Компьютерные сети

Введение в компьютерные сети.

• Основные определения .
• Виды компьютерных сетей.
• Организация и структура л окальных вычислительных сетей.

Сетевые технологии

Выход

Основные определения.

На самом элементарном уровне сеть - это два компьютера, обменивающихся инфор мацией посредством специального соединения (например, по кабелю).

Информация от источника к адресату всегда передается в материально-энергетической форме, что информация может поступать непрерывно, а может и дискретно. Составляющие информационного процесса обеспечиваются наличием информационной системы, складывающейся из источника информации, канала связи, по которому информация в форме материально-энергетического сигнала может поступать к адресату, а также некоторого соглашения (кода), которое позволит потребителю установить смысл воспринятого сигнала, и собственно адресата, потребителя информации.

Компьютерная (электронная) сеть — это система обмена информацией между различными компьютерами, которая дает возможность пользователям этих компьютеров применять их в качестве средств передачи и приема информации.

Выход

2

3

Для чего необходимы сети .

• Программные ресурсы эффективнее работают в сети .
• Сети позволяют выполнять централизованное резервное копирование информации.
• Сети реализуют дополнительный уровень защиты с помощью паролей .
• С ети обеспечивают использование ресурсов всех компьютеров сети и периферийных устройств.

• Программные ресурсы эффективнее работают в сети (в случае автономных компью теров применяемое программное обеспечение должно присутствовать на жестком диске каждого ПК, а не только на той машине, где выполняется конкретная задача).
• Сети позволяют выполнять централизованное резервное копирование информации.
• Сети реализуют дополнительный уровень защиты с помощью паролей (каждому ра ботающему в сети пользователю можно присвоить отдельное учетное имя и пароль).
• С ети обеспечивают использование ресурсов всех компьютеров сети и периферийных устройств.

Выход

3

4

Виды компьютерных сетей.

Компьютерные сети бывают локальные, отраслевые, региональные, глобальные.

Компьютерная сеть - информационная система, включающая компьютеры, каналы связи , а также некоторого соглашения ( протокол а), который позволяет компьютерам распознавать друг-друга.

Принципы функционирования различных электронных сетей примерно одинаковы, так как все они представляют собой информационную систему , складывающуюся из компьютеров (как источников информации), канала связи , по которому информация в форме материально-энергетического сигнала может поступить к компьютеру-адресату, а также некоторого соглашения (кода), которое позволит компьютеру-адресату преобразовать воспринятый сигнал в форму, понятную потребителю-человеку. Практически любая сеть строится на основе нескольких мощных компьютеров, называемых серверами. Серверы могут подключаться друг к другу по обычным телефонным каналам, а также выделенным линиям и посредством спутниковой связи. К этим серверам обычно подключены серверы и соответственно сети второго порядка (региональные), третьего порядка (отраслевые или корпоративные), четвертого порядка (локальные), а к ним — пользователи отдельных компьютеров.

Выход

4

5

Сеть строится на основе нескольких мощных компьютеров, называемых серверами. Серверы могут подключаться друг к другу по обычным телефонным каналам, а также выделенным линиям и посредством спутниковой связи.

К серверам обычно подключены серверы и соответственно сети второго порядка (региональные), третьего порядка (отраслевые или корпоративные), четвертого порядка (локальные), а к ним — пользователи отдельных компьютеров.

Принципы функционирования различных электронных сетей примерно одинаковы, так как все они представляют собой информационную систему , складывающуюся из компьютеров (как источников информации), канала связи , по которому информация в форме материально-энергетического сигнала может поступить к компьютеру-адресату, а также некоторого соглашения (кода), которое позволит компьютеру-адресату преобразовать воспринятый сигнал в форму, понятную потребителю-человеку. Практически любая сеть строится на основе нескольких мощных компьютеров, называемых серверами. Серверы могут подключаться друг к другу по обычным телефонным каналам, а также выделенным линиям и посредством спутниковой связи. К этим серверам обычно подключены серверы и соответственно сети второго порядка (региональные), третьего порядка (отраслевые или корпоративные), четвертого порядка (локальные), а к ним — пользователи отдельных компьютеров.

