Вычислительны сети. Общие понятия.

Департамент образования и молодежной политики

Чукотского автономного округа

Государственное образовательное учреждение среднего

профессионального образования

Чукотский многопрофильный колледж

                                  

 

Курсовая работа

По дисциплине: Компьютерные сети и телекоммуникации.

На тему : Общие принципы построения вычислительных сетей

 

 

Выполнил:

________________________ФИО

специальности _______________

Проверил преподаватель:

_______________________ФИО

 

 

г. Анадырь, 2010 г.

 

Содержание

 

 

ВВЕДЕНИЕ. 3

Глава 1. 3

Классификация и типы сетей. 3

Топология сети. 3

Шина. 3

Звезда. 3

Кольцо. 3

Комбинированные топологии. 3

Звезда-шина. 3

Звезда-кольцо. 3

Топология. 3

Шина. 3

Кольцо. 3

Звезда. 3

Протоколы. 3

Глава 2. 3

2.1 Одноранговые сети. 3

2.2 Сети на основе выделенного сервера. 3

2.3 Сравнение видов построения (преимущества и недостатки). 3

Выбор типа сети. 3

Преимущества. 3

Недостатки: 3

Преимущества. 3

Недостатки. 3

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 3

ПРИЛОЖЕНИЯ. 3

 

ВВЕДЕНИЕ

 Попробуем представить себе мир примерно тридцать пять — сорок лет назад. Мир без общедоступных компьютерных сетей. Мир, в котором каждый компьютер должен был иметь собственное хранилище данных и собственный принтер. Мир, в котором не было электронной почты и систем обмена мгновенными сообщениями (например, ICQ). Как ни странно это звучит сейчас, но до появления компьютерных сетей все это было именно так.

 Компьютеры — важная часть сегодняшнего мира, а компьютерные сети серьезно облегчают нашу жизнь, ускоряя работу и делая отдых более интересным. Благодаря этой книге вы узнаете, как устроены и работают компьютерные сети, научитесь проектировать и создавать их, освоите работу с наиболее популярными сетевыми приложениями.

 Практически сразу после появления ЭВМ возник вопрос о налаживании взаимодействия компьютеров друг с другом, чтобы более эффективно обрабатывать информацию, использовать программные и аппаратные ресурсы. Появились и первые сети, в то время объединявшие только большие ЭВМ в крупных компьютерных центрах. Однако настоящий «сетевой бум» начался после появления персональных компьютеров, быстро ставших доступными широкому кругу пользователей — сначала на работе, а затем и дома. Компьютеры стали объединять в локальные сети, а локальные сети — соединять друг с другом, подключать к региональным и глобальным сетям. В результате за последние пятнадцать–двадцать лет сотни миллионов компьютеров в мире были объединены в сети, и более миллиарда пользователей получили возможность взаимодействовать друг с другом.

Представьте, что у вас есть несколько отдельных, не связанных в сеть компьютеров. Чтобы в такой автономной среде работать с одними и теми же данными, нужно с одного компьютера скопировать файлы на какой-либо носитель (например, на дискету), после чего перенести эти файлы на другие компьютеры. А для быстрой распечатки документов придется снабдить каждый из компьютеров отдельным принтером. Одновременная же совместная работа нескольких пользователей с одним и тем же документом в такой ситуации просто исключается.

 Теперь соединим компьютеры в сеть и настроим общий доступ к требуемым ресурсам. Оказывается, что дискеты больше нам не нужны, да и принтер потребуется только один. И выгодно, и удобно!

Сегодня можно с уверенностью сказать, что компьютерные сети стали неотъемлемой частью нашей жизни, а область их применения охватывает буквально все сферы человеческой деятельности.

 

 

Глава 1

Вычислительны сети. Общие понятия.

Сеть (Network) — группа компьютеров и/или других устройств, каким-либо способом соединенных для обмена информацией и совместного использования ресурсов(приложение 1).

Ресурсы — программы, файлы данных, а также принтеры и другие совместно используемые периферийные устройства в сети.

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.

