Технологии передачи данных по локальным сетям

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Принципы организации сетей

1.1 Определение компьютерных сетей

1.2 Функциональные возможности и преимущества

2. Идентификация сетей

2.1 Типы сетей

2.2 Передача данных

3. Технологии передачи локальных сетей

3.1 Методы доступа к сети

3.2 Технология Ethernet

3.3 Технология Token Ring

Заключение

Список литературы



Введение

Локальная сеть представляет собой систему распределенной обработки информации, составляющую как минимум из двух компьютеров, взаимодействующих между собой с помощью специальных средств связи. Компьютеры, входящие в состав сети, выполняют достаточно широкий круг функций, основными из которых являются:

организация доступа к сети;

управление передачей информации;

предоставление вычислительных ресурсов и услуг абонентам сети.

В свою очередь, средства связи призваны обеспечить надежную передачу информации между компьютерами сети.

Конечно, компьютерная сеть может состоять и из двух компьютеров, но, как правило, их число в сети существенно больше. При этом компьютерная сеть не является простым объединением компьютеров, а представляет собой достаточно сложную систему. Любая компьютерная сеть характеризуется топологией, протоколами, интерфейсами, сетевыми техническими и программными средствами.

В данной работе приведены общие сведения о принципах, стандартах и целях создания сетей.

Здесь также будут рассмотрены различные типы компьютерных сетей. Кроме того, будут затронуты такие вопросы, как виды и способы передачи данных по локальным сетям и методы доступа к сети.



1. Принципы организации сетей

1.1 Определение компьютерных сетей

компьютерный сеть локальный доступ

Сети -- это системы, формируемые каналами. Например, дороги, соединяющие группы людей, формируют физическую сеть. Связи между нами и нашими друзьями формируют вашу личную сеть. Веб-сайты, позволяющие отдельным пользователям связываться со страницами друг друга, называются социальными сетями.

Мы используем сети каждый день:

Система доставки почты

Телефонная система

Система общественного транспорта

Корпоративная компьютерная сеть

Интернет

Сети позволяют обмениваться информацией и использовать различные методы контроля над способом ее передачи. Данные по сети передаются из одного местоположения в другое, иногда по разным путям, и, в конечном счете, доставляются в необходимый пункт назначения. Например, система общественного транспорта представляет собой сеть, аналогичную компьютерной сети. Автомобили, грузовики и другие транспортные средства «путешествуют» по сети так же, как сообщения. Каждый водитель определяет начальную точку (исходный компьютер) и конечную точку (компьютер назначения). В этой системе действуют правила: знаки остановки и светофоры контролируют перемещения транспортного потока от исходного пункта к пункту назначения. В компьютерной сети также действуют правила для управления потоком данных между узлами сети.

Узел -- это любое устройство, отправляющее и получающее информацию по сети. Некоторые устройства могут служить либо в качестве узлов, либо в качестве периферийных устройств. Например, принтер, подключенный к ноутбуку, который в свою очередь подключен к сети, выступает в качестве периферийного устройства. Если же принтер подключен к сети напрямую, он функционирует в качестве узла.

К сети можно подключить различные типы устройств:

Настольные компьютеры

Ноутбуки

Планшетные компьютеры

Смартфоны

Принтеры

Файловые серверы и серверы печати

Игровые консоли

Домашние устройства

Компьютерные сети используются по всему миру в организациях, в школах, в государственных учреждениях и дома. Многие сети подключены друг к другу через Интернет. По сети можно обмениваться различными типами ресурсов и данных:

Услугами, например услуги печати или сканирования

Емкостью системы хранения на съемных устройствах, таких как жесткие диски или оптические диски

Приложениями, например базами данных

Информацией, хранящейся на других компьютерах

Документами

Календарями, синхронизируя их между компьютером и смартфоном.

Сетевые устройства могут использовать различные виды подключений:

Медные кабели -- для передачи данных между устройствами используются электрические сигналы.

Волоконно-оптические кабели -- для передачи информации в виде световых импульсов используется стекловолокно или пластмассовое волокно.

Беспроводные подключения -- для передачи данных используются радиосигналы, инфракрасная технология или спутниковая связь.

1.2 Функциональные возможности и преимущества

Преимущества сетевых компьютеров и других сетевых устройств заключаются, в частности, в снижении расходов и повышении производительности работы. В сети возможно совместное использование ресурсов, что позволяет сократить дублирование и повреждение данных.

