Протоколы в локальных и глобальных сетях

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Костанайский социально технический университет им. акад. З. Алдамжар

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

На тему: «Протоколы в локальных и глобальных сетях»

по специальности - «ВТиПО»

Выполнил Сейтгалиев Д.Е.

Костанай 2011

Содержание

Введение

1. Теоретические основы организации компьютерных сетей

1.1 Общие сведения о сетях

1.2 Топология сетей

2. Локальные компьютерные сети

2.1 Классификация локальной компьютерной сети

2.2 Структура локальных компьютерных сетей

2.3 Физическая среда передачи в локальных сетях

2.4 Типы локальной компьютерной сети

3. Глобальные компьютерные сети

3.1 Характеристика глобальных компьютерных сетей

3.2 Сеть Internet

3.3 Примеры глобальных сетей

3.4 Отличия локальных сетей от глобальных сетей

3.5 Тенденция к сближению локальных сетей и глобальных сетей

4. Основные протоколы обмена в компьютерных сетях

4.1 Характеристика протокола TCP/IP

4.2 Протокол Ethernet

4.3 Протокол ARP

4.4 Межсетевой протокол IP

4.5 Протокол UDP

4.6 Протокол TCP

4.7 Протоколы прикладного уровня

Заключение

Список использованных источников

Приложение

Введение

Актуальность темы. Вхождение Республики Казахстан 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, которые 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.

С развитием компьютерной техники широкое использование приобрели компьютерные сети. По своему размеру, т.е. количеству машин и расстоянию между ними, они делятся на локальные и глобальные. Примерами локальных могут быть сети вуза, предприятия, нескольких фирм, находящихся недалеко друг от друга, глобальных - Internet.

Для передачи данных в сети используются сетевые протоколы передачи данных. Некоторое время назад существовало несколько протоколов несовместимых между собой, что зачастую создавало большие проблемы при объединении сетей. Примером же универсального протокола является семейство TCP/IP. История его возникновения связана с задачей, поставленной после второй мировой войны правительством США. Требовалось создать единую сеть, которая бы могла своими средствами находить маршруты передачи их, а также в случае повреждения некоторых каналов связи перенаправлять поток информации по другим каналам. При реализации этого проекта были созданы отдельные представители семейства протоколов TCP/IP. Сама сеть через некоторое время разрослась до необычайных размеров, её представление сейчас известно всем как Internet.

Протокол управления передачей (Transmission Control Protocol, TCP) является доминирующим протоколом транспортного уровня в Интернет. Согласно исследованиям, от 60% до 90% всего трафика в Интернет, включая трафик службы World Wide Web, передачи файлов (FTP), электронной почты (E-mail) и т.д., передается с помощью протокола TCP.

Столь широкое применение протокола TCP определило пристальное внимание к нему со стороны специалистов, занимающихся проблемами обеспечения качества обслуживания (Quality of Service, QoS) в Интернет. Помимо традиционных измерений и имитационного моделирования, в последнее десятилетие значительное число исследовательских работ было адресовано разработке математических моделей функционирования протокола TCP. В числе авторов, получивших важные результаты в этой области, можно отметить К.Авраченкова, M.Mathis, J.Padhye, N.Cardwell, B.Sikdar и ряд других авторов. В то же время предполагается, что одну из основных составляющих трафика Интернет в ближайшем будущем будут создавать услуги передачи мультимедийной информации: потоковое видео, Интернет-радио и т.п.

В связи с отмеченными особенностями, рассмотрение протоколов локальных и глобальных сетей (протокола передачи пользовательских дейтаграмм (User Datagram Protocol, UDP), протокола TCP, протокола UDP, протокола TFRC и других) является актуальным и необходимым. Таким образом, теоретическая и практическая значимость решаемых в дипломной работе задач определяет ее актуальность.

Цель дипломной работы является изучение протоколов локальных и глобальных сетей.

Поставленная цель достигается путем решения следующих задач:

- исследовать теоретические основы организации компьютерных сетей;

- изучить классификацию, принцип построения локальной компьютерной сети;

- дать характеристику глобальных компьютерных сетей, рассмотреть отличия локальных сетей от глобальных сетей;

- рассмотреть основные протоколы обмена в компьютерных сетях, дать им характеристику;

- подведение итогов работы и внесение предложений по данной теме.

