Результаты исследований учащихся в проекте Компьютерные сети

Авторы и участники проекта

Крымова Марина

Сулейманов Антон

Тема исследования группы

Локальные вычислительные сети.

Проблемный вопрос (вопрос для исследования)

Что такое локальные вычислительные сети (ЛВС)?

Гипотеза исследования

Для понимания того как работают компьютерные сети, для начала необходимо понять что такое локальные сети.

Цели исследования

1. Познакомиться с понятием компьютерная сеть.

2. Ознакомиться с аппаратными составляющими компьютерных сетей.

3. Изучить принципы передачи данных.

4. Изучить принципы построения локальных вычислительных сетей.

Результаты проведённого исследования

1)

Компьютерная сеть (вычислительная сеть, сеть передачи данных) — система связи компьютеров или компьютерного оборудования (серверы, маршрутизаторы и другое оборудование). Для передачи информации могут быть использованы различные физические явления, как правило — различные виды электрических сигналов, световых сигналов или электромагнитного излучения.

Классификация по территориальной распространенности:

• PAN (Personal Area Network) — персональная сеть, предназначенная для взаимодействия различных устройств, принадлежащих одному владельцу.

• LAN (Local Area Network) — локальные сети, имеющие замкнутую инфраструктуру до выхода на поставщиков услуг. Термин «LAN» может описывать и маленькую офисную сеть, и сеть уровня большого завода, занимающего несколько сотен гектаров. Зарубежные источники дают даже близкую оценку — около шести миль (10 км) в радиусе. Локальные сети являются сетями закрытого типа, доступ к ним разрешен только ограниченному кругу пользователей, для которых работа в такой сети непосредственно связана с их профессиональной деятельностью.

• CAN (Campus Area Network — кампусная сеть) — объединяет локальные сети близко расположенных зданий.

• MAN (Metropolitan Area Network) — городские сети между учреждениями в пределах одного или нескольких городов, связывающие много локальных вычислительных сетей.

• WAN (Wide Area Network) — глобальная сеть, покрывающая большие географические регионы, включающие в себя как локальные сети, так и прочие телекоммуникационные сети и устройства. Пример WAN — сети с коммутацией пакетов (Frame relay), через которую могут «разговаривать» между собой различные компьютерные сети. Глобальные сети являются открытыми и ориентированы на обслуживание любых пользователей.

Термин «корпоративная сеть» также используется в литературе для обозначения объединения нескольких сетей, каждая из которых может быть построена на различных технических, программных и информационных принципах.

2)

Технические средства локальных сетей включают в себя следующие функциональные группы оборудования:

• Средства линий передачи данных (кабель, витая пара, оптоволокно) – реализуют собственно перенос сигналов;

• Средства увеличения дистанции передачи данных (репитер, усилитель, модемы) – осуществляют усиление сигнала или преобразование в форму, удобную для дальнейшей передачи;

• Средства повышения ёмкости линий передачи (мульплексоры) – позволяют реализовывать несколько логических каналов в рамках одного физического соединения путём разделения частот передачи, чередования пакетов во времени и т.д.

• Средства управления информационными потоками в сети (коммутация каналов, коммутация пакетов, разветвление линий передачи) – осуществляют адресацию сообщений;

• Средства соединения линий передачи с сетевым оборудованием узлов (сетевые платы, адаптеры) – реализуют ввод/вывод данных с оконечного оборудования в сеть.

• СЕТЕВЫЕ ПЛАТЫ, АДАПТЕРЫ

Сетевые интерфейсные платы (NIC – Network Interface Card) устанавливаются на настольных и портативных персональных компьютерах.

Сетевые платы предназначены для:

1) взаимодействия с другими устройствами в локальной сети;

2) повышения производительности, назначают приоритеты для ответственного трафика, поддерживают удалённую активизацию связи с центральной рабочей станцией, поддерживают удалённое изменение конфигурации, что значительно экономит время и силы администраторов постоянно растущих сетей.

• КОНЦЕНТРАТОРЫ

Концентраторы (многопортовые повторители, hub) осуществляют функции повторителей сигналов на всех участках передачи данных. Обнаруживают коллизии в сегменте и посылают джам-последовательности на все свои выходы.

