Локальные компьютерные сети

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ ЛОКАЛЬНЫХ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ

Сеть - это совокупность объектов, образуемых устройствами передачи и обработки данных. Международная организация по стандартизации опре-делила вычислительную сеть как последовательную бит-ориентированную передачу информации между связанными друг с другом независимыми уст-ройствами.

Локамльная вычислимтельная сеть (ЛВС, локальная сеть; англ. Local Area Network, LAN) -- компьютерная сеть, покрывающая обычно относительно небольшую территорию или небольшую группу зданий (дом, офис, фирму, институт). Также существуют локальные сети, узлы которых разнесены географически на расстояния более 12 500 км (космические станции и орбитальные центры). Несмотря на такие расстояния, подобные сети всё равно относят к локальным.

Существует множество способов классификации сетей. Основным критерием классификации принято считать способ администрирования. То есть в зависимости от того, как организована сеть и как она управляется, её можно отнести к локальной, распределённой, городской или глобальной сети. Управляет сетью или её сегментом сетевой администратор. В случае сложных сетей их права и обязанности строго распределены, ведётся документация и журналирование действий команды администраторов.

КЛАССИФИКАЦИЯ КС ПО ТЕРРИТОРИАЛЬНОМУ ПРИЗНАКУ

Компьютерные сети классифицируются по различным признакам, но территориальный является одним из наиболее важных. Это связано с тем, что отличия в построении сетей разной зоны покрытия очень существенные.

В данную классификацию входят:

· локальные сети (LAN - LocalAreaNetworks);

· глобальные сети (WAN - WideAreaNetworks);

· городские сети (MAN - MetropolitanAreaNetworks).

LAN- сосредоточены на территории не больше 1-2 км; построенные с использованием дорогих высококачественных линий связи, которые позволяют, применяя простые методы передачи данных, достигать высоких скоростей обмена данными порядка 100 Мбит/с, предоставленные услуги отличаются широкой разнообразностью и обычно предусматривают реализацию в режиме on-line.

WAN- совмещают компьютеры, рассредоточенные на расстоянии сотен и тысяч километров. Часто используются уже существующие не очень качественные линии связи. Больше низкие, чем в локальных сетях, скорости передачи данных (десятки килобит в секунду) ограничивают набор предоставленных услуг передачей файлов, преимущественно не в оперативном, а в фоновом режиме, с использованием электронной почты. Для стойкой передачи дискретных данных применяются более сложные методы и оборудование, чем в локальных сетях.

MAN- занимают промежуточное положение между локальными и глобальными сетями. При достаточно больших расстояниях между узлами (десятки километров) они имеют качественные линии связи и высоких скоростей обмена, иногда даже больше высокими, чем в классических локальных сетях. Как и в случае локальных сетей, при построении MANуже существующие линии связи не используются, а прокладываются заново.

Также дополнительно выделяют:

· кампусные сети (Campus Area Network - CAN), которые совмещают значительно удаленные друг от друга абонентские системы или локальные сети, но еще не требуют отдаленных коммуникаций через телефонные линии и модемы;

· широкомасштабные сети (WideAreaNetwork - WAN), которые используют отдаленные мосты и маршрутизаторы с возможно невысокими скоростями передачи данных.

КЛАССИФКАЦИЯ LAN ПО ФУНКЦИОНАЛЬНОМУ ВЗАИМОДЕЙСТВИЮ

Существует два типа компьютерных сетей:

- одноранговые;

- на основе выделенного сервера;

Одноранговые сети.

В одноранговой сети все компьютеры равноправны: нет иерархии среди компьютеров и нет выделенного сервера. Обычно каждый компьютер функционирует и как клиент и как сервер; иначе говоря, нет отдельного компьютера, ответственного за всю сеть. Пользователи сами решают, какие данные на своем компьютере сделать доступными по сети.

Одноранговые сети, чаще всего, объединяют не более 10 компьютеров. Отсюда их другое название - рабочая группа, т.е. небольшой коллектив пользователей. Одноранговые сети относительно просты. Поскольку каждый компьютер является одновременно и клиентом и сервером, нет необходимости устанавливать мощный центральный сервер или другие компоненты обязательные для сложных сетей. Этим обычно и объясняется меньшая стоимость одноранговых сетей по сравнению со стоимостью сетей на основе серверов.