Методы исследования. Проведенные в дипломной работе исследования основываются на теории вероятностей, теории восстановления, математической статистике и высшей алгебре.

Научная новизна. В дипломной работе предпринята попытка изложить основные принципы построения компьютерных сетей, основные протоколы локальных компьютерных сетей и глобальных компьютерных сетей.

Практическая ценность. Материалы дипломной работы могут быть использованы в качестве учебных материалов об особенностях локальных и глобальных сетей, протоколов сетей для студентов, обучающихся по специальностям «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети», «Автоматизированные машины, комплексы, системы и сети», «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем», для студентов, которые хотели бы получить базовые знания

Структура дипломной работы состоит из введения, основной части, состоящей из 4 разделов, заключение, списка использованных источников и приложения. В дипломной работе рассмотрены протоколы, используемые в локальных и глобальных компьютерных сетях, протоколы семейства TCP/IP. В связи с особенностями протоколов TCP/IP - широкая, реализация практически во всех современных операционных системах, можно смело говорить об их универсальности.

1. Теоретические основы организации компьютерных сетей

1.1 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.

Принцип централизованной обработки данных не отвечал высоким требованиям к надежности процесса обработки, затруднял развитие систем и не мог обеспечить необходимые временные параметры при диалоговой обработке данных в многопользовательском режиме. Кратковременный выход из строя централизованной ЭВМ приводил к роковым последствиям для системы в целом, так как приходилось дублировать функции центральной ЭВМ, значительно увеличивая затраты на создание и эксплуатацию систем обработки данных.

Появление малых ЭВМ, микроЭВМ и персональных компьютеров потребовало нового подхода к организации систем обработки данных, к созданию новых информационных технологий. Возникло логически обоснованное требование перехода от использования отдельных ЭВМ в системах централизованной обработки данных к распределенной обработке данных, т.е. обработке, выполняемой на независимых, но связанных между собой компьютерах, представляющих распределенную систему.

Для реализации распределенной обработки данных были созданы многомашинные ассоциации, структура которых разрабатывается по одному из следующих направлений:

- многомашинные вычислительные комплексы (МВК) - группа установленных рядом вычислительных машин, объединенных с помощью специальных средств сопряжения и выполняющих совместно информационно-вычислительный процесс;

- компьютерные (вычислительные) сети - совокупность компьютеров и терминалов, соединенных с помощью каналов связи в единую систему, удовлетворяющую требованиям распределенной обработки данных[1, с.12].

Компьютерные сети являются высшей формой многомашинных ассоциаций. Выделяют основные отличия компьютерной сети от многомашинного вычислительного комплекса.

Первое отличие - размерность. В состав многомашинного вычислительного комплекса входят обычно две, максимум три ЭВМ, расположенные преимущественно в одном помещении. Вычислительная сеть может состоять из десятков и даже сотен ЭВМ, расположенных на расстоянии друг от друга от нескольких метров до тысяч километров.

Второе отличие - разделение функций между ЭВМ. Если в многомашинном вычислительном комплексе функции обработки данных, передачи и управления системой могут быть реализованы в одной ЭВМ, то в вычислительных сетях эти функции разделены между различными ЭВМ.

Третье отличие - необходимость решения в сети задачи маршрутизации сообщений. Сообщение от одной ЭВМ к другой может быть передано по различным маршрутам в зависимости от состояния каналов связи, соединяющих ЭВМ друг с другом[2, с.36].

Компьютерная сеть - это совокупность компьютеров и различных устройств, обеспечивающих информационный обмен между компьютерами в сети без использования каких-либо промежуточных носителей информации. Все многообразие компьютерных сетей можно классифицировать по группе признаков:

1) Территориальная распространенность;

2) Ведомственная принадлежность;

3) Скорость передачи информации;

4) Тип среды передачи;

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).

Локальные - это сети, перекрывающие территорию не более 10 м2, региональные - расположенные на территории города или области, глобальные на территории государства или группы государств, например, всемирная сеть Internet.

По принадлежности различают ведомственные и государственные сети. Ведомственные принадлежат одной организации и располагаются на ее территории. Государственные сети - сети, используемые в государственных структурах.