Требуется меньше периферийных устройств

Не обязательно устанавливать отдельный принтер или устройство резервного копирования для каждого подключенного к сети компьютера. Можно установить несколько принтеров в центральном местоположении и затем открыть к ним общий доступ для пользователей сети. Все пользователи сети отправляют задания на печать на центральный принтер, управляющий этими запросами. Сервер печати может распределять задания на печать между несколькими принтерами или создавать очереди печати, если требуется использовать определенный принтер.

Расширение возможностей связи

Сети предоставляют несколько различных средств совместной работы, которые можно использовать для обмена информацией между пользователями сети. К средствам совместной работы через сеть относятся электронная почта, форумы и чаты, голосовая и видеосвязь и система обмена мгновенными сообщениями. С помощью этих средств пользователи могут устанавливать связь с друзьями, родственниками и коллегами.

Предотвращение дублирования и повреждения файлов

Сервер управляет сетевыми ресурсами. Серверы хранят данные и открывают к ним общий доступ для пользователей сети. Конфиденциальные данные и данные личного характера можно защитить, предоставив к ним доступ только пользователям, которые имеют соответствующе разрешение. Можно использовать программное обеспечение отслеживания документов, чтобы предотвратить перезапись или изменение пользователями файлов, доступ к которым в это же время осуществляют другие пользователи.

Лицензирование, обеспечивающее снижение затрат

Лицензирование приложений на каждом компьютере может оказаться весьма дорогостоящим. Многие поставщики программного обеспечения предоставляют лицензии для корпоративных сетей, которые позволяют значительно сократить стоимость программного обеспечения. Такие корпоративные лицензии позволяют группе пользователей или целой организации использовать данное приложение, оплатив его только один раз.

Централизация администрирования

Централизация администрирования позволяет сократить число специалистов, необходимых для управления устройствами и данными в сети, освобождая ценное время сотрудников и обеспечивая снижение расходов. Отдельным пользователям сети не нужно управлять своими данными и устройствами. Один администратор может контролировать данные, устройства и разрешения пользователей сети. При этом упрощается процесс резервного копирования данных, поскольку данные хранятся в централизованном местоположении.

Экономия ресурсов

Обработка данных может быть распределена между несколькими компьютерами, что позволяет предотвратить перегрузку компьютеров задачами обработки.



2. Идентификация сетей

2.1 Типы сетей

Сети данных продолжают развиваться с точки зрения сложности, проектирования и областей их использования. Компьютерные сети отличаются следующими специфическими характеристиками:

Областью обслуживания

Способом хранения данных

Способом управления ресурсами

Способом организации сети

Типами используемых сетевых устройств

Типами носителей, используемых для подключения устройств

Различным типам сетей назначаются различные описательные имена. Отдельно взятая сеть, как правило, покрывает один географический регион, предоставляя услуги и приложения пользователям, являющимся членами общей организационной структуры. Сеть такого типа называется локальной (LAN). Локальная сеть в свою очередь сама может состоять из нескольких локальных сетей.

Все локальные сети, входящие в состав LAN, находятся под управлением одной административной группы. Эта группа применяет к сети политики безопасности и контроля доступа. В данном контексте слово «локальная» обозначает скорее локальное согласованное управление, чем физическое размещение сетей близко друг к другу. Устройства в локальной сети могут размещаться физически близко друг к другу, но это условие не носит обязательный характер.

Локальная сеть (LAN) может представлять собой небольшую отдельную локальную сеть, развернутую дома или в офисе. С течением времени определение локальных сетей (LAN) стало распространяться на взаимно подключенные локальные сети, состоящие из нескольких сотен устройств, установленных в различных зданиях и местоположениях.

Беспроводная локальная сеть (WLAN) -- это локальная сеть, в которой для передачи данных между беспроводными устройствами используются радиоволны. В традиционной локальной сети (LAN) устройства подключены друг к другу с помощью медных кабелей. В некоторых средах прокладка медных кабелей может быть нецелесообразна, нежелательна и даже невозможна. В этих ситуациях используются беспроводные устройства для передачи и приема данных с помощью радиоволн. Как и локальные сети (LAN), сети WLAN предоставляют общий доступ к ресурсам, таким как файлы и принтеры, а также доступ к Интернету.

В сетях WLAN беспроводные устройства подключаются к точкам доступа в пределах определенной зоны. Точки доступа, как правило, подключаются к сети с помощью медных кабелей. Медные кабели не подключаются к каждому узлу. К сети с помощью медного кабеля подключается только точка доступа. Диапазон (радиус покрытия) типичных систем WLAN варьируется от 30 м в помещении до намного большего расстояния при наружном развертывании, в зависимости от используемой технологии.