В одноранговой сети требование к производительности и защищенности сетевого программного обеспечения, как правило, ниже, чем те же требования к программному обеспечению выделенных серверов. Выделенные серверы всегда функционируют только как серверы, но не клиенты или рабочие станции.

В такие операционные системы, как Microsoft Windows NT Workstation, Microsoft Windows for Workgroups и Microsoft Windows 2000, поддержка одноранговых сетей встроена. Поэтому, чтобы организовать одноранговую сеть дополнительного программного обеспечения не требуется.

Одноранговая сеть вполне подходит там, где:

- количество пользователей не превышает 10 человек;

- пользователи расположены компактно;

- вопросы защиты данных не критичны;

- в обозримом будущем не ожидается значительного расширения фирмы, а, следовательно, и сети.

В то же время одноранговой сети присущи некоторые недостатки:

- отсутствие сетевого администрирования;

- выделение части вычислительной мощи сетевым пользователям для поддержки доступа к своим ресурсам;

- отсутствие централизованного управления для обеспечения нормальной защиты сети;

- каждый пользователь в одноранговой сети должен обладать

достаточным уровнем знаний, чтобы успешно выполнять обязанности не только пользователя, но и администратора своего компьютера.

Сети на основе выделенного сервера.

Если к одноранговой сети, где компьютер выступает в роли и клиентов и серверов подключить более 10 пользователей, она может не справиться с объемом возложенных на нее задач. Поэтому большинство сетей имеют другую конфигурацию - они работают на основе выделенного сервера. Выделенным называется такой сервер, который функционирует только как сервер и не используется в качестве клиента или рабочей станции. Он оптимизирован для быстрой обработки запросов от сетевых клиентов и для повышения защищенности файлов или каталогов. Сети на основе серверов стали промышленным стандартом. При увеличении размеров сети и объема сетевого трафика необходимо увеличивать количество серверов. Распределение задач среди нескольких серверов гарантирует, что каждая задача будет выполняться наиболее эффективно. Круг задач, который должны выполнять серверы, многообразен и сложен. Чтобы серверы отвечали современным требованиям пользователей, в больших сетях их делают специализированными.

Серверы файлов и печати. Серверы файлов и печати управляют доступом пользователей к файлам и принтерам. Так, чтобы работать с текстовым процессором, прежде всего должны запустить его на своем компьютере. Документ текстового процессора, хранящийся на сервере файлов, загружается в память компьютера, и теперь можно работать с этим документом на своем компьютере. Другими словами, сервер файлов предназначен для хранения данных.

Серверы приложений. На серверах приложений выполняются прикладные задачи клиент серверных приложений, а так же находятся данные доступные клиентам. Например, чтобы ускорить поиск данных серверы хранят большие объемы информации в структурированном виде. Эти серверы отличаются от серверов файлов и печати. В последних файл или данные целиком копируются на запрашивающий компьютер. А в сервере приложений на клиентский компьютер пересылаются только результаты запроса. Приложение-клиент на удаленном компьютере получает доступ к данным, сохраняемым на сервере приложений. Однако, вместо всей базы данных на Ваш компьютер с сервера загружается только результаты запроса.

Почтовые серверы. Почтовые серверы управляют сообщениями электронной почты между серверами сети.

Серверы факсов. Серверы факсов управляют потоком входящих и исходящих факсимильных сообщений через один или несколько факс-модемов.

Коммуникационные серверы. Коммуникационные серверы (серверы связи) управляют проходящим через модем и телефонную линию потоком данных и почтовых сообщений между своей сетью и другими сетями, мэйнфреймами или удаленными пользователями.

Серверы служб каталога. Каталог содержит данные о серверах, позволяя пользователям находить, сохранять и защищать информацию в сети. Windows NT Server объединяет компьютеры в логические группы - домены, система защиты которых обеспечивает различным пользователям неодинаковые права доступа к сетевым ресурсам.

