Размещено на http://www.allbest.ru/

Филиал Санкт-Петербургского государственного инженерно-экономического университета в г. Череповце

Контрольная работа по дисциплине "Информатика"

Локальные сети

Череповец 2010.

Содержание

1. Понятие и назначение локальных сетей

2. Классификация локальных сетей

3. Архитектура локальных сетей

4. Принципы работы в локальной сети

1. Понятие и назначение локальных сетей

Современные информационные технологии нуждаются во все более совершенных средствах обработки информации, поэтому потребности в таких средствах постоянно растут. Объединение компьютеров и средств коммуникации оказало существенное влияние на принципы организации компьютерных систем. В настоящее время большинство компьютеров используется не изолированно от других компьютеров, а постоянно или время от времени подключаются к локальным или глобальным компьютерным сетям для получения той или иной информации, посылки получения сообщений и т.д.

Если в одном здании или комплексе близлежащих зданий имеется несколько компьютеров, пользователи которых должны совместно решать какие-то задачи, обмениваться данными или использовать общие данные, то эти компьютеры целесообразно объединить в локальную сеть. Локальная сеть (ЛВС - локальная вычислительная сеть или LAN - Local Area Network) - это группа из нескольких компьютеров, соединенных между собой посредством кабелей (иногда также телефонных линий или радиоканалов), через которые компьютеры могут обмениваться информацией. Традиционное название - ЛВС - скорее дань тем временам, когда сети в основном использовались для решения вычислительных задач; сегодня же в 99% случаев речь идет об обмене информацией в виде текстов, графических и видео-образов, числовых массивов. Полезность локальной сети объясняется тем, что от 60% до 90% необходимой учреждению информации циркулирует внутри него, не нуждаясь в выходе наружу.

Использование локальных сетей позволяет обеспечить:

Коллективную обработку данных пользователями подключенных в сеть компьютеров и обмен данными между ними;

Совместное использование программ, а также принтеров, модемов и других устройств.

Поэтому практически все фирмы, имеющие более одного компьютера, объединяют свои компьютеры в локальные сети. Многие пользователи портативных компьютеров подключаются к локальной сети фирмы, когда приходят в офис, либо соединяясь с компьютером фирмы по телефонным каналам посредством модема.

Локальная сеть выполняет следующие функции:

совместное использование данных;

обмен данными, например, электронная почта - отправка сообщений в сети указанным адресатам. Электронная почта изначально появилась в локальных сетях; с развитием глобальных сетей глобальная электронная почта заняла лидирующее положение;

совместное использование программ;

совместное использование модемов, принтеров и других устройств.

Для организации локальной сети необходимо специальное оборудование и программное обеспечение. Требуется следующее оборудование:

сетевой контроллер или сетевая карта, которая вставляется в системную плату компьютера и позволяет получать и передавать данные в локальную сеть;

кабели с сетевыми разъемами для подключения к сетевым картам;

хабы, или концентраторы, к которым подключаются непосредственно все компьютеры.

2. Классификация локальных сетей

Локальные вычислительные сети подразделяются на два кардинально различающихся класса:

одноранговые (одноуровневые или Peer to Peer), как правило, объединяют не более 10 компьютеров, отсюда их другое название - рабочие группы. Представляют собой сеть равноправных компьютеров, каждый из которых имеет уникальное имя (имя компьютера) и обычно пароль для входа в него во время загрузки операционной системы. Имя и пароль входа назначаются владельцем ПК средствами операционной системы. Каждый компьютер функционирует и как клиент, и как сервер. Пользователи сами решают, какие ресурсы на своем ПК сделать доступными в сети. Одноранговые сети могут быть организованы с помощью таких операционных систем, как LANtastic, Windows'3.11, Novell Net Ware Lite. Указанные программы работают как с DOS, так и с Windows. Одноранговые сети относительно просты, дешевле сетей на основе сервера, но требуют более мощных компьютеров.

иерархические (многоуровневые на основе сервера) имеют один или несколько специальных компьютеров - серверов, на которых хранится информация, совместно используемая различными пользователями. Сервер в иерархических сетях - это постоянное хранилище разделяемых ресурсов, сам же сервер может быть клиентом только сервера более высокого уровня иерархии, поэтому иерархические сети иногда называются сетями с выделенным сервером (называется такой компьютер, который функционирует только как сервер и не используется в качестве клиента или рабочей станции). Компьютеры, с которых осуществляется доступ к информации на сервере, называются станциями или клиентами. Выделенный сервер специально оптимизирован для быстрой обработки запросов от сетевых клиентов и обеспечивает защиту файлов и каталогов. Сети на основе сервера способны поддерживать тысячи пользователей. Серверы обычно представляют собой высокопроизводительные компьютеры, возможно, с несколькими параллельно работающими процессорами, с винчестерами большой емкости, с высокоскоростной сетевой картой (100 Мбит/с и более).