По скорости передачи информации компьютерные сети делятся на низко-, средне- и высокоскоростные.

По типу среды передачи разделяются на сети коаксиальные, на витой паре, оптоволоконные, с передачей информации по радиоканалам, в инфракрасном диапазоне.

В классификации сетей существует два основных термина: LAN и WAN. LAN (Local Area Network) - локальные сети, имеющие замкнутую инфраструктуру до выхода на поставщиков услуг. Термин «LAN» может описывать и маленькую офисную сеть, и сеть уровня большого завода, занимающего несколько сотен гектаров. Зарубежные источники дают даже близкую оценку - около шести миль (10 км) в радиусе; использование высокоскоростных каналов.

WAN (Wide Area Network) - глобальная сеть, покрывающая большие географические регионы, включающие в себя как локальные сети, так и прочие телекоммуникационные сети и устройства. Пример WAN - сети с коммутацией пакетов (Frame Relay), через которую могут «разговаривать» между собой различные компьютерные сети.

Термин «корпоративная сеть» также используется в литературе для обозначения объединения нескольких сетей, каждая из которых может быть построена на различных технических, программных и информационных принципах[3, с.26].

Рассмотренные выше виды сетей являются сетями закрытого типа, доступ к ним разрешен только ограниченному кругу пользователей, для которых работа в такой сети непосредственно связана с их профессиональной деятельностью. Глобальные сети ориентированы на обслуживание любых пользователей.

На рисунке 1, рассмотрим способы коммутации компьютеров и виды сетей

Рисунок 1 - Способы коммутации компьютеров и виды сетей.

1.2 Топология сетей

Компьютеры могут соединяться кабелями, образуя различную топологию сети (звездная, шинная, кольцевая и др.). Следует различать компьютерные сети и сети терминалов (терминальные сети). Компьютерные сети связывают компьютеры, каждый из которых может работать и автономно. Терминальные сети обычно связывают мощные компьютеры (майнфреймы), а в отдельных случаях и ПК с устройствами (терминалами), которые могут быть достаточно сложны, но вне сети их работа или невозможна, или вообще теряет смысл. Например, сеть банкоматов или касс по продажи авиабилетов. Строятся они на совершенно иных, чем компьютерные сети, принципах и даже на другой вычислительной технике.

Топология сети определяется размещением узлов в сети и связей между ними. Из множества возможных построений выделяют следующие структуры[4, с.17].

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).

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;

- высокая стоимость центрального устройства;

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

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.

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.

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.

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.

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. [5]

2. Локальные компьютерные сети

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 DOS, Windows и т.д.), обеспечивает пользователя всеми необходимыми инструментами для решения прикладных задач[6, с.42].

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.

2.1 Классификация локальной компьютерной сети

Локальные вычислительные сети подразделяются на два кардинально различающихся класса: одноранговые (одноуровневые или Peer to Peer) сети и иерархические (многоуровневые).

Одноранговая сеть представляет собой сеть равноправных компьютеров, каждый из которых имеет уникальное имя (имя компьютера) и обычно пароль для входа в него во время загрузки оранговой сети. Имя и пароль входа назначаются владельцем ПК средствами оранговой сети. Одноранговые сети могут быть организованы с помощью таких операционных систем, как LANtastic, Windows'3.11, Novell NetWare Lite. Указанные программы работают как с DOS, так и с Windows. Одноранговые сети могут быть организованы также на базе всех современных 32-разрядных операционных систем - Windows'95 OSR2, Windows NT Workstation версии, OS/2) и некоторых других.

Одноранговая сеть, в которой нет единого центра управления взаимодействием рабочих станций и нет единого центра для хранения данных. Сетевая операционная система распределена по рабочим станциям. 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.

Наибольшей популярностью пользуются одноранговые сети на базе сетевых операционных систем LANtastic, NetWare Lite.[7, с.91]

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.

Взаимодействие между рабочими станциями в сети, как правило, осуществляются через сервер.

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:

- высокая стоимость из-за выделения одного компьютера на сервер;

- зависимость быстродействия и надежности от сервера;

- меньшая гибкость по сравнению с одноранговыми сетями.

