Организация локальных сетей

 

Содержание

 

 

 

1. Реферат на тему «Организация локальных компьютерных сетей»

В реферате рассматриваются принципы организации локальных вычислительных сетей, типы сетевой топологии, программное обеспечение и сервисы локальных сетей.

Вхождение России в мировое информационное пространство влечет за собой широчайшее использование новейших информационных технологий, и в первую очередь, компьютерных сетей. При этом резко возрастают и качественно видоизменяются возможности пользователя как в деле оказания услуг своим клиентам, так и при решении собственных организационно-экономических задач.

Уместно отметить, что современные  компьютерные сети являются системой, возможности и характеристики которой  в целом существенно превышают  соответствующие показатели простой суммы составляющих элементов сети персональных компьютеров при отсутствии взаимодействия между ними.

Достоинства компьютерных сетей обусловили их широкое распространение в  информационных системах кредитно-финансовой сферы, органов государственного управления и местного самоуправления, предприятий и организаций.

1. Общие сведения о сетях

Современное производство требует  высоких скоростей обработки  информации, удобных форм ее хранения и передачи. Необходимо также иметь  динамичные способы обращения к информации, способы поиска данных в заданные временные интервалы; реализовывать сложную математическую и логическую обработку данных. Управление крупными предприятиями, управление экономикой на уровне страны требуют участия в этом процессе достаточно крупных коллективов. Такие коллективы могут располагаться в разных районах города, в различных регионах страны и даже в различных странах. Для решения задач управления, обеспечивающих реализацию экономической стратегии, становятся важными и актуальными скорость и удобство обмена информацией, а также возможность тесного взаимодействия всех участвующих в процессе выработки управленческих решений.

Для реализации распределенной обработки  данных были созданы компьютерные (вычислительные) сети – совокупность компьютеров и терминалов, соединенных с помощью каналов связи в единую систему, удовлетворяющую требованиям распределенной обработки данных.

В зависимости от территориального расположения абонентских систем вычислительные сети можно разделить на три основных класса:

глобальные сети (WAN – Wide Area Network);

региональные сети (MAN – Metropolitan Area Network);

локальные сети (LAN – Local Area Network).

Локальная вычислительная сеть объединяет абонентов, расположенных в пределах небольшой территории. В настоящее время не существует четких ограничений на территориальный разброс абонентов. Обычно такая сеть привязана к конкретному месту. Протяженность такой сети можно ограничить пределами 2–2,5 км.

Основной назначение любой компьютерной сети – предоставление информационных и вычислительных ресурсов подключенным к ней пользователям.

С этой точки зрения локальную вычислительную сеть можно рассматривать как  совокупность серверов и рабочих  станций.

Сервер – компьютер, подключенный к сети и обеспечивающий ее пользователей определенными услугами. Серверы могут осуществлять хранение данных, управление базами данных, удаленную обработку заданий, печать заданий и ряд других функций, потребность в которых может возникнуть у пользователей сети. Сервер – источник ресурсов сети.

Рабочая станция – персональный компьютер, подключенный к сети, через  который пользователь получает доступ к ее ресурсам. Рабочая станция  сети функционирует как в сетевом, так и в локальном режиме. Она  оснащена собственной операционной системой (MS Windows, Linux и т.д.), обеспечивает пользователя всеми необходимыми инструментами для решения прикладных задач.

Компьютерные сети, как было сказано  выше, реализуют распределенную обработку  данных. Обработка данных в этом случае распределена между двумя  объектами: клиентом и сервером.

Клиент – задача, рабочая станция  или пользователь компьютерной сети. В процессе обработки данных клиент может сформировать запрос на сервер для выполнения сложных процедур, чтения файлов, поиск информации в  базе данных и т.д.

Сервер, определенный ранее, выполняет запрос, поступивший от клиента. Результаты выполнения запроса передаются клиенту. Сервер обеспечивает хранение данных общего пользования, организует доступ к этим данным и передает данные клиенту.

Клиент обрабатывает полученные данные и представляет результаты обработки в виде, удобном для пользователя. Для подобных систем приняты термины – системы или архитектура клиент – сервер.

