как возникают новые способы совместного использования ресурсов.

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

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

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

     Глобальная  сеть объединяет локальные сети.

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

     В настоящее время большинство  организаций хранит и совместно  использует в сетевой среде огромные объемы жизненно важных данных. Вот  почему сети сейчас так же необходимы, как еще совсем недавно были необходимы пишущие машинки и картотеки.

1. Типы  компьютерных сетей

     Несмотря  на стремительную эволюцию вычислительной техники, новых типов компьютерных сетей не появилось, и сегодня, как  и много лет назад, существует только два их вида:

• одноранговые сети;
• сети на основе сервера (многоранговые).

     Одноранговые  сети более просты с точки зрения их организации, но имеют существенные ограничения в сравнении с  сетями на основе сервера. Применение сети того или иного типа обусловлено рядом факторов, главные из которых: необходимый уровень защиты информации, удобство администрирования и количество подключенных к сети рабочих компьютеров.

     Рассмотрим, чем отличаются сети разных типов, какие  преимущества и недостатки для них характерны.

     Одноранговая  сеть, скорее всего, придется по душе пользователям, которые хотят сначала попробовать  сеть “в деле” или могут позволить  только малые затраты на построение и обслуживание сети. Сеть на основе сервера применяется там, где важен полный контроль над всеми рабочими местами. Это может быть и небольшая домашняя сеть, и объемная корпоративная система сетей, объединенных в одну общую.

     Эти два разных типа сетей имеют общие  корни и принципы функционирования, что в случае необходимой модернизации позволяет перейти от более простого варианта – одноранговой сети – к более сложному – сети на основе сервера.

Одноранговая  сеть

     Одноранговую  сеть построить очень просто. Самая  главная характеристика такой сети – все входящие в ее состав компьютеры работают сами по себе, то есть ими никто не управляет.

     Фактически  одноранговая сеть выглядит как некоторое  количество компьютеров, объединенных с помощью одного из типов связи. Именно отсутствие управляющего компьютера – сервера – делает ее построение дешевым и достаточно эффективным. Однако сами компьютеры, входящие в одноранговую сеть, должны быть достаточно мощными, чтобы справляться со всеми основными и дополнительными задачами (административными, защитой от вирусов и т. д.).

     Любой компьютер в такой сети можно назвать как рабочим, так и сервером, поскольку нет какого-либо конкретного выделенного компьютера, который осуществлял бы административный или другой контроль. За компьютером такой сети следит сам пользователь (или пользователи), который работает на нем. В этом кроется главный недостаток одноранговой сети – ее пользователь должен не просто уметь работать на компьютере, но и иметь представление об администрировании. Кроме того, ему приходится самому справляться с внештатными ситуациями, возникающими при работе компьютера, и защищать его от разнообразных неприятностей, начиная с вирусов и заканчивая возможными программными и аппаратными неполадками.

     Как и полагается, в одноранговой сети используются общие ресурсы, файлы, принтеры, модемы и т. п. Однако из-за отсутствия управляющего компьютера каждый пользователь разделяемого ресурса должен самостоятельно устанавливать правила и методы его использования.

     Для работы с одноранговыми сетями можно  использовать любую операционную систему. Поддержка одноранговой сети реализована в Microsoft Windows, начиная с Windows 95, поэтому никакого дополнительного программного обеспечения не требуется.

     Одноранговая  сеть обычно применяется, когда в  сеть нужно объединить несколько (как  правило, до 10) компьютеров с помощью самой простой кабельной системы соединения и не нужно использовать строгую защиту данных. Большее количество компьютеров подключать не рекомендуется, так как отсутствие “контролирующих органов” рано или поздно приводит к возникновению различных проблем. Ведь из-за одного необразованного или ленивого пользователя под угрозу ставится защита и работа всей сети!

     Если  вы заинтересованы в более защищенной и контролируемой сети, то создавайте сеть, построенную на основе сервера.

Сеть  на основе сервера

     Сеть на основе сервера – наиболее часто встречающийся тип сети, который используется как в полноценных домашних сетях и в офисах, так и на крупных предприятиях.

     Как ясно из названия, данная сеть использует один или несколько серверов, осуществляющих контроль за всеми рабочими местами. Как правило, сервер характеризуется большой мощностью и быстродействием, необходимыми для выполнения поставленных задач, будь то работа с базой данных или обслуживание других запросов пользователей. Сервер оптимизирован для быстрой обработки запросов от пользователей, обладает специальными механизмами программной защиты и контроля. Достаточная мощность серверов позволяет снизить требование к мощности клиентской машины. За работой сети на основе сервера обычно следит специальный человек – системный администратор. Он отвечает за регулярное обновление антивирусных баз, устраняет возникшие неполадки, добавляет и контролирует общие ресурсы и т.п.