Выход

5

6

Локальная сеть (LAN, local area network) представляет собой несколько компьютеров, соединенных друг с другом (кабелем) и расположенных в одном месте, обычно на этаже здания или в небольшой фирме.

Одной из существенных особенностей ЛВС является использование всеми ПК (в этом случае их еще называют рабочими станциями), включенными в сеть, потенциальных возможностей других устройств сети.

Составные части ЛВС: кабель, сетевая интерфейсная плата, сервер сети, центральное запоминающее устройство, рабочие станции.

Одной из существенных особенностей ЛВС является использование всеми ПК (в этом случае их еще называют рабочими станциями), включенными в сеть, потенциальных возможностей других устройств сети. Благодаря этому возможна одновременная и даже совместная работа с какой-либо программой, обмен файлами и письмами, разделение периферийных устройств (принтеров, накопителей CD - ROM и т.д.). Составные части ЛВС: кабель, сетевая интерфейсная плата, сервер сети, центральное запоминающее устройство, рабочие станции. К кабелю передачи данных подключено каждое устройство в сети, именно поэтому возможен обмен информацией между ними. ЛВС могут работать с разными кабелями — от двужильных телефонных до оптоволоконных, повышающих качество и скорость передачи данных (в нашей стране пока чаще витой парой).

Выход

6

7

Сервер сети — это специальная система управления сетевыми ресурсами общего доступа. Сервер является комбинацией аппаратного и программного обеспечения. Аппаратным средством может быть типовой ПК или специально спроектированный компьютер.

ЛВС является системой общего доступа к различным устройствам с возможностью коммуникации (связи) внутри нее, допускающая через подключение ЛВС к сетям другого уровня общение с другими ЛВС и персональными компьютерами.

Сетевая интерфейсная плата, или сетевой адаптер, — специальное аппаратное средство для эффективного взаимодействия персональных компьютеров сети. Она устанавливается в одно из свободных гнезд расширения шины ПК, а кабель передачи данных подключается в разъем на этой плате.

Сервер сети — это специальная система управления сетевыми ресурсами общего доступа. Сервер является комбинацией аппаратного и программного обеспечения. Аппаратным средством может быть типовой ПК или специально спроектированный компьютер. Центральное запоминающее устройство — это жесткий магнитный диск, который содержит программы и данные, к которым допустим совместный доступ пользователей сети. Одна сеть может иметь несколько таких дисков, что позволяет, например, хранить базу данных большого объема, распределенную на несколько дисков. Таким образом, ЛВС является системой общего доступа к различным устройствам с возможностью коммуникации (связи) внутри нее, допускающая через подключение ЛВС к сетям другого уровня общение с другими ЛВС и персональными компьютерами.

Выход

7

8

Глобальные сети (WAN – Wide AreaNetwork, MAN – Metropolian Area Network) служат для связи между собой отдаленных географических пунктов.

Глобальные сети - это совокупность локальных сетей, связанных коммуникационными каналами.

Каналы представляют собой телефонные линии, спутниковые каналы, мобильные радиостанции или микроволновые приемопередатчики (трансиверы).

Большинство глобальных сетей являются частными и принадлежат компаниям, которые их эксплуатируют. Многие компании формируют свои частные глобальные сети с помощью шифрованной передачи данных через Internet (это так называемые виртуальные частные сети , VPN - Virtual Private Network).

Такие каналы представляют собой телефонные линии, арендуемые у различных телефонных компаний. Ддя построения глобальных сетей можно использовать также спутниковые каналы, мобильные радиостанции или микроволновые приемопередатчики (трансиверы). Подобные варианты обычно значительно дороже выделенных телефонных линий, но хорошо подходят в тех случаях, когда телефонные каналы использовать невозможно. Большинство глобальных сетей являются частными и принадлежат компаниям, которые их эксплуатируют. В то же время существует такая крупнейшая в мире глобальная сеть, как Internet, не принадлежащая конкретному владельцу . Сегодня многие компании формируют свои частные глобальные сети с помощью шифрованной передачи данных через Internet (это так называемые виртуальные частные сети, VPN - Virtual Private Network).

Выход

8

9

Организация и структура л окальных вычислительных сетей.

Существует ряд принципов построения ЛВС,

называемых топологиями.