Сети выделенным сервером являются наиболее распространенными у пользователей компьютерных сетей. Сетевые операционные системы для таких сетей - LANServer (IBM), Windows NT Server версий 3.51 и 4.0 и NetWare (Novell).[4, с.45]

В иерархических локальных сетях имеется один или несколько специальных компьютеров - серверов, на которых хранится информация, совместно используемая различными пользователями.

Сервер в иерархических сетях - это постоянное хранилище разделяемых ресурсов. Сам сервер может быть клиентом только сервера более высокого уровня иерархии. Поэтому иерархические сети иногда называются сетями с выделенным сервером. Серверы обычно представляют собой высокопроизводительные компьютеры, возможно, с несколькими параллельно работающими процессорами, с винчестерами большой емкости, с высокоскоростной сетевой картой (100 Мбит/с и более). Компьютеры, с которых осуществляется доступ к информации на сервере, называются станциями или клиентами.

Локальные компьютерные сети классифицируются по назначению:

Сети терминального обслуживания. В них включается ЭВМ и периферийное оборудование, используемое в монопольном режиме компьютером, к которому оно подключается, или быть общесетевым ресурсом.

Сети, на базе которых построены системы управления производством и учрежденческой деятельности. Они объединяются группой стандартов МАР/ТОР. В МАР описываются стандарты, используемые в промышленности. ТОР описывают стандарты для сетей, применяемых в офисных сетях.

Сети, которые объединяют системы автоматизации, проектирования. Рабочие станции таких сетей обычно базируются на достаточно мощных персональных ЭВМ, например фирмы Sun Microsystems.

Сети, на базе которых построены распределенные вычислительные системы.

По классификационному признаку локальные компьютерные сети делятся на кольцевые, шинные, звездообразные, древовидные;

По признаку скорости - на низкоскоростные (до 10 Мбит/с), среднескоростные (до 100 Мбит/с), высокоскоростные (свыше 100 Мбит/с);

По типу метода доступа - на случайные, пропорциональные, гибридные;

По типу физической среды передачи - на витую пару, коаксиальный или оптоволоконный кабель, инфракрасный канал, радиоканал.

2.2 Структура локальных компьютерных сетей

Способ соединения компьютеров называется структурой или топологией сети. Сети Ethernet могут иметь топологию «шина» и «звезда». В первом случае все компьютеры подключены к одному общему кабелю (шине), во втором - имеется специальное центральное устройство (хаб), от которого идут «лучи» к каждому компьютеру, т.е. каждый компьютер подключен к своему кабелю.

Структура типа «шина», рисунок 2(а), проще и экономичнее, так как для нее не требуется дополнительное устройство и расходуется меньше кабеля. Но она очень чувствительна к неисправностям кабельной системы. Если кабель поврежден хотя бы в одном месте, то возникают проблемы для всей сети. Место неисправности трудно обнаружить.

В этом смысле «звезда», рисунок 2 (б), более устойчива. Поврежденный кабель - проблема для одного конкретного компьютера, на работе сети в целом это не сказывается. Не требуется усилий по локализации неисправности.

В сети, имеющей структуру типа «кольцо», рисунок 2(в), информация передается между станциями по кольцу с переприемом в каждом сетевом контроллере. Переприем производится через буферные накопители, выполненные на базе оперативных запоминающих устройств, поэтому при выходе их строя одного сетевого контроллера может нарушиться работа всего кольца.

Достоинство кольцевой структуры - простота реализации устройств, а недостаток - низкая надежность.

Все рассмотренные структуры - иерархические. Однако, благодаря использованию мостов, специальных устройств, объединяющих локальные сети с разной структурой, из вышеперечисленных типов структур могут быть построены сети со сложной иерархической структурой[8].

2.3 Физическая среда передачи в локальных сетях

Весьма важный момент - учет факторов, влияющих на выбор физической среды передачи (кабельной системы). Среди них можно перечислить следующие:

Требуемая пропускная способность, скорость передачи в сети;

Размер сети;

Требуемый набор служб (передача данных, речи, мультимедиа и т.д.), который необходимо организовать.

Требования к уровню шумов и помехозащищенности;

Общая стоимость проекта, включающая покупку оборудования, монтаж и последующую эксплуатацию.