 В настоящее время локальные вычислительные (ЛВС) получили очень широкое распространение. Это вызвано несколькими причинами:

      - объединение компьютеров в сеть позволяет значительно экономить денежные средства за счет уменьшения затрат на содержание компьютеров (достаточно иметь определенное дисковое пространство на файл-сервере (главном компьютере сети) с установленными на нем программными продуктами, используемыми несколькими рабочими станциями);

- локальные сети позволяют использовать почтовый ящик для передачи сообщений на другие компьютеры, что позволяет в наиболее короткий срок передавать документы с одного компьютера на другой;

- локальные сети, при наличии специального программного обеспечения (ПО), служат для организации совместного использования файлов (к примеру, бухгалтеры на нескольких машинах могут обрабатывать проводки одной и той же бухгалтерской книги).

Кроме всего прочего, в некоторых сферах деятельности просто невозможно обойтись без ЛВС. К таким сферам относятся: банковское дело, складские операции крупных компаний, электронные архивы библиотек и др. В этих сферах каждая отдельно взятая рабочая станция в принципе не может хранить всей информации (в основном, по причине слишком большого ее объема).

Самая простая сеть состоит как минимум из двух компьютеров, соединенных друг с другом кабелем, что позволяет им совместно использовать данные. (приложение 1)Все сети (независимо от сложности) основываются именно на этом простом принципе. Хотя идея соединения компьютеров с помощью кабеля не кажется нам особо выдающейся, в свое время она явилась значительным достижением в области коммуникаций.

Рождение компьютерных сетей было вызвано практической потребностью совместном использовании данных. Персональный компьютер - прекрасный инструмент для создания документов, подготовки таблиц, графических данных и других видов информации, но сам по себе он не позволяет Вам быстро поделиться результатами своей работы с коллегами. Когда не было сетей, приходилось распечатывать каждый документ, чтобы другие пользователи могли работать с ним, или в лучшем случае - копировать информацию на дискеты. При редактировании копий документа несколькими пользователями было очень трудно собрать все изменения в одном документе. Подобная схема работы называется работой в автономной среде.

Если бы пользователь подключил свой компьютер к другим, он смог бы работать с их данными и их принтерами. Группа соединенных компьютеров и других устройств называется сетью. А концепция соединенных и совместно использующих ресурсы компьютеров носит название сетевого взаимодействия.

 

Компьютеры, входящие в сеть могут совместно использовать:

-данные;

-сообщения;

-принтеры;

-факсимильные аппараты;

-модемы;

-интернет;

-другие устройства.

Этот список постоянно пополняется, т.к. возникают новые способы совместного использования ресурсов.

Классификация и типы сетей

Архитектура сети ЭВМ определяет способ построения и функционирования сети. Сети ЭВМ можно классифицировать по различным признакам:

 

По степени удаленности компьютеров в сети:   

* Локальные - LAN (Local Area Network) - представляет собой несколько компьютеров, объединенных определенным образом на небольшом расстоянии.

* Городские - MAN (Metropolitan Area Network) - городская вычислительная сеть - охватывает несколько зданий в пределах одного города либо город целиком.

* Глобальные - WAN (Waid Area Network)

 

    

 

 

 По функциональному назначению:

* Информационно-поисковые

* Информационно расчетные

* Локальные вычислительные сети

 

По типу используемых ЭВМ и сетевого ПО :

* Однородные

* Неоднородные

 По способу организации управления :

* Централизованное

* Распределенное

 

По характеру передачи данных :

* Централизованное

* Распределенное

 

По характеру физической среды :

* Метадетерменированные

* Случайного доступа

 

По способу управления :

* Одноранговые сети - все компьютеры в сети равноправны. Удобны при небольшом количестве компьютеров в сети, когда каждый компьютер хранит свою хранит информацию и обладает одинаковыми правами по отношению к другим.

* Сети на основе сервера - эти сети используют для хранения информации и администрирования выделенный мощный компьютер - сервер. Такие сети используются при большом количестве рабочих станций в сети.

 

Различия между одноранговыми сетями и сетями на основе выделенного сервера принципиальны, поскольку предопределяют разные возможности этих сетей. Выбор типа сети зависит от многих факторов:

-размера предприятия;

-необходимой степени безопасности;

-вида бизнеса;

-доступности административной поддержки;

-объема сетевого трафика

-потребности сетевых пользователей;

-уровня финансирования.

Топология сети.

Термин «топология» или «топология сети», обозначает физическое расположение компьютеров, кабелей и других сетевых компонентов. Топология - стандартный термин, который используется профессионалами при описании базовой схемы сети.

