Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

• Введение
• 1. Виды компьютерных сетей
• 2. Топология локальных сетей
• 3. Методы доступа к несущей в компьютерных сетях
• 4. Среды передачи данных и их характеристики
• 5. Структурная модель OSI и её уровни
• 6. Протокол IP, принципы маршрутизации пакетов, DHCP
• 7. Протокол TCP
• 8. Система DNS
• 9. Практическая часть
• 10. Обоснование используемых сред передачи данных
• 11. Маршрутизация и расчет подсетей
• 12. Список использованного оборудования и расчет стоимости
• Заключение
• Список использованных источников

Введение

Компьютерная сеть (вычислительная сеть, сеть передачи данных) -- система связи между двумя или более компьютерами.

В современном мире компьютерные сети пользуются огромной популярностью. Их используют настолько широко, что уже сложно представить область работы человека с информацией, где бы не было компьютерной сети. Локальные компьютерные сети завоевали популярность в связи с относительной простотой в монтаже, стоимости оборудования и простотой администрирования.

Всемирная тенденция к объединению компьютеров в сети обусловлена рядом важных причин, таких как ускорение передачи информационных сообщений, возможность быстрого обмена информацией между пользователями, получение и передача сообщений (факсов, e-mаil и прочего) не отходя от рабочего места, возможность мгновенного получения любой информации из любой точки земного шара, а так же обмен информацией между компьютерами разных фирм-производителей работающих под разным программным обеспечением.

В данной курсовой работе мы столкнемся со всеми этапами создания и использования компьютерной сети - разработкой топологии, логическим структурированием, расчетом стоимости оборудования и монтажа сети и её администрированием.

1. Виды компьютерных сетей

Существует три основных вида компьютерных сетей:

- локальная вычислительная сеть (ЛВС);

- региональная вычислительная сеть (РВС);

- глобальная вычислительная сеть (Internet).

Кроме того, каждая из перечисленных сетей может быть:

- Односерверной - сеть обслуживается одним файл-сервером (ФС);

- Многосерверной - сеть обслуживается несколькими ФС;

- Распределенной - Две или более локальных сетей, соединенных внутренним или внешним мостами (мост или межсетевое соединение управляет процессом обмена пакетами данных из одной кабельной системы в другую). Пользователи распределенной сети могут использовать резервы (такие как: файлы, принтеры или дисковые драйвы) всех соединенных локальных сетей;

- Многосерверной локальной - когда локальная сеть обслуживается более чем одним файл-сервером;

- Многосерверной распределенной.

Также ЛВС могут быть одноранговыми (все компьютеры в сети равноправны, т.е. нет ФС, Любая рабочая станция может получить доступ к любой другой рабочей станции) и с централизованным управлением (выделенным сервером).

Локальная сеть - это группа компьютеров, которые могут связываться друг с другом, совместно использовать периферийное оборудование (например, жесткие диски, принтеры и т.д.) и обращаться к удаленным центральным ЭВМ или другим локальным сетям. Локальная сеть может состоять из одного или более файл-серверов, рабочих станций и периферийных устройств. Пользователи сети могут совместно использовать одни и те же файлы (как файлы данных, так и файлы программ), посылать сообщения непосредственно между рабочими станциями и защищать файлы с помощью мощной системы защиты.

Основными видами локальных вычислительных сетей являются Ethernet и ARCNET. Причем Ethernet может иметь несколько типов кабеля:

- тонкий кабель Ethernet - иначе называется “Thinnet”. Имеет ряд преимуществ, таких как использование более дешевого кабеля по сравнению с системой толстого кабеля Ethernet и использование аппаратуры, которую проще устанавливать;

- толстый кабель Ethernet (также известная как “Thicknet”) получила свое название благодаря используемому в ней стандартному, или толстому кабелю Ethernet. Толстый кабель позволяет включать в систему большее количество компьютеров и увеличивать расстояние между компьютерами. Однако этот кабель дороже, а его установка сложнее по сравнению с тонким кабелем Ethernet;

- витая пара Ethernet. Преимущество системы Ethernet на витой паре в том, что кабель дешевле по сравнению с перечисленными выше кабелями, а его установка проще.

Наравне с приведенными выше способами подключения встречается способ Token-ring. Одним из преимуществ системы является прогнозируемость: одна часть системы может испортиться, но все-таки не остановится. Также, система поддерживается программным обеспечением для больших ЭВМ фирмы IBM, что может в некоторых ситуациях принести выгоду. Слабые стороны системы всравнении с другими системами заключаются в дороговизне и усложненности кабелей. К тому же, в некоторых случаях трудно вести поиск неисправностей. Региональная сеть - это города, объединенные в сеть посредством расположенных в них компьютерах.

К глобальной вычислительной сети следует отнести Internet. На данный момент это единственная сеть, объединяющая целые государства. На данный момент американскими компаниями ведутся разработки по созданию альтернативной глобальной сети.

2.Топология локальных сетей

Под топологией (компоновкой, конфигурацией, структурой) компьютерной сети обычно понимается физическое расположение компьютеров сети друг относительно друга и способ соединения их линиями связи . Важно отметить, что понятие топологии относится, прежде всего, к локальным сетям, в которых структуру связей можно легко проследить. В глобальных сетях структура связей обычно скрыта от пользователей и не слишком важна, так как каждый сеанс связи может производиться по собственному пути.

Топология определяет требования к оборудованию, тип используемого кабеля, допустимые и наиболее удобные методы управления обменом, надежность работы, возможности расширения сети. И хотя выбиратьтопологию пользователю сети приходится нечасто, знать об особенностях основных топологий, их достоинствах и недостатках надо.

Физическая - отражает физ размещение элементов сети в пространстве.

Логическая - отражает пути прохождения сигналов.

Информационная - отображает направление потоков информации.

Управление обменом - отражает принцип передачи прав на использование ресурсов сети.

Шина (bus) -- все компьютеры параллельно подключаются к однойлинии связи. Информация от каждого компьютера одновременно передается всем остальным компьютерам (рис. 2.1).

