Принципы организации и основные топологии вычислительных сетей. Принципы построения сетей

Министерство  образования и науки РФ

Федеральное агентство по образованию

Федеральное государственное бюджетное Общеобразовательное  учреждение высшего профисеонального образования «Магнитогорский Государственный  технический университет им. Носова Г.И.»

Кафедра информатики и информационной безопасности

Реферат

по теме: «Принципы организации и основные топологии вычислительных сетей. Принципы построения сетей»

Выполнил студент группы ГЭ-13

Барсегян  А.А.

Проверил старший преподаватель

Носова  Т.Н.

Магнитогорск 2013

 

Оглавление

1. КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ И ПРИНЦИПЫ ИХ ОРГАНИЗАЦИИ 3

a) ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ 4

2. Основы локальных сетей 4

a) Шинная топология 5

b) Топология типа “звезда” 5

c) Топология “кольцо” 6

d) Топология Token Ring 6

3. Структура и основные принципы построения сети Интернет 7

 

 

1. КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ И ПРИНЦИПЫ ИХ ОРГАНИЗАЦИИ

При физическом соединении двух и  более компьютеров образуются компьютерные сети.

Назначение всех видов компьютерных сетей определяется двумя функциями:

•  обеспечением совместной работы компьютеров и других устройств  коллективного пользования (принтера, сканера и т.п.);

•  обеспечением доступа  и совместного использования  аппаратных, программных и информационных ресурсов сети (дискового пространства, коллективных баз данных и др.).

Архитектурный принцип построения таких сетей (за исключением одноранговых сетей, в которых компьютеры равноправны) называется "клиент – сервер".

Сервер – компьютер сети, предоставляющий свои программные и аппаратные ресурсы пользователям сети для хранения данных, выполнения программ и других услуг (например, доступ к общей базе данных, совместное использование устройств ввода/вывода, организацию взаимодействия пользователей и др.).

Клиент – компонент архитектуры "клиент – сервер", пользующийся услугами сервера. Часто в качестве клиента выступают программы, имеющие доступ к информационным ресурсам или устройствам сервера. Для подключения к серверу пользователь рабочей станции должен получить собственное регистрационное имя и пароль.

Термины "клиент" и "сервер" используются для обозначения как  программных, так и аппаратных средств.

К преимуществам сетей с архитектурой "клиент – сервер" относятся  централизованное управление ресурсами  сети, безопасность и скорость доступа. Мероприятия по реализации этих свойств  называются администрированием сети.

По территориально-организационным  признакам компьютерные сети принято  разделять на локальные – LAN (Local Area Network) и глобальные – WAN (Wide Area Network).

Локальные сети охватывают предприятия, группу учреждений или район и  используют единый высокоскоростной канал  передачи данных.

Глобальные сети распространяют свое действие по всему миру и используют все каналы связи, включая спутниковые.

В крупных коммерческих и образовательных  организациях для ведения работ  активно используются локальные  сети, построенные на основе единых стандартов, принятых в глобальных сетях. В зависимости от решаемых задач и мероприятий, обеспечивающих безопасность работы и доступ к сети, их разделяют на внутренние (Intranet) и внешние (Extranet) корпоративные сети.

Компьютерная сеть Интернет – это глобальная сеть, которая включает сети различных уровней, компьютеры и терминалы (для ввода и отображения данных). Подключение удаленных пользователей и локальных сетей через телефонные каналы к Интернет выполняется через модемы – устройства, преобразующие цифровые сигналы компьютеров в аналоговые, передаваемые по каналам связи, и наоборот.

Максимальная скорость передачи, которую  может обеспечить модем при связи  с Интернет по стандартным телефонным каналам, – 33,6 кбит/с. Однако качество каналов связи вносит существенные ограничения на реальную скорость передачи.

Полноценную работу в Интернет могут  обеспечить современные цифровые линии  связи, использующие технологию ISDN (Integrated Services Digital Network). Такие линии связи позволяют получать интегрированные услуги инфокоммуникаций при скорости передачи от 64 до 2048 кбит/с.