• Топология типа звезда
• Кольцевая топология
• Шинная топология

Существует ряд принципов построения ЛВС на основе выше рассмотренных компонентов. Такие принципы называют топологиями.

Выход

9

10

Концепция топологии сети в виде звезды пришла из области больших ЭВМ, в которой головная машина получает и обрабатывает все данные с периферийных устройств как активный узел обработки данных. Вся информация между двумя периферийными рабочими местами проходит через центральный узел вычислительной сети.

Пропускная способность сети определяется вычислительной мощностью узла и гарантируется для каждой рабочей станции. Коллизий (столкновений) данных не возникает.

Кабельное соединение довольно простое, так как каждая рабочая станция связана с узлом. Затраты на прокладку кабелей высокие, особенно когда центральный узел географически расположен не в центре топологии.

При расширении вычислительных сетей не могут быть использованы ранее выполненные кабельные связи: к новому рабочему месту необходимо прокладывать отдельный кабель из центра сети.

Топология в виде звезды является наиболее быстродействующей из всех топологий вычислительных сетей. Передача данных между рабочими станциями проходит через центральный узел (при его хорошей производительности) по отдельным линиям, используемым только этими рабочими станциями. Частота запросов передачи информации от одной станции к другой невысокая по сравнению с достигаемой в других тополо­гиях.

Производительность вычислительной сети в первую очередь зависит от мощности центрального файлового сервера. Он может быть узким ме­стом вычислительной сети. В случае выхода из строя центрального узла на­рушается работа всей сети.

Центральный узел управления - файловый сервер может реализо­вать оптимальный механизм защиты против несанкционированного доступа к информации. Вся вычислительная сеть может управляться из ее центра.

Выход

10

11

При кольцевой топологии сети рабочие станции связаны одна с другой по кругу , т.е. рабочая станция 1 с рабочей станцией 2, рабочая станция 3 с рабочей станцией 4 и т.д. Последняя рабочая станция связана с первой. Коммуникационная связь замыкается в кольцо.

Прокладка кабелей от одной рабочей станции до другой может быть довольно сложной и дорогостоящей, особенно если географически рабочие станции расположены далеко от кольца (например, в линию).

Сообщения циркулируют регулярно по кругу. Рабочая станция посы­лает по определенному конечному адресу информацию, предварительно получив из кольца запрос. Пересылка сообщений является очень эффектив­ной, так как большинство сообщений можно отправлять “в дорогу” по ка­бельной системе одно за другим. Очень просто можно сделать кольцевой запрос на все станции. Продолжительность передачи информации увеличи­вается пропорционально количеству рабочих станций, входящих в вычисли­тельную сеть.

Основная проблема при кольцевой топологии заключается в том, что каждая рабочая станция должна активно участвовать в пересылке информа­ции, и в случае выхода из строя хотя бы одной из них вся сеть парализуется. Неисправности в кабельных соединениях локализуются легко.

Подключение новой рабочей станции требует кратко срочного выключения сети, так как во время установки кольцо должно быть разомкнуто. Ограниче­ния на протяженность вычислительной сети не существует, так как оно, в конечном счете, определяется исключительно расстоянием между двумя рабочими станциями.

Выход

11

12

Специальной формой кольцевой топологии является логическая кольцевая сеть . Физически она монтируется как соединение звездных топологий.

Отдельные звезды включаются с помощью специальных коммутаторов (Hub - концентратор ), которые иногда называют “хаб”. В зависимости от числа рабочих станций и длины кабеля между рабочими станциями применяют активные или пассивные концентраторы. Активные концентраторы дополнительно содержат усилитель для подключения от 4 до 16 рабочих станций. Пассивный концентратор является исключительно разветвительным устройством (максимум на три рабочие станции).

Выход

12

13

Шинная топология

При шинной топологии среда передачи информации представляется в форме коммуникационного пути , доступного дня всех рабочих станций, к которому они все должны быть подключены. Все рабочие станции могут непосредственно вступать в контакт с любой рабочей станцией, имеющейся в сети.

Это наиболее дешевая схема организации сети, предпологающая непосредственное подключение всех сетевых адаптеров к сетевому кабелю. Все компьютеры в сети подключаются к одному кабелю. Первый и последний компьютер должны быть развязаны . В роли развязки (терминатора) выступает простой резистор, используемый для гашения сигнала, достигающего конца сети, чтобы предотвратить возникновение помех. Кроме того, один и только один конец сетевого кабеля должен быть заземлен.

