СОДЕРЖАНИЕ
Введение. 3
1
ПРИНЦИП ПОСТРОЕНИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ.. 3
2
ЛОКАЛЬНЫЕ КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ (ЛКС) 6
2.1
Структура ЛКС.. 6
2.3
Физическая среда передачи в локальных сетях. 8
2.4
Типы ЛКС.. 9
3
ГЛОБАЛЬНЫЕ КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ.. 13
3.1
Характеристика глобальных компьютерных сетей. 13
3.2
Сеть Internet 15
Заключение. 16
Список
литературы.. 18
Введение
В настоящей работе рассматриваются принципы, стандарты и
технологии организации локальных и глобальных вычислительных сетей.
В настоящее время компьютерные сети играют огромную
производственную и социальную роль.
Современные информационные системы продолжают возникшую в
70-х гг. тенденцию распределенной обработки данных. Начальным этапом развития
таких систем явились многомашинные ассоциации - совокупность вычислительных
машин различной производительности, объединенных в систему с помощью каналов
связи. Высшей стадией систем распределенной обработки данных являются
компьютерные (вычислительные) сети различных уровней - от локальных до
глобальных.
Пользователи локальных вычислительных сетей (ЛВС) получают
доступ к сетевому ресурсу файл - сервера с рабочих станций. Работа в
многопользовательской системе требует выполнение определенных правил. В первую
очередь это касается организации защиты пользовательских каталогов и файлов в
сети, которая представляет собой систему коллективного доступа к некоторому
разделяемому ресурсу (жесткий магнитный диск, принтер и плоттер).
Целью настоящей работы является описание различных типов
компьютерных сетей, методов их организации, коммуникационного оборудования,
используемого для связи между различными локальными сетями.
1 ПРИНЦИП
ПОСТРОЕНИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ
Компьютерная сеть – это
совокупность компьютеров и различных устройств, обеспечивающих информационный
обмен между компьютерами в сети без использования каких-либо промежуточных
носителей информации.
Все многообразие компьютерных сетей можно классифицировать
по группе признаков:
1) Территориальная
распространенность;
2) Ведомственная
принадлежность;
3) Скорость
передачи информации;
4) Тип
среды передачи;
По территориальной распространенности сети могут быть
локальными, глобальными, и региональными. Локальные – это сети, перекрывающие
территорию не более 10 м2, региональные – расположенные на
территории города или области, глобальные на территории государства или группы
государств, например, всемирная сеть Internet.
По принадлежности различают ведомственные и государственные
сети. Ведомственные принадлежат одной организации и располагаются на ее
территории. Государственные сети – сети, используемые в государственных
структурах.
По скорости передачи информации компьютерные сети делятся на
низко-, средне- и высокоскоростные.[1]
По типу среды передачи разделяются на сети коаксиальные, на
витой паре, оптоволоконные, с передачей информации по радиоканалам, в
инфракрасном диапазоне.
Компьютеры могут соединяться кабелями, образуя различную
топологию сети (звездная, шинная, кольцевая и др.).
Следует различать компьютерные сети и сети терминалов
(терминальные сети). Компьютерные сети
связывают компьютеры, каждый из которых может работать и автономно.
Терминальные сети обычно связывают мощные компьютеры (майнфреймы), а в
отдельных случаях и ПК с устройствами (терминалами), которые могут быть
достаточно сложны, но вне сети их работа или невозможна, или вообще теряет
смысл. Например, сеть банкоматов или касс по продажи авиабилетов. Строятся они
на совершенно иных, чем компьютерные сети, принципах и даже на другой
вычислительной технике.
В классификации сетей существует два основных термина: LAN и WAN.
LAN
(Local
Area Network)
– локальные сети, имеющие замкнутую инфраструктуру до выхода на поставщиков
услуг. Термин «LAN»
может описывать и маленькую офисную сеть, и сеть уровня большого завода,
занимающего несколько сотен гектаров. Зарубежные источники дают даже близкую
оценку – около шести миль (10 км) в радиусе; использование высокоскоростных
каналов.