Архитектура клиент–сервер может  использоваться как в одноранговых сетях, так и в сети с выделенным сервером.

Одноранговая сеть, в которой  нет единого центра управления взаимодействием  рабочих станций и нет единого  центра для хранения данных. Каждая станция сети может выполнять  функции как клиента, так и  сервера. Она может обслуживать  запросы от других рабочих станций и направлять свои запросы на обслуживание в сеть. Пользователю сети доступны все устройства, подключенные к другим станциям.

Достоинства одноранговых сетей:

- низкая стоимость;

- высокая надежность.

Недостатки одноранговых сетей:

- зависимость эффективности работы сети от количества станций;

- сложность управления сетью;

- сложность обеспечения защиты информации;

- трудности обновления и изменения программного обеспечения станций.

В настоящее время практические любая ОС позволяет строить одноранговые локальные сети.

В сети с выделенным сервером один из компьютеров выполняет функции  хранения данных, предназначенных для  использования всеми рабочими станциями, управления взаимодействием между  рабочими станциями и ряд сервисных  функций.

Такой компьютер обычно называют сервером сети. На нем устанавливается сетевая операционная система, к нему подключаются все разделяемые внешние устройства – жесткие диски, принтеры и модемы.

В современных условия зачастую роль сервера исполняется программно.

Достоинства сети с выделенным сервером:

- надежна система защиты информации;

- высокое быстродействие;

- отсутствие ограничений на число рабочих станций;

- простота управления по сравнению с одноранговыми сетями.

Недостатки сети:

- зависимость быстродействия и надежности от сервера;

- меньшая гибкость по сравнению с одноранговыми сетями. [4]

2. Топология сетей

Топология сети определяется размещением  узлов в сети и связей между  ними. Из множества возможных построений выделяют следующие структуры.

Топология «звезда». Каждый компьютер через  сетевой адаптер подключается отдельным  кабелем  объединяющему устройству. Все сообщения проходят через  центральное устройство, которое  обрабатывает поступающие сообщения  и направляет их к нужным или всем компьютерам (рис.1).

Рис. 1

Звездообразная структура чаще всего предполагает нахождение в  центральном узле специализированной ЭВМ или концентратора.

Достоинства «звезды»:

- простота периферийного оборудования;

- каждый пользователь может работать независимо от остальных пользователей;

- высокий уровень защиты данных;

- легкое обнаружение неисправности в кабельной сети.

Недостатки  «звезды»:

- выход из строя центрального устройства ведет к остановке всей сети;

- уменьшение производительности сети с увеличением числа компьютеров, подключенных к сети. [2]

 

Топология «кольцо». Все компьютеры соединяются друг с другом в кольцо. Здесь пользователи сети равноправны. Информация по сети всегда передается в одном направлении (рис.2). Кольцевая сеть требует специальных повторителей, которые, приняв информацию, передают ее дальше как бы по эстафете; копируют в свою память (буфер), если информация предназначается им; изменяют некоторые служебные разряды, если это им разрешено. Информацию из кольца удаляет тот узел, который ее послал.

Рис. 2

Достоинства «кольца»:

- отсутствие дорогого центрального устройства;

- легкий поиск неисправных узлов;

- отсутствует проблема маршрутизации;

- пропускная способность сети разделяется между всеми пользователями, поэтому все пользователи гарантированно последовательно получают доступ к сети;

- простота контроля ошибок.

Недостатки «кольца»:

- трудно включить в сеть новые компьютеры;

- каждый компьютер должен активно участвовать в пересылке информации, для этого нужны ресурсы, чтобы не было задержек в основной работе этих компьютеров;

- в случае выхода из строя хотя одного компьютера или отрезка кабеля вся сеть парализуется. [3]

 

Топология «общая шина». Общая шина наиболее широко распространенна в локальных вычислительных сетях. Топология «общая шина» предполагает использование одного кабеля (шины), к которому непосредственно подключаются все компьютеры сети (рис.3). В данном случае кабель используется всеми станциями по очереди, т.е. шину может захватить в один момент только одна станция. Доступ к сети (к кабелю) осуществляется путем состязания между пользователями. В сети принимаются специальные меры для того, чтобы при работе с общим кабелем компьютеры не мешали друг другу передавать данные. Возникающие конфликты разрешаются соответствующими протоколами. Информация передается на все станции сразу.