Между этими двумя классами сетей существуют принципиальные различия, которые определяют их разные возможности. Выбор типа сети зависит от многих факторов: размера предприятия и вида его деятельности, необходимого уровня безопасности, доступности административной поддержки, объема сетевого трафика, потребностей сетевых пользователей, финансовых возможностей.

Локальные сети ЭВМ можно классифицировать по следующим признакам:

· по назначению:

сети терминального обслуживания, включают ЭВМ и периферийное оборудование, используемое в монопольном режиме компьютером, к которому оно подключается; или может быть общесетевым ресурсом.

сети, на базе которых построены системы управления производством и учрежденческой деятельности. Они объединяются группой стандартов МАР/ТОР. В МАР описываются стандарты, используемые в промышленности. В ТОР - стандарты для сетей, применяемых в офисных сетях.

сети, которые объединяют системы автоматизации, проектирования. Рабочие станции таких сетей обычно базируются на достаточно мощных персональных ЭВМ, например фирмы Sun Microsystems.

сети, на базе которых построены распределенные вычислительные системы.

· по признаку скорости:

на низкоскоростные (до 10 Мбит/с);

среднескоростные (до 100 Мбит/с);

высокоскоростные (свыше 100 Мбит/с).

· по типу метода доступа:

на случайные;

пропорциональные;

гибридные.

· по типу физической среды передачи:

на витую пару;

коаксиальный или оптоволоконный кабель;

инфракрасный канал;

радиоканал

Объединение компьютеров в единую сеть предоставляет пользователям сети новые возможности, несравнимые с возможностями отдельных компьютеров. Сеть - это не сложение, а умножение возможностей отдельных компьютеров. Локальная сеть позволяет организовать передачу файлов из одного компьютера в другой или другие, совместно использовать вычислительные и аппаратные ресурсы, совмещать распределенную обработку данных на нескольких компьютерах с централизованным хранением информации и многое другое. С помощью локальной сети ЭВМ осуществляется коллективное использование технических ресурсов, что благотворно воздействует на психологию и поведение пользователя не только в сети, но и в реальной жизни.

3. Архитектура локальных сетей

Локальная сеть отличается от других сетей тремя характеристиками: размерами, технологией передачи данных, топологией.

Локальная сеть может объединять до нескольких сотен компьютеров, стационарно соединенных кабелями, которые подсоединяются к компьютеру через сетевую карту или сетевой адаптер. Способ соединения компьютеров называется структурой или топологией сети, т.е. физического расположения компьютеров, кабелей и других компонентов. Соединение компьютеров кабелями организуется различными способами, существует несколько основных типов топологий сети:

Шина (bus) - компьютеры подключены вдоль одного кабеля (сегмента). Этот тип структуры простой и экономичный, так как для него не требуется дополнительное устройство и расходуется меньше кабеля. Но он очень чувствителен к неисправностям кабельной системы, если кабель поврежден хотя бы в одном месте, то возникают проблемы для всей сети, а место неисправности трудно обнаружить.

Звезда (star) - компьютеры подключены к сегментам кабеля, исходящим из одной точки, или концентратора (hub), от которого идут "лучи" к каждому компьютеру, т.е. каждый компьютер подключен к своему кабелю. В этом смысле "звезда" более устойчива. Поврежденный кабель - проблема для одного конкретного компьютера, на работе сети, в целом, это не сказывается. Не требуется усилий по локализации неисправности.

Кольцо (ring) - компьютеры подключены к кабелю, замкнутому в кольцо. В данном типе 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.

Кроме того, возможны конфигурации без отчетливого характера связей; пределом является полно связная конфигурация, когда каждый компьютер в сети непосредственно связан с любым другим компьютером.

В настоящее время часто используются комбинированные топологии. Все рассмотренные типы структур - иерархические. Однако, благодаря использованию мостов, специальных устройств, объединяющих локальные сети с разной структурой, из вышеперечисленных типов могут быть построены сети со сложной иерархической структурой. Весьма важный момент - учет факторов, влияющих на выбор физической среды передачи (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.

При выборе подходящей топологии необходимо учитывать следующее:

Чаще всего локальные сети построены на технологиях Ethernet или Wi-Fi. локальный сеть информация

Основная технология локальных сетей 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 к 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): источник и приемник "говорят 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 и на оптоволокне (одна пара на передачу, одна пара на прием).