     Количество  рабочих мест в такой сети может  быть разным – от нескольких до сотен  или тысяч компьютеров. С целью поддержки производительности сети на необходимом уровне при возрастании количества подключенных пользователей устанавливаются дополнительные серверы. Это позволяет оптимально распределить вычислительную мощь.

     Не  все серверы выполняют одинаковую работу. Существуют специализированные серверы, которые позволяют автоматизировать или просто облегчить выполнение тех или иных задач.

     Файл-сервер. Предназначен, в основном, для хранения разнообразных данных, начиная с офисных документов и заканчивая музыкой и видео. Обычно на таком сервере создаются личные папки пользователей, доступ к которым имеют только они (или другие пользователи, получившие право на доступ к документам этой папки). Для управления таким сервером используется любая сетевая операционная система.

     Принт-сервер. Главная задача данного сервера – обслуживание сетевых принтеров и обеспечение доступа к ним. Очень часто, с целью экономии средств, файл-сервер и принт-сервер совмещают в один сервер.

     Сервер  базы данных. Основная задача такого сервера – обеспечить максимальную скорость поиска и записи нужных данных в базу данных или получения данных из нее с последующей передачей их пользователю сети. Это самые мощные из всех серверов. Они обладают максимальной производительностью, так как от этого зависит комфортность работы всех пользователей.

     Сервер  приложений. Это промежуточный сервер между пользователем и сервером базы данных. Как правило, на нем выполняются те из запросов, которые требуют максимальной производительности и должны быть переданы пользователю, не затрагивая ни сервер базы данных, ни пользовательский компьютер. Это могут быть как часто запрашиваемые из базы данные, так и любые программные модули.

     Другие  серверы. Кроме перечисленных выше, существуют другие серверы, например почтовые, коммуникационные, серверы-шлюзы и т. д.

     Сеть  на основе сервера предоставляет  широкий спектр услуг и возможностей, которых трудно или невозможно добиться от одноранговой сети. Кроме того, одноранговая уступает такой сети в плане защищенности и администрирования. Имея выделенный сервер или серверы, легко обеспечить резервное копирование, что является первоочередной задачей, если в сети присутствует сервер базы данных.

2. Топология сетей. Методы доступа

Элементы  топологии сети.

     Локальные сети состоят из конечных устройств и промежуточных устройств, соединенных кабельной системой. Определим некоторые основные понятия.

     Узлы  сети (nodes) — конечные устройства и промежуточные устройства, наделенные сетевыми адресами. К узлам сети относятся компьютеры с сетевым интерфейсом, выступающие в роли рабочих станций, серверов или в обеих ролях; сетевые периферийные устройства (принтеры, плоттеры, сканеры); сетевые телекоммуникационные устройства (модемные пулы, модемы коллективного использования); маршрутизаторы.

     Кабельный сегмент — отрезок кабеля или цепочка отрезков кабелей, электрически (оптически) соединенных друг с другом, обеспечивающие соединение двух или более узлов сети. Иногда применительно к коаксиальному кабелю так называют и отрезок кабеля, оконцованный разъемами, но мы будем пользоваться более широким вышеприведенным толкованием.

     Сегмент сети (или просто сегмент) — совокупность узлов сети, использующих общую (разделяемую) среду передачи. Применительно к технологии Ethernet это совокупность узлов, подключенных к одному коаксиальному кабельному сегменту, одному хабу (повторителю), а также к нескольким кабельным сегментам и/или хабам, связанным между собой повторителями. Применительно к Token Ring это одно кольцо.

     Сеть (логическая) — совокупность узлов сети, имеющих единую систему адресации третьего уровня модели OSI. Примерами могут быть IPX-сеть, IP-сеть. Каждая сеть имеет свой собственный адрес, этими адресами оперируют маршрутизаторы для передачи пакетов между сетями. Сеть может быть разбита на подсети (subnet), но это чисто организационное разделение с адресацией на том же третьем уровне. Сеть может состоять из множества сегментов, причем один и тот же сегмент может входить в несколько разных сетей.

     Облако (cloud) — коммуникационная инфраструктура с однородными внешними интерфейсами, подробностями организации которой не интересуются. Примером облака может быть городская-междугородная-между-народная телефонная сеть: в любом ее месте можно подключить телефонный аппарат и связаться с любым абонентом. С точки зрения 3-го уровня OSI сеть Internet является облаком.

Типы  подключений (кабельных сегментов)

     По  способу использования кабельных  сегментов различают:

     Двухточечные  соединения (point-to-point connection) — между двумя (и только двумя!) узлами. Для таких соединений в основном используются симметричные электрические (витая пара) и оптические кабели.