Рисунок 2.1

Достоинства: 1. Отсуствие дополнительного коммуникационного оборудования;

2. в рамках передающей среды используется относительно не дорогой колексионный кабель;

3. относитьльно не большой расход кабеля;

Недостатки: 1. Относительно не высокая безопасность передачи данных ;

2. при однократном разрыве кабеля сеть перестает работать;

3. большой коэффицент коллизий (кол коллизий в ед. времени);

Кольцо (ring) -- компьютеры последовательно объединены в кольцо. Передача информации в кольце всегда производится только в одном направлении. Каждый из компьютеров передает информацию только одному компьютеру, следующему в цепочке за ним, а получает информацию только от предыдущего в цепочке компьютера (рис. 2.2).

Рисунок 2.2

Достоинства: 1. Невысокий расход кабеля;

2. за счет технологии маркерного доступа (FDDI) коллизии отсуствуют;

3. отсуствие доп . коммуникационного оборудования;

4. в случае однократного разрыва сеть продолжает работать как шина;

Недостатки: 1. Перед передачей информации существует возможность ее перехвата соседними станциями;

Звезда (star) -- к одному центральному компьютеру присоединяются остальные периферийные компьютеры, причем каждый из них использует отдельную линию связи (рис.2,3). Информация от периферийного компьютера передается только центральному компьютеру, от центрального -- одному или нескольким периферийным.

Рисунок 2,3

Достоинства: 1. относительно большая передача данных ;

2. многократный разрыв кабеля выводит из строя только определенные станции;

3. повышенная защищенность ;

Недостатки: 1. повышенный расход кабеля;

2. наличие дополнительного коммуникационного оборудования;

3. в качестве передающей среды используется относительно дорогая 4-х или 8-ми шинная витая пара;

3.Методы доступа к несущей в компьютерных сетях

Существует 2 вида доступа к среде передачи данных: вероятностные и детерминированные.

При вероятностном (probabilistic) методе доступа узел, желающий послать кадр в сеть, прослушивает линию. Если линия занята или обнаружена коллизия (столкновение сигналов от двух передатчиков), попытка передачи откладывается на некоторое время. Основные разновидности:

CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) -- множественный доступ с прослушиванием несущей и избежанием коллизий Узел, готовый послать кадр, прослушивает линию. При отсутствии несущей он посылает короткий сигнал запроса на передачу (RTS) и определенное время ожидает ответа (CTS) от адресата назначения. При отсутствии ответа (подразумевается возможность коллизии) попытка передачи откладывается, при получении ответа в линию посылается кадр. При запросе на широковещательную передачу (RTS содержит адрес 255) CTS не ожидается. Метод не позволяет полностью избежать коллизий, но они обрабатываются на вышестоящих уровнях протокола Метод применяется в сети Apple LocalTalk, характерен простотой и низкой стоимостью цепей доступа. wifi

CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect) -- множественный доступ с прослушиванием несущей и обнаружением коллизий Это -- полудуплексная архитектура, что означает возможность передавать информацию в тот или иной момент времени только для одной станции. Ethernet

Алгоритм работы: Узел, готовый послать кадр, прослушивает линию. При отсутствии несущей он начинает передачу кадра, одновременно контролируя состояние линии. При обнаружении коллизии передача прекращается и повторная попытка откладывается на случайное время. Коллизии -- нормальное, хотя и не очень частое явление для CSMA/CD. Их частота связана с количеством и активностью подключенных узлов. Нормально коллизии могут начинаться в определенном временном окне кадра, запоздалые коллизии сигнализируют об аппаратных неполадках в кабеле или узлах. Метод эффективнее, чем CSMA/CA, но требует более сложных и дорогих схем цепей доступа Применяется во многих сетевых архитектурах: Ethernet, EtherTalk (реализация Ethernet фирмы Apple), G-Net, IBM PC Network, AT&T StarLAN.

Общин недостаток вероятностных методов доступа -- неопределенное время прохождения кадра, резко возрастающее при увеличении нагрузки на сеть, что ограничивает его применение в системах реального времени.

Детерминированные методы доступа к среде передачи данных

При детерминированном (deterministic) методе узлы получают доступ к среде в предопределенном порядке. Последовательность определяется контроллером сети, который может быть централизованным (его функции может выполнять, например, сервер) или/и распределенным (функции выполняются оборудованием всех узлов).

Основные типы:

§ доступ с передачей маркера (token passing), применяемый в сетях ARCnet, Token Ring, FDDI

При маркерном способе передачу данных можно начать при получении маркера - специфического маленького пакета определенного формата. Обычно он вырабатывается устройством сети с наименьшим адресом. Устройство, получившее маркер, контролирует канал, пока владеет маркером. По очереди контроль канала осуществляется каждым из устройств в сети по правилам, установленным протоколом. Примером реализации этого метода доступа является сеть IEEE 802.5 Token Ring (Маркерное кольцо). Обычно логической топологией сети является кольцо. Достоинством маркерных методов доступа является предсказуемость времени передачи, множество возможностей по управлению трафиком. Недостатком является их сложность, так как каждое устройство в сети должно уметь делать все, иметь полную функциональность;

§ поллинг (polling) -- опрос готовности, применяемый в больших машинах (mainframes) и технологии 100VG-AnyLAN, так же polling применяется в широкополосных беспроводных технологиях (WiMax, фирменные решения). WiMAX (англ. Worldwide Interoperability for Microwave Access) -- телекоммуникационная технология, разработанная с целью предоставления универсальной беспроводной связи на больших расстояниях для широкого спектра устройств (от рабочих станций и портативных компьютеров до мобильных телефонов). При этом методе доступа одно устройство опрашивает и контролирует остальные устройства сети, выступая, как администратор доступа (master, controller). Обычно топологией сети является звезда или шина. Примером реализации может служить контроллер мейнфрейм, опрашивающий терминалы, или кластер-контроллер сервера. В неограниченных средах метод частично используют протоколы семейства 802.16d (Wi-Max). При этом базовая станция выделяет каждому из устройств полосу частот для работы при входе в сеть и может задать приоритеты устройствам согласно выделяемой полосе. Достоинством доступа голосованием является предсказуемость минимального и максимального времени доступа, возможность присвоения приоритетов трафику. Основное преимущество метода -- ограниченное время прохождения кадра, мало зависящее от нагрузки.

