Государственное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования 

УФИМСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ 

Кафедра Геоинформационных систем 
 
 
 
 

Реферат

по дисциплине “Информатика ”

Компьютерные  сети.

Локальные компьютерные сети.  
 
 
 
 

Выполнили:

студенты  гр. ИСТ-111

Кустарева А.Ю.

Медведева А.А. 

Проверил  преподаватель:

 Васильева  М.И. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Уфа 2011

Содержание:

       Введение

           Создание компьютерный сетей вызвано потребностью совместного использования информации на удаленных друг от друга компьютерах.

     Основное назначение компьютерных сетей - совместное использование ресурсов и осуществление связи как внутри одной организации, так и за ее пределами.

     Ресурсы - это данные, приложения, периферийные устройства, такие, как cd-rom, принтер.

     Все сети делятся на три типа:

• одноранговые сети;
• сети на основе сервера;
• комбинированные сети.

       Локальной сетью обычно называют несколько  независимых компьютеров, которые  соединены между собой какими-то проводами. Если говорить более грамотным  техническим языком, — снабжены коммуникационным оборудованием и подключены к единому каналу передачи данных. Если посмотреть на локальную сеть со стороны — это вечно спотыкающиеся о провода люди, крики пользователей «у всех есть сеть?», лазерный принтер, давно перекрывший свой месячный ресурс печати и страдающий хронической бумажной недостаточностью. 
Согласно определению сети ЭВМ международной организации по стандартизации, сеть ЭВМ — это последовательная бит-ориентированная передача информации между связанными друг с другом независимыми устройствами. Эта сеть обычно находится в частном ведении пользователя и занимает некоторую ограниченную территорию. 
Понятие «локальная вычислительная сеть» — ЛВС (LAN — Local Area Network) больше относится к географически ограниченным понятиям. Компьютеры такой сети обычно расположены на небольшом расстоянии друг от друга (порядка 1 километра). Это обеспечивает «локальность» сети. Типичная локальная сеть — это сеть масштаба офиса. Большие расстояния подразумевают уже другие способы обмена данными и другие виды коммуникационного оборудования, отличные от применяемых в локальных сетях. Такие сети принято называть «глобальными».

       Для работы локальной сети на ваших компьютерах  необходимо выполнить следующие  действия.

       Во-первых, соединить ваши компьютеры посредством какой-либо коммуникационной аппаратуры.

       Во-вторых, запустить на этих компьютерах специальное  сетевое программное обеспечение, которое, собственно, и будет выполнять  необходимые вам операции в локальной  сети. В качестве коммуникационной аппаратуры обычно используют специализированные адаптеры сети, которые вставляются в свободный слот компьютера. Адаптеры соединяются между собой кабелем и различным дополнительным оборудованием. Следует подчеркнуть, что объединению подлежат лишь однотипные адаптеры (например, адаптеры Arcnet с Arcnet, Ethernet с Ethernet, но не Arcnet с Ethernet). Тип кабеля и набор дополнительного оборудования определяется специально для каждого конкретного случая. При установке любой коммуникационной аппаратуры необходимо убедиться в наличии драйвера к этой аппаратуре в запускаемом вами сетевом программном обеспечении. Иначе ваши программы просто не увидят ваше «железо». 
Те, кто не может позволить себе приобрести специальные адаптеры, могут попробовать соединить свои компьютеры через стандартные разъемы СОМ и LРТ.

       Понятие локальной сети

     Что такое компьютерная сеть?

     Два компьютера соединенных друг с другом кабелем, уже представляют собой  простую компьютерную сеть (Network). Это позволяет им использовать свои ресурсы совместно. Все сети основываются именно на этом принципе. Благодаря компьютерным сетям не надо больше бегать от компьютера к компьютеру с дискетой или бумагами, не надо больше каждому компьютеру по принтеру - зачем, когда есть сетевой принтер. Сетью называется группа соединенных компьютеров и других устройств. А использование общих ресурсов в сети называется - сетевым взаимодействием.