     Многоточечные соединения (multi point connection) — к одному кабельному сегменту подключается более двух узлов. Типичная среда передачи — несимметричный электрический кабель (коаксиальный кабель), возможно применение и других кабелей, в том числе и оптических. Соединение устройств отрезками кабеля друг за другом называется цепочечным (daisy chaining). Возможно подключение множества устройств и к одному отрезку кабеля — методом прокола (tap).

     Промежуточные системы — активные коммуникационные устройства.

     Связь между конечными узлами, подключенными  к различным кабельным и логическим сегментам, обеспечивается промежуточными системами — активными коммуникационными устройствами. Эти устройства имеют не менее двух портов (интерфейсов).

     По  уровням модели OSI, которыми они пользуются, эти устройства классифицируются следующим  образом:

     повторитель (repeater) - устройство работающее на первом уровне OSI;

     мост (bridge) - устройство работающее на втором уровне OSI и объединяющее различные сегменты одной сети;

     маршрутизатор (router) - устройство работающее на третьем уровне OSI и предназначенное для передачи информации (пакетов) между сетями.

     Существуют  устройства не входящие в описание стандартной модели OSI (были разработаны позже), но тем не менее широко применяющиеся:

     коммутатор (switch) - по сути многопортовый мост;

     коммутаторы третьего уровня - помесь маршрутизатора с коммутатором (см. Коммутация третьего уровня (Layer 3 Switch))

     Каждая  сетевая технология имеет характерную  для нее топологию соединения узлов сети и методы доступа к  среде передачи (media access method). Эти  категории связаны с двумя  нижними уровнями модели OSI. Различают  физическую топологию, определяющую правила физических соединений узлов (прокладку реальных кабелей), и логическую топологию, определяющую направления потоков данных между узлами сети. Логическая и физическая топологии относительно независимы друг от друга. Например Ethernet на витой паре и повторителях, физически представляет собой звезду, а логически - шину. WiMax (WiFi), физически - шина (общая среда передачи), а логически - звезда (используется поллинг).

Физическая  топология

     Физические  топологии — шина (bus), звезда (star), кольцо (ring), дерево (tree), сеть (mesh) — иллюстрирует рис. 1.

     Виды  физической топологии: а - шина, б - звезда, в - кольцо, г - дерево, д - сеть

Логическая  топология.

     В логической шине информация (кадр), передаваемая одним узлом, одновременно доступна для всех узлов, подключенных к одному сегменту. Логическая шина реализуется на физической топологии шины, звезды, дерева, сетки. Метод доступа к среде передачи, разделяемой между всеми узлами сегмента, — вероятностный, основанный на прослушивании сигнала в шине (Ethernet), или детерминированный, основанный на определенной дисциплине передачи права доступа (ARCnet).

     В логическом кольце информация передается последовательно от узла к узлу. Каждый узел принимает кадры только от предыдущего и посылает только последующему узлу по кольцу. Узел транслирует дальше по сети все кадры, а обрабатывает только адресуемые ему. Реализуется на физической топологии кольца или звезды с внутренним кольцом в концентраторе. Метод доступа — детерминированный. На логическом кольце строятся сети Token Ring и FDDI.

     Современный подход к построению высокопроизводительных сетей переносит большую часть  функций МАС-уровня (управление доступом к среде) на центральные сетевые  устройства — коммутаторы. При этом можно говорить о логической звезде, хотя это название широко не используется.

     Ethernet и IEEE 802.3

     Система организация сети Ethernet была совместно  разработана в 1980 г. фирмами DEC, Intel и Xerox. По именам фирм-разработчиков, этот стандарт стал называться DIX Ethernet. Ethernet имеет метод скорость передачи 10 Мбит/сек и использует метод доступа к кабелю CSMA/CD. IEEE 802.3 определяет аналогичных, но несколько другой стандарт, который использует другой формат кадра (кадр это структура и кодирование пакета). Поскольку 802.3 - это стандарт, используемый в NetWare по умолчанию, и распространен он шире, в этом разделе мы будем говорить именно о нем. Однако при необходимости NetWare обеспечивает также метод применения стандарта DIX Ethernet.

     Кроме 1BASE-5, все адаптации стандарта IEEE 802.3 обеспечивают скорость передачи 10 Мбит/сек. 1BASE-5 обеспечивает передачу 1Мбит/сек, но имеет удлиненные сегменты с кабелем типа "витая пара". Поскольку более популярной технологией является 10BASE-5, 10BASE-2 и 10BASE-T, мы будем говорить о них, но упомянем и другие. Заметим, что первой число в этих обозначениях указывает скорость передачи (Мбит/сек), а последнее - число метров на сегмент х100.