Ethernet различается по скоростям и методам кодирования для различной физической среды, по типу пакетов (Ethernet II, 802.3, RAW, 802.2 (IXC), SNAP), а также по скоростям: 10 Мбит/с, 100 Мбит/с, 1000 Мбит/с (ГБ).

Следует отметить, что ранее использовались протоколы Frame Relay, Token ring, которые на сегодняшний день встречаются всё реже, их можно увидеть лишь в специализированных лабораториях, учебных заведениях и службах. Для построения простой локальной сети используются маршрутизаторы, коммутаторы, точки беспроводного доступа, беспроводные маршрутизаторы, модемы и сетевые адаптеры. Реже используются преобразователи (конвертеры) среды, усилители сигнала (повторители разного рода) и специальные антенны. Маршрутизация в локальных сетях используется примитивная, если она вообще необходима. Чаще всего это статическая либо динамическая маршрутизация (основанная на протоколе RIP). Иногда в локальной сети организуются рабочие группы - формальное объединение нескольких компьютеров в группу с единым названием. Локальные сети ЭВМ, охватывающие некое предприятие или фирму и объединяющие разнородные вычислительные ресурсы в единой среде, называют корпоративными (от английского corporate - корпоративный, общий). Примеры: банковская сеть, сеть учебного заведения.

Важнейшей характеристикой локальных сетей является скорость передачи данных, поэтому компьютеры соединяются с помощью высокоскоростных адаптеров со скоростью передачи данных не менее 10 Мбит/с. В локальных сетях применяются высокоскоростные цифровые линии связи. Кроме того, локальные сети должны легко адаптироваться, обладать гибкостью: пользователи должны иметь возможность располагать компьютеры, подключенные к сети там, где понадобится, добавлять или перемещать компьютеры или другие устройства, а также по необходимости отключать их без прерываний в работе сети.

В зависимости от направления возможной передачи данных способы передачи по линии связи делятся на следующие типы:

Симплексный - передача осуществляется по линии связи только в одном направлении;

Полудуплексный - передача ведется в обоих направлениях, но попеременно во времени;

Дуплексный - передача ведется одновременно в двух направлениях. Этот режим наиболее универсальный и производительный способ работы канала.

4. Принцип работы в локальной сети

Компьютер, подключенный к сети, называется рабочей станцией (Workstation); компьютер, предоставляющий свои ресурсы - сервером; компьютер, имеющий доступ к совместно используемым ресурсам - клиентом. Несколько компьютеров, расположенных в одном помещении или функционально выполняющих однотипную работу: бухгалтерский или плановый учет, регистрацию поступающей продукции и т.п., подключают друг к другу и объединяют в рабочую группу с тем, чтобы они могли совместно использовать различные ресурсы: программы, документы, принтеры, факс и т.п. Рабочая группа организуется так, чтобы входящие в нее компьютеры содержали все ресурсы, необходимые для нормальной работы. Как правило, в рабочую группу, объединяющую более 10 - 15 компьютеров, включают выделенный сервер - достаточно мощный компьютер, на котором располагаются все совместно используемые каталоги и специальное программное обеспечение для управления доступом ко всей сети или ее части. Группы серверов объединяют в домены. Пользователь домена может зарегистрироваться в сети на любой рабочей станции в этом домене и получить доступ ко всем его ресурсам. Обычно в серверных сетях все совместно используемые принтеры подключены к серверам печати. Однако увеличение количества компьютеров в сети и рост объема пересылаемых данных приводит к тому, что пропускная способность сети становится узким местом.

Администратор сети может задавать общий дизайн настольной системы, определять, какие операции будут доступны для пользователей сети, и контролировать конфигурацию настольной системы. В последние годы происходит усложнение структуры локальных сетей за счет создания гетерогенных сетей, объединяющих разные компьютерные платформы. Возможность проведения видеоконференций и использования мультимедиа увеличивают требования к программному обеспечению сетей. Современные серверы могут хранить большие двоичные объекты (BLOB), содержащие текстовые, графические, аудио и видеофайлы. В частности, если вам надо получить по сети базу данных отдела кадров, то технология BLOB позволит передать не только анкетные данные: фамилию, имя, отчество, год рождения, но и портреты в цифровой форме.

Новая операционная система позволяет:

совместно использовать жесткие диски, принтеры, факс-платы, организовывать одноранговые локальные вычислительные сети;

использовать удаленный доступ и превратить офисный компьютер в вызываемый сервер;

поддерживать 16-разрядные сетевые драйвера DOS.