     Локальными  вычислительными сетями (ЛВС, LAN) считаются  сети расположенные в пределах одного здания или одной не большой организации и объединяющие некоторое количество компьютеров, принтеров, сканеров и т.д. (цифра зависит от конкретной сети).

       Сеть состоящая  из нескольких локальных сетей и  объединяющая в сеть пользователей, разных городов, стран и континентов называется глобальной вычислительной сетью (ГВС, WAN).

       Для чего нужна локальная  сеть?

       Традиционно локальные сети развивались как  средство разделения дорогостоящих  ресурсов. При этом основными ресурсами, требующими разделения, являлись дисковая память и печатающие устройства. Разделение каждого из этих ресурсов обладает некоторыми особенностями. 
Для разделения такого ресурса, как печатающее устройство, организуется очередь, в которую пользователь помещает печатаемые файлы. В порядке поступления файлы извлекаются из очереди и выводятся на печать системными средствами сети. Обычно файлы, ожидающие печати, копируются на жесткий диск управляющего печатью компьютера, чтобы не задерживать работу остальных пользователей сети. Обычно для управления печатью используется отдельный, выделенный компьютер, который называется принт-сервер. Если осуществлять печать на принтер, подключенный к обычной рабочей станции сети, то, во-первых, пользователь этого компьютера заработает нервное истощение, дожидаясь, пока у него появится возможность поработать, и, во-вторых, такая схема ненадежна из-за возможных конфликтов программного обеспечения. Обойтись без подключения принтера к компьютеру позволяют специальные сетевые карты, которые вставляются в принтер и обеспечивают непосредственное подключение принтера к сети.

       Разделение дисков сложнее в управлении, так как требует одновременного доступа со стороны всех пользователей. При одновременном доступе замедляется и скорость доступа к разделяемому диску. Проще всего обеспечить монопольный доступ каждой программы к своим файлам. По мере развития локальных сетей появилась необходимость одновременной работы нескольких программ с одним и тем же файлом так, чтобы изменения, вносимые одной программой, не затирали изменений другой программы. Это еще больше усложнило управление файлами на разделяемых дисках.

       Следует отметить, что основная нагрузка в  сети сосредоточивается обычно на компьютерах, которые выделяют в сеть свои ресурсы. С этим связано то, что все компьютеры в сети разделяются на те, которые  выделяют свои ресурсы в сеть, и  те, которые выделенные ресурсы потребляют. Их обычно называют, соответственно, серверами и рабочими станциями. Следует отметить, что последний термин в литературе иногда употребляется в другом смысле (мощный персональный компьютер для решения сложных математических задач). Часто вместо термина «рабочая станция» используется термин «клиент».

       Сервер (server) — специальный выделенный компьютер, который предназначен для разделения файлов, удаленного запуска приложений, обработки запросов на получение  информации из баз данных и обеспечения связи с общими внешними устройствами: дисководами CD-ROM, принтерами и модемами. Основные категории серверов: файловые серверы (file server), серверы приложений (application server) и серверы баз данных (database server).

       Рабочая станция (workstation), иначе называемая клиентом (client), — персональный компьютер, пользующийся услугами, предоставляемыми серверами приложений и баз данных. Операционная система Windows 98 (95) предназначена для рабочих станций.

       На  сервере и на рабочей станции запускается различное сетевое программное обеспечение. Иногда программное обеспечение сервера предусматривает параллельную работу пользователя непосредственно на сервере в среде DOS, а иногда нет. Программное обеспечение сервера сложнее и потребляет больше ресурсов компьютера (памяти и процессора). И при этом чем больше требований вы предъявляете к характеристикам сети, тем больше потребуется ресурсов для работы программы сервера. И верхней границы уровня требований, похоже, нет...