Основная среда передачи данных ЛКС - неэкранированная витая пара, коаксиальный кабель, многомодовое оптоволокно. При примерно одинаковой стоимости одномодового и многомодового оптоволокна, оконечное оборудование для одномодового значительно дороже, хотя и обеспечивает большие расстояния. Поэтому в ЛКС используют, в основном, многомодовую оптику.

Основные технологии локальной компьютерной сети: Ethernet, ATM. Технологии FDDI (2 кольца), применявшаяся ранее для опорных сетей и имеющая хорошие характеристики по расстоянию, скорости и отказоустойчивости, сейчас мало используется, в основном, из-за высокой стоимости, как, впрочем, и кольцевая технология Token Ring, хотя обе они до сих пор поддерживаются на высоком уровне всеми ведущими вендорами, а в отдельных случаях (например, применение FDDI для опорной сети масштаба города, где необходима высокая отказоустойчивость и гарантированная доставка пакетов) использование этих технологий все еще может быть оправданным.

2.4 Типы локальной компьютерной сети

Ethernet - изначально коллизионная технология, основанная на общей шине, к которой компьютеры подключаются и «борются» между собой за право передачи пакета. Основной протокол - CSMA/CD (множественный доступ с чувствительностью несущей и обнаружению коллизий). Дело в том, что если две станции одновременно начнут передачу, то возникает ситуация коллизии, и сеть некоторое время «ждет», пока «улягутся» переходные процессы и опять наступит «тишина». Существует еще один метод доступа - CSMA/CA (Collision Avoidance) - то же, но с исключением коллизий. Этот метод применяется в беспроводной технологии Radio Ethernet или Apple Local Talk - перед отправкой любого пакета в сети пробегает анонс о том, что сейчас будет происходить передача, и станции уже не пытаются ее инициировать.

Ethernet бывает полудуплексный (Half Duplex), по всем средам передачи: источник и приемник «говорит по очереди» (классическая коллизионная технология) и полнодуплексный (Full Duplex), когда две пары приемника и передатчика на устройствах говорят одновременно. Этот механизм работает только на витой паре (одна пара на передачу, одна пара на прием) и на оптоволокне (одна пара на передачу, одна пара на прием).

Ethernet различается по скоростям и методам кодирования для различной физической среды, а также по типу пакетов (Ethernet II, 802.3, RAW, 802.2 (LLC), SNAP).

Ethernet различается по скоростям: 10 Мбит/с, 100 Мбит/с, 1000 Мбит/с (Гигабит). Поскольку недавно ратифицирован стандарт Gigabit Ethernet для витой пары категории 5, можно сказать, что для любой сети Ethernet могут быть использованы витая пара, одномодовое (SMF) или многомодовое (MMF) оптоволокно. В зависимости от этого существуют различные спецификации:

10 Мбит/с Ethernet: 10BaseT, 10BaseFL, (10Base2 и 10Base5 существуют для коаксиального кабеля и уже не применяются);

100 Мбит/с Ethernet: 100BaseTX, 100BaseFX, 100BaseT4, 100BaseT2;

Gigabit Ethernet: 1000BaseLX, 1000BaseSX (по оптике) и 1000BaseTX (для витой пары)

Существуют два варианта реализации Ethernet на коаксиальном кабеле, называемые «тонкий» и «толстый» Ethernet (Ethernet на тонком кабеле 0,2 дюйма и Ethernet на толстом кабеле 0,4 дюйма)[9. с.57].

Тонкий Ethernet использует кабель типа RG-58A/V (диаметром 0,2 дюйма). Для маленькой сети используется кабель с сопротивлением 50 Ом. Коаксиальный кабель прокладывается от компьютера к компьютеру. У каждого компьютера оставляют небольшой запас кабеля на случай возможности его перемещения. Длина сегмента 185 м, количество компьютеров, подключенных к шине - до 30.

После присоединения всех отрезков кабеля с BNC-коннекторами (Bayonel-Neill-Concelnan) к Т-коннекторам (название обусловлено формой разъема, похожей на букву «Т») получится единый кабельный сегмент. На его обоих концах устанавливаются терминаторы («заглушки»). Терминатор конструктивно представляет собой BNC-коннектор (он также надевается на Т-коннектор) с впаянным сопротивлением. Значение этого сопротивления должно соответствовать значению волнового сопротивления кабеля, т.е. для Ethernet нужны терминаторы с сопротивлением 50 Ом.

Толстый Ethernet - сеть на толстом коаксиальном кабеле, имеющем диаметр 0,4 дюйма и волновое сопротивление 50 Ом. Максимальная длина кабельного сегмента - 500 м.

Прокладка самого кабеля почти одинакова для всех типов коаксиального кабеля.

Для подключения компьютера к толстому кабелю используется дополнительное устройство, называемое трансивером. Трансивер подсоединен непосредственно к сетевому кабелю. От него к компьютеру идет специальный трансиверный кабель, максимальная длина которого 50 м. На обоих его концах находятся 15-контактные DIX-разъемы (Digital, Intel и Xerox). С помощью одного разъема осуществляется подключение к трансиверу, с помощью другого - к сетевой плате компьютера.

Трансиверы освобождают от необходимости подводить кабель к каждому компьютеру. Расстояние от компьютера до сетевого кабеля определяется длиной трансиверного кабеля.

Создание сети при помощи трансивера очень удобно. Он может в любом месте в буквальном смысле «пропускать» кабель. Эта простая процедура занимает мало времени, а получаемое соединение оказывается очень надежным.

Кабель не режется на куски, его можно прокладывать, не заботясь о точном месторасположении компьютеров, а затем устанавливать трансиверы в нужных местах. Крепятся трансиверы, как правило, на стенах, что предусмотрено их конструкцией.

При необходимости охватить локальной сетью площадь большую, чем это позволяют рассматриваемые кабельные системы, применяется дополнительные устройства - репитеры (повторители). Репитер имеет 2-портовое исполнение, т.е. он может объединить 2 сегмента по 185 м. Сегмент подключается к репитеру через Т-коннектор. К одному концу Т-коннектора подключается сегмент, а на другом ставится терминатор.

В сети может быть не больше четырех репитеров. Это позволяет получить сеть максимальной протяженностью 925 м.

Существуют 4-портовые репитеры. К одному такому репитеру можно подключить сразу 4 сегмента.

Длина сегмента для Ethernet на толстом кабеле составляет 500 м, к одному сегменту можно подключить до 100 станций. При наличии трансиверных кабелей до 50 м длиной, толстый Ethernet может одним сегментом охватить значительно большую площадь, чем тонкий. Эти репитеры имеют DIX-разъемы и могут подключаться трансиверами, как к концу сегмента, так и в любом другом месте.

Очень удобны совмещенные репитеры, т.е. подходящие и для тонкого и для толстого кабеля. Каждый порт имеет пару разъемов: DIX и BNC, но он не могут быть задействованы одновременно. Если необходимо объединять сегменты на разном кабеле, то тонкий сегмент подключается к BNC-разъему одного порта репитера, а толстый - к DIX-разъему другого порта.

Репитеры очень полезны, но злоупотреблять ими не стоит, так как они приводят к замедлению работы в сети[7, с.59].

Ethernet на витой паре

Витая пара - это два изолированных провода, скрученных между собой. Для Ethernet используется 8-жильный кабель, состоящий из четырех витых пар. Для защиты от воздействия окружающей среды кабель имеет внешнее изолирующее покрытие.

Основной узел на витой паре - hub (в переводе называется накопителем, концентратором или просто хаб). Каждый компьютер должен быть подключен к нему с помощью своего сегмента кабеля. Длина каждого сегмента не должна превышать 100 м. На концах кабельных сегментов устанавливаются разъемы RJ-45. Одним разъемом кабель подключается к хабу, другим - к сетевой плате. Разъемы RJ-45 очень компактны, имеют пластмассовый корпус и восемь миниатюрных площадок.

Хаб - центральное устройство в сети на витой паре, от него зависит ее работоспособность. Располагать его надо в легкодоступном месте, чтобы можно было легко подключать кабель и следить за индикацией портов.

Хабы выпускаются на разное количество портов - 8, 12, 16 или 24. Соответственно к нему можно подключить такое же количество компьютеров.

Технология Fast Ethernet IEEE 802.3U

Технология Fast Ethernet была стандартизирована комитетом IEEE 802.3. Новый стандарт получил название IEEE 802.3U. Скорость передачи информации 100 Мбит/с. Fast Ethernet организуется на витой паре или оптоволокне.

В сети Fast Ethernet организуются несколько доменов конфликтов, но с обязательным учетом класса повторителя, используемого в доменах.

Репитеры Fast Ethernet (IEEE 802.3U) бывают двух классов и различаются по задержке в мкс. Соответственно в сегменте (логическом) может быть до двух репитеров класса 2 и один репитер класса 1. Для Ethernet (IEEE 802.3) сеть подчиняется правилу 5-4-3-2-1.

Правило 5-4-3-2-1 гласит: между любыми двумя рабочими станциями не должно быть более 5 физических сегментов, 4 репитеров (концентраторов), 3 «населенных» физических сегментов, 2 «населенных» межрепитерных связей (IRL), и все это должно представлять собой один коллизионный домен (25,6 мкс).

Физически из концентратора «растет» много проводов, но логически это все один сегмент Ethernet и один коллизионный домен, в связи с ним любой сбой одной станции отражается на работе других. Поскольку все станции вынуждены «слушать» чужие пакеты, коллизия происходит в пределах всего концентратора (на самом деле на другие порты посылается сигнал Jam, но это не меняет сути дела). Поэтому, хотя концентратор - это самое дешевое устройство и, кажется, что оно решает все проблемы заказчика, советуем постепенно отказаться от этой методики, особенно в условиях постоянного роста требований к ресурсам сетей, и переходить на коммутируемые сети. Сеть их 20 компьютеров, собранная на репитерах 100 Мбит/с, может работать медленнее, чем сеть из 20 компьютеров, включенных в коммутатор 10 Мбит/с. Если раньше считалось «нормальным» присутствие в сегменте до 30 компьютеров, то в нынешних сетях даже 3 рабочие станции могут загрузить весь сегмент[8, с.66].

В Fast Ethernet внутри одного домена конфликтов могут находиться не более двух повторителей класса II (рисунок 3) или не более одного повторителя класса I (рисунок 4)

Различные типы кабелей и устройств Fast Ethernet дают разную величину задержки RTD. Витая пара категории 5 - 1,11 бит-тайм на метр длины, оптоволоконный кабель 1 бит-тайм также на метр длины, сетевой адаптер - 50 бит-тайм, медиаконвертеры от 50 до 100, повторитель класса I -140, повторитель класса II - 92 бит-тайм. Задержку RTD между двумя сетевыми узлами рассчитать несложно, она равняется сумме соответствующих задержек их сетевых адаптеров и всех промежуточных сетевых компонентов (кабелей, повторителей).

В представленном на рисунке 5 примере сети задержка сигнала на пути от ПК А до ПК В равна 373,15 бит-тайм. Разумеется, задержка RTD между любыми двумя узлами не должна превышать 512 бит-тайм. Отсюда вытекают ограничения на число повторителей (не более двух, класса II) и на физические размеры сетей Fast Ethernet. Максимальный размер сети на базе витой пары (спецификация 100Base-TX) с двумя повторителями класса II составляет 205 м, а два компьютера (устройства DTE) могут быть связаны между собой отрезком оптоволоконного кабеля длиной 412 м.

Технология Gigabit Ethernet

Следующий шаг в развитии технологии Ethernet - разработка проекта стандарта IEEE-802.32. Данный стандарт предусматривает скорость обмена информацией между станциями локальной сети 1 Гбит/с. Предполагая, что устройства Gigabit Ethernet будут объединять сегменты сетей с Fast Ethernet со скоростями 100 Мбит/с. Разрабатываются сетевые карты со скоростью 1 Гбит/с, а также серия сетевых устройств, таких как коммутаторы и маршрутизаторы.

В сети с Gigabit Ethernet будет использоваться управление трафиком, контроль перегрузок и обеспечение качества обслуживания (Quality Of Service - QOS). Стандарт Gigabit Ethernet - один из серьезных соперников развивающейся сегодня технологии АТМ.

