Локальные компьютерные сети. 4

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Ижевский государственный технический университет» 
 
 
 
 
 

Реферат

по предмету: «КТ в образовании»

на тему:  «Локальные компьютерные сети» 
 
 
 

Выполнил

магистрант  группы 211-2

Васильева Н.О.

Проверил

Колесникова Л.Н. 
 
 
 
 
 

Ижевск 2010

Содержание 
 

Введение                                                                                                              3

1 Теоретические основы организации локальных сетей                                  4

1. Общие сведения о сетях                                                                            4

2. Топология сетей                                                                                          7

3. Виды  организации сетей                                                                          11

4. Виды  протоколов                                                                                       14

5. Сетевые устройства и средства коммуникаций                                      16

2. Правила монтажа  кабельной части  ЛВС                                                   20

Заключение                                                                                                         21

Литература                                                                                                          22

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 Теоретические  основы организации  локальных сетей 

1. Общие сведения о сетях

Современное производство требует высоких скоростей  обработки информации, удобных форм ее хранения и передачи. Необходимо также иметь динамичные способы обращения к информации, способы поиска данных в заданные временные интервалы; реализовывать сложную математическую и логическую обработку данных. Управление крупными предприятиями, управление экономикой на уровне страны требуют участия в этом процессе достаточно крупных коллективов. Такие коллективы могут располагаться в разных районах города, в различных регионах страны и даже в различных странах. Для решения задач управления, обеспечивающих реализацию экономической стратегии, становятся важными и актуальными скорость и удобство обмена информацией, а также возможность тесного взаимодействия всех участвующих в процессе выработки управленческих решений.

Принцип централизованной обработки данных не отвечал высоким требованиям  к надежности процесса обработки, затруднял развитие систем и не мог обеспечить необходимые временные параметры при диалоговой обработке данных в многопользовательском режиме. Кратковременный выход из строя централизованной ЭВМ приводил к роковым последствиям для системы в целом, так как приходилось дублировать функции центральной ЭВМ, значительно увеличивая затраты на создание и эксплуатацию систем обработки данных.

Появление малых ЭВМ, микроЭВМ и персональных компьютеров потребовало нового подхода к организации систем обработки данных, к созданию новых информационных технологий. Возникло логически обоснованное требование перехода от использования отдельных ЭВМ в системах централизованной обработки данных к распределенной обработке данных, т.е. обработке, выполняемой на независимых, но связанных между собой компьютерах, представляющих распределенную систему.

Для реализации распределенной обработки данных были созданы многомашинные ассоциации, структура которых разрабатывается  по одному из следующих направлений:

многомашинные вычислительные комплексы (МВК) – группа установленных рядом вычислительных машин, объединенных с помощью специальных средств сопряжения и выполняющих совместно информационно-вычислительный процесс; компьютерные (вычислительные) сети – совокупность компьютеров и терминалов, соединенных с помощью каналов связи в единую систему, удовлетворяющую требованиям распределенной обработки данных.

Компьютерные  сети являются высшей формой многомашинных  ассоциаций. Выделяют основные отличия компьютерной сети от многомашинного вычислительного комплекса.

Первое  отличие – размерность. В состав многомашинного вычислительного комплекса входят обычно две, максимум три ЭВМ, расположенные преимущественно в одном помещении. Вычислительная сеть может состоять из десятков и даже сотен ЭВМ, расположенных на расстоянии друг от друга от нескольких метров до тысяч километров.

Второе  отличие – разделение функций  между ЭВМ. Если в многомашинном вычислительном комплексе функции обработки данных, передачи и управления системой могут быть реализованы в одной ЭВМ, то в вычислительных сетях эти функции разделены между различными ЭВМ.

Третье  отличие – необходимость решения  в сети задачи маршрутизации сообщений. Сообщение от одной ЭВМ к другой может быть передано по различным  маршрутам в зависимости от состояния каналов связи, соединяющих ЭВМ друг с другом.

В зависимости  от территориального расположения абонентских  систем вычислительные сети можно разделить на три основных класса:

1. глобальные сети (WAN – Wide Area Network);

2. региональные сети (MAN – Metropolitan Area Network);

3. локальные сети (LAN – Local Area Network).

Локальная вычислительная сеть объединяет абонентов, расположенных в пределах небольшой территории. В настоящее время не существует четких ограничений на территориальный разброс абонентов. Обычно такая сеть привязана к конкретному месту. Протяженность такой сети можно ограничить пределами 2 – 2,5 км.

Основной  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.

