Размещено на http://www.allbest.ru/

ТО Федеральное агентство связи Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики

Кафедра радиовещания и телевидения

Реферат

на тему

Принцип организации компьютерных сетей

Выполнила студентка группы РП-91

Петрова Е.А.

Проверил профессор Катунин Г.П.

г. Новосибирск

2019 г.

Оглавление

• Глава 1. Принципы построения компьютерных сетей
• 1.1 Топология компьютерных сетей
• 1.2 Топология «шина»
• 1.3 Топология «звезда»
• 1.4 Топология «кольцо»
• 1.5 Другие топологии
• 1.6 Многозначность понятия топологии
• Глава 2. Классификация сетей по способам администрирования
• 3.1 Уровни сетевой архитектуры
• 3.2 Аппаратура компьютерных сетей
• Вывод

Глава 1. Принципы построения компьютерных сетей

По территориальной распространённости сети могут быть локальными, городскими (региональными) и глобальными. Чаще всего термин «локальные сети» (LAN, Local Area Network) понимают буквально, т.е. под локальными понимаются такие сети, которые имеют небольшие размеры и соединяют близко расположенные компьютеры. Однако достаточно посмотреть на характеристики некоторых локальных сетей, чтобы понять, что такое определение не слишком точно. Например, некоторые локальные сети легко обеспечивают связь на расстоянии нескольких километров или даже десятков километров. Наверное, наиболее точно было бы определить, как локальную такую сеть, которая позволяет пользователям не замечать связи. Компьютеры, связанные локальной сетью, объединяются, по сути, в один визуальный компьютер, ресурсы которого могут быть доступны всем пользователям, причём этот доступ не менее удобен, чем к ресурсам, входящим непосредственно в каждый отдельный компьютер. Под удобством в первую очередь понимается в данном случае высокая реальная скорость доступа, при которой обмен информацией между приложениями осуществляется незаметно для пользователя. При таком определении ни медленные глобальные сети, ни медленная связь через последовательный или параллельный порты не попадают под понятие локальной сети. Из такого определения сразу же следует, что скорость передачи по локальной сети должна обязательно расти по мере роста быстродействия наиболее распространённых компьютеров. Именно это мы и наблюдаем: если ещё сравнительно недавно вполне приемлемой считалась скорость обмена в 1 …10 Мбит/с, то сейчас среднескоростной считается сеть, работающая на скорости 100 Мбит/с и активно разрабатывающая средства для скорости 1000 Мбит/с и даже больше. При меньших скоростях передачи связь станет узким местом, будет чрезмерно замедлять работу объединённого сетью визуального компьютера. Таким образом, главное отличие локальной сети от любой другой - высокая скорость обмена.

Можно сформулировать следующие отличительные признаки локальной сети:

· Высокая скорость передачи, большая пропускная способность;

· Низкий уровень ошибок передачи (допустимая вероятность ошибок передачи данных должна быть порядка );

· Эффективный, быстродействующий механизм управления обменом;

· Ограниченное точно определённое число компьютеров, подключаемых к сети.

При таком определении понятно, что глобальные сети отличаются от локальных тем, что рассчитаны на неограниченное число абонентов и используют, как правило, не слишком качественные каналы связи и сравнительно низкую скорость передачи, а механизм управления обменом в них в принципе не может быть гарантированно быстрым. В глобальных сетях гораздо важнее не качество связи, а сам факт её существования.

Нередко выделяют ещё один класс компьютерных сетей - городские сети (MAN, Metropolitan Area Network), которые обычно бывают ближе к глобальным сетям, хотя иногда имеют некоторые черты локальных сетей, например, высококачественные каналы связи и сравнительно высокие скорости передачи. В принципе, городская сеть может быть действительно локальной, со всеми её преимуществами.

Правда сейчас уже нельзя провести чёткую и однозначную границу между локальными и глобальными сетями. Большинство локальных сетей имеет выход в глобальную сеть, но характер передаваемой информации, принципы организации обмена, режимы доступа к ресурсам внутри локальной сети, как правило, сильно отличаются от тех, что приняты в глобальной сети. И хотя все компьютеры локальной сети в данном случае включены так же и в глобальную сеть, специфики локальной сети это не отменяет.

1.1 Топология компьютерных сетей

Под топологией (компоновкой, конфигурацией, структурой) компьютерной сети обычно понимается физиологическое 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 своему собственному пути.