Рабочие станции в любое время, без прерывания работы всей вычис­лительной сети, могут быть подключены к ней или отключены. Функциони­рование вычислительной сети не зависит от состояния отдельной рабочей станции.

В стандартной ситуации для шинной сети Ethernet часто используют тонкий кабель или Cheapernet-кaбeль с тройниковым соединителем. Выклю­чение и особенно подключение к такой сети требуют разрыва шины, что вы­зывает нарушение циркулирующего потока информации и зависание сис­темы.

Новые технологии предлагают пассивные штепсельные коробки, че­рез которые можно отключать и/или включать рабочие станции во время работы вычислительной сети.

Благодаря тому, что рабочие станции можно включать без прерыва­ния сетевых процессов и коммуникационной среды, очень легко прослуши­вать информацию, т.е. ответвлять информацию из коммуникационной среды.

В ЛВС с прямой (не модулируемой) передачей информации всегда может существовать только одна станция, передающая информацию. Для предот­вращения коллизий в большинстве случаев применяется временной метод разделения, согласно которому для каждой подключенной рабочей станции в определенные моменты времени предоставляется исключительное право на использование канала передачи данных. Поэтому требования к пропуск­ной способности вычислительной сети при повышенной нагрузке снижа­ются, например, при вводе новых рабочих станций.

Рабочие станции при­соединяются к шине посредством устройств ТАР (Terminal Access Point - точка подключения терминала). ТАР представляет собой специальный тип подсоединения к коаксиальному кабелю. Зонд игольчатой формы внедря­ется через наружную оболочку внешнего проводника и слой диэлектрика к внутреннему проводнику и присоединяется к нему.

В ЛВС с модулированной широкополосной передачей информации различные рабочие станции получают, по мере надобности, частоту, на ко­торой эти рабочие станции могут отправлять и получать информацию. Пе­ресылаемые данные модулируются на соответствующих несущих частотах, т.е. между средой передачи информации и рабочими станциями находятся соответственно модемы для модуляции и демодуляции. Техника широкопо­лосных сообщений позволяет одновременно транспортировать в коммуни­кационной среде довольно большой объем информации. Для дальнейшего развития дискретной транспортировки данных не играет роли, какая перво­начальная информация подана в модем (аналоговая или цифровая), так как она все равно в дальнейшем будет преобразована.

Выход

13

14

Характеристики топологий сетей

Характеристики

Топология

Стоимость расширения

Звезда

Присоединение абонентов

Кольцо

Незначительная

Защита от отказов

Пассивное

Шина

Средняя

Активное

Средняя

Незначительная

Размеры системы

Незначительная

Любые

Пассивное

Защищенность от прослушивания

Высокая

Любые

Поведение системы при высоких нагрузках

Хорошая

Ограниченные

Хорошее

Возможность работы системы в реальном режиме времени

Хорошая

Незначительная

Удовлетворительное

Очень хорошая

Разводка кабеля

Обслуживание

Плохое

Хорошая

Хорошая

Очень хорошее

Удовлетворительная

Плохая

Хорошая

Среднее

Среднее

Выход

14

Вопросы и задания

• Определение компьютерной сети?
• Какие возможности предоставляют сети?
• Для чего необходимы сети?
• Какие бывают компьютерные сети?
• Каким образом строится компьютерная сеть (какие устройства входят в сеть)?
• Дайте определение локальной сети?
• Какие существуют типы локальных сетей?
• WAN это?
• Дайте определение сервера сети?
• Дайте определение клиента (рабочей станции) сети?
• Для чего служат Глобальные сети?
• Дайте определение глобальной сети?
• Дайте определение VPN - Virtual Private Network?
• Приведите примеры известных топологий локальных сетей?
• Какая скорость передачи информации может достигаться в локальных сетях?

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

• Учебник «Информатика и информационные технологии. 8»:

Глава 3. Коммуникационные технологии.

• Учебник «Информатика и информационные технологии. 10»:

Глава 2. Коммуникационные технологии.

http://www.citforum.ru/internet/infsecure/index.shtml

ё

Выход

15