При создании компьютерных сетей является важным обеспечение совместимости  по электрическим и механическим характеристикам и совместимости  информационного обеспечения (программ и данных) по системе кодирования  и формату данных.

Решение этих проблем основано на так называемой модели взаимодействия открытых систем OSI (Model of Open System Interconnections). Стандарты этой модели разработаны Международным институтом стандартов (International Standards Organization) – ISO.

Согласно модели ISO/OSI архитектуру  сети следует рассматривать на разных уровнях (общее число уровней  – до семи).

Самый верхний уровень – прикладной, где прикладные программы взаимодействует с вычислительной системой. Самый нижний – физический, он обеспечивает доступ к среде передачи данных между устройствами. Обмен данными в сети происходит в результате их перемещения с верхнего уровня на нижний, затем транспортировка и, наконец, обратное преобразование на компьютере клиента в результате перемещения данных с нижнего уровня на верхний.

Специальные стандарты – протоколы, обеспечивают необходимую совместимость на каждом уровне. Протоколы могут быть реализованы аппаратно-программными средствами, поэтому программы, поддерживающие протокол, также называют протоколами.

В Интернет все данные пересылаются в виде пакетов. Пакет – это  специальная последовательность бит, несущих собственно данные, а также  служебную информацию об адресах  получателя и отправителя информации, номере пакета, коды для проверки его  целостности и другие. Общая длина  пакета составляет от 100 до 2000 байт.

Каждый пакет может продвигаться по сети своим маршрутом, что делает сеть не зависимой от аварии или  блокировки отдельного узла. Перенаправлением пакетов в зависимости от нагрузки сети занимаются маршрутизаторы. А временное хранение пакетов в местах пересылки позволяет выполнить проверку их целостности и перезапросить поврежденные пакеты.

Основу сети Интернет составляет группа протоколов TCP/IP.

Протокол TCP (Transmission Control Protocol) – транспортного уровня, он управляет тем, как происходит передача информации (данные "нарезаются" на пакеты и маркируются).

IP (Internet Protocol) – протокол сетевого уровня, добавляет к пакету IP-адреса получателя и отравителя и отвечает на вопрос, как проложить маршрут для доставки информации.

Каждый компьютер, включенный в  сеть – хост, имеет свой уникальный IP-адрес. Этот адрес выражается четырьмя байтами, например: 234.049.123.101, и регистрируется в Информационном центре сети– InterNIC или в Network Solutions Inc (NSI). Организация IP-адреса такова, что каждый компьютер, через который проходит TCP-пакет, может определить, кому из ближайших "соседей" его нужно переслать.

Для удобства пользователей в Интернет введена доменная адресация. Домены – группы компьютеров, имеющие единое управление и образующие иерархическую  структуру. Доменное имя отражает иерархию доменов и состоит из сегментов, разделенных точкой. Например, interweb.spb.ru – адрес электронной справочной системы в Санкт-Петербурге. Самый последний (справа) называется именем домена верхнего уровня. Среди них различают географические и тематические.

Географические адреса, чаще двухбуквенные, определяют принадлежность владельца  имени к сети определенной страны. Например, ru – Россия, de – Германия, us – Соединенные Штаты и др.

Тематические адреса, обычно трех- и четырехбуквенные, позволяют определить сферу деятельности их владельцев. Например,edu – образовательные учреждения, com – коммерческие организации, store – Интернет-магазины.

Для установления соединения между  компьютерами в сети нужно знать  адрес домена, включающего этот компьютер.

1. ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ

Domain (домен) – группа компьютеров, находящихся под единым управлением и имеющих общий сегмент в Интернет-адресе.

Domain name (доменное имя) – идентификатор организации или маршрутный адрес в Интернет.

Domain name server (DNS – сервер доменных имен) – сервер, на котором хранится и функционирует база данных зарегистрированных доменных имен и соответствующих числовых адресов.

Extranet (внешняя корпоративная сеть) – корпоративная сеть с расширениями, позволяющими определенным клиентам или поставщикам получать доступ к внутренней информации коммерческой организации.

Firewall (брандмауэр) – средство, предотвращающее несанкционированный доступ к внутренним данным организации либо утечку информации за пределы организации.