В зависимости от числа рабочих станций применяют пассивные и активные концентраторы. Активные hub содержат усилитель для подключения от 4 до 32 рабочих станций, пассивный являются исключительно разветвительным устройством (максимум на три рабочие станции).

• ПОВТОРИТЕЛЬ

Повторитель (репитер) принимает сигналы от одного из компьютеров, а передаёт их синхронно на все остальные порты, кроме того, с которого поступил сигнал. Если длина сети превышает максимальную длину сегмента сети, необходимо разбить сеть на несколько (до 5) сегментов), соединив их через репитер.

Функции репитера заключаются в физическом разделении сегментов сети и обеспечении восстановления пакетов, передаваемых из одного сегмента сети в другой

• КОММУТАТОР

Коммутатор (Switch) – многопортовое устройство, обеспечивающее высокочастотную коммутацию пакетов между портами.

Он позволяет передавать пакеты сообщений одновременно между парами портов в сетях Ethernet. Использует алгоритм, «прозрачного сегмента». В начальный момент времени коммутатор ничего не знает о чужых подключаемых узлах или сегмента сети его портах.

По мере того, как подключённые к портам коммутаторы узлы начинают передачу, он начинает анализировать содержимое адресов отправителя, что позволяет делать выводы о принадлежности того или иного узла к тому или иному порту коммутатора.

• МАРШРУТИЗАТОР

Маршрутизатор имеет несколько портов, к которым подсоединяются подсети. Каждый порт маршрутизатора можно рассматривать как отдельный узел сети. Он имеет собственный сетевой и локальный адреса к той подсети, которая к нему подключена. Маршрутизатор можно рассматривать как совокупность нескольких узлов, каждый из которых входит в свою подсеть.

3)

Для передачи данных в локальных сетях используются кадры, в которых собирается вся информация, необходимая для их доставки в запрашиваемое место. Вообще, кадр это блок данных, передаваемый по сети.

Размер кадра в байтах или битах и его структура зависят от протокола физического уровня, который используется в сети, например, Еthеrпеt, Token Riпg и Т.Д. Кадр можно сравнить с обычным конвертом: никого не удивит, если десятый конверт будет иметь те же размеры, что и девятый, 16х11.5 см. Однако его полезная нагрузка может варьироваться от размера, содержимого, срочности и т.д. зная только размер конверта, также нельзя сказать, как он будет перенаправлен по месту назначения.

В мире сетей за передачу кадров отвечает протокол.

Однако в конверте может быть достаточно видимой информации, что бы определить, кто его отправил и кому. Эта информация используется либо для отправки конверта адресату, либо для оповещения отправителя о том, что конверт не может быть доставлен.

Продолжим аналогию. Если вы превышаете размер конвертов, можно создать механизм для запаковывания их в бандероли. Таким образом, стандартизация размера конвертов очень важна для механизма пересылки, так как в этом случае можно обработать все поступившие конверты. независимо от источника их создания.

Сети, по сути, являются таким механизмом, и для них необходима такая же стандартизация. Стандартизация гарантирует, что различные компоненты сети, изготовленные различными производителями, смогут работать друг другом. В этих же стандартах также описываются общие правила преобразования кадров при переходе из сети одного типа в другой, например из Ethernet в Token Ring.

Это все эти стандарты, поддерживающийся в современных высокоскоростных сетях, отвечает институт инженеров по электротехнике электронники (Institute of Electrical апd Electronics Епgiпееrs ШЕЕ). Работа по стандартизации началась в феврале 1980 года, когда IEEE создал комитет, отвечающий за стандарты для локальных городских сетей, который еще иногда называют проектом 802.

Что нужно знать для создания компьютерной сети.

• Брандмауэр (Firewall). Аппаратное или программное устройство, защищающее сеть и управляющее доступом к ней. Брандмауэр препятствует поступлению нежелательных данных внутрь сети и позволяет только определенной информации покидать сеть.

• Витая пара. Физическая среда передачи данных, состоящая из пар медных проводов, переплетенных по спирали. Переплетение проводов в таком кабеле необходимо для уменьшения помех и интерференции от соседних проводов.

• Виртуальный канал. Канал, который для пользователя представлен в виде простого прямого соединения, но на самом деле реализующийся более сложными методами.