Сети с большой нагрузкой требуют более эффективных методов доступа Один из способов повышения эффективности -- перенос управления доступом от узлов в кабельные центры. При этом узел посылает кадр в коммуникационное устройство. Задача этого устройства -- обеспечить прохождение кадра к адресату с оптимизацией общей производительности сети и обеспечением уровня качества обслуживания, требуемого конкретным приложением.

4.Среды передачи данных и их характеристики

Средой передачи информации называются те линии связи (или каналы связи), по которым производится обмен информацией между компьютерами. В подавляющем большинстве компьютерных сетей (особенно локальных) используются проводные или кабельные каналы связи, хотя существуют и беспроводные сети, которые сейчас находят все более широкое применение, особенно в портативных компьютерах.

Существует 4 вида сред передачи данных:

· Кабели на основе витых пар

· Коаксиальные кабели

· Оптоволоконные кабели

· Бескабельные каналы связи

Витые пары проводов используются в дешевых и сегодня, пожалуй, самых популярных кабелях. Кабель на основе витых пар представляет собой несколько пар скрученных попарно изолированных медных проводов в единой диэлектрической (пластиковой) оболочке. Он довольно гибкий и удобный для прокладки. Скручивание проводов позволяет свести к минимуму индуктивные наводки кабелей друг на друга и снизить влияние переходных процессов.

Обычно в кабель входит две (рис. 4,1) или четыре витые пары.

Рис. 4,1.

Неэкранированные витые пары характеризуются слабой защищенностью от внешних электромагнитных помех, а также от подслушивания, которое может осуществляться с целью, например, промышленного шпионажа. Причем перехват передаваемой по сети информации возможен как с помощью контактного метода (например, посредством двух иголок, воткнутых в кабель), так и с помощью бесконтактного метода, сводящегося к радиоперехвату излучаемых кабелем электромагнитных полей. Причем действие помех и величина излучения во вне увеличивается с ростом длины кабеля. Для устранения этих недостатков применяется экранирование кабелей.

В случае экранированной витой пары STP каждая из витых пар помещается в металлическую оплетку-экран для уменьшения излучений кабеля, защиты от внешних электромагнитных помех и снижения взаимного влияния пар проводов друг на друга (crosstalk - перекрестные наводки). Для того чтобы экран защищал от помех, он должен быть обязательно заземлен. Естественно, экранированная витая пара заметно дороже, чем неэкранированная. Ее использование требует специальных экранированных разъемов. Поэтому встречается она значительно реже, чем неэкранированная витая пара.

Основные достоинства неэкранированных витых пар - простота монтажа разъемов на концах кабеля, а также ремонта любых повреждений по сравнению с другими типами кабеля. Все остальные характеристики у них хуже, чем у других кабелей. Например, при заданной скорости передачи затухание сигнала (уменьшение его уровня по мере прохождения по кабелю) у них больше, чем у коаксиальных кабелей. Если учесть еще низкую помехозащищенность, то понятно, почему линии связи на основе витых пар, как правило, довольно короткие (обычно в пределах 100 метров). В настоящее время витая пара используется для передачи информации на скоростях до 1000 Мбит/с, хотя технические проблемы, возникающие при таких скоростях, крайне сложны.

Коаксиальный кабель представляет собой электрический кабель, состоящий из центрального медного провода и металлической оплетки (экрана), разделенных между собой слоем диэлектрика (внутренней изоляции) и помещенных в общую внешнюю оболочку (рис. 4,2).



Рисунок 4,2

Коаксиальный кабель до недавнего времени был очень популярен, что связано с его высокой помехозащищенностью (благодаря металлической оплетке), более широкими, чем в случае витой пары, полосами пропускания (свыше 1ГГц), а также большими допустимыми расстояниями передачи (до километра ). К нему труднее механически подключиться для несанкционированного прослушивания сети, он дает также заметно меньше электромагнитных излучений вовне. Однако монтаж и ремонт коаксиального кабеля существенно сложнее, чем витой пары, а стоимость его выше (он дороже примерно в 1,5 - 3 раза). Сложнее и установка разъемов на концах кабеля. Сейчас его применяют реже, чем витую пару. Стандарт EIA/TIA-568 включает в себя только один тип коаксиального кабеля, применяемый в сети Ethernet.

Основное применение коаксиальный кабель находит в сетях с топологией типа шина. При этом на концах кабеля обязательно должны устанавливаться терминаторы для предотвращения внутренних отражений сигнала, причем один (и только один!) из терминаторов должен быть заземлен. Без заземления металлическая оплетка не защищает сеть от внешних электромагнитных помех и не снижает излучение передаваемой по сети информации во внешнюю среду. Но при заземлении оплетки в двух или более точках из строя может выйти не только сетевое оборудование, но и компьютеры, подключенные к сети. Терминаторы должны быть обязательно согласованы с кабелем, необходимо, чтобы их сопротивление равнялось волновому сопротивлению кабеля. Например, если используется 50-омный кабель, для него подходят только 50-омные терминаторы.

Реже коаксиальные кабели применяются в сетях с топологией звезда (например, пассивная звезда в сети Arcnet). В этом случае проблема согласования существенно упрощается, так как внешних терминаторов на свободных концах не требуется.

Существует два основных типа коаксиального кабеля:

· тонкий (thin) кабель, имеющий диаметр около 0,5 см, более гибкий;

· толстый (thick) кабель, диаметром около 1 см, значительно более жесткий. Он представляет собой классический вариант коаксиального кабеля, который уже почти полностью вытеснен современным тонким кабелем.