Чтобы совместно использовать ресурсы или выполнять другие сетевые задачи, компьютеры должны быть подключены друг к другу. Для этой цели в большинстве сетей применяется кабель. Однако просто подключить компьютер к кабелю, соединяющему другие компьютеры недостаточно. Различные типы кабелей в сочетании с различными сетевыми платами, сетевыми операционными системами и различными компонентами требуют и различных методов реализации.

 

Все сети стоятся на основе трех базовых топологий:

· шина;

· звезда;

· кольцо.

Сами по себе базовые топологии не сложны. Однако на практике часто встречаются довольно сложные комбинации, сочетающие свойства и характеристики нескольких топологий.

Шина.

Топологию «шина» часто называют «линейной шиной». В ней используется один кабель, именуемый магистралью или сегментом к которому подключены все компьютеры сети. Данная топология является наиболее простой и распространенной реализацией сети(приложение 2).

В сети с топологией «шина» компьютеры адресуют данные конкретному компьютеру, передавая их по кабелю в виде электрических сигналов. Данные виды электрических сигналов передаются всем компьютерам сети; однако информацию принимает только тот компьютер, чей адрес соответствует адресу получателя, зашифрованному в этих сигналах. Причем в каждый момент времени вести передачу может только один компьютер.

Т.к. данная сеть передается лишь одним компьютером, ее производительность зависит от количества компьютеров, подключенных к шине. Чем больше компьютеров, тем большее их число ожидает передачи и тем медленнее сеть.

Шина - пассивная топология. Это значит, что компьютеры только «слушают» передаваемые по сети данные, но не перемещают их от отправителя к получателю. Поэтому, если какой-либо компьютер выйдет из строя, это не скажется на работе сети. В активных топологиях компьютеры регенерируют сигналы и передают их дальше по сети.

Звезда.

При топологии «звезда» все компьютеры с помощью сегментов кабеля подключаются к центральному компоненту - концентратору. Сигнал от передающего компьютера поступает через концентратор ко всем остальным(приложение 3).

В сетях с топологией «звезда» подключение компьютеров к сети выполняется централизованно. Но есть и недостаток: т.к. все компьютеры подключены к центральной точке, для больших сетей значительно увеличивается расход кабеля. К тому же, если центральный компонент выйдет из строя - остановится вся сеть. А если выйдет из строя только один компьютер (или кабель, соединяющий его с концентратором), то лишь этот компьютер не сможет передавать или принимать данные по сети. На остальные компьютеры по сети этот сбой не повлияет.

Кольцо.

При топологии «кольцо» компьютеры подключаются к кабелю. Сигналы передаются по кольцу в одном направлении и проходят через каждый компьютер. В отличие от пассивной топологии «шина» здесь каждый компьютер выступает в роли повторителя, усиливая сигналы и передавая их следующему компьютеру. Поэтому если выйдет из строя один компьютер, прекращает функционировать вся сеть (приложение 4).

Один из способов передачи данных по кольцевой сети называется передачей маркера. Суть его такова. Маркер последовательно, от одного компьютера к другому, передается до тех пор, пока его не получит тот компьютер, который «хочет» послать данные. Передающий компьютер видоизменяет маркер, добавляет к нему данные и адрес получателя и отправляет его дальше по кольцу.

Данные проходят через каждый компьютер, пока не окажется у того, чей адрес совпадает с адресом получателя. После этого принимающий компьютер посылает передающему сообщение, где подтверждает факт приема данных. Получив подтверждение, передающий компьютер создает новый маркер и возвращает его в сеть.

Комбинированные топологии.

В настоящее время при компоновке сети все чаще используется комбинированная топология, которая сочетает отдельные свойства шин, звезды и кольца.

Звезда-шина.

Звезда-шина - это комбинация топологий шина и звезда, обычно схема выглядит так: несколько сетей с топологией звезда объединяются при помощи магистральной линейной шины. В этом случае выход из строя одного компьютера не скажется на работе всей сети - остальные компьютеры по-прежнему взаимодействуют друг с другом. А выход из строя концентратора повлечет за собой отсоединение от сети только подключенных к нему компьютеров и концентраторов.

Звезда-кольцо.