Различают две технологии использования сервера:

технологию файл-сервера

архитектуру клиент-сервер.

В первой модели используется файловый сервер, на котором хранится большинство программ и данных. По требованию пользователя ему пересылаются необходимая программа и данные. Обработка информации выполняется на рабочей станции. В системах с архитектурой клиент-сервер обмен данными осуществляется между приложением-клиентом (front-end) и приложением-сервером (back-end). Хранение данных и их обработка производится на мощном сервере, который выполняет также контроль над доступом к ресурсам и данным. Рабочая станция получает только результаты запроса. Разработчики приложений по обработке информации обычно используют эту технологию. Использование больших по объему и сложных приложений привело к развитию многоуровневой, в первую очередь трехуровневой архитектуры с размещением данных на отдельном сервере базы данных. Все обращения к базе данных идут через сервер приложений, где они объединяются.

Процесс передачи данных по сети определяют шесть компонент:

* компьютер-источник;

* блок протокола;

* передатчик;

* физическая кабельная сеть;

* приемник;

* компьютер-адресат.

Компьютер-источник может быть рабочей станцией, файл-сервером, шлюзом или любым компьютером, подключенным к сети. Блок протокола состоит из набора микросхем и программного драйвера для платы сетевого интерфейса. Блок протокола отвечает за логику передачи по сети. Передатчик посылает электрический сигнал через физическую топологическую схему. Приемник распознает и принимает сигнал, передающийся по сети, и направляет его для преобразования в блок протокола.

Как показано на рис. 4.1, цикл передачи данных начинается с компьютера-источника, передающего исходные данные в блок протокола. Блок протокола организует данные в пакет передачи, содержащий соответствующий запрос к обслуживающим устройствам, информацию по обработке запроса (включая, если необходимо, адрес получателя) и исходные данные для передачи. Пакет направляется в передатчик для преобразования в сетевой сигнал и распространяется по сетевому кабелю пока не попадет в приемник, где происходит перекодировка в данные. Здесь управление переходит к блоку протокола, который проверяет данные на сбойность, передает "квитанцию" о приеме пакета источнику, переформировывает пакеты и передает их в компьютер-адресат.

Рис. 4.1. Схема переноса информации в сети

В ходе процесса передачи блок протокола управляет логикой передачи по сети через схему доступа.

Каждая сетевая операционная система использует определенную стратегию доступа от одного компьютера к другому. Широко используются маркерные методы доступа (называемые также селективной передачей), когда компьютер-абонент получает от центрального компьютера сети, так называемый, маркер - сигнал на право ведения передачи в течение определенного времени, после чего маркер передается другому абоненту. При конкурентном методе доступа абонент начинает передачу данных, если обнаруживает свободную линию, или откладывает передачу на некоторый промежуток времени, если линия занята другим абонентом. При другом способе - резервировании времени - у каждого абонента есть определенный промежуток, в течение которого линия принадлежит только ему.

Наиболее часто применяются две основные схемы:

* конкурентная (Ethernet);

* с маркерным доступом (Token Ring, Arcnet).

Ведутся дебаты о том, какая схема более эффективна - конкурентная или с маркерным доступом. Сети с маркерным доступом обычно более медленные, но обладают более предсказуемыми свойствами, чем конкурентные. По мере роста числа пользователей у сетей с маркерным доступом параметры ухудшаются медленнее, чем у конкурентных сетей. Эффективность сети зависят от величины потока сообщений, который необязательно связан с числом активных рабочих станций. При конкурентной схеме, когда много рабочих станций пытаются одновременно переслать данные, возникают наложения. Таким образом, если большая часть обработки данных в сети выполняется локально (например, если рабочие станции заняты, главным образом, локальной подготовкой текстов), эффективность сети будет высокой, даже если к сети подключено много пользователей.

Сеть Ethernet использует для управления передачей данных по сети конкурентную схему. Элементы сети Ethernet могут быть соединены по шинной или звездной топологии с использованием витых пар, коаксиальных или волоконно-оптических кабелей.

Основным преимуществом сетей Ethernet является их быстродействие. Обладая скоростью передачи от 10 до 100 Мбит/с, Ethernet является одной из самых быстрых среди существующих локальных сетей. Однако такое быстродействие, в свою очередь, вызывает определенные проблемы: из-за того, что предельные возможности тонкого медного кабеля лишь незначительно превышают указанную скорость передачи в 10 Мбит/с, даже небольшие электромагнитные помехи могут значительно ухудшить производительность сети.

