Понятие компьютерной сети. Виды и способы функционирования сетей

И-44-0

Информатика

Занятие 44: Локальные и глобальные сети

Понятие локальной сети 1

Локальная и глобальная сети 1

Основные варианты и типы локальных сетей 2

Среда передачи данных 2

Основные принципы организации локальных сетей 3

Одноранговая сеть 3

Сеть на основе сервера 4

Основные принципы функционирования сетей 6

Топология сети 6

Сетевые стандарты 7

Литература

1. Семакин И.Г. и др. Информатика. Базовый уровень: учебник для 10 класса. – М.: Бином, 2014. – 264 с..

2. Семакин И.Г. и др. Информатика. Углубленный уровень: учебник для 10 класса. – Часть 2. – М.: Бином, 2014. – 232 с..

С точки зрения структуры, компьютеры могут работать и существовать изолировано друг от друга. "Компьютеры-одиночки" могут использоваться там и тогда, где и когда нет необходимости обмениваться информацией между ними, или когда обмен информацией носит разовый характер (домашний компьютер, например).

Широкое внедрение персональных компьютеров в повседневную реальность привело к необходимости обмена информацией, обрабатываемой на разных компьютерах.

Из подобных размышлений исходили разработчики сети.

Сеть – это соединение двух или более компьютеров с помощью одного из видов связи с целью использования общих ресурсов.

Существует две разновидности сети: локальная (Local Area Networks, LAN) и глобальная (Wide Area Networks, WAN). Вторая является частным случаем первой, только в гораздо больших масштабах.

Локальной вычислительной сетью принято называть сеть, все элементы которой располагаются на сравнительно небольшой территории.

В рамках одного учреждения довольно практично использовать кабельное соединение. Преобразование информации для передачи по кабелю осуществляют устройства, встраиваемые в компьютер сетевые адаптеры, ещё их называют сетевые карты. Такие местные сети получили название локальные сети.

Глобальная сеть предусматривает соединение компьютеров, которые могут быть значительно удалены друг от друга (10 км и более).

Примером глобальной сети является Интернет.

Отличие между локальной и глобальной сетью заключается только в организации взаимодействия между компьютерами.

Существует два типа сети – одноранговая и на основе сервера (выделенного компьютера).

В одноранговой сети все компьютеры имеют одинаковый приоритет и независимое администрирование.

Каждый компьютер имеет установленную операционную систему платформы Microsoft Windows любой версии или совместимую с ней. Эта операционная система поддерживает работу клиента сети Microsoft.

Пользователь каждого компьютера самостоятельно решает вопрос о предоставлении доступа к своим ресурсам другим пользователям сети. Это наиболее простой вариант сети, не требующий особых профессиональных знаний. Установка такой сети не занимает много времени.

Для построения одноранговой локальной сети достаточно объединить компьютеры при помощи сетевого кабеля (смонтировать кабельную систему) и установить на компьютеры, например, ОС Windows XP Professional. Мастер подключения к сети операционной системы поможет осуществить все необходимые настройки операционной системы.

В сети с выделенным сервером управление ресурсами сервера и рабочих станций централизовано и осуществляется с сервера. Отпадает необходимость обходить все компьютеры сети и настраивать доступ к разделяемым ресурсам. Включение новых компьютеров и пользователей в сеть также упрощается. Повышается безопасность использования информации в сети. Это удобно для сетей, в которых работают различные категории пользователей и много разделяемых ресурсов.

Под средой или способом передачи данных в сети стоит понимать вид связи, с помощью которого соединяются компьютеры.

На сегодня

используются два типа соединения: проводной и беспроводной.

В качестве проводной связи используется практически любой вид кабеля. Как правило, это коаксиальный, оптоволоконный или кабель на основе витой пары, из необычных – электрический и телефонный кабель.

Для беспроводной связи используются радиоволны конкретного диапазона частот.

Какими бы разными не казались эти два типа связи, они имеют много общего.

Одноранговая сеть выглядит как некоторое количество компьютеров, объединенных в рабочую группу с помощью одного из существующих вариантов связи

(рис.1).

Отсутствие управляющего компьютера – сервера – делает ее построение дешевым и эффективным.

Достоинства одноранговой сети

• Легко настроить

• Не требует серверного ПО

• Не нужен квалифицированный системный администратор

• Меньшая стоимость проекта.

Недостатки одноранговой сети

• Меньшая безопасность

• Сложность администрирования каждого компьютера в отдельности

• Ухудшение производительности при совместном использовании ресурсов.