Звезда-кольцо несколько похожа на звезда-шина. И в той и в другой топологии компьютеры подключаются концентратором. Отличие в том, что концентраторы в звезде-шине соединены магистральной шиной, а в звезде-кольце все концентраторы подключены к главному концентратору, образуя звезду. Кольцо же реализуется внутри главного концентратора.

 

Выбор топологии. Преимущества     и недостатки .

Топология:

Шина

Экономный расход кабеля. Сравнительно недорогая и несложная в использовании среда передачи. Простота, надежность. Легко расширяется.    

При значительных объемах трафика уменьшается пропускная способность сети. Трудно локализовать проблемы. Выход из строя кабеля останавливает работу многих пользователей.

Кольцо

Все компьютеры имеют равный доступ. Количество пользователей не оказывает сколько-нибудь значительного влияния на производительность.      

Выход из строя одного компьютера может вывести из строя всю сеть. Трудно локализовать проблему. Изменение конфигурации сети требует остановки всей сети.

Звезда

Легко модифицировать сеть, добавляя новые компьютеры. Централизованный контроль и управление. Выход из строя одного компьютера не влияет на работоспособность сети.     

Выход из строя центрального узла парализует всю сеть.

 

Протоколы.

 

Протоколы - это набор правил и процедур, регулирующих порядок осуществления некоторой связи. Протоколы - это правила и технические процедуры, позволяющие нескольким компьютерам при объединении в сеть общаться друг с другом.

Компьютер-отправитель в соответствии с протоколом выполняет следующие действия:

-разбивает данные на небольшие блоки, называемые пакетами с которыми может работать протокол;

-добавляет к пакетам адресную информацию, чтобы компьютер-получатель мог определить, что эти данные предназначены именно ему;

-подготавливает данные к передаче через плату сетевого адаптера и далее - по сетевому кабелю;

Компьютер-получатель в соответствии с протоколом выполняет те же действия, но только в обратном порядке:

-принимает пакеты данных из сетевого кабеля;

-через плату сетевого адаптера передает пакеты в компьютер;

-удаляет из пакета всю служебную информацию, добавленную компьютером-отправителем;

-копирует данные из пакета в буфер - для их объединения в исходный блок данных;

-передает приложению блок данных (собранный из пакетов) в том формате, который оно использует.

И компьютеру-отправителю, и компьютеру-получателю необходимо выполнять каждое действие одинаковым способом, с тем, чтобы поступившие по сети данные совпадали с исходными.

Если, например, два протокола будут по-разному разбивать данные на пакеты и добавлять несовпадающую информацию, тогда пакеты, которые используют один из этих протоколов, не сможет успешно связаться с компьютером, на котором работает другой протокол.

Среди множества протоколов наиболее популярны следующие:

· TCP/IP;

· NetBEUI;

· IPX/SPX и NWLink;

·  AppleTalk;

· X.25;

· Xerox Network System (XNSTM);

· APPC;

· Набор протоколов OSI;

· DECnet.

Глава 2

Одноранговые сети.

Одноранговая вычислительная сеть (одноранговая ЛВС, децентрализованная ЛВС, пиринговая сеть; peer-to-peer LAN, peer LAN, P2P) — «безсерверная» организация построения сети, которая допускает включение в нее как компьютеров различной мощности, так и терминалов ввода-вывода. -рабочих станций, каждый из которых имеет уникальное имя - имя компьютера и пароль для входа в компьютер в момент загрузки операционной системы. Имя и пароль входа назначаются владельцем ПК средствами ОС и BIOS. В такой сети могут быть организованы «подсети» - так называемые группы, каждая из которых имеет имя, например «COOLTEA»(приложение 5).

 Термин «одноранговая сеть» означает, что все терминалы сети имеют в ней одинаковые права - нет иерархии среди компьютеров и нет выделенного сервера. Каждый пользователь одноранговой сети может определить состав файлов, которые он предоставляет для общего использования (так называемые public files). Пользователи одноранговой сети могут работать как со всеми своими файлами, так и с файлами, предоставляемыми другими ее пользователями. Подключение отдельных ЭВМ в одноранговую сеть производится преимущественно высокочастотными коаксиальными кабельными линиями связи.