Персональная сеть (PAN) подключает устройства, такие как мыши, клавиатуры, принтеры, смартфоны и планшетные ПК, находящиеся в пределах досягаемости отдельного пользователя. Все эти устройства подключаются к одному узлу, чаще всего с помощью технологии Bluetooth.

Bluetooth -- это технология беспроводной связи, позволяющая устройствам обмениваться данными на небольших расстояниях. К одному устройству с поддержкой Bluetooth можно подключить до семи других устройств с поддержкой Bluetooth. Эта техническая спецификация описана в стандарте IEEE 802.15.1. Устройства с поддержкой Bluetooth могут обрабатывать голос и данные. Устройства с поддержкой Bluetooth работают в радиочастотном диапазоне от 2,4 до 2,485 ГГц, т. е. в так называемом диапазоне для использования в промышленных, научных и медицинских целях (Industrial, Scientific, and Medical -- ISM). Стандарт Bluetooth включает в себя технологию адаптивной перестройки частоты (Adaptive Frequency Hopping -- AFH). Технология AFH позволяет «перебрасывать» сигналы на разные частоты в диапазоне Bluetooth, снижая, таким образом, возможность возникновения помех при использовании нескольких устройств Bluetooth.

Муниципальная сеть (Metropolitan Area Network -- MAN) -- это сеть, развертываемая в крупном комплексе зданий или на территории целого города. Сеть этого типа состоит из различных зданий, подключенных друг к другу с помощью беспроводных или волоконно-оптических магистральных каналов. Каналы связи и оборудование, как правило, являются собственностью объединения пользователей или поставщика сетевых услуг, который продает услуги пользователям. Муниципальная сеть может функционировать в качестве высокоскоростной сети, предоставляющей общий доступ к региональным ресурсам.

Глобальная сеть (Wide Area Network -- WAN) подключает несколько сетей меньшего размера, таких как сети LAN, находящихся в разных географических местоположениях. Самым распространенным примером сети WAN является Интернет. Интернет -- это крупная сеть WAN, состоящая из миллионов взаимно подключенных сетей LAN. Технология WAN также используется для подключения корпоративных или исследовательских сетей. Для подключения этих сетей LAN в различных местоположениях используются поставщики телекоммуникационных услуг.

2.2 Передача данных

Данные могут передаваться по сети с помощью одного из трех режимов: симплексного, полудуплексного и полнодуплексного.

Симплексный

Симплексный режим, который также называют однонаправленным, обозначает передачу данных единым потоком в одном направлении. Примером симплексной передачи является сигнал, отправляемый с телевизионной станции на домашний телевизор.

Полудуплексный

Передача данных в одном направлении за один раз называется полудуплексной, как показано на рисунке. При полудуплексной передаче канал связи позволяет выполнять передачу в двух направлениях, но не одновременно. Двусторонние радиоканалы, например полицейская или аварийная мобильная радиосвязь, работают в полудуплексном режиме. Если нажата кнопка на микрофоне для передачи данных, невозможно услышать собеседника на другом конце. Если пользователи на обоих концах попытаются говорить одновременно, передать данные не удастся.

Полнодуплексный

Передача данных в обоих направлениях одновременно называется полнодуплексной, как показано на рисунке. Несмотря на то, что данные передаются в обоих направлениях, пропускная способность измеряется только в одном. Сетевой кабель со 100 Мбит/с в полнодуплексном режиме имеет пропускную способность 100 Мбит/с.

Примером полнодуплексной связи является телефонная связь. Оба собеседника могут говорить и слушать одновременно.

Полнодуплексная сетевая технология повышает производительность сети, поскольку позволяет получать и отправлять данные одновременно. Широкополосные технологии, такие как цифровая абонентская линия (DSL) и кабельное подключение, функционируют в полнодуплексном режиме. Широкополосные технологии позволяют одновременно передавать несколько сигналов по одному проводу. Например, при использовании подключения DSL пользователи могут одновременно загружать данные на компьютер и говорить по телефону.



3. Технологии передачи локальных сетей

3.1 Методы доступа к сети

В различных сетях существуют различные процедуры обмена данными между рабочими станциями.

Международный институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (Institute of Electrical and Electronics Engineers - IEEE) разработал стандарты (IEEE802.3, IEEE802.4 и IEEE802.5), которые описывают методы доступа к сетевым каналам данных.