Рис. 1. Пример одноранговой сети

 Любой компьютер в такой сети можно называть сервером, поскольку он сам определяет набор правил, которых должны придерживаться другие пользователи, если хотят использовать его ресурсы. За компьютером такой сети следит пользователь (или пользователи), который работает на нем.

Одноранговая сеть позволяет использовать общие ресурсы, файлы, принтеры, модемы и т. п. Из-за отсутствия управляющего компьютера каждый пользователь разделяемого ресурса должен самостоятельно устанавливать правила его использования.

Для работы с одноранговыми сетями подходит любая существующая операционная система.

Одноранговую сеть обычно применяют, когда необходимо объединить несколько (как правило, до 10) компьютеров и не нужно использовать строгую защиту данных.

Таблица 1. Преимущества и недостатки одноранговой сети

Одноранговую сеть можно встретить в небольших офисах, но набольшее распространение она получила в домашних сетях, где изначально не планируется серверов и главное требование – дешевизна создания и замены поврежденных устройств.

Сеть на основе сервера – наиболее часто встречающийся тип сети (рис. 2). Она используется в крупных офисах и на предприятиях различного масштаба.

Данная сеть использует сервер, контролирующий работу всех подключенных компьютеров. Главная его задача – создание, настройка и обслуживание учетных записей пользователей, настройка прав доступа к общим ресурсам, механизма авторизации и смены паролей доступа и т. д.

Обычно сервер характеризуется большой мощностью и быстродействием, необходимым для выполнения поставленных задач. Сервер оптимизирован для обработки запросов пользователей и обладает механизмами программной защиты и контроля. Достаточная мощность серверов позволяет снизить требования к мощности клиентского компьютера.

Рис. 2. Пример сети на основе сервера

За работой сети на основе сервера обычно следит специальный человек – системный администратор. Он отвечает за регулярное обновление антивирусных баз, устраняет неполадки, разделяет общие ресурсы и т. п.

Не все серверы выполняют одинаковую работу. Существует большое количество специализированных серверов, которые позволяют автоматизировать или просто облегчить выполнение тех или иных задач: Файл-сервер, Принт-сервер, Сервер базы данных, Сервер приложений.

Таблица 2. Преимущества и недостатки сети на основе сервера

В настоящее время для описания конфигурации сети используют два вида топологий: физическую и логическую.

Физическая топология описывает реально использующиеся способы организации физических соединений различного сетевого оборудования (использующиеся кабели, разъемы и способы подключения сетевого оборудования).

Логическая топология определяет реальные пути движения сигналов при передаче данных по используемой физической топологии. Таким образом, она описывает пути передачи потоков данных между сетевыми устройствами, а также определяет правила передачи данных в существующей среде передачи с гарантированием отсутствия помех, влияющих на корректность передачи данных.

Существуют три основных вида топологий: «общая шина», «звезда» и «кольцо».

1. Топология «общая шина» предполагает использование одного кабеля, к которому подключаются все компьютеры сети.

В данном случае кабель используется совместно всеми станциями по очереди. В топологии «общая шина» все сообщения, посылаемые отдельными компьютерами, подключенными к сети, принимаются одновременно всеми остальными компьютерами. Но поскольку сообщение включает адреса станций отправителя и адресата, то другие станции это сообщение игнорируют.

Поиск неисправностей в кабеле затруднен. Кроме того, в случае обрыва нарушается работа всей сети, так как используется только один кабель.

2. При топологии «звезда» все компьютеры с помощью сегментов кабеля подключаются к центральному компоненту, именуемому концентратором (HUB). На рисунке 4 показаны компьютеры, соединенные «звездой». В этом случае каждый компьютер через специальный сетевой адаптер подключается отдельным кабелем к объединяющему устройству.

При необходимости можно объединять вместе несколько сетей с топологией «звезда», при этом получаются разветвленные конфигурации сети. Сигналы от передающего компьютера поступают через концентратор ко всем остальным.

В сетях с топологией «звезда» подключение кабеля и управление конфигурацией сети централизованны. Если выйдет из строя только один компьютер (или кабель, соединяющий его с концентратором), то лишь данный компьютер не сможет передавать или принимать данные по сети. На остальные компьютеры в сети это не повлияет, чем и достигается достаточный уровень надежности сети. С точки зрения надежности эта топология не является наилучшим решением, так как выход из строя центрального узла приведет к остановке всей сети. Однако при использовании топологии «звезда» легче найти неисправность в кабельной сети.