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

Существуют 3 основных топологии сети:

· Шина (bus), при котором все компьютеры параллельно подключаются к одной линии связи и информация от каждого компьютера одновременно передаётся всем остальным компьютерам;

· Звезда (star), при которой к одному центральному компьютеру присоединяются все остальные периферийные компьютеры, причём каждый из них использует свою отдельную линию связи;

· Кольцо (ring), при которой каждый компьютер передаёт информацию всегда только одному компьютеру, следующему в цепочке, а получает информацию только от предыдущего в цепочке компьютера, и эта цепочка замкнута в «кольцо».

На практике нередка используют и комбинации базовых топологий, но большинство сетей ориентированы именно на эти три.

1.2 Топология «Шина»

Топология шина самой своей структурой предполагает идентичность сетевого оборудования компьютеров, а также равноправие всех абонентов. При таком соединении компьютеры могут передать только по очереди, так как линия связи единственная. В противном случае передаваемая информация будет искажаться в результате наложения (конфликта, коллизии). Таким образом, в шине реализуется режим полудуплексного (half duplex) обмена (в обоих направлениях, но по очереди, а не одновременно).

Рисунок 1.1 Сетевая топология «Шина»

В топологии «шина» отсутствует центральный абонент, через которого передаётся вся информация, что увеличивает её надежность (ведь при отказе любого центра перестаёт функционировать вся управляемая этими центром система). Добавление новых абонентов в шину довольно просто и обычно возможно даже во время работы сети. В большинстве случаев при использовании шины требуется минимальное количество соединительного кабеля по сравнению с другими топологиями. Правда, надо учесть, что к каждому компьютеру (кроме двух крайних) подходит два кабеля, что не всегда удобно.

Так как разрешение возможных конфликтов в данном случае ложится на сетевое оборудование каждого отдельного абонента, аппаратура сетевого адаптера при топологии «шина» получается сложнее, чем при других топологиях. Однако из-за широкого распространения сетей с топологией «шина» (Ethernet, Arcnet) стоимость сетевого оборудования получается не слишком высокой.

Шине не страшны отказы отдельных компьютеров, так как все остальные компьютерные сети могут нормально продолжать обмен. Может показаться, что шине не страшен и обрыв кабеля, поскольку в этом случае мы получим две вполне работоспособные шины. Однако из-за особенностей распространения электрических сигналов по длинным линиям связи необходимо предусматривать включение на концах шины специальных согласующий устройств - терминаторов сигнал отражается от конца, показанных на рисунке 1.1 в виде прямоугольников. Без исключения терминаторов сигнал отражается от конца линии и искажается так, что связь по сети становится невозможной. Так что при разрыве или повреждений кабеля нарушается согласование линии связи, и прекращается обмен даже между собой. Короткое замыкание в любой точке кабеля шины выводит из строя всю сеть. Любой отказ сетевого оборудования в шине очень трудно локализировать, так как все адаптеры включены параллельно, и понять, какой из них вышел из строя, не так-то просто.

Рис. 1.2 Соединение сегментов сети типа «шина» с помощью репитера

При прохождении по линии связи сети с топологией «шина» информационные сигналы ослабляют и никак не восстанавливаются, что накладывает жесткие ограничения на суммарную длину линий связи, кроме того, каждый абонент может получать из сети сигналы разного уровня в зависимости от расстояния до предыдущего абонента. Это предъявляет дополнительные требования к приёмным узлам сетевого оборудования. Для увеличения длины сети с топологией «шина» часто используют несколько сегментов (каждый из которых представляет собой шину), соединённых между собой с помощью специальных восстановителей сигналов - репитеров, или повторителей (на рис. 1.2 показано соединение двух сегментов).

Однако такое наращивание длины сети не может продолжаться бесконечно, так как существуют ещё и ограничения, связанные с конечной скоростью распространения сигналов по линиям связи.

1.3 Топология «звезда»

«Звезда» - это топология с явно выделенным центром (рис. 1.3), к которому подключаются все остальные абоненты. Весь обмен информацией идёт исключительно через центральный компьютер, на котором таким образом ложится очень большая нагрузка, поэтому ничем другим, кроме сети, он заниматься не может. Как правило, именно центральный компьютер является самым мощным, и именно на него возлагаются все функции по управлению обменом. Никакие конфликты компьютеров в сети с топологией «звезда» в принципе не возможны, так как управление полностью централизованно.