Тонкий кабель используется для передачи на меньшие расстояния, чем толстый, поскольку сигнал в нем затухает сильнее. Зато с тонким кабелем гораздо удобнее работать: его можно оперативно проложить к каждому компьютеру, а толстый требует жесткой фиксации на стене помещения. Подключение к тонкому кабелю (с помощью разъемов BNC байонетного типа) проще и не требует дополнительного оборудования. А для подключения к толстому кабелю надо использовать специальные довольно дорогие устройства, прокалывающие его оболочки и устанавливающие контакт как с центральной жилой, так и с экраном. Толстый кабель примерно вдвое дороже, чем тонкий, поэтому тонкий кабель применяется гораздо чаще.

Как и в случае витых пар, важным параметром коаксиального кабеля является тип его внешней оболочки. Точно так же в данном случае применяются как non-plenum (PVC), так и plenum кабели. Естественно, тефлоновый кабель дороже поливинилхлоридного. Обычно тип оболочки можно отличить по окраске (например, для PVC кабеля фирма Belden использует желтый цвет, а для тефлонового - оранжевый).

Типичные величины задержки распространения сигнала в коаксиальном кабеле составляют для тонкого кабеля около 5 нс/м, а для толстого - около 4,5 нс/м.

Существуют варианты коаксиального кабеля с двойным экраном (один экран расположен внутри другого и отделен от него дополнительным слоем изоляции). Такие кабели имеют лучшую помехозащищенность и защиту от прослушивания, но они немного дороже обычных.

В настоящее время считается, что коаксиальный кабель устарел, в большинстве случаев его вполне может заменить витая пара или оптоволоконный кабель. И новые стандарты на кабельные системы уже не включают его в перечень типов кабелей.

Оптоволоконный (он же волоконно-оптический) кабель - это принципиально иной тип кабеля по сравнению с рассмотренными двумя типами электрического или медного кабеля. Информация по нему передается не электрическим сигналом, а световым. Главный его элемент - это прозрачное стекловолокно, по которому свет проходит на огромные расстояния (до десятков километров) с незначительным ослаблением.

Рисунок. 4,3.

Структура оптоволоконного кабеля очень проста и похожа на структуру коаксиального электрического кабеля (рис 4,3). Только вместо центрального медного провода здесь используется тонкое (диаметром около 1 - 10 мкм) стекловолокно, а вместо внутренней изоляции - стеклянная или пластиковая оболочка, не позволяющая свету выходить за пределы стекловолокна. В данном случае речь идет о режиме так называемого полного внутреннего отражения света от границы двух веществ с разными коэффициентами преломления (у стеклянной оболочки коэффициент преломления значительно ниже, чем у центрального волокна). Металлическая оплетка кабеля обычно отсутствует, так как экранирование от внешних электромагнитных помех здесь не требуется. Однако иногда ее все-таки применяют для механической защиты от окружающей среды (такой кабель иногда называют броневым, он может объединять под одной оболочкой несколько оптоволоконных кабелей ).

Оптоволоконный кабель обладает исключительными характеристиками по помехозащищенности и секретности передаваемой информации. Никакие внешние электромагнитные помехи в принципе не способны исказить световой сигнал, а сам сигнал не порождает внешних электромагнитных излучений. Подключиться к этому типу кабеля для несанкционированного прослушивания сети практически невозможно, так как при этом нарушается целостность кабеля. Теоретически возможная полоса пропускания такого кабеля достигает величины 1012 Гц, то есть 1000 ГГц, что несравнимо выше, чем у электрических кабелей. Стоимость оптоволоконного кабеля постоянно снижается и сейчас примерно равна стоимости тонкого коаксиального кабеля.

Однако оптоволоконный кабель имеет и некоторые недостатки.

Самый главный из них - высокая сложность монтажа (при установке разъемов необходима микронная точность, от точности скола стекловолокна и степени его полировки сильно зависит затухание в разъеме). Для установки разъемов применяют сварку или склеивание с помощью специального геля, имеющего такой же коэффициент преломления света, что и стекловолокно. В любом случае для этого нужна высокая квалификация персонала и специальные инструменты. Поэтому чаще всего оптоволоконный кабель продается в виде заранее нарезанных кусков разной длины, на обоих концах которых уже установлены разъемы нужного типа. Следует помнить, что некачественная установка разъема резко снижает допустимую длину кабеля, определяемую затуханием.

Также надо помнить, что использование оптоволоконного кабеля требует специальных оптических приемников и передатчиков, преобразующих световые сигналы в электрические и обратно, что порой существенно увеличивает стоимость сети в целом.

Оптоволоконные кабели допускают разветвление сигналов (для этого производятся специальные пассивныеразветвители (couplers) на 2--8 каналов), но, как правило, их используют для передачи данных только в одном направлении между одним передатчиком и одним приемником. Ведь любое разветвление неизбежно сильно ослабляет световой сигнал, и если разветвлений будет много, то свет может просто не дойти до конца сети. Кроме того, в разветвителе есть и внутренние потери, так что суммарная мощность сигнала на выходе меньше входной мощности.

Оптоволоконный кабель менее прочен и гибок, чем электрический. Типичная величина допустимого радиуса изгиба составляет около 10 - 20 см, при меньших радиусах изгиба центральное волокно может сломаться. Плохо переносит кабель и механическое растяжение, а также раздавливающие воздействия.

Чувствителен оптоволоконный кабель и к ионизирующим излучениям, из-за которых снижается прозрачность стекловолокна, то есть увеличивается затухание сигнала. Резкие перепады температуры также негативно сказываются на нем, стекловолокно может треснуть.

Применяют оптоволоконный кабель только в сетях с топологией звезда и кольцо. Никаких проблем согласования и заземления в данном случае не существует. Кабель обеспечивает идеальную гальваническую развязку компьютеров сети. В будущем этот тип кабеля, вероятно, вытеснит электрические кабели или, во всяком случае, сильно потеснит их. Запасы меди на планете истощаются, а сырья для производства стекла более чем достаточно.

Кроме кабельных каналов в компьютерных сетях иногда используются также бескабельные каналы. Их главное преимущество состоит в том, что не требуется никакой прокладки проводов (не надо делать отверстий в стенах, закреплять кабель в трубах и желобах, прокладывать его под фальшполами, над подвесными потолками или в вентиляционных шахтах, искать и устранять повреждения). К тому же компьютеры сети можно легко перемещать в пределах комнаты или здания, так как они ни к чему не привязаны.