WAN
(Wide Area Network) – глобальная сеть,
покрывающая большие географические регионы, включающие в себя как локальные
сети, так и прочие телекоммуникационные сети и устройства. Пример WAN – сети с коммутацией
пакетов (Frame Relay),
через которую могут «разговаривать» между собой различные компьютерные сети.
Термин «корпоративная сеть»
также используется в литературе для обозначения объединения нескольких
сетей, каждая из которых может быть построена на различных технических,
программных и информационных принципах.
Рассмотренные выше виды сетей являются сетями закрытого
типа, доступ к ним разрешен только ограниченному кругу пользователей, для
которых работа в такой сети непосредственно связана с их профессиональной
деятельностью. Глобальные сети ориентированы на обслуживание любых
пользователей.
На рисунке 1, рассмотрим способы коммутации компьютеров и
виды сетей.[2]
Рисунок 1 - Способы коммутации компьютеров и виды сетей.
2 ЛОКАЛЬНЫЕ КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ (ЛКС)
2.1 Структура ЛКС
Способ
соединения компьютеров называется структурой или топологией сети. Сети Ethernet могут иметь
топологию «шина» и «звезда». В первом случае все компьютеры подключены к одному
общему кабелю (шине), во втором -
имеется специальное центральное устройство (хаб), от которого идут «лучи» к
каждому компьютеру, т.е. каждый компьютер подключен к своему кабелю.
Структура типа
«шина», рисунок 2(а), проще и экономичнее, так как для нее не требуется
дополнительное устройство и расходуется меньше кабеля. Но она очень
чувствительна к неисправностям кабельной системы. Если кабель поврежден хотя бы
в одном месте, то возникают проблемы для всей сети. Место неисправности трудно
обнаружить.
В этом смысле
«звезда», рисунок 2(б), более устойчива. Поврежденный кабель – проблема для
одного конкретного компьютера, на работе сети в целом это не сказывается. Не
требуется усилий по локализации неисправности.
В сети, имеющей структуру типа «кольцо», рисунок 2(в),
информация передается между станциями по кольцу с переприемом в каждом сетевом
контроллере. Переприем производится через буферные накопители, выполненные на
базе оперативных запоминающих устройств, поэтому при выходе их строя одного
сетевого контроллера может нарушиться работа всего кольца.
Достоинство кольцевой структуры – простота реализации
устройств, а недостаток – низкая надежность.
Все рассмотренные структуры – иерархические. Однако,
благодаря использованию мостов, специальных устройств, объединяющих локальные
сети с разной структурой, из вышеперечисленных типов структур могут быть
построены сети со сложной иерархической структурой.
Рисунок 2 – структура
построения (а) шина, (б) кольцо, (в) звезда
2.4 Коммуникационное оборудование в локальных сетях
Весьма важный момент – учет факторов, влияющих на выбор
физической среды передачи[3] (кабельной системы). Среди
них можно перечислить следующие:
1)
Требуемая пропускная способность, скорость передачи в
сети;
2)
Размер сети;
3)
Требуемый набор служб (передача данных, речи,
мультимедиа и т.д.), который необходимо организовать.
4)
Требования к уровню шумов и помехозащищенности;
5)
Общая стоимость проекта, включающая покупку
оборудования, монтаж и последующую эксплуатацию.
Основная среда передачи данных ЛКС – неэкранированная витая
пара, коаксиальный кабель, многомодовое оптоволокно. При примерно одинаковой
стоимости одномодового и многомодового оптоволокна, оконечное оборудование для
одномодового значительно дороже, хотя и обеспечивает большие расстояния.
Поэтому в ЛКС используют, в основном, многомодовую оптику.
Основные технологии ЛКС: Ethernet, ATM.