Наибольшее распространение получили конкретные реализации методов доступа: Ethernet, ArcNet и Token Ring. Эти реализации основаны соответственно на стандартах IEEE802.3, IEEE802.4 и IEEE802.5. Для простоты мы будем использовать названия реализации методов доступа, а не названия самих стандартов, хотя между стандартами и конкретными реализациями имеются некоторые различия.

3.2 Технология Ethernet

Ethernet - это самый распространенный на сегодняшний день стандарт локальных сетей.

Ethernet - это сетевой стандарт, основанный на экспериментальной сети Ethernet Network, которую фирма Xerox разработала и реализовала в 1975 году.

В 1980 году фирмы DEC, Intel и Xerox совместно разработали и опубликовали стандарт Ethernet версии II для сети, построенной на основе коаксиального кабеля, который стал последней версией фирменного стандарта Ethernet. Поэтому фирменную версию стандарта Ethernet называют стандартом Ethernet DIX, или Ethernet II, на основе которых был разработан стандарт IEEE 802.3.

На основе стандарта Ethernet были приняты дополнительные стандарты: в 1995 году Fast Ethernet (дополнение к IEEE 802.3), в 1998 году Gigabit Ethernet (раздел IEEE 802.3z основного документа), которые во многом не являются самостоятельными стандартами.

Ранние версии Ethernet использовали в качестве среды передачи коаксиальный кабель, но со временем он был полностью вытеснен оптоволокном и витой парой. Однако важно понимать, что применение коаксиального кабеля во многом определило принципы работы Ethernet. Дело в том, что коаксиальный кабель -- разделяемая среда передачи.

Важная особенность разделяемой среды: ее могут использовать одновременно несколько интерфейсов, но передавать в каждый момент времени должен только один. С помощью коаксиального кабеля можно соединит не только 2 компьютера между собой, но и более двух, без применения активного оборудования. Такая топология называется шина. Однако если хотя бы два узла на одной шине начнут одновременно передавать информацию, то их сигналы наложатся друг на друга и приемники других узлов ничего не разберут. Такая ситуация называется коллизией, а часть сети, узлы в которой конкурируют за общую среду передачи -- доменом коллизий. Для того чтобы распознать коллизию, передающий узел постоянно наблюдает за сигналом в среде и если собственный передаваемый сигнал отличается от наблюдаемого -- фиксируется коллизия. В этом случае все узлы перестают передавать и возобновляют передачу через случайный промежуток времени.

Каждый ПК работает в Ethernet согласно принципу «Слушай канал передачи, перед тем как отправить сообщения; слушай, когда отправляешь; прекрати работу в случае помех и попытайся еще раз».

Данный принцип можно расшифровать (объяснить) следующим образом:

1. Никому не разрешается посылать сообщения в то время, когда этим занят уже кто-то другой (слушай перед тем, как отправить).

2. Если два или несколько отправителей начинают посылать сообщения примерно в один и тот же момент, рано или поздно их сообщения «столкнутся» друг с другом в канале связи, что называется коллизией.

Коллизии нетрудно распознать, поскольку они всегда вызывают сигнал помехи, который не похож на допустимое сообщение. Ethernet может распознать помехи и заставляет отправителя приостановить передачу и подождать некоторое время, прежде, чем повторно отправить сообщение.

Причины широкой распространенности и популярности Ethernet (достоинства):

1. Дешевизна.

2. Большой опыт использования.

3. Продолжающиеся нововведения.

4. Богатство выбора оборудования. Многие изготовители предлагают аппаратуру построения сетей, базирующуюся на Ethernet.

Недостатки Ethernet:

1. Возможность столкновений сообщений (коллизии, помехи).

2. В случае большой загрузки сети время передачи сообщений непредсказуемо.

3.3 Технология Token Ring

Сети Token Ring, как и сети Ethernet, характеризует разделяемая среда передачи данных, которая состоит из отрезков кабеля, соединяющих все станции сети в кольцо. Кольцо рассматривается как общий разделяемый ресурс, и для доступа к нему требуется не случайный алгоритм, как в сетях Ethernet, а детерминированный, основанный на передаче станциям права на использование кольца в определенном порядке. Это право передается с помощью кадра специального формата, называемого маркером, или токеном (token).

Технология Token Ring был разработана компанией IBM в 1984 году, а затем передана в качестве проекта стандарта в комитет IEЕЕ 802, который на ее основе принял в 1985 году стандарт 802.5.

Каждый ПК работает в Token Ring согласно принципу «Ждать маркера, если необходимо послать сообщение, присоединить его к маркеру, когда он будет проходить мимо. Если проходит маркер, снять с него сообщение и отправить маркер дальше».