       Существует  довольно большой выбор сетевых программ, различных по возможностям и потребляемым ресурсам. Но прежде чем начать работы по установке у себя локальной сети, необходимо ответить на вопрос — нужна ли она вообще и для чего. Чем более четкое будет представление об этом, тем более значительных результатов удастся достичь после установки сети.

       Рассмотрим  преимущества, которые дает локальная сеть.

       - Разделение аппаратных ресурсов: позволяет сократить расходы  на аппаратное обеспечение, управлять  со всех присоединенных рабочих станций периферийными устройствами, такими как: лазерные принтеры, цветные принтеры, устройства памяти большой емкости, накопители на магнитной ленте, оптические дисковые устройства резервного копирования, сетевые сканеры...

       - Разделение данных: разделение данных предоставляет возможность доступа и управления базами данных с периферийных рабочих мест, нуждающихся в информации. Позволяет совместно использовать документы, электронные таблицы и другие файлы, а также обеспечивает простой доступ к информации и совершенствование коллективной работы над проектами.

       - Разделение программных средств:  разделение программных средств  снижает затраты на программное  обеспечение, предоставляет возможность  одновременного использования централизованных, ранее установленных приложений.

       - Разделение ресурсов процессора: при разделении ресурсов процессора  возможно использование вычислительных  мощностей при обработке данных  другими системами, входящими в сеть.

       - Электронная почта: с помощью  электронной почты происходит  интерактивный обмен информацией между рабочей станцией и другими станциями, установленными в вычислительной сети.

       Для совместного использования принтеров  иногда достаточно специального устройства, называемого «коммутатором». К такому устройству подключается кабель от одного принтера и нескольких компьютеров. В простейшем случае — это ручной переключатель. Существуют аналогичные коммутаторы для передачи файлов с одного компьютера на другой. В ряде случаев можно обойтись просто нечастым переносом информации на дискете.

       Без локальной сети не обойтись, если необходимо получить оперативный доступ нескольких компьютеров к одной базе данных. Несмотря на сложность установки, локальная  сеть существенно облегчает решение  и многих других вопросов совместной эксплуатации большого числа персональных компьютеров.

Локальные и глобальные сети. Назначение сетей

    Создание  компьютерных сетей вызвано практической потребностью пользователей, удаленных  друг от друга компьютеров, в одной  и той же информации. Сети предоставляют  пользователям возможность не только быстрого обмена информацией, но и совместной работы на принтерах и других периферийных устройствах, а также одновременной обработки документов.

    Локальная сеть объединяет компьютеры, установленные  в одном помещении или в  одном здании.

    В небольших локальных сетях обычно все компьютеры равноправны, и такие  сети называются одноранговыми. Для  увеличения производительности, а также  в целях обеспечения большей  надежности при хранении информации в сети некоторые компьютеры специально выделяются для хранения файлов и программ-приложений. Такие компьютеры называются серверами, а сама сеть — сетью на основе серверов.

    Для подключения к сети компьютер  должен иметь специальную плату (сетевой адаптер). Соединяются компьютеры в сети с помощью кабелей.

    Региональные  сети позволяют обеспечить совместный доступ к информации в пределах одного региона (города, страны и т. д.).

    Корпоративные сети создаются организациями, заинтересованными  в защите информации от несанкционированного доступа, такие сети могут объединять тысячи компьютеров по всему миру.

    Потребности формирования единого мирового информационного  пространства привели к созданию глобальной компьютерной сети Internet. Internet — это глобальная компьютерная сеть, объединяющая многие локальные, региональные сети и включающая в себя десятки миллионов компьютеров.

    В каждой локальной сети имеется компьютер, подключенный к Internet, с высокой пропускной способностью — Internet-сервер.

       Топология локальной компьютерной сети

       Топологией  сети называется физическую или электрическую конфигурацию кабельной системы и соединений сети.