Звездообразная топология обеспечивает защиту от разрыва кабеля. Если кабель рабочей станции будет поврежден, это не приведет к выходу из строя всего сегмента сети. Она позволяет также легко диагностировать проблемы подключения, так как каждая рабочая станция имеет свой собственный кабельный сегмент, подключенный к концентратору. Вы просто ищете разрыв кабеля, который ведет к неработающей станции. Остальная часть сети продолжает нормально работать.

Используется также топология «кольцо». В этом случае данные передаются от одного компьютера к другому «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.

Локальная сеть состоит из огромного количества компонентов. Это компьютер и сетевая операционная система; сетевая карта; концентраторы, маршрутизаторы и т. п.; программное обеспечение компьютера, работающее с сетевой картой. Требования к компонентам разнообразны, кроме того, их выпускают разные производители, поэтому без согласованности трудно достичь результата. Для этого существует понятие стандарта.

Главной в стандартизации сетей и всего, что к ним относится, является модель взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection, OSI), разработанная международной организацией по стандартизации (International Standards Organization, ISO). На практике используется название модели ISO/OSI.

Описываемая модель состоит из семи уровней (физический, канальный, сетевой, транспортный, сеансовый, уровень представления и прикладной), каждый из которых отвечает за определенные задачи, решая их с помощью заложенных в него алгоритмов. Все уровни связаны посредством интерфейсов (процедур взаимодействия). Выполнив свою часть задачи, нижестоящий уровень передает готовые данные вышестоящему. Пройдя цепочку из семи уровней, на выходе получаются готовые к употреблению данные.

Чтобы модель работала, используется множество протоколов

Протокол – это набор правил, благодаря которым возможен обмен данными между компьютерами.

Эти правила действуют в рамках модели ISO/OSI и не должны отступать от нее, поскольку это может повлечь за собой несовместимость оборудования и программного обеспечения.

Все протоколы можно разделить на низкоуровневые и высокоуровневые.

Низкоуровневые реализованы давно и кардинальных изменений в них не вносится, поэтому за длительное время их использования в них были найдены и устранены все возможные ошибки.

Протоколы сетевого уровня реализуются, как правило, в виде программных модулей и выполняются на конечных узлах-компьютерах, называемых хостами, а также на промежуточных узлах - маршрутизаторах, называемых шлюзами. Функции маршрутизатора могут выполнять так же и обычные компьютеры с соответствующим программным обеспечением. В стандартной модели взаимодействия открытых систем в функции сетевого уровня входит решение следующих задач:

передача пакетов между конечными узлами в составных сетях;

выбор маршрута передачи пакетов, наилучшего по некоторому критерию;

согласование разных протоколов канального уровня, использующихся в отдельных подсетях одной составной сети.

Важнейшей задачей сетевого уровня является маршрутизация - передача пакетов между двумя конечными узлами в составной сети. Задача маршрутизации решается на основе анализа таблиц маршрутизации, размещенных во всех маршрутизаторах и конечных узлах сети. Для автоматического построения таблиц маршрутизации маршрутизаторы обмениваются информацией о топологии составной сети в соответствии со специальным служебным протоколом. Протоколы этого типа называются протоколами маршрутизации. Протоколы маршрутизации отличаются от сетевых протоколов.

Существует так же и IP-протоколы, то есть протокол межсетевого взаимодействия (Internet Protocol, IP). Этот протокол обеспечивает передачу дейтаграмм от отправителя к получателям через объединенную систему компьютерных сетей. IP-протокол относится к протоколам без установления соединений и не ставит перед собой задач надежной доставки сообщений. Протокол IP не пытается повторно отправить пакет данных, если произошла ошибка передачи данного пакета. За надежную доставку данных отвечает TCP протокол, работающий над протоколом IP. Данный протокол TCP отвечает за повторную отправку пакета, если в этом есть необходимость.

Отличительной способностью протокола IP от других сетевых протоколов является способность выполнять динамическую фрагментацию пакетов при передаче между сетями. Функциональная сложность протокола и сложность заголовка пакета прямо и тесно связаны между собой, так как данный протокол эти сложности использует. Это объясняется тем, что основные служебные данные, на основании которых протокол выполняет то или иное действие, переносятся между двумя модулями, реализующими этот протокол на разных машинах именно в полях заголовков пакетов. Поэтому изучение назначения каждого поля заголовка IP-пакета дает нам не только знания о структуре пакета, но и объясняет все основные режимы работы протокола по передаче и обработке IP-дейтаграмм.

http://xreferat.ru/33/3350-1-lokal-nye-seti.html

http://www.shkola1.info/000501.htm