Локальные сети передачи данных

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В настоящее время компьютерные сети составляют основу всей информационной структуры многих учреждений и предприятий. Появление компьютерных сетей стало началом новой эры в обработке информации. С момента своего появления сети продолжают играть все возрастающую роль во многих областях.

Сейчас достаточно трудно представить себе организацию, занимающуюся любым видом деятельности, без локальной сети.

Существует много приложений, требующих дистанционного обновления баз данных, которое может сочетаться с доступом к данным. Система резервирования авиабилетов, аппаратуры автоматического подсчета голосов, системы управления инвентаризацией и т. д. являются такими примерами. В приложениях подобного типа имеются множество географически распределенных пунктов, в которых требуются входные данные.

Еще одним широко известным приложением является электронная почта, для людей пользующихся сетью. Такую почту можно читать, заносить в файл, направлять другим пользователям, дополняя, быть может, комментариями, или читать, находясь в различных пунктах сети. Очевидно, что такая служба имеет много преимуществ по сравнению с традиционной почтой с точки зрения скорости доставки и гибкости.

В промышленности средств связи уделяется большое внимание системам передачи данных на большие расстояния. Индустрия глобальных сетей развивается и занимает прочные позиции. Локальные сети являются относительно новой областью средств передачи данных.

Целью данной курсовой работы является закрепление знаний по основным положениям курса, приобретение практических навыков по проектированию сетей по заданным характеристикам.

1. Теоретические основы организации локальных сетей. Общие сведения о сетях

Локальная сеть -- компьютерная сеть, покрывающая обычно относительно небольшую территорию или небольшую группу зданий (дом, офис, фирму, институт). Управляет сетью или её сегментом сетевой администратор. В случае сложных сетей их права и обязанности строго распределены, ведётся документация и журналирование действий команды администраторов.

Сетевой администратор -- человек, ответственный за работу локальной сети или её части. В его обязанности входит обеспечение и контроль физической связи, настройка активного оборудования, настройка общего доступа и предопределённого круга программ, обеспечивающих стабильную работу сети.

Локальные сети составляют один из быстроразвивающихся секторов промышленности средств связи, локальные сети часто называют сетью для автоматизированного учреждения. Локальные сети описывается обычно следующими характеристиками:

- каналы обычно принадлежат организации пользователя;

- каналы являются высокоскоростными (1-400 Мбитс).

- устройства обычно располагаются неподалёку друг от друга, в пределах здания или территории предприятия;

- каналы имеют более высокое качество по сравнению с каналами глобальных сетей;

- расстояние между рабочими станциями, подключаемыми к локальной сети, обычно составляет от нескольких сотен до нескольких тысяч футов;

- локальные сети передаёт данные между станциями пользователей ЭВМ (некоторые локальные сети передают речевую и видеоинформацию);

- пропускная способность локальных сетей, как правило, больше, чем у глобальной сети;

- канал локальной сети обычно находится в монопольной собственности организации, использующей сеть. Телефонные компании обычно непричастны к владению или управлению каналами. Однако телефонные каналы предлагают пользователю локальных сетей широкий диапазон услуг;

- интенсивность ошибок в локальных сетях значительно ниже по сравнению с глобальными сетями на базе телефонных каналов.

Однако сети имеют и довольно существенные недостатки, о которых всегда следует помнить:

- сеть требует дополнительных, иногда значительных материальных затрат на покупку сетевого оборудования, программного обеспечения, на прокладку соединительных кабелей и обучение персонала.

- сеть требует приёма на работу специалиста (администратора сети), который будет заниматься контролем работы сети, ее модернизацией, управлением доступом к ресурсам, устранением возможных неисправностей, защитой информации и резервным копированием. Для больших сетей может понадобиться целая бригада администраторов.

- сеть ограничивает возможности перемещения компьютеров, подключённых к ней, так как при этом может понадобиться перекладка соединительных кабелей.