При схеме с маркерным доступом эффективность непосредственно определяется числом активных рабочих станций, а не полным потоком сообщений, передаваемых по сети. Каждый дополнительный пользователь добавляет еще один адрес, по которому будет передан маркер независимо от того, нуждается или нет рабочая станция в пересылке сообщения.

Сеть Token Ring физически выполнена по схеме "звезда", но ведет себя как кольцевая. Другими словами, пакеты данных передаются с одной рабочей станции на другую последовательно (как в кольцевой сети), но постоянно проходят через центральный компьютер (как в. сетях типа "звезда"). Сети Token Ring могут осуществлять передачу как по незащищенным и защищенным витым проводным парам, так и по волоконно-оптическим кабелям. Сети Token Ring существуют в двух версиях, со скоростью передачи в 4 или 16 Мбит/с. Однако, хотя отдельные сети работают на скоростях либо 4, либо 16 Мбит/с, возможно соединение через мосты сетей с разными скоростями передачи. Сети Token Ring надежны, обладают высокой скоростью (особенно версия со скоростью передачи 16 Мбит/с) и просты для установки. Однако по сравнению с другими сетями (например, ARCnet) Token Ring дороже.

Правила организации передачи данных в сети называют протоколом. Определенный протокол поддерживается как аппаратно (адаптерами сети), так и программно (сетевой операционной системой).

Появление сетевых технологий гораздо облегчает, ускоряет работу персонала, позволяет использовать единые базы данных, а также регулярно и оперативно их пополнять и обрабатывать, все это весьма важно и существенно для работы в милиции, где базы данных содержат огромные объемы информации. Как уже говорилось выше, компьютерные сети связывают компьютеры, каждый из которых может работать и автономно, это позволяет работать на персональном компьютере как индивидуально, так и в сети, имея доступ к общим базам данных и информации. Для создания простейшей офисной сети можно использовать широко распространенную операционную систему Windows, разработанную компанией Microsoft, которая рассчитана в первую очередь на работу в одноранговых сетях, для поддержки работы компьютера в качестве клиента других сетей.

Сегодня вычислительные сети продолжают развиваться, причем достаточно быстро. Разрыв между локальными и глобальными сетями постоянно сокращается во многом из-за появления высокоскоростных территориальных каналов связи, не уступающих по качеству кабельным системам локальных сетей. В глобальных сетях появляются службы доступа к ресурсам, такие же удобные и прозрачные, как и службы локальных сетей. Подобные примеры в большом количестве демонстрирует самая популярная глобальная сеть - Internet.

Изменяются и локальные сети. Вместо соединяющего компьютеры пассивного кабеля в них в большом количестве появилось разнообразное коммуникационное оборудование - коммутаторы, маршрутизаторы, шлюзы. Благодаря такому оборудованию появилась возможность построения больших корпоративных сетей, насчитывающих тысячи компьютеров и имеющих сложную структуру. Возродился интерес к крупным компьютерам - в основном из-за того, что после спада эйфории по поводу легкости работы с персональными компьютерами выяснилось, что системы, состоящие из сотен серверов, обслуживать сложнее, чем несколько больших компьютеров. Поэтому на новом витке эволюционной спирали мэйнфреймы стали возвращаться в корпоративные вычислительные системы, но уже как полноправные сетевые узлы, поддерживающие Ethernet или Token Ring, а также стек протоколов TCP/IP, ставший благодаря Internet сетевым стандартом де-факто.

Проявилась еще одна очень важная тенденция, затрагивающая в равной степени как локальные, так и глобальные сети. В них стала обрабатываться несвойственная ранее вычислительным сетям информация - голос, видеоизображения, рисунки. Это потребовало внесения изменений в работу протоколов, сетевых операционных систем и коммуникационного оборудования. Сложность передачи такой мультимедийной информации по сети связана с ее чувствительностью к задержкам при передаче пакетов данных - задержки обычно приводят к искажению такой информации в конечных узлах сети. Так как традиционные службы вычислительных сетей - такие как передача файлов или электронная почта - создают малочувствительный к задержкам трафик и все элементы сетей разрабатывались в расчете на него, то появление трафика реального времени привело к большим проблемам. Сегодня эти проблемы решаются с помощью технологии АТМ, специально рассчитанной на передачу различных типов трафика. Однако, несмотря на значительные усилия, предпринимаемые в этом направлении, до приемлемого решения проблемы пока далеко, и в этой области предстоит еще много сделать, чтобы достичь заветной цели - слияния технологий не только локальных и глобальных сетей, но и технологий любых информационных сетей - вычислительных, телефонных, телевизионных и т. п.

Размещено на Allbest.ru