КЛАССИФИКАЦИЯ LAN ПО ТОПОЛОГИИ

Сети могут быть классифицированы на основе топологии:

Шина

Данная топология относится к наиболее простым и широко распространенным. Она имеет линейную конфигурацию, при которой все компьютеры соединены параллельно одним кабелем, именуемым магистралью или сегментом. Данные в виде электрических сигналов предаются всем компьютерам сети; однако информацию принимает только тот, адрес которого соответствует адресу получателя. Но, так как данные распространяются по всей сети, если не предпринимать никаких специальных действий, сигнал, достигая конца кабеля, будет отражаться и не позволит другим компьютерам осуществлять передачу. Чтобы предотвратить эффект отражения сигналов, к концам кабеля подключают терминаторы, поглощающие эти сигналы. Передавать данные одномоментно может только один компьютер. Поэтому, чем больше компьютеров в сети, тем меньше его пропускная способность.

Шина - пассивная топология. Это значит, что компьютеры только «слушают» предаваемые по сети данные, но не перемещают их от отправителя к получателю.

Поэтому, если один из компьютеров выйдет из стоя, это не скажется на работе остальных. Преимущества шинной сети:

· возможность добавления или исключения узлов без повторной инициализации сети;

· обеспечение работоспособности сети при выходе из строя одного или нескольких узлов;

· возможность распределённого управления работой сети через узловые интерфейсы;

· значительное повышение надежности работы сети за счет использования коаксиального кабеля.

Основной недостаток шинной сети - невозможность одновременной передачи информации несколькими станциями.

Кольцо

При топологии «кольцо» компьютеры подключаются к кабелю, замкнутому в кольцо. Сигналы предаются по кольцу в одном направлении. В этом случае данные передаются от одного компьютера к другому как бы по эстафете. Если компьютер получит данные, предназначенные для другого компьютера, он передает их дальше по кольцу. Если данные предназначены для получившего их компьютера, они дальше не передаются. «Кольцо» - это активная топология. Здесь каждый компьютер выступает в роли репитера, усиливая сигналы и передавая их следующему компьютеру.

Преимущества кольцевых локальных сетей:

· при использовании соответствующих детерминированных методов доступа в таких сетях не только гарантируется доступ каждого абонента через определенные интервалы времени независимо от нагрузки сети, но и допускается одновременная передача информации несколькими абонентами; · невысокая стоимость сетевых интерфейсов, реализующих прямые методы передачи и управления доступом в сеть;

· сравнительная простота использования волоконно-оптической линии связи. Недостатки кольцевых сетей: · при добавлении или замене узла необходимы остановка в работе сети и временный разрыв кольца; · выход из строя узла сети прерывает работу всей сети.

Звезда

При топологии «звезда» все компьютеры с помощью сегментов кабеля через специальный сетевой адаптер подключаются к центральному компоненту, именуемому концентратором (hub). Сигналы от передающего компьютера поступают через концентратор ко всем остальным. В сетях с топологией «звезда» подключение кабеля и управление конфигурацией сети централизованны. Центральным узлом в топологии «звезда» является концентратор. Концентраторы бывают трех видов:

· Активные концентраторы регенерируют и передают сигналы так же, как это делают репитеры.

· Пассивные - просто пропускают через себя сигнал не усиливая и не восстанавливая его. сеть технология стандарт оборудование

· К гибридным концентраторам можно подключить кабели различных видов. Преимущества сети с топологией «звезда»: ·

Если выйдет из стоя только один компьютер (или кабель, соединяющий его с концентратором), то лишь этот компьютер не сможет передавать или принимать данные по сети. · Сети, построенные не концентраторах, легко расширить, если подключить дополнительные концентраторы. · Однако при использовании топологии "звезда" легче найти неисправность в кабельной сети. Недостатки: ·

Так как все компьютеры подключены к центральной точке, для больших сетей значительно увеличивается расход кабеля. · Если центральный компонент выйдет из стоя, то нарушится работа всей сети. Локальная сеть может использовать одну из перечисленных топологий. Это зависит от количества объединяемых компьютеров, их взаимного расположения и других условий. Можно также объединить несколько локальных сетей, выполненных с использованием разных топологий, в единую локальную сеть.