       В описании топологии сетей применяются  несколько специализированных терминов:  
• узел сети - компьютер, либо коммутирующее устройство сети;  
• ветвь сети - путь, соединяющий два смежных узла;  
• оконечный узел - узел, расположенный в конце только одной ветви;  
• промежуточный узел - узел, расположенный на концах более чем одной ветви;  
• смежные узлы - узлы, соединенные, по крайней мере, одним путём, не содержащим никаких других узлов.

       Существует  всего 5 основных типов топологии сетей:

       1. Топология “Общая Шина”. В  этом случае подключение и  обмен данными производится через  общий канал связи, называемый  общей шиной:  
Общая шина является очень распространенной топологией для локальных сетей. Передаваемая информация может распространяться в обе стороны. Применение общей шины снижает стоимость проводки и унифицирует подключение различных модулей. Основными преимуществами такой схемы являются дешевизна и простота разводки кабеля по помещениям. Самый серьезный недостаток общей шины заключается в ее низкой надежности: любой дефект кабеля или какого-нибудь из многочисленных разъемов полностью парализует всю сеть. Другим недостатком общей шины является ее невысокая производительность, так как при таком способе подключения в каждый момент времени только один компьютер может передавать данные в сеть. Поэтому пропускная способность канала связи всегда делится здесь между всеми узлами сети.

       2. Топология “Звезда”. В этом случае  каждый компьютер подключается отдельным кабелем к общему устройству, называемому концентратором, который находится в центре сети:

       В функции концентратора входит направление  передаваемой компьютером информации одному или всем остальным компьютерам  сети. Главное преимущество этой топологии перед общей шиной - большая надежность. Любые неприятности с кабелем касаются лишь того компьютера, к которому этот кабель присоединен, и только неисправность концентратора может вывести из строя всю сеть. Кроме того, концентратор может играть роль интеллектуального фильтра информации, поступающей от узлов в сеть, и при необходимости блокировать запрещенные администратором передачи.  
К недостаткам топологии типа звезда относится более высокая стоимость сетевого оборудования из-за необходимости приобретения концентратора. Кроме того, возможности по наращиванию количества узлов в сети ограничиваются количеством портов концентратора. В настоящее время иерархическая звезда является самым распространенным типом топологии связей как в локальных, так и глобальных сетях.

       3. Топология “Кольцо”. В сетях  с кольцевой топологией данные  в сети передаются последовательно  от одной станции к другой  по кольцу, как правило, в одном направлении:

       Если  компьютер распознает данные как  предназначенные ему, то он копирует их себе во внутренний буфер. В сети с кольцевой топологией необходимо принимать специальные меры, чтобы в случае выхода из строя или отключения какой-либо станции не прервался канал связи между остальными станциями. Преимущество данной топологии - простота управления, недостаток - возможность отказа всей сети при сбое в канале между двумя узлами.

       4. Ячеистая топология. Для ячеистой  топологии характерна схема соединения  компьютеров, при которой физические  линии связи установлены со  всеми рядом стоящими компьютерами:

       В сети с ячеистой топологией непосредственно  связываются только те компьютеры, между которыми происходит интенсивный  обмен данными, а для обмена данными  между компьютерами, не соединенными прямыми связями, используются транзитные передачи через промежуточные узлы. Ячеистая топология допускает соединение большого количества компьютеров и характерна, как правило, для глобальных сетей. Достоинства данной топологии в ее устойчивости к отказам и перегрузкам, т.к. имеется несколько способов обойти отдельные узлы.

       5. Смешанная топология. В то время  как небольшие сети, как правило,  имеют типовую топологию - звезда, кольцо или общая шина, для  крупных сетей характерно наличие  произвольных связей между компьютерами. В таких сетях можно выделить отдельные произвольно подсети, имеющие типовую топологию, поэтому их называют сетями со смешанной топологией. 
 

       Основные  компоненты компьютерной сети

       Типичная  компьютерная сеть включает в себя пять основных компонентов.