Радиоканал использует передачу информации по радиоволнам, поэтому теоретически он может обеспечить связь на многие десятки, сотни и даже тысячи километров. Скорость передачи достигает десятков мегабит в секунду (здесь многое зависит от выбранной длины волны и способа кодирования).

Особенность радиоканала состоит в том, что сигнал свободно излучается в эфир, он не замкнут в кабель, поэтому возникают проблемы совместимости с другими источниками радиоволн (радио- и телевещательными станциями, радарами, радиолюбительскими и профессиональными передатчиками и т.д.). В радиоканале используется передача в узком диапазоне частот и модуляция информационным сигналом сигнала несущей частоты.

Главным недостатком радиоканала является его плохая защита от прослушивания, так как радиоволны распространяются неконтролируемо. Другой большой недостаток радиоканала - слабая помехозащищенность.

Для локальных беспроводных сетей (WLAN - Wireless LAN) в настоящее время применяются подключения порадиоканалу на небольших расстояниях (обычно до 100 метров) и в пределах прямой видимости. Чаще всего используются два частотных диапазона - 2,4 ГГц и 5 ГГц. Скорость передачи - до 54 Мбит/с. Распространен вариант со скоростью 11 Мбит/с.

Сети WLAN позволяют устанавливать беспроводные сетевые соединения на ограниченной территории (обычно внутри офисного или университетского здания или в таких общественных местах, как аэропорты). Они могут использоваться во временных офисах или в других местах, где прокладка кабелей неосуществима, а также в качестве дополнения к имеющейся проводной локальной сети, призванного обеспечить пользователям возможность работать перемещаясь по зданию.

Популярная технология Wi-Fi (Wireless Fidelity) позволяет организовать связь между компьютерами числом от 2 до 15 с помощью концентратора (называемого точкой доступа, Access Point, AP), или нескольких концентраторов, если компьютеров от 10 до 50. Кроме того, эта технология дает возможность связать две локальные сети на расстоянии до 25 километров с помощью мощных беспроводных мостов. Для примера на рис. 4,4 показано объединение компьютеров с помощью одной точки доступа. Важно, что многие мобильные компьютеры (ноутбуки) уже имеют встроенный контроллер Wi-Fi, что существенно упрощает их подключение к беспроводной сети.

Рисунок 4,4

Радиоканал широко применяется в глобальных сетях как для наземной, так и для спутниковой связи. В этом применении у радиоканала нет конкурентов, так как радиоволны могут дойти до любой точки земного шара.

Если говорить о возможных топологиях, то наиболее естественно все беспроводные каналы связи подходят для топологии типа шина, в которой информация передается одновременно всем абонентам. Но при использовании узконаправленной передачи и/или частотного разделения по каналам можно реализовать любые топологии (кольцо, звезда, комбинированные топологии) как на радиоканале, так и на инфракрасном канале.

5.Структурная модель OSI и её уровни

Модель OSI была предложена Международной организацией стандартов ISO (International Standards Organization) в 1984 году. С тех пор ее используют (более или менее строго) все производители сетевых продуктов. Как и любая универсальная модель, OSI довольно громоздка, избыточна, и не слишком гибка. Поэтому реальные сетевые средства, предлагаемые различными фирмами, не обязательно придерживаются принятого разделения функций. Однако знакомство с моделью OSI позволяет лучше понять, что же происходит в сети.

Все сетевые функции в модели разделены на 7 уровней (рис. 5.1). При этом вышестоящие уровни выполняют более сложные, глобальные задачи, для чего используют в своих целях нижестоящие уровни, а также управляют ими. Цель нижестоящего уровня - предоставление услуг вышестоящему уровню, причем вышестоящему уровню не важны детали выполнения этих услуг. Нижестоящиеуровни выполняют более простые и конкретные функции. В идеале каждыйуровень взаимодействует только с теми, которые находятся рядом с ним (выше и ниже него). Верхний уровень соответствует прикладной задаче, работающему в данный момент приложению, нижний - непосредственной передаче сигналов по каналу связи.



Рисунок. 5.1.

Модель OSI относится не только к локальным сетям, но и к любым сетям связи между компьютерами или другими абонентами. В частности, функции сети Интернет также можно поделить на уровни в соответствии с моделью OSI. Принципиальные отличия локальных сетей от глобальных, с точки зрения модели OSI, наблюдаются только на нижних уровнях модели.

Функции, входящие в показанные на рис. 5.1 уровни, реализуются каждым абонентом сети. При этом каждый уровень на одном абоненте работает так, как будто он имеет прямую связь с соответствующим уровнем другого абонента. Между одноименными уровнями абонентов сети существует виртуальная (логическая) связь, например, между прикладными уровнями взаимодействующих по сети абонентов. Реальную же, физическую связь (кабель, радиоканал) абоненты одной сети имеют только на самом нижнем, первом, физическом уровне. В передающем абоненте информация проходит все уровни, начиная с верхнего и заканчивая нижним. В принимающем абоненте полученная информация совершает обратный путь: от нижнего уровня к верхнему (рис. 5.2).



Рисунок. 5.2.

Данные, которые необходимо передать по сети, на пути от верхнего (седьмого) уровня до нижнего (первого) проходят процесс инкапсуляции. Каждый нижеследующий уровень не только производит обработку данных, приходящих с более высокого уровня, но и снабжает их своим заголовком, а также служебной информацией. Такой процесс обрастания служебной информацией продолжается до последнего (физического) уровня. На физическом уровне вся эта многооболочечная конструкция передается по кабелю приемнику. Там она проделывает обратную процедуру декапсуляции, то есть при передаче на вышестоящий уровень убирается одна из оболочек. Верхнего седьмого уровня достигают уже данные, освобожденные от всех оболочек, то есть от всей служебной информации нижестоящих уровней. При этом каждый уровень принимающего абонента производит обработку данных, полученных с нижеследующего уровня в соответствии с убираемой им служебной информацией.

Если на пути между абонентами в сети включаются некие промежуточные устройства(например, трансиверы, репитеры, концентраторы, коммутаторы,маршрутизаторы ), то и они тоже могут выполнять функции, входящие в нижние уровни модели OSI. Чем больше сложность промежуточного устройства, тем больше уровней оно захватывает. Но любое промежуточное устройство должно принимать и возвращать информацию на нижнем, физическом уровне.

Рассмотрим подробнее функции разных уровней.

· Прикладной (7) уровень (Application Layer) или уровень приложений обеспечивает услуги, непосредственно поддерживающие приложения пользователя, например, программные средства передачи файлов, доступа к базам данных, средства электронной почты, службу регистрации на сервере. Этот уровень управляет всеми остальными шестью уровнями. Например, если пользователь работает с электронными таблицами Excel и решает сохранить рабочий файл в своей директории на сетевом файл-сервере, то прикладной уровеньобеспечивает перемещение файла с рабочего компьютера на сетевой диск прозрачно для пользователя.

· Представительский (6) уровень (Presentation Layer) или уровеньпредставления данных определяет и преобразует форматы данных и их синтаксис в форму, удобную для сети, то есть выполняет функцию переводчика. Здесь же производится шифрование и дешифрирование данных, а при необходимости - и их сжатие. Стандартные форматы существуют для текстовых файлов (ASCII, EBCDIC, HTML), звуковых файлов (MIDI, MPEG, WAV), рисунков (JPEG, GIF, TIFF), видео (AVI). Все преобразования форматов делаются на представительском уровне. Если данные передаются в виде двоичного кода, то преобразования формата не требуется.

· Сеансовый (5) уровень (Session Layer) управляет проведением сеансов связи (то есть устанавливает, поддерживает и прекращает связь). Этотуровень предусматривает три режима установки сеансов: симплексный (передача данных в одном направлении), полудуплексный (передача данных поочередно в двух направлениях) и полнодуплексный (передача данных одновременно в двух направлениях). Сеансовый уровень может также вставлять в поток данных специальные контрольные точки, которые позволяют контролировать процесс передачи при разрыве связи. Этот же уровень распознает логические имена абонентов, контролирует предоставленные им права доступа.

· Транспортный (4) уровень (Transport Layer) обеспечивает доставку пакетов без ошибок и потерь, а также в нужной последовательности. Здесь же производится разбивка передаваемых данных на блоки, помещаемые в пакеты, и восстановление принимаемых данных из пакетов. Доставка пакетов возможна как с установлением соединения (виртуального канала), так и без. Транспортный уровень является пограничным и связующим между верхними тремя, сильно зависящими от приложений, и тремя нижними уровнями, сильно привязанными к конкретной сети.

· Сетевой (3) уровень (Network Layer) отвечает за адресацию пакетов и перевод логических имен (логических адресов, например, IP-адресов или IPX-адресов) в физические сетевые MAC-адреса (и обратно). На этом жеуровне решается задача выбора маршрута (пути), по которому пакет доставляется по назначению (если в сети имеется несколько маршрутов). На сетевом уровне действуют такие сложные промежуточные сетевые устройства, как маршрутизаторы.

· Канальный (2) уровень или уровень управления линией передачи (Data link Layer) отвечает за формирование пакетов (кадров) стандартного для данной сети (Ethernet, Token-Ring, FDDI) вида, включающих начальное и конечное управляющие поля. Здесь же производится управление доступом к сети, обнаруживаются ошибки передачи путем подсчета контрольных сумм, и производится повторная пересылка приемнику ошибочных пакетов. Канальный уровень делится на два подуровня: верхний LLC и нижний MAC. На канальном уровнеработают такие промежуточные сетевые устройства, как, например, коммутаторы.

· Физический (1) уровень (Physical Layer) - это самый нижний уровень модели, который отвечает за кодирование передаваемой информации в уровни сигналов, принятые в используемой среде передачи, и обратное декодирование. Здесь же определяются требования к соединителям, разъемам, электрическому согласованию, заземлению, защите от помех и т.д. На физическом уровне работают такие сетевые устройства, кактрансиверы, репитеры и репитерные концентраторы.

Большинство функций двух нижних уровней модели (1 и 2) обычно реализуются аппаратно (часть функций уровня2 - программным драйвером сетевого адаптера ). Именно на этих уровнях определяется скорость передачи и топология сети, метод управления обменом и формат пакета, то есть то, что имеет непосредственное отношение к типу сети, например, Ethernet, Token-Ring, FDDI, 100VG-AnyLAN. Более высокие уровни, как правило, не работают напрямую с конкретной аппаратурой, хотя уровни 3, 4 и 5 еще могут учитывать ее особенности. Уровни 6 и 7 никак не связаны с аппаратурой, замены одного типа аппаратуры на другой они не замечают.

Как уже отмечалось, в уровне 2 (канальном) нередко выделяют два подуровня (sublayers) LLC и MAC (рис. 5.4):

· Верхний подуровень ( LLC - Logical Link Control ) осуществляет управление логической связью, то есть устанавливает виртуальный канал связи. Строго говоря, эти функции не связаны с конкретным типом сети, но часть из них все же возлагается на аппаратуру сети ( сетевой адаптер ). Другая часть функций подуровня LLCвыполняется программой драйвера сетевого адаптера. Подуровень LLC отвечает за взаимодействие с уровнем 3 (сетевым).

· Нижний подуровень ( MAC - Media Access Control ) обеспечивает непосредственный доступ к среде передачи информации (каналу связи). Он напрямую связан с аппаратурой сети. Именно на подуровне MACосуществляется взаимодействие с физическим уровнем. Здесь производится контроль состояния сети, повторная передача пакетов заданное число раз при коллизиях, прием пакетов и проверка правильности передачи.

6.Протокол IP, принципы маршрутизации пакетов, DHCP

Основным протоколом сетевого уровня является протокол Интернета (IP), которым пользуется IP-модуль для коммутации (перемещения) пакета с одного интерфейса на другой.

Протокол Интернета (Internet Protocol -- IP) -- это механизм передачи, используемый протоколами TCP/IP.

IP-протокол передачи дейтаграмм, не обеспечивающий надежность и не ориентированный на соединение, обслуживает передачу с наилучшими из возможных показателей (наилучшими намерениями -- best effort), но без гарантий. Термин с наилучшими из возможных показателей означает, что IP не гарантирует никаких показателей, не проводит проверку ошибок или отслеживание качества передачи информации. При таком принципе сетевые ресурсы выделяются по возможности. IP предполагает ненадежность основных уровней и осуществляет передачу информации к оконечному пункту без всяких гарантий. Если надежность является важной, IP может сочетаться с надежными протоколами, такими как TCP.

IP также протокол без установления соединения. Он передает пакет коммутируемой сети, используя метод дейтаграмм. Это означает, что каждая дейтаграмма обрабатывается независимо, и каждая дейтаграмма следует разными маршрутами к конечному пункту. Поэтому дейтаграммы, переданные одним и тем же источником к одному и тому же оконечному пункту, могут поступать не по порядку, также некоторые из них могут быть потеряны или искажены во время передачи. IP полагается на протокол более высокого уровня для того, чтобы решить все эти проблемы.

DHCP позволяет присваивать IP-адреса общего пользования автоматически. Конфигурируемый DHCP-сервер предоставляет базу данных доступных IP-адресов и может также настраивать конфигурацию клиентов: адреса DNS-серверов, шлюзов и другую информацию. DHCP-серверы обычно устанавливаются в крупных организациях и сервисных центрах по обеспечению интернет-связи, так как они упрощают выдачу адресов и многократное их использование.

Когда DHCP-клиент приступает к работе, он запрашивает информацию о настройке у DHCP-сервера. Это позволяет автоматически присвоить ему IP-адрес, наряду с маской подсети и другой информацией. IP-адрес присваивается каждому клиенту на ограниченный промежуток времени - это называется арендой. Аренду можно время от времени возобновлять, чтобы сохранялась непрерывность сессии. Аренда обновляется примерно по прошествии половины арендного срока. Если обновление было успешным, то IP-адрес остается у клиента. В противном случае IP-адрес возвращается в пул и дается другому клиенту.

7.Протокол TCP

Протокол TCP (transmission control protocol, RFC-793, 1323, 1644[T/TCP], 2018, 2581, 2582[RENO], 2861, 2873, 2883[SACK], 2923[MTU], 2988[RTO], 3293[GSMP], 3448[TFRC], 3465, 3481) в отличие от UDP осуществляет доставку дейтаграмм, называемых сегментами, в виде байтовых потоков с установлением соединения. Протокол TCP применяется в тех случаях, когда требуется гарантированная доставка сообщений. Он использует контрольные суммы пакетов для проверки их целостности и освобождает прикладные процессы от необходимости таймаутов и повторных передач ради обеспечения надежности. При отслеживании подтверждения доставки в TCP реализуется алгоритм "скользящего" окна. Наиболее типичными прикладными процессами, использующими TCP, являются FTP (file transfer protocol - протокол передачи файлов) и telnet (или SSH для удаленного доступа). Кроме того, TCP используют системы SMTP, HTTP, Xwindow, RCP (remote copy), а также "r"-команды. Внутренняя структура модуля TCP гораздо сложнее структуры UDP. Подобно UDP, прикладные процессы взаимодействуют с модулем TCP через порты. Под байтовыми потоками здесь подразумевается то, что один примитив, например, read или write, может вызвать посылку адресату последовательности сегментов, которые образуют некоторый блок данных (сообщение). Применение портов открывает возможность осуществлять несколько соединений между двумя сетевыми объектами (работать с разными процессами).

Примером прикладного процесса, использующего TCP, может служить FTP, при этом будет работать стек протоколов ftp/tcp/ip/ethernet. Хотя протоколы UDP и TCP могли бы для сходных задач задействовать разные номера портов, обычно этого не происходит. Модули TCP и UDP выполняют функции мультиплексоров/демультиплексоров между прикладными процессами и IP-модулем. При поступлении пакета в модуль IP он будет передан в TCP или UDP-модуль согласно коду, записанному в поле протокола данного IP-пакета. Формат сегмента (пакета) TCP представлен ниже на рис. 2.3. Если вы хотите глубже разобраться с особенностями работы этого протокола, воспользуйтесь услугами программы tcpdump, которая позволяет отслеживать содержимое отправляемых и приходящих пакетов в ходе реализации сессии.

Если IP-протокол работает с адресами, то TCP, так же, как и UDP, - с портами. Именно с номеров портов отправителя и получателя начинается заголовок TCP-сегмента. 32-битовое поле код позиции в сообщенииопределяет порядковый номер первого октета в поле данных пользователя. В приложениях передатчика и приемника этому полю соответствуют 32-разрядные счетчики числа байт, которые при переполнении обнуляются. При значении флага syn=1 в этом поле лежит код ISN (Initial Sequence Number; смотри ниже описание процедуры установления связи), выбираемый для конкретного соединения. Первому байту, передаваемому через созданное соединение, присваивается номер ISN+1. Значение ISN может задаваться случайным образом. Но в UNIX 4.4BSD при загрузке ОС ISN делается равным 1 (это нарушает требования RFC), а далее увеличивается на 640000 каждые полсекунды. Аналогичная инкрементация осуществляется при установлении нового соединения. В RFC рекомендуется увеличивать счетчик ISN на 1 каждые 4 микросекунды.

32-битовое поле номер октета, который должен прийти следующим, содержит код, который на единицу больше номера последнего успешно доставленного (принятого) байта. Содержимое этого поля интерпретируется получателем сегмента, только если присутствует флаг ACK. Это поле заполняется в заголовках всех сегментов, передаваемых после установления соединения, а флаг AСK=1.