- сети представляют собой прекрасную среду для распространения компьютерных вирусов, поэтому вопросам защиты от них придётся уделять гораздо больше внимания, чем в случае автономного использования компьютеров. Ведь достаточно инфицировать один и все компьютеры сети будут поражены.

- сеть резко повышает опасность несанкционированного доступа к информации с целью ею кражи или уничтожения. Информационная защита требует проведения целого комплекса технических и организационных мероприятий.

Компьютеры могут соединяться между собой, используя различные среды доступа: медные проводники (витая пара), оптические проводники (оптические кабели) и через радиоканал (беспроводные технологии). Проводные, оптические связи устанавливаются через Ethernet, беспроводные -- через Wi-Fi, Bluetooth, GPRS и прочие средства. Отдельная локальная вычислительная сеть может иметь связь с другими локальными сетями через шлюзы, а также быть частью глобальной вычислительной сети (например, Интернет) или иметь подключение к ней.

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

О топологиях локальных сетях.

Под топологией компьютерной сети обычно понимается физическое расположение компьютеров сети друг относительно друга и способ соединения их линиями связи. Важно отметить, что понятие топологии относится, прежде всего, к локальным сетям, в которых структуру связей можно легко проследить. В глобальных сетях структура связей обычно скрыта от пользователей и не слишком важна, так как каждый сеанс связи может производиться по собственному пути.

Топология определяет требования к оборудованию, тип используемого кабеля, допустимые и наиболее удобные методы управления обменом, надёжность работы, возможности расширения сети. И хотя выбирать топологию пользователю сети приходится нечасто, знать об особенностях основных топологий, их достоинствах и недостатках надо.

Существует три, базовые топологии сети это «шина» «звезда» и «кольцо». На практике нередко используют и другие топологии локальных сетей, однако большинство сетей ориентировано именно на три базовые топологии.

Шина -- все компьютеры параллельно подключаются к одной линии связи. Информация от каждого компьютера одновременно передаётся всем остальным компьютерам (рис. 1)

Рисунок 1

Топология шина (или, как ее еще называют, общая шина) самой своей структурой предполагает идентичность сетевого оборудования компьютеров, а также равноправие всех абонентов по доступу к сети. Компьютеры в шине могут передавать только по очереди, так как линия связи в данном случае единственная. Если несколько компьютеров будут передавать информацию одновременно, она исказится в результате наложения.

Для увеличения длины сети с топологией шина часто используют несколько сегментов (частей сети, каждый из которых представляет собой шину), соединенных между собой с помощью специальных усилителей и восстановителей сигналов -- репитеров или повторителей. Однако такое наращивание длины сети не может продолжаться бесконечно. Ограничения на длину связаны с конечной скоростью распространения сигналов по линиям связи.

Достоинства «шины»:

- простота построения сети;

- сеть легко расширяется;

- эффективно используется пропускная способность канала;

- надёжность выше, т.к. выход из строя отдельных компьютеров не нарушит работоспособности сети в целом.

Недостатки «шины»:

- ограниченная длина шины;

- нет автоматического подтверждения приёма сообщений;

- возможность возникновения столкновений (коллизий) на шине, когда пытаются передать информацию сразу несколько станций;

- низкая защита данных;

- выход из строя какого-либо отрезка кабеля ведёт к нарушению работоспособности сети;

- трудность нахождения места обрыва.

Звезда -- к одному центральному компьютеру присоединяются остальные периферийные компьютеры, причём каждый из них использует отдельную линию связи (рис. 1.1). Информация от периферийного компьютера передаётся только центральному компьютеру, от центрального -- одному или нескольким периферийным.

Рисунок 1.1

Понятно, что сетевое оборудование центрального абонента должно быть существенно более сложным, чем оборудование периферийных абонентов. О равноправии всех абонентов (как в шине) в данном случае говорить не приходится. Обычно центральный компьютер самый мощный, именно на него возлагаются все функции по управлению обменом. Никакие конфликты в сети с топологией звезда в принципе невозможны, так как управление полностью централизовано.

Большое достоинство звезды состоит в том, что все точки подключения собраны в одном месте. Это позволяет легко контролировать работу сети, локализовать неисправности путём простого отключения от центра тех или иных абонентов.

Достоинства «звезды»:

- простота периферийного оборудования;

- каждый пользователь может работать независимо от остальных пользователей;

- высокий уровень защиты данных;

- лёгкое обнаружение неисправности в кабельной сети.

Недостатки «звезды»:

- выход из строя центрального устройства ведёт к остановке всей сети;

- высокая стоимость центрального устройства;

- большой, чем при других топологиях, расход кабеля.

- уменьшение производительности сети с увеличением числа компьютеров, подключённых к сети.

Кольцо -- компьютеры последовательно объединены в кольцо. Передача информации в кольце всегда производится только в одном направлении. Каждый из компьютеров передаёт информацию только одному компьютеру, следующему в цепочке за ним, а получает информацию только от предыдущего в цепочке компьютера (рис. 1.2).

Рисунок 1.2

Кольцо -- это топология, в которой каждый компьютер соединён линиями связи с двумя другими: от одного он получает информацию, а другому передаёт. На каждой линии связи, как и в случае звезды, работает только один передатчик и один приёмник. Это позволяет отказаться от применения внешних терминаторов.

Важная особенность кольца состоит в том, что каждый компьютер ретранслирует (восстанавливает, усиливает) приходящий к нему сигнал, то есть выступает в роли репитера. Затухание сигнала во всем кольце не имеет никакого значения, важно только затухание между соседними компьютерами кольца.

Чётко выделенного центра при кольцевой топологии нет, все компьютеры могут быть одинаковыми и равноправными. Однако довольно часто в кольце выделяется специальный абонент, который управляет обменом или контролирует его. Понятно, что наличие такого единственного управляющего абонента снижает надёжность сети, так как выход его из строя сразу же парализует весь обмен.

Достоинства «кольца»:

- отсутствие дорогого центрального устройства;

- лёгкий поиск неисправных узлов;

- отсутствует проблема маршрутизации;

- пропускная способность сети разделяется между всеми пользователями, поэтому все пользователи гарантированно последовательно получают доступ к сети;

- простота контроля ошибок.

Недостатки «кольца»:

- трудно включить в сеть новые компьютеры;

- каждый компьютер должен активно участвовать в пересылке информации, для этого нужны ресурсы, чтобы не было задержек в основной работе этих компьютеров;

- в случае выхода из строя, хотя одного компьютера или отрезка кабеля вся сеть парализуется.

Кроме трёх рассмотренных базовых топологий нередко применяется также сетевая топология дерево, которую можно рассматривать как комбинацию нескольких звёзд. Эта структура позволяет объединить несколько сетей, в том числе с различными топологиями или разбить одну большую сеть на ряд подсетей.

Протоколы сети

Для обеспечения согласованной работы в сетях передачи данных используются различные коммуникационные протоколы передачи данных - наборы правил, которых должны придерживаться передающая и принимающая стороны для согласованного обмена данными. Протоколы - это наборы 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.

Существует множество протоколов. И хотя все они участвуют в реализации связи, каждый протокол имеет различные цели, выполняет различные задачи, обладает своими преимуществами и ограничениями.

Протоколы работают на разных уровнях модели взаимодействия открытых систем OSI/ISO. Функции протоколов определяются уровнем, на котором он работает. Несколько протоколов могут работать совместно. Это так называемый стек, или набор, протоколов.

В совокупности протоколы дают полную характеристику функций и возможностей стека.

Передача данных по сети, с технической точки зрения, должна состоять из последовательных шагов, каждому из которых соответствуют свои процедуры или протокол. Таким образом, сохраняется строгая очерёдность в выполнении определённых действий.

На компьютере-отправителе действия выполняются в направлении сверху вниз, а на компьютере-получателе снизу вверх.

Компьютер-отправитель в соответствии с протоколом выполняет следующие действия: разбивает данные на небольшие блоки, называемыми 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 передаёт данные в компьютер; удаляет из пакета всю служебную информацию, добавленную компьютером-отправителем, копирует данные из пакета в буфер - для их объединения в исходный блок, передаёт приложению этот блок данных в формате, который оно использует.

Среди множества протоколов наиболее распространены следующие:

- NetBEUI;

- XNS;

- IPX/SPX и NWLmk;

- Набор протоколов OSI.



2. Обзор программных средств

Сетевое окружение.

Сетевое окружение -- компонент операционной системы Windows, элемент рабочего стола, который передаёт графическое отображение всех компьютеров, которые соединены друг с другом через локальную сеть (она может быть проводной или беспроводной). Сетевое окружение позволяет обмениваться файлами между компьютерами, если открыт доступ к передаче.

В операционной системе Windows XP Сетевое окружение разделено на группы:

- Microsoft Windows Network

- Web Client Network

- Службы терминалов Microsoft.

Идентификация компьютера

Идентификация позволяет субъекту (пользователю, процессу, действующему от имени определённого пользователя) назвать себя (сообщить своё имя). Посредством аутентификации вторая сторона убеждается, что субъект действительно тот, за кого он себя выдаёт. В качестве синонима слова "аутентификация" иногда используют словосочетание "проверка подлинности".

Аутентификация бывает односторонней (обычно клиент доказывает свою подлинность серверу) и двусторонней (взаимной). Пример односторонней аутентификации - процедура входа пользователя в систему.

В сетевой среде, когда стороны идентификации/аутентификации территориально разнесены, у рассматриваемого сервиса есть два основных аспекта: сеть локальный компьютер аутентификация

1. что служит аутентификатором (то есть используется для подтверждения подлинности субъекта);

2. как организован (и защищён) обмен данными идентификации/аутентификации.

Субъект может подтвердить свою подлинность, предъявив, по крайней мере, одну из следующих сущностей:

1. нечто, что он знает (пароль, личный идентификационный номер, криптографический ключ и т.п.);

2. нечто, чем он владеет (личную карточку или иное устройство аналогичного назначения);

3. нечто, что есть часть его самого (голос, отпечатки пальцев и т.п., то есть свои биометрические характеристики).

Процесс аутентификации пользователя компьютером можно разделить на два этапа:

- подготовительный - выполняется при регистрации пользователя в системе. Именно тогда у пользователя запрашивается образец аутентификационной информации, например, пароль или контрольный отпечаток пальца, который будет рассматриваться системой как эталон при аутентификации;

- штатный - образец аутентификационной информации запрашивается у пользователя снова и сравнивается с хранящимся в системе эталоном. Если образец схож с эталоном с заданной точностью - пользователь считается узнанным, в противном случае пользователь будет считаться чужим, результатом чего будет, скажем, отказ в доступе на компьютер.

Установка и настройка протоколов сети

Как говорилось выше, среди множества протоколов можно выделить наиболее распространённые.

NetBEUI - расширенный интерфейс NetBIOS. Первоначально NetBEUI и NetBIOS были тесно связаны и рассматривались как один протокол, затем производители их обособили и сейчас они рассматриваются отдельно. NetBEUI - небольшой, быстрый и эффективный протокол транспортного уровня, который поставляется со всеми сетевыми продуктами фирмы Microsoft. К преимуществам NetBEUI относятся небольшой размер стека, высокая скорость передачи данных и совместимость со всеми сетями Microsoft. Основной недостаток - он не поддерживает маршрутизацию, это ограничение относится ко всем сетям Microsoft.

Xerox Network System (XNS) был разработан фирмой Xerox для своих сетей Ethernet. Его широкое применение началось с 80-ых годов, но постепенно он был вытеснен протоколом TCP/IP. XNS - большой и медленный протокол, к тому же он применяет значительное количество широковещательных сообщений, что увеличивает трафик сети.