       1. Основным составляющим элементом сети является настольный ПК, такой, как IBM-совместимый компьютер или Macintosh. Его называют «клиентом» или «рабочей станцией» (реже — автоматизированными рабочими местами или сетевыми станциями).

       2. Сервером обычно является высокопроизводительный  ПК с жестким диском большой  емкости. Он играет роль центрального  узла, на котором пользователи  ПК могут хранить свою информацию, печатать файлы и обращаться  к его сетевым средствам. В  одноранговых сетях выделенный сервер отсутствует.

       3. Каждый компьютер сети, включая  сервер, оснащен платой сетевого  адаптера (сетевым интерфейсом, модулем,  картой). Адаптер вставляется в  свободное гнездо (слот) материнской  платы. Эти адаптеры связывают  компьютер с сетевым кабелем. Многие ПК поставляются уже готовыми к работе в сети и включают в себя сетевой адаптер. Для построения сетей применяют 8-, 16- и 32-битовые сетевые платы. Сервер обычно оснащают 32-битовой картой. Для обычных рабочих станций используют недорогие 16-битовые.

       4. Сетевые кабели связывают друг  с другом сетевые компьютеры  и серверы. В качестве сетевого  кабеля могут применяться и  телефонные линии. Основные типы сетевого кабеля:

       - Витая пара (twisted pair) — позволяет  передавать информацию со скоростью  10 Мбит/с (либо 100 Мбит/с), легко наращивается. Длина кабеля не может превышать 1000 м при скорости передачи 10 Мбит/с. Иногда используют экранированную витую пару, т. е. витую пару, помещенную в экранирующую оболочку.

       - Толстый Ethernet — коаксиальный  кабель с волновым сопротивлением 50 Ом. Его называют также желтый кабель (yellow cable). Обладает высокой помехозащищенностью. Максимально доступное расстояние без повторителя не превышает 500 м, а общее расстояние сети Ethernet — около 3000 м.

       - Тонкий Ethernet — это также 50-омный коаксиальный кабель со скоростью передачи информации в 10 Мбит/с. Соединения с сетевыми платами производятся при помощи специальных (байонетных) разъемов и тройниковых соединений. Расстояние между двумя рабочими станциями без повторителей может составлять максимум 185 м, а общее расстояние по сети — 1000 м.

       - Оптоволоконные линии — наиболее  дорогой тип кабеля. Скорость  передачи по ним информации  достигает нескольких гигабит  в секунду. Допустимое удаление  более 50 км. Внешнее воздействие помех практически отсутствует.

       5. Совместно используемые периферийные  устройства — жесткие диски  большой емкости, принтеры, цветные  и слайд-принтеры, дисководы CD-ROM и накопители на магнитной  ленте для резервного копирования. 
Поскольку сети ПК состоят в основном из «клиентов» и «серверов», их часто называют сетями клиент/сервер. 

       Программные компоненты компьютерной сети

       Сеть  включает в себя три основных программных компонента:

       1. Сетевую операционную систему,  которая управляет функционированием  сети. Например, она обеспечивает совместное использование ресурсов и включает в себя программное обеспечение для управления сетью. Операционная система состоит из серверного ПО, которое функционирует на сервере, и клиентского программного обеспечения, работающего на каждом настольном ПК.

       Сетевая операционная система (network operating system) выполняется  на сервере и обеспечивает его  функционирование. Среди сетевых  операционных систем преобладают Novell NetWare, Windows NT, Unix.

       2. Сетевые приложения и утилиты  — это программы, инсталлируемые и выполняемые на сервере. Они включают в себя ПО коллективного пользования и поддержки рабочих групп, такие как электронная почта, средства ведения календаря и планирования. Кроме того, в число таких программных средств могут входить сетевые версии персональных приложений, например, текстовых процессоров, электронных таблиц, программ презентационной графики и приложений баз данных. Наконец, к данному ПО относятся такие утилиты, как программы резервного копирования, позволяющие архивировать хранимые на сервере файлы и приложения.