Сети Token Ring работают с двумя битовыми скоростями ? 4 и 16 Мбит/с. Смешение станций, работающих на различных скоростях, в одном кольце не допускается.

Технология Token Ring является более сложной технологией, чем Ethernet. Она обладает свойствами отказоустойчивости. В сети Token Ring определены процедуры контроля работы сети, которые используют обратную связь кольцеобразной структуры ? посланный кадр всегда возвращается в станцию-отправитель. В некоторых случаях обнаруженные ошибки в работе сети устраняются автоматически, например, может быть восстановлен потерянный маркер. В других случаях ошибки только фиксируются, а их устранение выполняется вручную обслуживающим персоналом.

Для контроля сети одна из станций выполняет роль так называемого активного монитора. Активный монитор выбирается во время инициализации кольца как станция с максимальным значением МАС-адреса. Если активный монитор выходит из строя, процедура инициализации кольца повторяется и выбирается новый активный монитор. Сеть Token Ring может включать до 260 узлов.

Концентратор Token Ring может быть активным или пассивным. Пассивный концентратор просто соединяет порты внутренними связями так, чтобы станции, подключаемые к этим портам, образовали кольцо. Ни усиление сигналов, ни их ресинхронизацию пассивный MSAU не выполняет.

Активный концентратор выполняет функции регенерации сигналов, и поэтому иногда называется повторителем, как в стандарте Ethernet.

В общем случае сеть Token Ring имеет комбинированную звездно-кольцевую конфигурацию. Конечные узлы подключаются к MSAU по топологии звезды, а сами MSAU объединяются через специальные порты Ring In (RI) и Ring Out (RO) для образования магистрального физического кольца.

Все станции в кольце должны работать на одной скорости либо 4 Мбит/с, либо 16 Мбит/с. Кабели, соединяющие станцию с концентратором, называются ответвительными (lobe cable), а кабели, соединяющие концентраторы, - магистральными (trunk cable).

Технология Token Ring позволяет использовать для соединения конечных станций и концентраторов различные типы кабеля:

STP Type 1 ? экранированная витая пара (Shielded Twistedpair).

В кольцо допускается объединять до 260 станций при длине ответвительных кабелей до 100 метров;

UTP Туре 3, UTP Туре 6 ? неэкранированная витая пара (Unshielded Twistedpair). Максимальное количество станций сокращается до 72 при длине ответвительных кабелей до 45 метров;

волоконно-оптический кабель.

Расстояние между пассивными MSAU может достигать 100 м при использовании кабеля STP Туре 1 и 45 м при использовании кабеля UTP Type 3. Между активными MSAU максимальное расстояние увеличивается соответственно до 730 м или 365 м в зависимости от типа кабеля.

Максимальная длина кольца Token Ring составляет 4000 м. Ограничения на максимальную длину кольца и количество станций в кольце в технологии Token Ring не являются такими жесткими, как в технологии Ethernet. Здесь эти ограничения в основном связаны со временем оборота маркера по кольцу.

Все значения тайм-аутов в сетевых адаптерах узлов сети Token Ring можно настраивать, поэтому можно построить сеть Token Ring с большим количеством станций и с большей длиной кольца.

Преимущества технологии Token Ring:

гарантированная доставка сообщений;

высокая скорость передачи данных (до 160% Ethernet).

Недостатки технологии Token Ring:

необходимы дорогостоящие устройства доступа к среде;

технология более сложная в реализации;

необходимы 2 кабеля (для повышения надежности): один входящий, другой исходящий от компьютера к концентратору;

высокая стоимость (160-200% от Ethernet).



Заключение

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, коаксиального 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.

Как показывает их наименование, сети IBM Token Ring используют для передачи данных схему с маркерным доступом. 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 (особенно версия со скоростью передачи 16 Мбит/с) и просты для установки.



Список литературы

1. В. Олифер, Н. Олифер, Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. 4-е издание, Издательство Питер, 2010 год, 945 с.

2. Эндрю Таненбаум, Дэвид Уэзеролл, Компьютерные сети, Издательство Питер, 2010 год, 960 с.

3. Кулаков Ю.А., Луцкий Г.М. учебное пособие «Локальные сети»

4. Гилберт Хелд, Технологии передачи данных, Издательство Питер, 2003 год, 720 с.

5. Вильям Столлингс, Компьютерные системы передачи данных 6-е издание, 2002 год, 928 с.

6. Ломовицкий В.В., Основы построения систем и сетей передачи информации, 2005 год

Размещено на Allbest.ru

...