Компьютерные сети

Введение

 

Объединение компьютеров  в сеть явилось новым скачком  в области развития компьютерных технологий и одной из вех прогрессивного развития человечества. Компьютерные сети позволяют пользователям выполнять сложные проекты, состоящие из многих отдельных задач и требующих совместного труда многих людей, общаться друг с другом, получать необходимую информацию, проводить международные и региональные научные конференции, осуществлять финансовые операции и коммерческие сделки без личных визитов в банк, получать образование, не выходя из дома и многое другое. Можно выделить ряд достоинств и проблем объединения компьютеров в сеть.

Достоинствами являются :

- возможность оперативного, практически мгновенного, обмена информацией между пользователями, имеющими доступ к компьютерам сети;

- возможность совместного использования дорогостоящей и эффективной аппаратуры, включенной в состав сети (например, лазерных принтеров; устройств для записи на компакт-диски,  dvd-диски; профессиональных сканеров; жесткого диска большой ёмкости);

- возможность совместного использования программного обеспечения и данных, хранящихся в компьютерах сети, что позволяет экономить дисковую память, не дублируя файлы на каждом из компьютеров;

- доступ к уникальной, то есть имеющейся в единичных экземплярах, информации для большого числа людей;

- возможность использования для обработки информации более мощных компьютеров;

- возможность объединения вычислительных мощностей для решения сложных задач.

Однако работа в сети выдвигает и целый ряд проблем:

- сохранность ценной информации общего использования;

- обеспечение надежности работы сетевой аппаратуры;

- ограничение доступа к конфиденциальной информации;

- защита от вирусов;

- разрешение конфликтов, когда несколько пользователей одновременно пытаются использовать одну и ту же аппаратуру, одни и те же программы или данные.

Компьютерная сеть –  это объединение двух или более  вычислительных машин специальными средствами связи, с помощью которых  можно осуществлять обмен информацией  между любыми включенными в сеть компьютерами. В качестве соединения могут вступать: кабель, инфракрасное излучение, радиоволны, телефонные сети, спутниковая связь. Принцип работы сети совершенно не связан с природой передаваемой информацией. Когда данные попадают в сеть, они представляют из себя сигнал.

Технология с помощью которой система объединяются в сеть называются сетевой средой. В зависимости от сетевой среды различают следующие сигнал: кабель - электрические сигналы, световые импульсы, радиоволны.

Компьютерная сеть должна содержать общий компонент, который позволит сетевым системам общаться между собой. Такие компоненты называются протоколами.

Протоколы могут выполнять  различные служебные функции:

- подтверждение приемов - передача получателя ответного сообщения отправителю подтверждающее корректный прием пакета.(пакет- это основная минимальная единица передачи информации);

- сегментация - разбиение данных на достаточно маленькие сегменты для передачи информации;

- управление потоком  - генерация получателем сообщение для отправителя позволяющих регулировать скорость передачи;

- обнаружение ошибок - включение в пакет специальных  кодов позволяющих получателю целостность данных;

- исправление ошибок;

- шифрование данных - скрывание данных;

- сжатие данных;

Как правило большинство современных протоколов является открытыми и разрабатываются независимые организации. В сети применяются множество различных протоколов функционально разделенных на уровни.

Протоколы взаимодействующие  друг с другом на разных уровнях  часто называют стеком протоколок. Одни и те же функции на разных уровнях не выполняются.

Компьютерные сети обычно можно отнести к одной из трех групп, в зависимости от их размера и функций. Локальная сеть (ЛС, Local Area Network, LAN) — это основной класс компьютерных сетей, показана на рисунке 1. Архитектура ЛС может варьироваться между простой (два компьютера, соединенных кабелем) и сложной (сотни компьютеров и периферийных устройств, объединенных в сеть в какой-либо крупной организации).

Рисунок 1- Локальная сеть

Отличительной особенностью ЛС является то, что она существует в ограниченной географической области, такой как здание или отдел компании (как правило, не превышает 5 км в диаметре). ЛВС характеризуется тремя основными атрибутами: топология (схема соединения сетевых систем), сетевая среда и протоколы. Выбрав один из атрибутов, в обязательном порядке придется его использовать для всех компьютеров ЛВС. ЛВС с помощью указанных атрибутов не может связывать системы за пределами своей области действия. В этом случае необходимо объединить несколько ЛВС  с помощью специальных устройств, формируя при этом интерсеть. Как правило, такие ЛВС передают данные на не значительные расстояния. Классификация локальных компьютерных сетей

Локальные компьютерные сети можно классифицировать по следующим признакам:

- по роли персонального компьютера в сети:

1) сети с сервером;

2) одноранговые (равноправные) сети.

- по структуре (топологии) сети:

1) одноузловые («звезда»);

2) кольцевые («кольцо»);

3) магистральные («шина»);

4) комбинированные.

- по способу доступа пользователей к ресурсам и абонентам сети:

1) сети с подключением пользователя по указанным адресам абонентов по принципу коммутации каналов («звезда»);

2) сети с централизованным (программным) управлением подключения пользователей к сети («кольцо» и «шина»);

3) сети со случайной дисциплиной обслуживания пользователей («шина»).

- по виду коммуникационной среды передачи информации:

1) сети с использованием существующих учрежденческих телефонных сетей;

2) сети на специально проложенных кабельных линиях связи;

3) комбинированные сети, совмещающие кабельные линии и радиоканалы.

- по дисциплине обслуживания пользователей (способу доступа пользователей к сети):

1) приоритетные, задающиеся ЦУС, когда пользователи получают доступ к сети в соответствии с присвоенными им приоритетами (постоянными или изменяющимися);

2) неприоритетные, когда все пользователи сети имеют равные правда доступа к сети.

- по размещению данных в компонентах сети:

1) с центральным банком данных;

2) с распределенным банком данных;

3) с комбинированной системой размещения данных.

Если компьютеры, объединенные в сеть, размещаются в нескольких зданиях на большой городской территории, то такая сеть иногда называется региональной или городской сетью, показана на рисунке 2 (Metropolitan Area Network, MAN, обычно располагается в диаметре 5—50 км).

Рисунок 2 – Региональная сеть

 В отличие от  этих классов сетей, глобальная  сеть (Wide Area Network, WAN) не имеет географических  границ и может соединять между  собой компьютеры и периферийные устройства, находящиеся на разных сторонах света.

Рисунок 3 – Глобальная сеть

В большинстве случаев  глобальная сеть состоит из нескольких взаимосвязанных ЛС. Вероятно, Интернет можно считать конечной глобальной сетью. Глобальные компьютерные сети можно классифицировать по следующим признакам:

а) по типу средств коммуникаций:

- наземные многоузловые  сети;

- спутниковые радиосети;

- комбинированные сети;

б) по способу коммутации сообщений:

- коммутация каналов;

- коммутация сообщений;

- коммутация пакетов;

- адаптивная коммутация;

в) по выбору маршрута передачи сообщения:

- фиксированные пути;

- направленный выбор  пути;

- случайные пути.

Тема курсовой работы «Разработать проект телекоммуникационной сети здания». Пример плана здания показан на рисунке 4.

План для проекта  выбирается из таблицы 1(2 столбец). Стрелкой на схеме здания обозначается главный  вход. Помещения соединены коридором  шириной 2 м. Размеры помещений определяются исходя из таблицы 1(4-8 столбцы). Число рабочих станций в комнатах выбирается из таблицы 1(9-14 столбцы). Варианты выбираются в соответствии с порядковым номером студента по журналу учебных занятий.

Основной задачей курсовой работы является выбрать место расположения основных элементов сети: коммутационного  оборудования, серверов(если они необходимы), печатающих устройств и т.д. Область применения ЛВС и необходимое ПО будем выбирать самостоятельно. Разрабатываемую сеть необходимо подключить к глобальной сети («Интернет») произвольным способом, в зависимости от требований ЛВС.

 

     Таблица 1 - Варианты

35

Рисунок 3

3,0

4

6

7

5

4

2

2

3

2

5

2

 

 

 

 

1	2	3
4	5	6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 4 – План здания

 

 

1 Выбор сетевой среды

 

Существуют проводные и беспроводные каналы. Каждый из них характеризуется определенными значениями существенных с точки зрения организации ЛС параметров:

- скорости передачи данных;

- максимальной длины линии;

- помехозащищенности;

- механической прочности;

- удобства и простоты монтажа;

- стоимости.

В настоящее время обычно применяют  четыре типа сетевых кабелей:

- коаксиальный кабель;

- незащищенная витая пара;

- защищенная витая пара;

- волоконно-оптический кабель.

Первые три типа кабелей передают электрический сигнал по медным проводникам. Волоконно-оптические кабели передают свет по стеклянному волокну.

Большинство сетей допускает несколько  вариантов кабельных соединений.

Коаксиальные кабели (представлена на рисунке 5) состоят из двух проводников, окруженных изолирующими слоями.

Первый слой изоляции окружает центральный  медный провод. Этот слой оплетен снаружи внешним экранирующим проводником. Наиболее распространенными коаксиальными кабелями являются толстый и тонкий кабели «Ethernet». Такая конструкция обеспечивает хорошую помехозащищенность и малое затухание сигнала на расстояниях.

1 — внутренний проводник  (медная проволока),

2 — изоляция (сплошной  полиэтилен),

3 — внешний проводник  (оплётка из меди),

4 — оболочка (светостабилизированный  полиэтилен).

Рисунок 5 – Коаксиальная кабель

Различают толстый (около 10 мм в диаметре) и тонкий (около 4 мм) коаксиальные кабели. Обладая преимуществами по помехозащищенности, прочности, длине лигой, толстый коаксиальный кабель дороже и сложнее в монтаже (его сложнее протягивать по кабельным каналам), чем тонкий. До последнего времени тонкий коаксиальный кабель представлял собой разумный компромисс между основными параметрами линий связи ЛВС и в российских условиях наиболее часто используют для организации крупных ЛС предприятий и учреждений. Однако более дорогие толстые кабели обеспечивают лучшую передачу данных на большее расстояние и менее чувствительны к электромагнитным помехам.

Витые пары (представлена на рисунке 6) представляют собой два повода, скрученных вместе шестью оборыши на дюйм для обеспечения защиты от электромагнитных помех и согласования иеданса или электрического сопротивления. Другим наименованием, обычно потребляемым для такого провода, является «IBM тип-3». В США такие кабели прокладываются при постройке зданий для обеспечения телефонной связи.

Рисунок 6 – Витая пара

Однако использование телефонного провода, особенно когда он уже размещен в здании, может создать большие проблемы. Во-первых, незащищенные витые пары чувствительны к электромагнитным помехам, например электрическим шумам, создаваемые люминесцентными светильниками и движущимися лифтами. Помехи могут создавать также сигналы, передаваемые по замкнутому контуру в телефонных линиях, проходящих вдоль кабеля локальной сети. Кроме того, витые пары плохого качества могут иметь переменное число витков на дюйм, что искажает расчетное электрическое сопротивление.