Набор протоколов OSI - полный стек протоколов, где каждый протокол соответствует конкретному уровню модели OSI. Набор содержит маршрутизируемые и транспортные протоколы, серии протоколов IEEE Project 802, протокол сеансового уровня, представительского уровня и нескольких протоколов прикладного уровня. Они обеспечивают полнофункциональность сети, включая доступ к файлам, печать и т.д.

Особенно следует остановиться на стеке протоколов IPX/SPX. Этот стек является оригинальным стеком протоколов фирмы Novell, который она разработала для своей сетевой операционной системы NetWare еще в начале 80-х годов. Протоколы Internetwork Packet Exchange (IPX) и Sequenced Packet Exchange (SPX), которые дали имя стеку, являются прямой адаптацией протоколов XNS фирмы Xerox, распространённых в гораздо меньше степени, чем IPX/SPX. По количеству установок протоколы IPX/SPX лидируют, и это обусловлено тем, что сама ОС NetWare занимает лидирующее положение с долей установок в мировом масштабе примерно в 65%.

На физическом и канальном уровнях в сетях Novell используются все популярные протоколы этих уровней (Ethernet, Token Ring, FDDI и другие).

На сетевом уровне в стеке Novell работает протокол IPX, а также протоколы обмена маршрутной информацией RIP и NLSP. IPX является протоколом, который занимается вопросами адресации и маршрутизации пакетов в сетях Novell. Маршрутные решения IPX основаны на адресных полях в заголовке его пакета, а также на информации, поступающей от протоколов обмена маршрутной информацией. Например, IPX использует информацию, поставляемую либо протоколом RIP, либо протоколом NLSP (NetWare Link State Protocol) для передачи пакетов компьютеру назначения или следующему маршрутизатору. Протокол IPX поддерживает только дейтаграммный способ обмена сообщениями, за счёт чего экономно потребляет вычислительные ресурсы. Итак, протокол IPX обеспечивает выполнение трёх функций: задание адреса, установление маршрута и рассылку дейтаграмм.

Транспортному уровню модели OSI в стеке Novell соответствует протокол SPX, который осуществляет передачу сообщений с установлением соединений.

На верхних прикладном, представительном и сеансовом уровнях работают протоколы NCP и SAP. Протокол NCP (NetWare Core Protocol) является протоколом взаимодействия сервера NetWare и оболочки рабочей станции. Этот протокол прикладного уровня реализует архитектуру клиент-сервер на верхних уровнях модели OSI. С помощью функций этого протокола рабочая станция производит подключение к серверу, отображает каталоги сервера на локальные буквы дисководов, просматривает файловую систему сервера, копирует удалённые файлы, изменяет их атрибуты и т.п., а также осуществляет разделение сетевого принтера между рабочими станциями.

SAP (Service Advertising Protocol) - протокол объявления о сервисе - концептуально подобен протоколу RIP. Подобно тому, как протокол RIP позволяет маршрутизаторам обмениваться маршрутной информацией, протокол SAP даёт возможность сетевым устройствам обмениваться информацией об имеющихся сетевых сервисах.

Серверы и маршрутизаторы используют SAP для объявления о своих сервисных услугах и сетевых адресах. Протокол SAP позволяет сетевым устройствам постоянно корректировать данные о том, какие сервисные услуги имеются сейчас в сети. При старте серверы используют SAP для оповещения оставшейся части сети о своих услугах. Когда сервер завершает работу, то он использует SAP для того, чтобы известить сеть о прекращении действия своих услуг.

В сетях Novell серверы NetWare 3.x каждую минуту рассылают широковещательные пакеты SAP. Пакеты SAP в значительной степени засоряют сеть, поэтому одной из основных задач маршрутизаторов, выходящих на глобальные связи, является фильтрация трафика SAP-пакетов и RIP-пакетов.