Сервер  – компьютер, подключенный к сети и обеспечивающий ее пользователей  определенными услугами. Серверы  могут осуществлять хранение данных, управление базами данных, удаленную обработку заданий, печать заданий и ряд других функций, потребность в которых может возникнуть у пользователей сети. Сервер – источник ресурсов сети.

Рабочая станция – персональный компьютер, подключенный к сети, через который пользователь получает доступ к ее ресурсам. Рабочая станция сети функционирует как в сетевом, так и в локальном режиме. Она оснащена собственной операционной системой (MS DOS, Windows и т.д.), обеспечивает пользователя всеми необходимыми инструментами для решения прикладных задач.

Компьютерные  сети, как было сказано выше, реализуют  распределенную обработку данных. Обработка  данных в этом случае распределена между двумя объектами: клиентом и сервером.

Клиент  – задача, рабочая станция или  пользователь компьютерной сети. В процессе обработки данных клиент может сформировать запрос на сервер для выполнения сложных процедур, чтения файлов, поиск информации в базе данных и т.д.

Сервер, определенный ранее, выполняет запрос, поступивший от клиента. Результаты выполнения запроса передаются клиенту. Сервер обеспечивает хранение данных общего пользования, организует доступ к этим данным и передает данные клиенту.

Клиент  обрабатывает полученные данные и представляет результаты обработки в виде, удобном  для пользователя. Для подобных систем приняты термины – системы или архитектура клиент – сервер.

Архитектура клиент – сервер может использоваться как в одноранговых сетях, так и в сети с выделенным сервером.

Одноранговая  сеть, в которой нет единого  центра управления взаимодействием рабочих станций и нет единого центра для хранения данных. Сетевая операционная система распределена по рабочим станциям. Каждая станция сети может выполнять функции как клиента, так и сервера. Она может обслуживать запросы от других рабочих станций и направлять свои запросы на обслуживание в сеть. Пользователю сети доступны все устройства, подключенные к другим станциям.

Достоинства одноранговых сетей:

1. низкая стоимость;

2. высокая надежность.

Недостатки  одноранговых сетей:

1. зависимость эффективности работы сети от количества станций;

2. сложность управления сетью;

3. сложность обеспечения защиты информации;

4. трудности обновления и изменения программного обеспечения станций.

Наибольшей  популярностью пользуются одноранговые сети на базе сетевых операционных систем LANtastic, NetWare Lite.

В сети с выделенным сервером один из компьютеров  выполняет функции хранения данных, предназначенных для использования  всеми рабочими станциями, управления взаимодействием между рабочими станциями и ряд сервисных функций.

Такой компьютер обычно называют сервером сети. На нем устанавливается сетевая операционная система, к нему подключаются все разделяемые внешние устройства – жесткие диски, принтеры и модемы.

Взаимодействие  между рабочими станциями в сети, как правило, осуществляются через сервер.

Достоинства сети с выделенным сервером:

1. надежна система защиты информации;

2. высокое быстродействие;

3. отсутствие ограничений на число рабочих станций;

4. простота управления по сравнению с одноранговыми сетями.

Недостатки  сети:

1. высокая стоимость из-за выделения одного компьютера на сервер;

2. зависимость быстродействия и надежности от сервера;

3. меньшая гибкость по сравнению с одноранговыми сетями.

Сети  выделенным сервером являются наиболее распространенными у пользователей компьютерных сетей. Сетевые операционные системы для таких сетей – LANServer (IBM), Windows NT Server версий 3.51 и 4.0 и NetWare (Novell). 

2. Топология сетей

Топология типа звезда

      Концепция топологии сети в виде звезды пришла  из области больших ЭВМ, в которой головная машина получает и обрабатывает все данные с периферийных устройств как активный узел обработки данных. Этот принцип применяется в системах передачи данных, например, в электронной почте RELCOM. Вся информация между двумя периферийными рабочими местами проходит через центральный узел вычислительной сети. 

            Топология в виде звезды 

      Пропускная  способность сети определяется вычислительной мощностью узла и гарантируется для каждой рабочей станции. Коллизий (столкновений) данных не возникает.

      Кабельное соединение довольно простое, так как  каждая рабочая станция связана  с узлом. Затраты на прокладку  кабелей высокие, особенно когда  центральный узел географически  расположен не в центре топологии.

      При расширении вычислительных сетей не могут быть использованы ранее выполненные кабельные связи: к новому рабочему месту необходимо прокладывать отдельный кабель из центра сети.

      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. Частота запросов передачи информации от одной станции к другой невысокая по сравнению с достигаемой в других топологиях.