Технологии FDDI (2
кольца), применявшаяся ранее для опорных сетей и имеющая хорошие характеристики
по расстоянию, скорости и отказоустойчивости, сейчас мало используется, в
основном, из-за высокой стоимости, как, впрочем, и кольцевая технология Token Ring, хотя обе они до сих пор
поддерживаются на высоком уровне всеми ведущими вендорами, а в отдельных
случаях (например, применение FDDI
для опорной сети масштаба города, где необходима высокая отказоустойчивость и
гарантированная доставка пакетов) использование этих технологий все еще может
быть оправданным.
2.4 Типы ЛКС
Ethernet
– изначально коллизионная технология, основанная на общей шине, к которой
компьютеры подключаются и «борются» между собой за право передачи пакета.
Основной протокол – CSMA/CD (множественный доступ с
чувствительностью несущей и обнаружению коллизий). Дело в том, что если две
станции одновременно начнут передачу, то возникает ситуация коллизии, и сеть некоторое
время «ждет», пока «улягутся» переходные процессы и опять наступит «тишина».
Существует еще один метод доступа – CSMA/CA (Collision Avoidance) – то же, но с
исключением коллизий. Этот метод применяется в беспроводной технологии Radio Ethernet или Apple Local Talk – перед отправкой любого
пакета в сети пробегает анонс о том, что сейчас будет происходить передача, и
станции уже не пытаются ее инициировать.
Ethernet
бывает полудуплексный (Half Duplex),
по всем средам передачи: источник и приемник «говорит по очереди» (классическая
коллизионная технология) и полнодуплексный (Full Duplex), когда две пары приемника и передатчика на устройствах
говорят одновременно. Этот механизм работает только на витой паре (одна пара на
передачу, одна пара на прием) и на оптоволокне (одна пара на передачу, одна
пара на прием).
Ethernet
различается по скоростям и методам кодирования для различной физической среды,
а также по типу пакетов (Ethernet II,
802.3, RAW, 802.2 (LLC), SNAP).
Ethernet
различается по скоростям: 10 Мбит/с, 100 Мбит/с, 1000 Мбит/с (Гигабит).
Поскольку недавно ратифицирован стандарт Gigabit Ethernet для витой пары категории 5,
можно сказать, что для любой сети Ethernet могут быть использованы витая пара, одномодовое (SMF) или многомодовое (MMF) оптоволокно. В
зависимости от этого существуют различные спецификации:
·
10 Мбит/с Ethernet: 10BaseT,
10BaseFL, (10Base2 и 10Base5 существуют для коаксиального
кабеля и уже не применяются);
·
100
Мбит/с Ethernet: 100BaseTX, 100BaseFX,
100BaseT4, 100BaseT2;
·
Gigabit
Ethernet: 1000BaseLX, 1000BaseSX (по
оптике) и 1000BaseTX (для витой пары)
Существуют два варианта реализации Ethernet на коаксиальном кабеле,
называемые «тонкий» и «толстый» Ethernet
(Ethernet на тонком
кабеле 0,2 дюйма и Ethernet
на толстом кабеле 0,4 дюйма).
Тонкий Ethernet использует кабель типа RG-58A/V
(диаметром 0,2 дюйма). Для маленькой сети используется кабель с сопротивлением
50 Ом. Коаксиальный кабель прокладывается от компьютера к компьютеру. У каждого
компьютера оставляют небольшой запас кабеля на случай возможности его
перемещения. Длина сегмента 185 м, количество компьютеров, подключенных к шине
– до 30.
После присоединения всех отрезков кабеля с BNC-коннекторами (Bayonel-Neill-Concelnan) к Т-коннекторам (название обусловлено формой разъема, похожей
на букву «Т») получится единый кабельный сегмент. На его обоих концах
устанавливаются терминаторы («заглушки»). Терминатор конструктивно представляет
собой BNC-коннектор (он
также надевается на Т-коннектор) с впаянным сопротивлением. Значение этого
сопротивления должно соответствовать значению волнового сопротивления кабеля,
т.е. для Ethernet нужны
терминаторы с сопротивлением 50 Ом.