       3. Бизнес-приложения — это программы,  реализующие в компании конкретные  бизнес-функции. По своей природе  они могут быть «горизонтальными»  и применяться в компаниях  самого разного типа для общих  деловых операций (таких как бухгалтерский учет и ввод заказов) либо «вертикальными» и поддерживать осуществление конкретных коммерческих операций, например, оценку недвижимости, страхование либо использоваться в области здравоохранения или фирмах, оказывающих юридические услуги. 
 

       Отказоустойчивость  и надежность хранения данных в локальных  сетях

       После ввода локальной сети в эксплуатацию она постепенно становится все более  и более важным условием функционирования организации. Постепенно все данные с рабочих станций перекочевывают на сервера, на серверах накапливаются почтовые файлы, документы, базы данных, рабочие файлы и многое другое. Спустя несколько месяцев обычно оказывается, что при остановке сети может вообще прекратиться нормальная работа организации. На первое место встают вопросы отказоустойчивости сети и безопасности данных от сбоев аппаратуры и ошибок пользователей. Вообще говоря, эти вопросы следует иметь в виду уже на этапе проектирования сети и подбора оборудования, а не после факта потери информации.

       Средства резервного копирования в основном применяются для ведения архивов данных и их восстановления в случае случайного удаления либо потери из-за сбоя оборудования. При всех своих достоинствах они не позволяют восстановить работу локальной сети в режиме реального времени. Если у Вас «полетел» системный винчестер, потребуется немало времени, чтобы установить сетевую операционную систему на новый диск и затем восстановить всю информацию. При выходе же из строя контроллера либо системной платы времени на ремонт либо замену потребуется еще больше. Поэтому на первый план выходит отказоустойчивость сервера сети.

       Самым главным требованием к серверу  является сам сервер Если вы возьмете большой корпус, быстрые контроллеры  и диски, это отнюдь не сделает  компьютер сервером. Серверы изначально проектируются, собираются и тестируются с требованием максимальной пропускной способности, надежности, отказоустойчивости и расширяемости. Соответственно их цена обычно в 1,5-3 раза выше, чем цена стандартных компьютеров сравнимой конфигурации. Не гонитесь за дешевизной! 
Самым уязвимым местом являются механические компоненты сервера — источники питания, вентиляторы и, в первую очередь, дисковые накопители. Существует ряд стандартных решений, обеспечивающих отказоустойчивость дисковой подсистемы. Самый дешевый способ — с помощью штатных программных средств, включенных в сетевые операционные системы. Novell NetWare и Microsoft Windows NT, позволяют дублировать дисковые накопители («зеркальное отражение»), подключив к одному контроллеру несколько дисков и записывая информацию сразу на два идентичных диска. При выходе из строя одного из винчестеров выдается сообщение об ошибке, но работа сервера не останавливается. Вы можете заменить неисправный диск позже (в нерабочее время). Для того чтобы избежать сбоев из-за неисправности дискового контроллера, необходимо подключать «зеркальные диски» к разным контроллерам.

       Фирма Microsoft пошла дальше и предложила в своей операционной системе Windows NT Server возможность «disk stripping» —  программную реализацию идеологии RAID (Redundant Array of Inexpansive Disks). Подключив, например, три диска по 1,2 Гбайт и объединив их в «stripping set», вы получаете суммарную емкость 2,4 Гбайт. Это происходит за счет того, что информация не просто дублируется, как в случае «зеркального отражения», а распределяется по дискам — на два диска записываются данные, а на третий — их контрольная сумма. Выход из строя одного из дисков позволяет восстановить информацию по данным, находящимся на остальных дисках. Работа сервера опять-таки не останавливается, а диск вы сможете заменить в нерабочее время.