      Производительность  вычислительной сети в первую очередь  зависит от мощности центрального файлового сервера. Он может быть узким местом вычислительной сети. В случае выхода из строя центрального узла нарушается работа всей сети.

      Центральный узел управления - файловый сервер мотает реализовать оптимальный механизм защиты против несанкционированного доступа к информации. Вся вычислительная сеть может управляться из ее центра.

Кольцевая топология

      При кольцевой топологии сети рабочие  станции связаны одна с другой по кругу, т.е. рабочая станция 1 с рабочей станцией 2, рабочая станция 3

            Кольцевая топология

с рабочей  станцией 4 и т.д. Последняя рабочая  станция связана с первой. Коммуникационная связь замыкается в кольцо.

      Прокладка кабелей от одной рабочей станции  до другой может быть довольно сложной  и дорогостоящей, особенно если географически  рабочие станции расположены  далеко от кольца (например, в линию).

      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.

      Основная  проблема при кольцевой топологии заключается в том, что каждая рабочая станция должна активно участвовать в пересылке информации, и в случае выхода из строя хотя бы одной из них вся сеть парализуется. Неисправности в кабельных соединениях локализуются легко.

Подключение новой рабочей станции требует кратко срочного выключения сети, так как во время установки кольцо должно быть разомкнуто. Ограничения на протяженность вычислительной сети не существует, так как оно, в конечном счете, определяется исключительно расстоянием между двумя рабочими станциями. 

Шинная  топология

      При шинной топологии среда передачи информации представляется в форме коммуникационного пути, доступного дня всех рабочих станций, к которому они все должны быть подключены. Все рабочие станции могут непосредственно вступать в контакт с любой рабочей станцией, имеющейся в сети. 
 

                  Шинная топология 

      Рабочие станции в любое время, без  прерывания работы всей вычислительной сети, могут быть подключены к ней или отключены. Функционирование вычислительной сети не зависит от состояния отдельной рабочей станции.

      В стандартной ситуации для шинной сети Ethernet часто используют тонкий кабель или Cheapernet-кaбeль с тройниковым соединителем. Выключение и особенно подключение к такой сети требуют разрыва шины, что вызывает нарушение циркулирующего потока информации и зависание системы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Древовидная структура ЛВС  

      Наряду  с известными топологиями вычислительных сетей кольцо, звезда и шина, на практике применяется и комбинированная, на пример древовидна структура. Она образуется в основном в виде комбинаций вышеназванных топологий вычислительных сетей. Основание дерева вычислительной сети располагается в точке (корень), в которой собираются коммуникационные линии информации (ветви дерева).

Вычислительные  сети с древовидной структурой применяются  там, где невозможно непосредственное применение базовых сетевых структур в чистом виде.  
 
 
 

1.3 Виды организации сетей 

Одноранговая сеть

      В одноранговой сети, все компьютеры равноправны: нет иерархии среди компьютеров и нет выделенного сервера, и, как правило, каждый компьютер функционирует и как клиент и как сервер. Все пользователи самостоятельно решают, какие данные на своем компьютере сделать доступными для всех. Одно - ранговую сеть называют так же рабочей группой. Рабочая группа –это небольшой коллектив, поэтому в одно - ранговой сети не более 10 компьютеров.

Одно - ранговые сети относительно просты. Поскольку  каждый компьютер является и клиентом, и сервером, нет необходимости в мощном центральном сервере или в других компонентах, обязательных для более сложных сетей. Одно ранговые сети обычно дешевле сетей на основе сервера, но требуют более мощных и дорогих компьютеров.

В одно - ранговой сети требования к производительности и к уровню защиты для сетевого программного обеспечения, как правило, ниже, чем в сетях с выделенным сервером. Выделенные серверы функционируют исключительно в качестве серверов, но не клиентов или рабочих станций.

В такие операционные системы, как Microsoft Windows NT Workstation ,Microsoft Windows for Workgroups и Microsoft Windows 95, встроена поддержка одно ранговых сетей. По этому чтобы установить одно ранговую сеть дополнительного программного обеспечения не требуется.

Одно  ранговая компьютерная сеть выглядит так:

1. Компьютеры расположены на рабочих столах пользователей.
2. Пользователи сами выступают в роли администраторов, и сами обеспечивают защиту информации.
3. Для объединения компьютеров в сеть применяется простая кабельная система.

Если  эти условия выполняются, то, скорее всего выбор одно ранговой сети будет правильным.