Толстый Ethernet – сеть на толстом коаксиальном кабеле, имеющем
диаметр 0,4 дюйма и волновое сопротивление 50 Ом. Максимальная длина кабельного
сегмента – 500 м.
Прокладка самого кабеля почти одинакова для всех типов
коаксиального кабеля.
Для подключения компьютера к толстому кабелю используется
дополнительное устройство, называемое трансивером. Трансивер подсоединен
непосредственно к сетевому кабелю. От него к компьютеру идет специальный
трансиверный кабель, максимальная длина которого 50 м. На обоих его концах находятся 15-контактные DIX-разъемы (Digital, Intel и Xerox). С помощью одного разъема
осуществляется подключение к трансиверу, с помощью другого – к сетевой плате
компьютера.
Трансиверы освобождают от необходимости подводить кабель к
каждому компьютеру. Расстояние от компьютера до сетевого кабеля определяется
длиной трансиверного кабеля.
Создание сети при помощи трансивера очень удобно. Он может в
любом месте в буквальном смысле «пропускать» кабель. Эта простая процедура
занимает мало времени, а получаемое соединение оказывается очень надежным.
Кабель не режется на куски, его можно прокладывать, не
заботясь о точном месторасположении компьютеров, а затем устанавливать
трансиверы в нужных местах. Крепятся трансиверы, как правило, на стенах, что
предусмотрено их конструкцией.
При необходимости охватить локальной сетью площадь большую,
чем это позволяют рассматриваемые кабельные системы, применяется дополнительные
устройства – репитеры (повторители). Репитер имеет 2-портовое исполнение, т.е.
он может объединить 2 сегмента по 185 м. Сегмент подключается к репитеру через
Т-коннектор. К одному концу Т-коннектора подключается сегмент, а на другом
ставится терминатор.
В сети может быть не больше четырех репитеров. Это позволяет
получить сеть максимальной протяженностью 925 м.
Существуют 4-портовые репитеры. К одному такому репитеру
можно подключить сразу 4 сегмента.
Длина сегмента для Ethernet на толстом кабеле составляет 500 м, к одному сегменту
можно подключить до 100 станций. При наличии трансиверных кабелей до 50 м
длиной, толстый Ethernet
может одним сегментом охватить значительно большую площадь, чем тонкий. Эти
репитеры имеют DIX-разъемы
и могут подключаться трансиверами, как к концу сегмента, так и в любом другом
месте.
Очень удобны совмещенные репитеры, т.е. подходящие и для
тонкого и для толстого кабеля. Каждый порт имеет пару разъемов: DIX и BNC, но он не могут быть задействованы
одновременно. Если необходимо объединять сегменты на разном кабеле, то тонкий
сегмент подключается к BNC-разъему
одного порта репитера, а толстый – к DIX-разъему другого порта.
Репитеры очень полезны, но злоупотреблять ими не стоит, так
как они приводят к замедлению работы в сети.
Ethernet на витой паре.
Витая пара – это два изолированных провода, скрученных между
собой. Для Ethernet
используется 8-жильный кабель, состоящий из четырех витых пар. Для защиты от
воздействия окружающей среды кабель имеет внешнее изолирующее покрытие.
Основной узел на витой паре – hub (в переводе называется накопителем,
концентратором или просто хаб). Каждый компьютер должен быть подключен к нему с
помощью своего сегмента кабеля. Длина каждого сегмента не должна превышать 100
м. На концах кабельных сегментов устанавливаются разъемы RJ-45. Одним разъемом кабель
подключается к хабу, другим – к сетевой
плате. Разъемы RJ-45
очень компактны, имеют пластмассовый корпус и восемь миниатюрных площадок.
Хаб – центральное устройство в сети на витой паре, от него
зависит ее работоспособность. Располагать его надо в легкодоступном месте,
чтобы можно было легко подключать кабель и следить за индикацией портов.
Хабы выпускаются на разное количество портов – 8, 12, 16 или
24. Соответственно к нему можно подключить такое же количество компьютеров.