Gateway (шлюз) – обеспечивает связь между разнотипными системами в сети.

Hub (концентратор) – устройство, действующее на физическом уровне эталонной модели OSI и соединяющее несколько компьютеров в одной точке сети.

Интернет – совокупность сетей, связанных друг с другом телекоммуникационной инфраструктурой.

Internet service provider (ISP – поставщик услуг Интернет) – организация, обеспечивающая связь пользователя с Интернет за определенную плату.

Intranet (внутренняя корпоративная сеть) – частная сеть, организованная по той же технологи, что и Интернет, но с ограничениями, распространяющимися на конкретную организацию, ее сотрудников и избранных клиентов.

IP Address (адрес IP)  – 32-битовый адрес протокола Интернет, присвоенный узлу. Адрес IP содержит два компонента: номер узла и номер сети.

ISDN (Integrated Services Digital Network) – цифровая сеть, предназначенная для высокоскоростной одновременной передачи голоса, данных и визуальной информации.

Modem (модем) – устройство, преобразующее цифровые сигналы в аналоговые для передачи по телефонной линии, а также выполняющее обратное преобразование входящих аналоговых сигналов в цифровые для обработки в компьютере.

Packet (пакет) – короткое сообщение (обычно длиной от 100 до 1000 байт), посылаемое по сети.

Protocol (протокол) – набор правил, определяющих порядок обработки данных, передаваемых по сети.

Router (маршрутизатор) – сетевое оборудование, работающее на сетевом уровне и устанавливающее связь между разными сетями.

Server(сервер) – компьютер с установленной на нем серверной операционной системой, предоставляющий свои программные и аппаратные ресурсы пользователям сети.

TCP/IP (Transmission Control Protocol/ Internet Protocol – протокол управления передачей/ межсетевой протокол) – ряд протоколов, в основном обеспечивающих функционирование Интернет.

2. Основы локальных сетей

Сетевые топологии

Все компьютеры в локальной сети соединены линиями связи. Геометрическое расположение линий связи относительно узлов сети и физическое подключение  узлов к сети называется  физической топологией. В зависимости от топологии различают сети: шинной, кольцевой, звездной, иерархической и произвольной структуры.

Различают физическую и логическую топологию. Логическая и физическая топологии сети независимы друг от друга. Физическая топология - это геометрия  построения сети, а логическая топология  определяет направления потоков  данных между узлами сети и способы  передачи данных.

В настоящее время в  локальных сетях используются следующие  физические топологии:

•физическая "шина" (bus);

•физическая “звезда” (star);

•физическое “кольцо” (ring);

•физическая "звезда" и логическое "кольцо" (Token Ring).

1. Шинная топология

Сети с шинной топологией используют линейный моноканал (коаксиальный кабель) передачи данных, на концах которого устанавливаются  оконечные сопротивления (терминаторы). Каждый компьютер подключается к  коаксиальному кабелю с помощью  Т-разъема (Т - коннектор). Данные от передающего  узла сети передаются по шине в обе  стороны, отражаясь от оконечных  терминаторов. Терминаторы предотвращают  отражение сигналов, т.е. используются для гашения сигналов, которые  достигают концов канала передачи данных. Таким образом, информация поступает  на все узлы, но принимается только тем узлом, которому она предназначается. В топологии логическая шина среда  передачи данных используются совместно  и одновременно всеми ПК сети, а  сигналы от ПК распространяются одновременно во все направления по среде передачи. Так как передача сигналов в топологии  физическая шина является широковещательной, т.е. сигналы распространяются одновременно во все направления, то логическая топология  данной локальной сети является логической шиной.

Данная топология применяется  в локальных сетях с архитектурой Ethernet (классы 10Base-5 и 10Base-2 для толстого и тонкого коаксиального кабеля соответственно).

Преимущества сетей шинной топологии:

•отказ одного из узлов не влияет на работу сети в целом;

•сеть легко настраивать и конфигурировать;

•сеть устойчива к неисправностям отдельных узлов.

Недостатки сетей шинной топологии: