Принципы построения компьютерных сетей

 

 

 

 

Грузинский  Технический Университет

Факультет энергетики и телекоммуникации

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Принципы построения компьютерных сетей

(конспект лекций, департамент - телекоммуникация,

4-й курс, 8-й семестр)

 

Анзор Буркадзе Татьяна Буркадзе

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г. Тбилиси

 

2009

 

 

 

 

Содержание

 

Стр.

Предисловие--------------------------------------------------------------------------------------------- 4

Глава 1. Общие сведения о компьютерных сетях 6

1.1. Концепция компьютерной сети----------------------------------------------------- 6

1.2. Сети одноранговые и на основе сервера------------------------------------------- 6

1.3. Компоновка сети------------------------------------------------------------------------- 8

Глава 2. Соединение сетевых компонентов 14

2.1. Введение---------------------------------------------------------------------------------- 14

2.2. Кабельная среда компоновки сети-------------------------------------------------- 14

2.2.1. Коаксиальный кабель ---------------------------------------------------------- 14

2.2.2. Витая пара ----------------------------------------------------------------------- 17

2.2.3. Оптоволоконный кабель ------------------------------------------------------ 20

2.3. Беспроводные сети---------------------------------------------------------------------- 20

2.4. Сетевые адаптеры----------------------------------------------------------------------- 23

2.5. Сетевые адаптеры и производительность сети------------------------------------ 28

2.6. Специализированные платы сетевого адаптера и ПЗУ удалённой загрузки 29

Глава 3. Функционирование сети 31

3.1. Сетевые модели--------------------------------------------------------------------------- 31

3.2. Уровни модели OSI---------------------------------------------------------------------- 33

3.3. Драйверы----------------------------------------------------------------------------------- 37

3.4. Передача данных по сети--------------------------------------------------------------- 39

3.5. Протоколы--------------------------------------------------------------------------------- 41

Глава 4. Сетевые архитектуры 45

4.1. Введение----------------------------------------------------------------------------------- 45

4.2. Ethernet------------------------------------------------------------------------------------- 45

4.3. Token Ring--------------------------------------------------------------------------------- 50

4.4. FDDI----------------------------------------------------------------------------------------- 54

Глава 5. Глобальные или большие сети 61

5.1. Введение------------------------------------------------------------------------------------ 61

5.2. Обобщенная структура и функции глобальной сети------------------------------ 61

5.3. Компоненты глобальных сетей-------------------------------------------------------- 64

5.3.1. Модем (modem) ------------------------------------------------------------------- 64

5.3.2. Повторители (repeaters) --------------------------------------------------------- 66

5.3.3. Мосты (bridges) ------------------------------------------------------------------- 68

5.3.4. Маршрутизаторы (routers) ------------------------------------------------------ 70

5.3.5. Шлюзы (gateways) ---------------------------------------------------------------- 72

Глава 6. Современные технологии глобальных сетей 74

6.1. Введение------------------------------------------------------------------------------------ 74

6.2. Технология Х.25--------------------------------------------------------------------------- 75

6.3. Технология Frame Relay----------------------------------------------------------------- 78

6.4. Технология ATM-------------------------------------------------------------------------- 80

6.4.1. Основные принципы функционирования АТМ ---------------------------- 80 6.4.2. Архитектура АТМ ---------------------------------------------------------------- 83

6.5. Технология ISDN-------------------------------------------------------------------------- 87

6.5.1. Принципы функционирования ISDN ----------------------------------------- 87

6.5.2. Подключение пользовательского оборудования к сети ISDN ---------- 91

6.6. Технология SONET/SDH----------------------------------------------------------------- 93

6.6.1. Принципы функционирования SONET/SDH -------------------------------- 93

6.6.2. Применение цифровых первичных сетей ------------------------------------ 98

Литература 101

 

 

 

Предисловие

 

По-английски - computer, по-русски - компьютер, а по-грузински rjvgbenthb - это слово означает вычислитель, счетчик и основу берет от латинского языка. Во второй половине 20 -го века это слово как метеор ворвался в жизнь человечества из англоязычного ареала и сегодня "охватывает" весь земной шар.

Персональный компьютер – прекрасный инструмент для создания документов, подготовки таблиц, графических данных и других видов информации. Созданные с помощью определенного компьютера материалы, естественно, требуется передать другим для, допустим, редактирования, или просто для использования.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. П.1. Автономная среда

Пока компьютер работал в автономной среде, приходилось распечатывать каждый документ, или копировать на дискету и так передавать другим пользователям.

Такой способ обмена результатами работы на компьютере, по крайней мере, задерживал использование этих результатов, и часто понижал их значение.

В этой ситуации появилась необходимость соединить компьютеры между собой. Группа соединенных, взаимодействующих компьютеров и других устройств образует компьютерную сеть (network).

 

Рис. П.2. Простая сеть

Все сети основываются на этом простом принципе. Этот на вид простой принцип стал значительным достижением в области коммуникации и начал играть выдающуюся роль как в области науки и техники, так и в личной жизни индивидуального субъекта и общества в целом.

 

 

 

 

 

Компьютерные сети - быстро развивающаяся современная технология передачи, хранения и обработки информации. В этом контексте под информацией подразумевается знание всего обо всем: современные компьютеры и компьютерные сети действительно "знают" всё обо всём и пытливому заинтересованному человеку могут сообщать об этом, как только он этого захочет, где бы он не находился, лишь при одном условии: рядом должен находиться включенный в сеть компьютер.

Компьютеры и компьютерная сеть это динамическая область науки и техники, в которой все совершенствуется с такой быстротой, что то, что было сегодня новым, свежим, завтра может оказаться старым, утратившим свое значение.