Token-Ring Network
(Маркерная кольцевая сеть)
(1) Компьютерная
сеть, в которой все компьютеры соединены кольцом. По кольцу циркулирует маркер
(token) - специального вида битовый пакет. Компьютер, собирающийся передать
сообщение, захватывает маркер, вставляет свое сообщение, и отправляет маркер
далее по кольцу.
(2) Token Ring (с заглавной буквы) - протокол локальной
сети, разработанный компанией IBM. Спецификация протокола IBM Token-Ring
принята в качестве стандарта комитетом IEEE под названием IEEE 802.5.
3 ГЛОБАЛЬНЫЕ КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ
3.1 Характеристика глобальных компьютерных сетей
Первоначально глобальные сети решали задачу доступа
удаленных ЭВМ и терминалов к мощным ЭВМ, которые назывались host-компьютер (часто используют термин
сервер). Такие подключения осуществлялись через коммутируемые или
некоммутируемые каналы телефонных сетей или через спутниковые выделенные сети
передачи данных, например, сети, работающие по протоколу Х.25.[4]
Для подключения к таким сетям передачи данных использовались
модемы, работающие под управлением специальных телекоммуникационных программ,
таких как BITCOM, COMIT, PROCOM, MITEZ и т.д. Эти программы, работая под
операционной системой MS-DOS, обеспечивали
установление соединения с удаленным компьютером и обмен с ним информацией.
С закатом эры MS-DOS их
место занимает встроенное в операционные системы коммуникационное программное
обеспечение. Примером могут служить средства Windows95 или удаленный доступ (RAS) в WindowsNT.
В настоящее время все реже используются подключенные к
глобальным сетям одиночные компьютеры. Это в основном домашние ПК. В основной
массе абонентами компьютерных сетей являются компьютеры, включенные в локальные
вычислительные сети (ЛВС), и поэтому часто решается задача организации
взаимодействия нескольких удаленных локальных вычислительных сетей. При этом
требуется обеспечить удаленному компьютеру связь с любым компьютером удаленной
локальной сети, и, наоборот, любому компьютеру ЛВС с удаленным компьютером.
Последнее становится весьма актуальным при расширении парка домашних и
персональных компьютеров.
В России крупнейшими глобальными сетями считаются Спринт
сеть (современное название Global One),
сеть Инфотел, сети Роснет и Роспак, работающие по протоколу Х.25, а также сети Relcom и Internet, работающие по протоколу TCP/IP.
В качестве сетевого оборудования применяются центры
коммутации, которые для сетей Х.25 часто исполняются как специализированные
устройства фирм-производителей Siemens,
Telenet, Alcatel, Ericsson и др., а для сети с TCP/IP используются маршрутизаторы фирм Cisco и Decnis.
3.2 Сеть Internet
Internet
является старейшей глобальной сетью. Internet предоставляет различные способы взаимодействия удаленных
компьютеров и совместного использования распределенных услуг и информационных
ресурсов. Интернет был создан на основе американской ведомственной сети Arcnet.
Internet
работает по протоколу TCP/IP. Основным «продуктом»,
который вы можете найти в Internet,
является информация. Эта информация собрана в файлы, которые хранятся на
хост-компьютерах, и она может быть представлена в различных форматах. Формат
данных зависит от того, каким сетевым сервисом вы воспользовались, и какие
возможности по отображению информации есть на ПК. Любой компьютер, который
поддерживает протоколы TCP/IP, может выступать в
качестве хост-компьютера.
Ключом к получению информации в Internet являются адреса ресурсов. Вам придется использовать
почтовые адреса (mail addresses)
при пересылке сообщений по электронной почте своим коллегам и адреса
хост-компьютеров (host names)
для соединения с ними и для получения файлов с информацией.
Одним из недостатков передачи данных по сети Internet является
недостаточная защита информации.