Особенности стека IPX/SPX обусловлены особенностями ОС NetWare, а именно ориентацией ее ранних версий на работу в локальных сетях небольших размеров, состоящих из персональных компьютеров со скромными ресурсами. Поэтому Novell нужны были протоколы, на реализацию которых требовалось минимальное количество оперативной памяти и которые бы быстро работали на процессорах небольшой вычислительной мощности. В результате, протоколы стека IPX/SPX до недавнего времени хорошо работали в локальных сетях и не очень - в больших корпоративных сетях, так как слишком перегружали медленные глобальные связи широковещательными пакетами, которые интенсивно используются несколькими протоколами этого стека (например, для установления связи между клиентами и серверами).

Это обстоятельство, а также тот факт, что стек IPX/SPX является собственностью фирмы Novell и на его реализацию нужно получать у неё лицензию, долгое время ограничивали распространённость его только сетями NetWare. Однако к моменту выпуска версии NetWare 4.0, Novell внесла и продолжает вносить в свои протоколы серьёзные изменения, направленные на приспособление их для работы в корпоративных сетях. Сейчас стек IPX/SPX реализован не только в NetWare, но и в нескольких других популярных сетевых ОС - SCO UNIX, Sun Solaris, Microsoft Windows NT.



Выводы и предложения

По результатам проделанной работы можно дать краткую характеристику организации локальных сетей.

Во-первых, локальные сети реализуют распределённую обработку информации, соответственно обработка распределяется между всеми компьютерами сети, что позволяет увеличить производительность компьютеров.

Во-вторых, по структуре все многообразие сетей можно поделить на следующие типы:

топология «звезда», т.е. каждый компьютер через сетевой адаптер подключается отдельным кабелем объединяющему устройству. Все сообщения проходят через центральное устройство, которое обрабатывает поступающие сообщения и направляет их к нужным или всем компьютерам

топология «кольцо», т.е. все компьютеры соединяются последовательно, и информация передаётся в одном направлении, проходя через каждый узел сети;

топология «общая шина», т.е. все компьютеры подключаются к общей шине (кабелю);

топология «дерево» позволяет объединять сети с различными топологиями.

В-третьих, для обеспечения согласованной работы внутри сети применяются протоколы - это набор правил, регулирующих порядок в сети на разных уровнях взаимодействия. Были рассмотрены основные стеки протоколов, и была дана краткая их характеристика.

Как вывод всей работы можно сказать, что локальная сеть - это не просто механическая сумма персональных компьютеров, она значительно расширяет возможности пользователей. Компьютерные сети на качественно новом уровне позволяют обеспечить основные характеристики:

- максимальную функциональность, т.е. пригодность для самых разных видов операций,

- интегрированность, заключающуюся в сосредоточении всей информации в едином центре,

- оперативность информации и управления, определяемые возможностью круглосуточной работы в реальном масштабе времени,

- функциональную гибкость, т.е. возможность быстрого изменения параметров системы,

- развитую инфраструктуру, т.е. оперативный сбор, обработку и представление в единый центр всей информации со всех подразделений,

- минимизированные риски посредством комплексного обеспечения безопасности информации, которая подвергается воздействию случайных и преднамеренных угроз.

Последний пункт очень важен, поскольку в сети могут содержаться данные, которые могут быть использованы в ходе конкурентной борьбы, но, в целом, если безопасность находится на должном уровне, локальные сети становятся просто необходимыми в современных условиях экономики и управления.



Список использованной литературы

1. Д. Бертсекас, Р. Галлагер «Сети передачи данных».

2. Новиков Ю. В., Кондратенко С. В. «Основы локальных сетей».

3. Малышев Р.А. «Локальные вычислительные сети».

4. Олифер В.Г., Олифер Н.А. «Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы».

5. Курносов А.П. «Практикум по информатике».

6. Макарова Н.В. «Информатика».

7. Попов В. «Практикум по Интернет-технологиям: учебный курс».

8. Таненбаум Э. «Компьютерные сети».

Размещено на Allbest.ru

...