• Выделенная линия. Постоянное соединение, предоставляемое телекоммуникационной компанией для доступа к Интернет. Для соединения по выделенной линии не нужно звонить, как при модемном соединении.

• Интернет. Набор технологий использующих серверы из частной сети.

• Клиент. Обычно так называют программу, которая работает в паре с другой программой сервером, которая находится где то в сети. Клиент, или клиентская программа, отправляет серверу по сети запрос для выполнения каких либо задач.

• Коллизия. Результат одновременной попыток нескольких компьютеров получить доступ к физической среде сети.

• Концентратор (hab). Устройство, соединяющее другие устройства (например, компьютеры).

• Маршрутизатор (Router). Представляет собой устройство, принимающее решение, по какому из нескольких сетевых путей отправить данные, которые через него проходят.

• Маршрутная таблица. Каталог, хранящийся в памяти маршрутизотор, в котором содержатся адреса других сетей или устройств и способы их достижения.

• Модем (модулятор-демодулятор). Коммуникauионное устройство, преобразующее цифровой сигнал в аналоговый (при передаче данных) и аналоговый в цифровой (при приеме данных).

4)

Обмен информацией в ЛВС осуществляется согласно определенным правилам. Такие правила именуются протоколами. Разные протоколы описывают различные стороны одного и того же типа связи. Взятые вместе, они образуют стек протокола. Компьютеры, входящие в Локальную Вычислительную сеть, можно соединить между собой разными способами.

Можно выделить четыре основных топологии:

1) Первая и самая простая топология сети – это сеть типа «Точка - Точка». При такой организации, сеть состоит из двух компьютеров, непосредственно подключенных друг к другу. Достоинством такой организации сети является простота и относительная дешевизна, недостатком же является то, что соединить таким образом можно всего два компьютера.

2) Вторая топология сети – это сеть типа «Шина». При такой организации, сеть состоит из нескольких компьютеров, каждый из которых подключен к общей для сети шине передачи данных. В роли шины может выступать коаксиальный кабель. Главным недостатком такой организации является то, что при обрыве шины все узлы сети теряют связь. Если необходимо подключить еще один узел в сеть, то на время монтажных работ связь также будет утеряна

3) Третья топология сети – это сеть типа «Кольцо». При такой организации, сеть состоит из нескольких компьютеров, каждый из которых подключен к кабелю, замкнутому в кольцо. Сигнал передается по кольцу в одном направлении и проходит от компьютера к компьютеру. При этом компьютер, получивший сигнал от соседней машины, усиливает его и передает дальше по кольцу. Это происходит до тех пор, пока сигнал не дойдет до компьютера, которому он адресован. Недостатком такого способа является то, что если хотя бы один из компьютеров перестанет работать, прекращает функционировать вся сеть, да и время передачи сигнала до неоходимой машины заметно увеличивается по сравнению с остальными способами соединения компьютеров в сеть.

4) Четвертая топология сети – это сеть типа «Звезда». При такой организации, сеть состоит из нескольких компьютеров, каждый из которых подключен к одному и тому же центральному устройству. Такое устройство получило название HUB. Главный недостаток данной топологии заключается в том, что при выходе из строя HUBa остальные узлы теряют связь. Основным достоинством такого соединения является возможность подключать новые узлы к сети не прерывая работу остальных узлов. Из-за этого важного преимущества этого типа сети перед другими, а также из-за относительно низкой себестоимости, такая организация сети является самой распространённой.

Вывод

1) Мы познакомились с понятием компьютерная сеть.

2) Ознакомились с аппаратными составляющими компьютерных сетей.

3) Изучили принципы передачи данных.

4) Изучили принципы построения ЛВС.

Полезные ресурсы

1. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов. 2-е изд. / В.Г. Олифер , Н.А. Олифер –СПб. Питер, 2004. – 864 с.: ил. 2. Глушаков С.В., Ломотько Д.В., Сурядный А.С. Работа в сети Internet/ 2-е изд., доп. и перераб./ Худож. - оформитель А.С. Юхтман. – Харьков: Фолио, 2003. -399 с. – (Учебный курс). 3. В. Холмогоров Компьютерная сеть своими руками. Самоучитель. СПб.: Питер. 2004. - 171 с. 4. М.В. Макарова. Електронна комерція. Посібник. Київ. Видавничий центр «Академія». 2002. - 269 с.