Интернет представляет собой глобальную компьютерную сеть,
содержащую гигантский объем информации по любой тематике, доступной на
коммерческой основе для всех желающих, и предоставляющую большой спектр
информационных услуг. В настоящее время Интернет представляет собой объединение
более 40 000 различных локальных сетей, за что она получила название сеть
сетей. Каждая локальная сеть называется узлом или сайтом, а юридическое лицо,
обеспечивающее работу сайта – провайдером. Сайт состоит из нескольких компьютеров
– серверов, каждый из которых предназначен для хранения информации
определенного типа и в определенном формате. Каждый сайт и сервер на сайте
имеют уникальные имена, посредствам которых они идентифицируются в Интернет.
Для подключения в Интернет пользователь должен заключить
контракт на обслуживание с одним из провайдеров в его регионе.
Заключение
Интернет является сетью виртуальных сетей. В 1991 году у нас
(тогда еще в СССР) о нем знали несколько десятков человек, которые только что
освоили электронную почту (через RELCOM) и попробовали, что такое FidoNet. Первое сообщение по электронной
почте было послано президентом США Биллом Клинтоном 2 марта 1993 года. Первая
новелла Стивена Кинга была опубликована по каналам Интернет 19 сентября 1993
года (до появления печатной копии), к тому же году относится начало синхронной
передачи радио-программ по сетям Интернет. В конце 1993 года заработала первая
очередь оптоволоконной опорной сети Москвы, полностью профинансированная
Джорджем Соросом. В 1994 году НАТО организовало первую конференцию по Интернет
в России (в Голицыно под Москвой). С помощью DFN (Deutsche Forschung Naetze),
а затем Дж. Сороса и RELARN
круг любителей Интернет расширился до сотен и тысяч, а после включения программ
Минвуза и Министерства науки РФ счет пошел на десятки тысяч. Это произошло
прежде всего потому, что созрели условия - в различных учреждениях (сначала
научных, а затем коммерческих и государственных) и у частных лиц оказались
сотни тысяч персональных ЭВМ. К этому же времени (1992-93 годы) в мире стала
формироваться сеть депозитариев, доступных через анонимный доступ (FTP), а несколько позднее и WWW-серверов. На рис. 1..1
показан рост числа ЭВМ, подключенных к Интернет по годам с 1989 по 1998 годы.
Видно, что рост числа узлов сети имеет экспоненциальный характер. Можно смело
утверждать, что протоколы Интернет, созданные для осуществления связи в случае
нанесения десятков ядерных ударов по США со стороны СССР, явились одним из
немногих (возможно единственным) положительным результатом холодной войны.
Сегодня, когда Интернетом заинтересовались широкие массы, и
определенная часть их подключилась к расширению этой сети, стала актуальной
проблема оптимального проектирования сетей и их подключения к общенациональной
и международной сети Интернет.
Список литературы
1) http://citforum.ru. Библиотека документации по
информационным технологиям.
2) http://networkdoc.ru Библиотека
документации по сетевым технологиям.
3) Компьютерные системы и сети: Учеб.пособие/ В.П.Косарев и
др./Под ред. В.П.Косарева и Л.В.Еремина-М.:Финансы и статистика,2000.
4) М.Пайк. Internet
в подлиннике :Пер.с англ.-СПб.:BHV-Санкт-Петербург,
1999г.
5) Шварц М.Сети связи: протоколы, моделирование и анализ:в
2-х ч., ч.II: Пер.с
англ.-М.:Наука-Гл.ред.физ.-мат.лит.,2001.
[1] http://citforum.ru.
Библиотека документации по информационным технологиям.
[2] http://networkdoc.ru
Библиотека документации по сетевым технологиям.
[3] М.Пайк.
Internet в подлиннике :Пер.с англ.-СПб.:BHV-Санкт-Петербург, 1999г.
[4] Шварц
М.Сети связи: протоколы, моделирование и анализ:в 2-х ч., ч.II: Пер.с
англ.-М.:Наука-Гл.ред.физ.-мат.лит.,2001.