Сетевые специалисты предполагают, что 50% знаний за 5 лет полностью устаревает. Проценты – сроки конечно условные, однако факт остается фактом: набор базовых технологий, представления о перспективности той или иной технологии, подходы и методы решения ключевых задач и даже понятие о том, какие задачи при создании сетей являются ключевыми – все это изменяется быстро и неожиданно.

Несмотря на это, нельзя абсолютизировать изменчивость сетевых технологий. Если часть знаний подвержена быстрой изменчивости, то другая часть все-таки является фундаментальной: многие идеи и подходы, составляющие становой хребет сетевых и компьютерных технологий, просто переходят из технологии в технологию, несколько трансформируясь и приспосабливаясь к требованиям времени.

Поэтому твердо надо запомнить, что знание основополагающих сетевых концепций позволяют легко разобраться в новых технологиях и соответственно оставаться современным специалистом грядущего будущего.

 

 

 

 

Глава 1

Общие сведения о компьютерных сетях

1. Концепция компьютерной сети

Общность взаимодействующих компьютеров представляет собой компьютерную сеть. Концепция взаимодействующих компьютеров предусматривает совместное пользование входящими в сеть компьютерами: данными, сообщениями, принтерами, факсимильными аппаратами, модемами и другими устройствами, т.е. всеми ресурсами сети.

Компьютерная сеть может охватывать этаж здания, само здание, может располагаться в пределах организации или фирмы. Количество компьютеров в такой сети может быть десятками, иметь несколько принтеров и других общих устройств. Такие сети получили название локальных вычислительных сетей (ЛВС-LAN).

Наряду с локальными сетями, существуют сети крупных фирм и общегосударственных ведомств, офисы которых расположены в разных местах, на большом удалении друг от друга, как на территории одного государства, так и на всем земном шаре.

В состав сети могут входить большое количество разнообразной вычислительной техники от персональных компьютеров до гигантских мейнфреймов. Такие масштабные сети получили название глобальных вычислительных сетей (ГВС-WAN).

В настоящее время в сетевой среде хранятся и обрабатываются огромные объемы жизненно важных для всего общества разнообразных данных. По этой причине сети стали составной частью современной жизни.

2. Сети одноранговые и на основе сервера

(peer-to-peer and server based)

Компьютерные сети бывают одноранговые и на основе сервера. В одноранговой сети все компьютеры равноправны. В сети на основе сервера (server) основные сервисные функции: управление сетью, сбор, обработка, хранение и предоставление информации пользователям (абонентам) компьютерной сети выполняется специальным компьютером – сервером.

клиенты

 

 

 

принтеры

 

 

 

сервер

 

 

 

 

Рис. 1.1. Элементы и типы сетей

 

 

 

 

 

Компьютеры, через которые осуществляется доступ к сетевым ресурсам, предоставляемыми серверами, называются клиентами (clients) (применяют также название рабочие машины).

В одноранговой сети нет выделенного компьютера, каждый из них является как клиентом, так и сервером. Они чаще всего объединяют не более 10 компьютеров. Одноранговые сети относительно просты и соответственно имеют меньшую стоимость.

Одноранговая сеть подходит там, где

• количество пользователей не превышает 10 человек;
• пользователи расположены компактно;
• вопросы защиты данных не критичны;
• не ожидается расширение сети.

Если к одноранговой сети подключить более 10 пользователей, она может не справиться с объемом возложенных на нее задач. Поэтому большинство сетей имеет другую конфигурацию – работают на основе выделенного компьютера – сервера. Он оптимизирован для быстрой обработки запросов от сетевых клиентов и для защиты файлов и каталогов. Сети на основе сервера стали промышленным стандартом.

При увеличении размеров сети и объема сетевого трафика устанавливаются несколько серверов и одновременно распределяются задачи между ними. Таким образом, появляются специализированные серверы, так как круг задач, который должны они решать, многообразен и сложен.

Существуют разнообразные специализированные серверы, например:

• Серверы файлов и печати. Они управляют доступом  пользователей к  файлам и принтерам.

Материал необходимый конкретному пользователю, хранящийся на сервере файлов, загружается в память клиента и за тем абонент работает с этим документом на своем компьютере. Этим же сервером обеспечивается управление принтером.

• Почтовые серверы. Они управляют передачей сообщений электронной почты между пользователями сети.

• Серверы факсов. Они управляют потоком входящих и исходящих факсимильных сообщений через факс-модемы.

• Серверы служб каталога. Они содержат данные о серверах, позволяя пользователям находить, сохранять и защищать информацию.

 

 

 

 

 

 

Рис. 1.2. Сеть специализированными серверами

 

Нормальное       функционирование     сложной сети с многочисленными компьютерами клиентами и серверами обеспечивается операционной системой сети. Сервер и сетевая операционная система работают как единое целое. Именно операционная система позволяет реализовать на практике весь потенциал аппаратных ресурсов.

 

Администрирование (administration) сети

Для решения ряда задач, поставленных перед сетью, необходимо наличие сетевого администрирования. Сетевой администратор решает следующие вопросы:

• управления правами доступа и привилегии пользователей;
• организации защиты данных;
• обеспечения доступа к ресурсам;
• сопровождения приложений и данных;
• установки и модернизации программного обеспечения.

Защита данных - это значит установить пароль на использование сетевым ресурсом. В одноранговой сети этим вопросом занимается сам пользователь, так как нет системного администратора. Такая ситуация может стать причиной потери информации по причине не установления защиты со стороны некоторых пользователей. Если конфиденциальность обрабатываемой в сети информации имеет принципиальное значение, предпочтение должно отдаться сети на основе сервера. В такой сети защита информации организуется системным администратором безопасности (security policy), который без особого затруднения формирует единую политику и применяет ее в отношении каждого сетевого пользователя.