Рис. 3

Достоинства «обшей шины»:

- простота построения сети;

- сеть легко расширяется;

- эффективно используется пропускная способность канала;

- надежность выше, т.к. выход из строя отдельных компьютеров не нарушит работоспособности сети в целом.

Недостатки «общей шины»:

- ограниченная длина шины;

- нет автоматического подтверждения приема сообщений;

- возможность возникновения столкновений (коллизий) на шине, когда пытаются передать информацию сразу несколько станций;

- низкая защита данных;

- выход из строя какого-либо отрезка кабеля ведет к нарушению работоспособности сети;

- трудность нахождения места обрыва. [7]

 

Топология «дерево». Эта структура  позволяет объединить несколько  сетей, в том числе с различными топологиями или разбить одну большую сеть на ряд подсетей (рис. 4).

Разбиение на сегменты позволит выделить подсети, в пределах которых идет интенсивный обмен между станциями, разделить потоки данных и увеличить, таким образом, производительность сети в целом. Объединение отдельных ветвей (сетей) осуществляется с помощью устройств, называемых мостами или шлюзами. Шлюз применяется в случае соединения сетей, имеющих различную топологию и различные протоколы. Мосты объединяют сети с одинаковой топологией, но может преобразовывать протоколы. Разбиение сети на подсети осуществляется с помощью коммутаторов и маршрутизаторов.

Рис. 4

В настоящее время наибольшее распространение получила технология организации локальных сетей Ethernet, которая использует топологию «дерево» с «ветвями» (подсетями) по топологии «звезда». [1]

Основной стек протоколов адресации  компьютеров и передачи информации — TCP/IP.

3. Физическая организация локальных сетей

С точки зрения физической организации  локальная сеть включает следующие  элементы [6]:

1) Основное оборудование, для коммуникации которого организуется сеть: компьютеры, принтеры, сканеры и т. п.

2) Активное сетевое оборудование:

- маршрутизаторы (маршрутизатор — специализированный сетевой компьютер, имеющий минимум два сетевых интерфейса и пересылающий пакеты данных между различными сегментами сети, принимающий решения о пересылке на основании информации о топологии сети и определённых правил, заданных администратором. Маршрутизаторы делятся на программные и аппаратные);

- коммутаторы — устройства, предназначенные для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного или нескольких сегментов сети. Коммутатор работает на канальном (втором) уровне модели OSI. Коммутаторы были разработаны с использованием мостовых технологий и часто рассматриваются как многопортовые мосты;

- управляемые хабы.

3) Пассивное сетевое оборудование:

- концентратор (хабы) — устройства для объединения компьютеров в сеть Ethernet c применением кабельной инфраструктуры типа витая пара. В настоящее время вытеснены сетевыми коммутаторами;

- повторители (репитеры) — сетевое оборудование, предназначенное для увеличения расстояния сетевого соединения путём повторения электрического сигнала «один в один». Бывают однопортовые повторители и многопортовые;

- кабели и пр.

С точки зрения организации канала связи можно говорить о сетях проводных (телефонный провод, коаксиальный кабель, витая пара, волоконно-оптический кабель) и беспроводных (Wi-Fi).

Часто локальная сеть организации  имеет оба канала связи.

4. Сетевые протоколы

Сетевой протокол — набор правил и действий (очерёдности действий), позволяющий осуществлять соединение и обмен данными между двумя и более включёнными в сеть устройствами.

Разные протоколы, зачастую, описывают  лишь разные стороны одного типа связи. Названия «протокол» и «стек протоколов»  также указывают на программное  обеспечение, которым реализуется протокол.

Новые протоколы для Интернета  определяются IETF, а прочие протоколы  — IEEE или ISO. ITU-T (International Telecommunication Union - Telecommunication sector) занимается телекоммуникационными протоколами и форматами.