Создание одноранговой сети обеспечивает наряду с взаимообменом данными между включенными в нее ЭВМ совместное использование части дискового пространства (через public files), а также совместную эксплуатацию периферийных устройств (например, принтеров, факсов). Одна из ЭВМ может временно брать на себя функции «сервера», а другие работать в режиме «клиентов». Эти возможности используется в обучающих системах. Поиск в развитой децентрализованной сети выполняется сначала у соседей (neighbours), с которыми соединение производится напрямую, затем — у соседей соседей.. Обычно каждый компьютер функционирует и как клиент и как сервер; иначе говоря, нет отдельного компьютера, ответственного за всю сеть. Пользователи сами решают, какие данные на своем компьютере сделать доступными по сети.

Одноранговые сети, чаще всего, объединяют не более 10 компьютеров (приложение 5). Отсюда их другое название - рабочая группа, т.е. небольшой коллектив пользователей. Они относительно просты. Поскольку каждый компьютер является одновременно и клиентом и сервером нет необходимости устанавливать мощный центральный сервер или другие компоненты обязательные для сложных сетей. Этим обычно и объясняется меньшая стоимость одноранговых сетей по сравнению  со стоимостью сетей на основе серверов.

В одноранговой сети требование к производительности и защищенности сетевого программного обеспечения, как правило, ниже, чем те же требования к программному обеспечению выделенных серверов. Выделенные серверы всегда функционируют только как серверы, но не клиенты или рабочие станции.

 

Программное обеспечение сетевого обмена в одноранговой сети не требует того  же стандарта производительности и безопасности, какой требует сетевое программное обеспечение для системы с выделенным сервером (dedicated server system). На самом деле возможность создания одноранговой сети предусмотрена во многих популярных операционных системах (Windows 98/МЕ, MacOS и UNIX/Linux). Это означает, что построить одноранговую сеть можно без применения какой-либо дополнительной сетевой операционной системы.

Очевидным слабым местом одноранговых сетей является их безопасность. В целом, безопасность (т. е. защита компьютеров и хранящихся в них данных от ущерба или несанкционированного доступа) одноранговой сети обеспечивается установкой пароля на какой-либо совместно используемый ресурс (например, каталог). Все пользователи одноранговой сети сами регулируют уровень своей безопасности, и ресурсы общего применения могут находиться на любом компьютере, поэтому в такой сети очень сложно осуществлять централизованный контроль. Это оказывает огромное влияние на уровень безопасности сети, т. к. некоторые пользователи могут вообще не выполнять никаких правил безопасности. Таким образом, одноранговая сеть лучше всего подходит в следующих случаях:

□ когда число пользователей невелико. Разработчики обычно устанавливают этот предел в десять пользователей, хотя, конечно, их может быть и больше;

□ когда пользователи совместно используют ресурсы (например, файлы и принтеры), но для этого не применяются специальные серверы;

□ вопросы защиты данных не критичны;

□ когда предполагается, что организация (а значит, и компьютерная сеть) будет расти только в ограниченных пределах.

□ пользователи расположены компактно;

□ ограничены финансовые возможности.

Также достоинствами одноранговых ЛВС являются:

- относительная простота их установки и эксплуатации,

- умеренная стоимость,

-возможность развития (например, по числу включенных терминалов),

- независимость выполняемых вычислительных и других процессов для каждой включенной в сеть ЭВМ

В то же время одноранговой сети присущи некоторые недостатки:

* Отсутствие сетевого администрирования;

* Выделение части вычислительной мощи сетевым пользователям для поддержки доступа к своим ресурсам;

* Отсутствие централизованного управления для обеспечения нормальной защиты сети;

* Каждый пользователь в одноранговой сети должен обладать достаточным уровнем знаний, чтобы успешно выполнять обязанности не только пользователя, но и администратора своего компьютера(самостоятельное администрирование).

* Отсутствие централизованного управления, не позволяющее работать в больших сетях;

* Отсутствие центрального хранилища файлов, что затрудняет их архивацию и резервное копирование;

* Возможность потери сетевых данных при перезагрузке рабочей станции

Основной недостаток работы одноранговой сети заключается в значительном увеличении времени решения прикладных задач. Это связано с тем, что каждый компьютер сети отрабатывает все запросы, идущие к нему со стороны других пользователей. Следовательно, в одноранговых сетях каждый компьютер работает значительно интенсивнее, чем в автономном режиме.