     Название   Описание

     10BASE-5  Коаксиальный кабель с максимальной длиной сегмента 500 м.

     10BASE-2  Коаксиальный кабель с максимальной длиной сегмента 185 м.

     1BASE-5  Кабель типа "витая пара" с максимальной длиной сегмента 500 м. и скоростью    передачи 1 Мбит/сек.

     10BASE-T Кабель типа "витая пара" с максимальной длиной сегмента 200 м. и скоростью передачи 10 Мбит/сек.

     10BROAD-36  Коаксиальный кабель с максимальной длиной сегмента 3600 м. и широкополосными  методами передачи.

     10BASE-F  Оптоволоконные кабельные сегменты со скоростью передачи 10 Мбит/сек.

     Сети Ethernet 802.3 имеют топологию линейной шины с методом доступа CSMA/CD. Рабочие станции подключаются по методу цепочки кластеров. Сегменты формируют кабельную систему, называемую магистралью. Вы можете также использовать звездообразную конфигурацию с кабелем типа "витая пара", где кабель каждой станции подключается к центральному концентратору.

Беспроводные  локальные вычислительные сети

     При рассмотрении такого вопроса, как прокладка  по зданию кабелей, вам следует принять  во внимание возможности беспроводной технологии. Сегодня беспроводные локальные  сети представляют собой разумную альтернативу обычным сетям. Они избавляют вас от необходимости беспокоиться об обрыве кабеля. Хотя достигнутая в них скорость передачи не может сравниться с пропускной способностью кабеля, в последние годы она значительно возрасла, достигая порядка 54 Мбит/сек. Цены на беспроводные сети LAN снижаются, и с учетом стоимости прокладки кабеля беспроводная сеть может оказаться дешевле кабельной. Внедрению таких сетей может способствовать и требования к мобильности некоторых подразделений фирмы: временных творческих коллективов, использование переносных ПК и др.

Методы  передачи

Существуют следующие  методы передачи:

     Симплексный, полудуплексный и полнодуплексный (или просто дуплексный) режимы передачи.

     Параллельная  и последовательная передачи.

     Асинхронная и синхронная передачи.

     При симплексном режиме данные передаются только в одном направлении. Используя транспортную аналогию, симплексную передачу можно представить как однонаправленную однополосную дорогу (транспорт движется только в одну сторону и в один ряд). Сейчас она редко используется на практике.

     Полудуплексный режим является самым распространенным. Он похож на однополосную дорогу, по которой движение может осуществляться в обоих направлениях, но не одновременно, а последовательно.

     Режим полного дуплекса похож на двухполосную, двунаправленную дорогу. Данные могут передаваться в оба направления одновременно.

     Параллельная передача характеризуется тем, что группа битов передается одновременно по нескольким проводникам. Каждый бит передается по собственному проводу. Например, все внутренние  коммуникации  компьютера  с  его  устройствами осуществляются  через  параллельную  передачу.  Это  быстрый способ  передачи.  Однако  при  больших  расстояниях  он становится экономически невыгодным не только из-за того, что требует значительно больше кабеля, но и по причине взаимных помех этих проводников.

     При последовательной передаче группа битов передается последовательно, один за другим по одному проводнику. Она медленнее, но экономически более выгодна при передаче на большие расстояния.

     Асинхронная  передача  часто называется  старт-стопной передачей. Данные передаются как последовательность нулей и единиц, поэтому приемник должен уметь выделять байты в этом потоке  данных.  При асинхронной передаче  каждый  байт обрамляется стартовым и стоповым битом, с помощью которых приемник  может их  разделить.  В некоторых случаях на низко надежных  линиях   связи   разрешается   использовать несколько  таких  битов.  Однако  эти  дополнительные  биты создают и дополнительные накладные расходы, что снижает эффективную скорость передачи.

     Синхронная  передача, более быстрая чем асинхронная, передает информацию большими блоками и она не разделена старт-стопными  битами.  Эти блоки данных  обрамляются специальными управляющими символами, которыми манипулируют сложные модемы.  Другие  символы  несут  дополнительную информацию  о  данных  и  обеспечивают  функции  обнаружения ошибок. 

     Синхронная  передача более быстрая и почти  безошибочная. Но она требует более  дорогостоящего оборудования.

3. Технологии  коммутации кадров (frame switching) в локальных сетях

Ограничения традиционных технологий (Ethernet, Token Ring), основанных на разделяемых средах передачи данных

     Повторители и концентраторы локальных сетей  реализуют базовые технологии, разработанные  для разделяемых сред передачи данных. Классическим представителем такой технологии является технология Ethernet на коаксиальном кабеле. В такой сети все компьютеры разделяют во времени единственный канал связи, образованный сегментом коаксиального кабеля (рисунок 2.1).