Существуют и комбинированные типы сетей, совмещающие лучшие качества одноранговых сетей и сетей на основе сервера:

Звезда-шина

Это комбинация топологий «шина» и «звезда». Чаще всего это выглядит так: несколько сетей с топологией «звезда» объединяются при помощи магистральной линейной шины. В этом случае выход из стоя одного компьютера не оказывает никакого влияния на сеть - остальные компьютеры по-прежнему взаимодействуют друг с другом. А выход из стоя концентратора повлечет за собой остановку подключенных к нему компьютеров и концентраторов.

Звезда-кольцо

Кажется несколько похожей на звезду-шину. И в той, и в другой топологии компьютеры подключены к концентратору, который фактически и формирует кольцо или шину. Отличие в том, что концентраторы в звезде-шине соединены магистральной линейной шиной, а в звезде-кольце на основе главного концентратора они образуют звезду.

ОБОРУДОВАНИЕ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ

Сетевое оборудование - устройства, из которых состоит компьютерная сеть. Условно выделяют два вида сетевого оборудования:

· Активное сетевое оборудование - оборудование, которое способно обрабатывать или преобразовывать передаваемую по сети информацию. К такому оборудованию относятся сетевые карты, маршрутизаторы, принт-серверы.

· Пассивное сетевое оборудование - оборудование, служащее для простой передачи сигнала на физическом уровне. Это сетевые кабели, коннекторы и сетевые розетки, повторители и усилители сигнала.

АКТИВНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Активное оборудование ЛВС является основой сети и содержит в себе следующие основные типы устройств:

· сетевые интерфейсные карты;

· концентраторы;

· повторители;

· мосты;

· маршрутизаторы;

Сетевые интерфейсные карты иногда называются сетевыми картами или адаптерами и представляют собой устройства для организации на рабочих узлах (компьютерах) сетевого интерфейса.

Повторители служат для усиления передающегося по кабелю сигнала и в чистом виде практически не применяются: их функции целиком переняли концентраторы. Единственным отличием классического концентратора является количество портов: от 5 до 16 и более против двух портов, имеющихся у повторителей.

Мост чаще всего используется в случаях, когда необходимо разграничение передачи данных для разных логических частей сети. Другим предназначением мостов является объединение сетей с различной скоростью передачи данных.

Маршрутизаторы относятся к активному оборудованию ЛВС, которое, так же, как и повторители, в современных локальных сетях практически не применяется. Маршрутизаторы, тем не менее, служат для объединения различных лвс в общую сеть посредством глобальных линий связи или Интернет.

ПАССИВНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

В отличие от активного сетевого оборудования пассивное не нуждается в дополнительных источниках питания, передача информации при этом происходит без дополнительных преобразований сигнала. Пакеты данных пересылаются напрямую без изменений на информационном уровне. Пассивное сетевое оборудование делится условно на две группы. Первая группа включает в себя оборудование, являющееся трассой для кабелей: кронштейны, кабельканалы и аксессуары для них, металлические лотки, закладные трубы, клипсы, гофрошланги и коммутационные шкафы. Во вторую группу входит оборудование, которое служит трактом передачи данных. Сюда относят розетки, кабели и коммутационные панели. Коммутационные панели обеспечивают соединения между портами активного оборудования и кабелями. Как правило, используется два вида кабелей: экранированная и неэкранированная витая пара (STP и UTP). В зависимости от вида сети, могут использоваться телефонные или компьютерные розетки.

Металлические лотки, кабельные каналы, кронштейны и гофрированные шланги используются, как правило, для подведения кабеля и его защиты, а для крепления гофрированных шлангов применяются клипсы. Аксессуары же для кабельканалов используются из эстетических соображений. К ним относятся: внутренний и внешний углы, заглушки, Т-образные отводы и соединительная скоба. В том случае, когда необходимо стягивание пучка кабелей, применяются стяжки.

ВЫБОР СЕТЕВОГО СТАНДАРТА. СЕТЕВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

В локальных сетях, как правило, используется разделяемая среда передачи данных (моноканал) и основная роль отводится протоколами физического и канального уровней, так как эти уровни в наибольшей степени отражают специфику локальных сетей.

Сетевая технология - это согласованный набор стандартных протоколов и реализующих их программно-аппаратных средств, достаточный для построения локальной вычислительной сети. Сетевые технологии называют базовыми технологиями или сетевыми архитектурами локальных сетей.

Сетевая технология или архитектура определяет топологию и метод доступа к среде передачи данных, кабельную систему или среду передачи данных, формат сетевых кадров тип кодирования сигналов, скорость передачи в локальной сети. В современных локальных вычислительных сетях широкое распространение получили такие технологии или сетевые архитектуры, как: Ethernet, Token-Ring, ArcNet, FDDI.

IEEE802.3/Ethernet

В настоящее время эта сетевая технология наиболее популярна в мире. Популярность обеспечивается простыми, надежными и недорогими технологиями. В классической локальной сети Ethernet применяется стандартный коаксиальный кабель двух видов (толстый и тонкий).

Однако все большее распространение получила версия Ethernet, использующая в качестве среды передачи витые пары, так как монтаж и обслуживание их гораздо проще. В локальных сетях Ethernet применяются топологии типа “шина” и типа “пассивная звезда”, а метод доступа CSMA/CD.

Стандарт IEEE802.3 в зависимости от типа среды передачи данных имеет модификации:

· 10BASE5 (толстый коаксиальный кабель) - обеспечивает скорость передачи данных 10 Мбит/с и длину сегмента до 500м;

· 10BASE2 (тонкий коаксиальный кабель) - обеспечивает скорость передачи данных 10 Мбит/с и длину сегмента до 200м;;

· 10BASE-T (неэкранированная витая пара) - позволяет создавать сеть по звездной топологии. Расстояние от концентратора до конечного узла до 100м. Общее количество узлов не должно превышать 1024;

· 10BASE-F (оптоволоконный кабель) - позволяет создавать сеть по звездной топологии. Расстояние от концентратора до конечного узла до 2000м.

В развитие сетевой технологии Ethernet созданы высокоскоростные варианты: IEEE802.3u/Fast Ethernet и IEEE802.3z/Gigabit Ethernet. Основная топология, которая используется в локальных сетях Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, пассивная звезда.

Сетевая технология Fast Ethernet обеспечивает скорость передачи 100 Мбит/с и имеет три модификации:

· 100BASE-T4 - используется неэкранированная витая пара (счетверенная витая пара). Расстояние от концентратора до конечного узла до 100м;

· 100BASE-TX - используются две витые пары (неэкранированная и экранированная). Расстояние от концентратора до конечного узла до 100м;

· 100BASE-FX - используется оптоволоконный кабель (два волокна в кабеле). Расстояние от концентратора до конечного узла до 2000м; .

Сетевая технология локальных сетей Gigabit Ethernet - обеспечивает скорость передачи 1000 Мбит/с. Существуют следующие модификации стандарта:

· 1000BASE-SX - применяется оптоволоконный кабель с длиной волны светового сигнала 850 нм.

· 1000BASE-LX - используется оптоволоконный кабель с длиной волны светового сигнала 1300 нм.

· 1000BASE-CX - используется экранированная витая пара.

· 1000BASE-T - применяется счетверенная неэкранированная витая пара.

Локальные сети Fast Ethernet и Gigabit Ethernet совместимы с локальными сетями, выполненными по технологии (стандарту) Ethernet, поэтому легко и просто соединять сегменты Ethernet, Fast Ethernet и Gigabit Ethernet в единую вычислительную сеть.

Token-Ring

Сеть Token-Ring предполагает использование разделяемой среды передачи данных, которая образуется объединением всех узлов в кольцо. Сеть Token-Ring имеет звездно-кольцевую топологию (основная кольцевая и звездная дополнительная топология). Для доступа к среде передачи данных используется маркерный метод (детерминированный маркерный метод). Стандарт поддерживает витую пару (экранированную и неэкранированную) и оптоволоконный кабель. Максимальное число узлов на кольце - 260, максимальная длина кольца - 4000 м. Скорость передачи данных до 16 Мбит/с.

ArcNet

В качестве топологии локальная сеть ArcNet использует “шину” и “пассивную звезду”. Поддерживает экранированную и неэкранированную витую пару и оптоволоконный кабель. В сети ArcNet для доступа к среде передачи данных используется метод передачи полномочий. Локальная сеть ArcNet - это одна из старейших сетей и пользовалась большой популярностью. Среди основных достоинств локальной сети ArcNet можно назвать высокую надежность, низкую стоимость адаптеров и гибкость. Основным недостаткам сети является низкая скорость передачи информации (2,5 Мбит/с). Максимальное количество абонентов - 255. Максимальная длина сети - 6000 метров.

FDDI (Fiber Distributed Data Interface)

FDDI- стандартизованная спецификация для сетевой архитектуры высокоскоростной передачи данных по оптоволоконным линиям. Скорость передачи - 100 Мбит/с. Эта технология во многом базируется на архитектуре Token-Ring и используется детерминированный маркерный доступ к среде передачи данных. Максимальная протяженность кольца сети - 100 км. Максимальное количество абонентов сети - 500. Сеть FDDI - это очень высоконадежная сеть, которая создается на основе двух оптоволоконных колец, образующих основной и резервный пути передачи данных между узлами.

ВЫБОР СЕТЕВОЙ ТЕХНОЛОГИИ

В проектируемой сети будет использоваться сетевая технология Fast Ethernet 100BASE-T4. Fast Ethernet -- спецификация IEЕЕ 802.3 u официально принятая 26 октября 1995 года определяет стандарт протокола канального уровня для сетей работающих при использовании как медного, так и волоконно-оптического кабеля со скоростью 100Мб/с. Новая спецификация является наследницей стандарта Ethernet IEЕЕ 802.3, используя такой же формат кадра, механизм доступа к среде CSMA/CD и топологию звезда. 100Base-T4 -- самая поздняя реализация Fast Ethernet, она появилась позднее спецификаций 100Base-TX и 100Base-FX. Эволюция коснулась нескольких элементов конфигурации средств физического уровня, что позволило увеличить пропускную способность, включая типы применяемого кабеля, длину сегментов и количество концентраторов. Сегменты T4 (100base-T4) используют четыре скрученные пары телефонного качества (экранированные и неэкранированные скрученные пары проводов категории 3, 4 или 5) длиной до 100м. Провода должны быть скручены по всей длине, скрутка может быть прервана не далее как в 12мм от разъема (это требование справедливо и для сегментов типа TX). Спецификация 100Base-T4 появилась позже других спецификаций физического уровня Fast Ethernet. Разработчики этой технологии в первую очередь хотели создать физические спецификации, наиболее близкие к спецификациям l0Base-T и l0Base-F, которые работали на двух линиях передачи данных: двух парах или двух волокнах. Для реализации работы по двум витым парам пришлось перейти на более качественный кабель категории 5. Стандарт 100Base T4 имеет менее ограничительные требования к кабелю, так как в нём задействуются все четыре пары восьмижильного кабеля : одна пара для передачи, другая для приёма, а оставшиеся две пары работают как на передачу, так и на приём. В результате, в стандарте 100Base T4 и приём и передача данных могут осуществляться по трём парам. Для реализации сетей 100Base -T4 подойдут кабели с неэкранированной витой парой категории 3-5 и экранированной типа 1. Вместо кодирования 4В/5В в этом методе используется кодирование 8В/6Т, которое обладает более узким спектром сигнала и при скорости 33 Мбит/с укладывается в полосу 16 МГц витой пары категории 3 (при кодировании 4В/5В спектр сигнала в эту полосу не укладывается). Каждые 8 бит информации уровня MAC кодируются 6-ю троичными цифрами (ternary symbols), то есть цифрами, имеющими три состояния. Каждая троичная цифра имеет длительность 40 нс. Группа из 6-ти троичных цифр затем передается на одну из трех передающих витых пар, независимо и последовательно.

Четвертая пара всегда используется для прослушивания несущей частоты в целях обнаружения коллизии. Скорость передачи данных по каждой из трех передающих пар равна 33,3 Мбит/с, поэтому общая скорость протокола 100Base-T4 составляет 100 Мбит/с. В то же время из-за принятого способа кодирования скорость изменения сигнала на каждой паре равна всего 25 Мбод, что и позволяет использовать витую пару категории 3. Стоит отметить, что 100BASE-T4 использует трёхуровневую амплитудно-импульсную модуляцию (PAM-3).

Технические характеристики 100Base-T4:

· Бодовая скорость -- 25;

· Частота основной гармоники -- 12,5;

· Количество пар для передачи -- 3;

· Скорость по одной паре -- 33,3 МБит/с.

Размещено на Allbest.ru