Защита  подразумевает установку пароля на разделяемый ресурс, например на каталог. Централизованно управлять защитой в одно ранговой сети очень сложно, так как каждый пользователь устанавливает ее самостоятельно, да и общие ресурсы могут находиться на всех компьютерах, а не только на центральном сервере. Такая ситуация представляет серьезную угрозу для всей сети, кроме того некоторые пользователи могут вообще не устанавливать защиту. 

Сети  на основе сервера

      Если  к сети подключено более 10 пользователей, то одно ранговая сеть, где компьютеры выступают в роли клиентов, и серверов, может оказаться недостаточно производительной. Поэтому большинство сетей используют выделенные серверы. Выделенным называется такой сервер, который функционирует только как сервер. Они специально оптимизированы для быстрой обработки запросов от сетевых клиентов и для управления защитой файлов и каталогов. Сети на основе сервера стали промышленным стандартом.

      С увеличением размеров сети и объемов  сетевого трафика необходимо увеличивать количество серверов. Распределение задач среди нескольких серверов гарантирует, что каждая задача будет выполняться самым эффективным способом из всех возможных.

      Круг  задач, которые должны выполнять  серверы, многообразен и сложен. Чтобы  приспособиться  возрастающим потребностям пользователей, серверы в больших сетях стали специализированными. Например, в сети Windows NT существуют различные типы серверов:

Файл-серверы  и принт - серверы управляют доступом соответственно к файлам и принтерам, на серверах приложений выполняются  прикладные части клиент - серверных  приложений, а так же находятся  данные доступные клиентам. Например, чтобы упростить извлечение данных, серверы хранят большие объемы информации в структурированном виде. Эти серверы отличаются от файл - серверов и принт - серверов. В принт - серверах, файл или данные целиком копируются на запрашиваемый компьютер. А в сервере приложений на запрашиваемый компьютер посылаются только результаты запроса. Приложение-клиент на удаленном компьютере получает доступ к данным, хранимым на сервере приложений. Однако вместо всей базы данных на ваш компьютер с сервера загружаются только результаты запроса.

      В расширенной сети использование  серверов различных типов становится наиболее актуальным. Необходимо поэтому  учитывать всевозможные нюансы, которые могут проявиться при разрастании сети, с тем чтобы изменение роли определенного сервера в дальнейшем не отразилось на работе всей сети.

      Основным  аргументом при работе в сети на основе выделенного сервера является, как правило, защита данных. В таких  сетях, например как Windows NT Server, проблемами безопасности может заниматься один администратор.

      Поскольку жизненно важная информация расположена централизованно, то есть, сосредоточена на одном или нескольких серверах, нетрудно обеспечить ее регулярное резервное копирование. Благодаря избыточным системам данные на любом сервере могут дублироваться в реальном времени ,поэтому в случае повреждения основной области хранения данных информация не будет потеряна –легко воспользоваться резервной копией. Сети на основе сервера могут поддерживать тысячи пользователей. Сетью такого размера, будь она одно - ранговой, невозможно было бы управлять. Так как компьютер пользователя не выполняет функции сервера, требования к его характеристикам зависят от самого пользователя.

      Все ЛВС работают в одном стандарте, принятом для компьютерных сетей - в стандарте Open Systems Interconnection (OSI). 
 
 
 

1.4 Виды протоколов 

      Среди множества протоколов можно выделить наиболее распространенные.

      NetBEUI – расширенный интерфейс NetBIOS. Первоначально NetBEUI и NetBIOS были тесно связаны и рассматривались как один протокол, затем производители их обособили и сейчас они рассматриваются отдельно. NetBEUI – небольшой, быстрый и эффективный протокол транспортного уровня, который поставляется со всеми сетевыми продуктами фирмы Microsoft. К преимуществам NetBEUI относятся небольшой размер стека, высокая скорость передачи данных и совместимость со всеми сетями Microsoft. Основной недостаток – он не поддерживает маршрутизацию, это ограничение относится ко всем сетям Microsoft.

      Xerox Network System (XNS) был разработан фирмой Xerox для своих сетей Ethernet. Его широкое применение началось с 80=ых годов, но постепенно он был вытеснен протоколом TCP/IP. XNS – большой и медленный протокол, к тому же он применяет значительное количество широковещательных сообщений, что увеличивает трафик сети.

      Набор протоколов OSI – полный стек протоколов, где каждый протокол соответствует конкретному уровню модели OSI. Набор содержит маршрутизируемые и транспортные протоколы, серии протоколов IEEE Project 802, протокол сеансового уровня, представительского уровня и нескольких протоколов прикладного уровня. Они обеспечивают полнофункциональность сети, включая доступ к файлам, печать и т.д. [Ошибка! Источник ссылки не найден.]