В ТСР предусмотрен режим полнодуплексной передачи. При этом данные могут передаваться в обоих направлениях независимо. В ходе обмена каждая из сторон должна отслеживать позиционные номера передаваемых и принимаемых байт. Если получен сегмент с некоторым кодом поля номер октета, который должен прийти следующим, это означает, что все октеты с номерами, меньшими указанного в данном поле, доставлены благополучно. Если благополучно доставлены байты с номерами 0-N, а затем получен сегмент с номерами байтов(N+k) - (N+k+m), такой сегмент будет буферизован, но подтверждения его получения не последует. Вместо этого посылается отклик, с кодом номер октета, который должен прийти следующим =(N+1). В случае получения сегмента с неверной контрольной суммой будет послан отклик, идентичный предыдущему. Дублированные отклики позволяют детектировать потерю пакета.

8.Система DNS

Систему доменных имен DNS (Domain Name System) разработал Пол Мокапетрис (Paul Mokapetris), который на заре интернета (в начале 1980-х) задался вопросом, как работать в системе (она стала со временем называться DNS), которая преобразует Web-адрес в состоящий из четырех октетов IP-адрес, который используется сетевыми машинами для связи через TCP/IP (см. лекцию 1). Мокапетрис разработал иерархическое пространство имен, которое позволяло присваивать машинам понятные (дружественные) пользователям имена и связывать эти имена с IP-адресами. Эти группы машин разбивались на домены, и в каждом домене предусматривалось свое собственное управление

DNS можно также использовать для поиска элементов, хранящихся в базе данных LDAP. DNS - это клиент/серверный процесс, который читает текстовый ("плоский") файл, аналогичный файлам HOSTS, которые вы можете иногда видеть и в настоящее время. В Windows DNS начали применять еще в версии NT4, и служба DNS стала составной частью операционной системы в Windows 2000. Это в основном произошло потому, что Microsoft перешла в используемом по умолчанию методе разрешения имен от имен NetBIOS и службы WINS (Windows Internet Naming Service) к полностью уточненным доменным именам FQDN (Fully Qualified Domain Names) и службе DNS. С появлением Active Directory (AD) и DNS, согласующейся с документом RFC 2136 (динамическое обновление записей) все изменилось еще больше. Еще больше вещей изменилось (и еще больше изменится) с появлением предложений по таблице для расширений DNSSEC (RFC 2541). DNS по-прежнему является службой с серверной и клиентской (resolver) частями. Взаимодействие между DNS и Active Directory является взаимозависимым, то есть предлагается одна система вместо двух.

Создается впечатление, что эта интеграция с AD является обязательной, но это не так, если вы не планируете создавать домены и леса (более подробно об этом см. в лекции 10). И даже в этом случае она не является обязательной, но вам следует объединить эти два компонента, если вы хотите свести к минимуму администрирование. Возможно, у вас есть UNIX-станции; можно использовать DNS на Microsoft-станциях в стандартной (классической) конфигурации с первичным (primary) и вторичным (secondary) серверами DNS, если вам не нужен или вы не хотите использовать домен в своем окружении. Однако предпочтительно использовать конструкции леса/домены с контроллерами доменов через Active Directory.

9.Практическая часть

Первый этаж

Рисунок 9.1

Второй этаж

Рисунок 9.2

Логическая модель

Рисунок 9.2.2

10. Обоснование используемых сред передачи данных

В курсовой работе для передачи прокладки интернета использовал оптоволоконный кабель. Как показала практика оптоволокно (при выборе витая пара - оптика) - многократно лучше. Оптоволокно при работе не излучает электромагнитные волны, что в свою очередь исключает влияние среды передачи данных на электронные устройства. Информационная безопасность сегодня является целой индустрией, применение оптики позволяет уменьшить вероятность кражи данных. Современное электронное оборудование требует широкого канала для обеспечения процесса обмена информацией. Оптоволокно многократно превышает возможности витой пары по пропускной возможности. Затухание сигнала, тоже очень важный аргумент, на порядок ниже. Это позволяет прокладывать сеть на большее расстояния, десяток километров - не предел. Вспомним, что витая пара позволяет передавать данные не более чем на 100 метров. Электромагнитное излучение не влияет на передаваемые им данные, это позволяет забыть о том, что силовые кабели или погода может повлиять на рабочие характеристики сети. Оптоволокно не требует заземления, отсутствует вероятность создания возгорания, следовательно, можно использовать во взрывоопасных помещениях. С вышесказанного можно сделать вывод, что не стоит экономить на новых технологиях при построении сети. Хорошо спроектированная локальная сеть будет напоминать о сете только своей безотказной работой. Мы - выполняем построение сетей любых масштабов.

Также в курсовой работе использовал wi-fi. Позволяет развернуть сеть без прокладки кабеля, что может уменьшить стоимость развёртывания и/или расширения сети. Места, где нельзя проложить кабель, например, вне помещений и в зданиях, имеющих историческую ценность, могут обслуживаться беспроводными сетями. Позволяет иметь доступ к сети мобильным устройствам.

Wi-Fi устройства широко распространены на рынке. Гарантируется совместимость оборудования благодаря обязательной сертификации оборудования с логотипом Wi-Fi.

Также в курсовой работе использовалась витая пара. Витая пара - вид кабеля связи, представляет собой одну или несколько пар изолированных проводников, скрученных между собой (с небольшим числом витков на единицу длины), покрытых пластиковой оболочкой.

Свивание проводников производится с целью повышения степени связи между собой проводников одной пары (электромагнитная помеха одинаково влияет на оба провода пары) и последующего уменьшения электромагнитных помех от внешних источников, а также взаимных наводок при передаче дифференциальных сигналов. Для снижения связи отдельных пар кабеля (периодического сближения проводников различных пар) в кабелях UTP категории 5 и выше провода пары свиваются с различным шагом. Витая пара -- один из компонентов современных структурированных кабельных систем. Используется в телекоммуникациях и в компьютерных сетях в качестве физической среды передачи сигнала во многих технологиях, таких как Ethernet, Arcnet и Token ring. В настоящее время, благодаря своей дешевизне и лёгкости в монтаже, является самым распространённым решением для построения проводных (кабельных) локальных сетей.