Если говорить об устойчивости звезды к отказам компьютеров, то выход из строя периферийного компьютера никак не отражается на функционировании оставшейся части сети, зато любой отказ центрального компьютера делает сеть полностью неработоспособной. Поэтому должны приниматься специальные меры по повышению надёжности центрального компьютера и его сетевой аппаратуры. Обрыв любого кабеля или короткое замыкание в нём при топологии, «звезда» нарушает обмен только с одним компьютером, а все остальные компьютеры могут нормально продолжать работу.

Рисунок 1.3 Сетевая топология «звезда»

В отличие от шины, в звезде на каждой линии связи находится только два абонента; центральный и один из периферийных. Чаще всего для их соединения используется две линии связи, каждая из которых передаёт информацию только в одном направлении.

Таким образом, на каждой линии связи имеется только один приёмник и один передатчик. Всё это существенно упрощает сетевое оборудование по сравнению с шиной и избавляет от необходимости применения дополнительных внешних терминаторов. Проблема затухания сигналов в линии связи также решается в «звезде» проще, чем в «шине», ведь каждый приёмник всегда получает сигнал одного уровня.

Серьёзный недостаток топологии «звезда» состоит в жестком ограничении количества абонентов. Обычно центральный абонент может обслуживать не более 8-16 периферийных абонентов. Если в этих пределах подключение новых абонентов довольно просто, то при их повышении оно просто невозможно.

Правда, иногда в звезде предусматривается возможность наращивания, т.е. подключение вместо одного из периферийных абонентов ещё одного центрального абонента (в результате получается топология из нескольких соединённых между собой звёзд).

Звезда, показанная на рис. 1.3, носит название активной, или истинной, звезды. Существует также топология, называемая пассивной звездой, которая только внешне похожа на звезду (рис. 1.4). В настоящее время она распространена гораздо больше, чем активная звезда. Достаточно сказать, что она используется в самой популярной на сегодняшний день сети Ethernet.

Рисунок 1.4 Топология «пассивная звезда»

В центре сети с данной топологией помещается не компьютер, а конденсатор, или хаб (hub), выполняющий ту же функцию, что и репитер. Он восстанавливает приходящие сигналы и пересылает их в другие линии связи. Хотя мы имеем дело с шинной топологией, так как информация от каждого компьютера одновременно передаётся ко всем остальным компьютерам, а центрального абонента не существует. Естественно, пассивная звезда получается дороже обычной шины, так как в этом случае обязательно требуется ещё и концентратор. Однако она предоставляет целый ряд дополнительных возможностей, связанных с преимуществами звезды. Именно поэтому в последнее время пассивная звезда всё больше вытесняет истинную шину, которая считается малоперспективной топологией.

Большое достоинство звезды (как активной, так и пассивной) состоит в том, что все точки подключения собраны в одном месте. Это позволяет легко контролировать работу сети, локализировать неисправности сети путём простого отключения от центра тех или иных абонентов (что невозможно, например, в случае шины), а также ограничивать доступ посторонних лиц к жизненно важным для сети точкам.

Общим недостатком для всех топологий типа «звезда» является значительно больший, чем при других топологиях, расход кабеля. Например, если компьютеры расположены в одну линию (как на рис. 1.1), то при выборе топологии «звезда» понадобится в несколько раз больше кабеля, чем при топологии «шина». Это может существенно повлиять на стоимость всей сети в целом.

1.4 Топология «кольцо»

Кольцо - это топология локальной сети, в которой рабочие станции подключены последовательно друг к другу, образуя замкнутое кольцо. Данные передаются от одной рабочей станции к другой в одном направлении (по кругу). Каждый ПК работает как повторитель, ретранслируя сообщения к следующему ПК, т.е. данные передаются от одного компьютера к другому как бы по эстафете.

Если компьютер получает данные, предназначенные для другого компьютера - он передает их дальше по кольцу, в ином случае они дальше не передаются.

Достоинства кольцевой топологии:

· простота установки;

· практически полное отсутствие дополнительного оборудования;

· возможность устойчивой работы без существенного падения скорости передачи данных при интенсивной загрузке сети.

Однако “кольцо” имеет и существенные недостатки:

· каждая рабочая станция должна активно участвовать в пересылке информации; в случае выхода из строя хотя бы одной из них или обрыва кабеля - работа всей сети останавливается;

· подключение новой рабочей станции требует краткосрочного выключения сети, поскольку во время установки нового ПК кольцо должно быть разомкнуто;

· сложность конфигурирования и настройки;

· сложность поиска неисправностей.

Кольцевая топология сети используется довольно редко. Основное применение она нашла в оптоволоконных сетях стандарта Token Ring.

Рисунок 1.5 Сетевая топология «кольцо»

1.5 Другие топологии

Кроме трёх рассмотренных основных, базовых топологий нередко применяется также сетевая топология «дерево» (tree), которую можно рассматривать как комбинацию нескольких звёзд. Как и в случае звезды, дерево может быть активным, или истинным (рис. 1.6), и пассивным (рис. 1.7). При активном дереве в центрах объединения нескольких линий связи находится центральные компьютеры, а при пассивном- концентраторы (хабы).

Рисунок 1.6 Топология «активное дерево»

Рисунок 1.7 Топология «Пассивное дерево». К-концентраторы

Довольно часто применяются и комбинированные топологии, среди которых наибольшее распространение получили звёздно-шинная (рис. 1.8) и звёздно-кольцевая (рис. 1.9)

Рисунок 1.8 Пример звёздно-шинной топологии

Рисунок 1.9 Пример звёздно-кольцевой топологии

Глава 2. Классификация сетей по способам администрирования

Компьютерные сети можно классифицировать по способам администрирования, т.е. в зависимости от того, кто и как управляет разделяемыми ресурсами.

Прежде всего, упомянем о таких важнейших понятиях теорий сетей, как сервер и клиент.

Сервером называется абонент (узел) сети, который предоставляет свои ресурсы другим абонентам, но сам не использует ресурсы других абонентов. Серверов в сети может быть несколько, и совсем не обязательно сервер- это самый мощный компьютер. Выделенный сервер- это сервер, занимающийся только сетевыми задачами. Невыделенный сервер может заниматься помимо обслуживания сетевыми задачами. Серверы различают по основным функциям, которые они выполняют: файловые, печати, приложений и т.д. Файловый сервер служит для хранения файлов и предоставления их для использования рабочим станциям сети. Сервер печати производит функции сетевой печати. На сервере приложений выполняются задачи, которые могут быть запущены с любой рабочей станции, имеющей доступ к данному серверу.

Клиентом называется абонент сети, который только использует сетевые ресурсы, но сам свои ресурсы в сеть не отдаёт, т.е. сеть его обслуживает. Компьютер-клиент также часто называют рабочей станцией. В принципе каждый компьютер может быть одновременно как клиентом, так и сервером. Под сервером и клиентом часто понимают так же не сами компьютеры, а работающие на них программные приложения. В этом случае то приложение, которое только отдаёт ресурс в сеть, является сервером, а то приложение, которое только отдаёт ресурс в сеть, является сервером, а то приложение, которое только пользуется сетевыми ресурсами, является клиентом.

Компьютерная сеть может быть построена следующим образом:

· Как одноранговая рабочая группа, в которой каждый компьютер выполняет функции, как сервера, так и клиента, причём каждый пользователь самостоятельно управляет ресурсами своего компьютера;

· Как сеть клиент\сервер, в которой функции администрирования сосредоточены на центральном компьютере со специальной сетевой операционной системой; при этом на центральном компьютере выполняется аутентификация пользователей, паролей и другой регистрационной информации для регистрации пользователей, и предоставления им доступа к ресурсам.

Одноранговые сети. Одноранговая структура хорошо подходит для небольших сетей, у которых требования к безопасности не очень высоки.

В одноранговых сетях нет центральной базы данных, в которой хранилась бы регистрационная информация пользователей. Все средства обеспечения безопасности в этих сетях локальны. Учётные записи и пароли пользователей создаются и поддерживаются ка каждом компьютере. Это довольно неудобно, к тому же менее безопасно, чем в централизованной модели безопасности, используемой в сетях клиент\сервер.

Список литературы

1.Компьютерный сети. Принципы, технологии, протоколы. [электронный ресурс]//utexts.net компьютерные сети.-URL:https://itexts.net/avtor-viktor-grigorevich-olifer/75020-kompyuternye-seti-principy-tehnologii-protokoly-viktor-olifer/read/page-1.html (Дата посещения 18.09.2019г.)

2.Организация компьютерных сетей [электронный ресурс]//allbest Организация компьютерных сетей.-URL: https://otherreferats.allbest.ru/programming/00015513_0.html (Дата посещения 18.09.2019г.)

3.Топологии сети: звезда, шина, кольцо.[электронный ресурс]//blogsisadmina.ru.-URL:http://blogsisadmina.ru/seti/topologii-setej.html (Дата поседения 27.09.2019г.)

4.Катунин Г.П. Основы телекоммуникаций: учебное пособие/ Сиб. гос. ун-т телекоммуникаций и информатики- Новосибирск, 2006. -268с.

Размещено на Allbest.ru