Технологии АТМ

Сеть АТМ имеет звездообразную топологию. Сеть АТМ строится на основе одного или нескольких коммутаторов, являющихся неотъемлемой частью данной коммуникационной структуры.

Высокая скорость передачи и чрезвычайно низкая вероятность ошибок в волоконно-оптических системах выдвигают на первый план задачу создания высокопроизводительных систем коммутации на основе стандартов АТМ.

Простейший пример такой сети - один коммутатор, обеспечивающий коммутацию пакетов, данных и несколько оконечных устройств.

АТМ - это метод передачи информации между устройствами в сети маленькими пакетами фиксированной длины, названными ячейками (cells). Фиксация размеров ячейки имеет ряд существенных преимуществ по сравнению с пакетами переменной длины.

Во-первых, ячейки фиксированной длины требуют минимальной обработки при операциях маршрутизации в коммутаторах. Это позволяет максимально упростить схемные решения коммутаторов при высоких скоростях коммутации.

Во-вторых, все виды обработки ячеек по сравнению с обработкой пакетов переменной длины значительно проще, так как отпадает необходимость в вычислении длины ячейки.

В-третьих, в случае применения пакетов переменной длины передача длинного пакета данных могла бы вызвать задержку выдачи в линию пакетов с речью или видео, что привело бы к их искажению[9, с.83].

Модель АТМ имеет четырехуровневую структуру. Различают несколько уровней:

пользовательский (User Layer) - включает уровни, начиная с сетевого и выше (IPX/SPX или TCP/IP);

адаптации (АТМ Adaptation Layer - AAL);

ATM (ATM Layer);

физический (Physical Layer).

Пользовательский уровень обеспечивает создание сообщения, которое должно быть передано в сеть АТМ и соответствующим образом преобразовано.

Уровень адаптации (AAL) обеспечивает доступ пользовательских приложений к коммутирующим устройствам АТМ. Данный уровень формирует стандартные АТМ-ячейки и передает их передает их на уровень АТМ для последующей обработки.

Физический уровень обеспечивает передачу ячеек через разнообразные коммутационные среды. Данный уровень состоит из двух подуровней - подуровня преобразования передачи, реализующего различные протоколы передачи по физическим линиям, и подуровня адаптации к среде передачи.

Оконечные устройства АТМ - сети, подключающиеся к коммутаторам через интерфейс, называемый UNI - интерфейс пользователя с сетью. UNI может быть интерфейсом между рабочей станцией, ПК, АТС, маршрутизатором, или каким угодно «черным ящиком» и АТМ-коммутатором [9, с.86].

3. Глобальные компьютерные сети

3.1 Характеристика глобальных компьютерных сетей

Первоначально глобальные сети решали задачу доступа удаленных ЭВМ и терминалов к мощным ЭВМ, которые назывались host-компьютер (часто используют термин сервер). Такие подключения осуществлялись через коммутируемые или некоммутируемые каналы телефонных сетей или через спутниковые выделенные сети передачи данных, например, сети, работающие по протоколу Х.25.

Для подключения к таким сетям передачи данных использовались модемы, работающие под управлением специальных телекоммуникационных программ, таких как BITCOM, COMIT, PROCOM, MITEZ и т.д. Эти программы, работая под операционной системой MS-DOS, обеспечивали установление соединения с удаленным компьютером и обмен с ним информацией.

С закатом эры MS-DOS их место занимает встроенное в операционные системы коммуникационное программное обеспечение. Примером могут служить средства Windows95 или удаленный доступ (RAS) в WindowsNT.

В настоящее время все реже используются подключенные к глобальным сетям одиночные компьютеры. Это в основном домашние ПК. В основной массе абонентами компьютерных сетей являются компьютеры, включенные в локальные вычислительные сети (ЛВС), и поэтому часто решается задача организации взаимодействия нескольких удаленных локальных вычислительных сетей. При этом требуется обеспечить удаленному компьютеру связь с любым компьютером удаленной локальной сети, и, наоборот, любому компьютеру ЛВС с удаленным компьютером. Последнее становится весьма актуальным при расширении парка домашних и персональных компьютеров.

Глобальные сети Wide Area Networks, WAN), которые также называют территориальными компьютерными сетями, служат для того, чтобы предоставлять свои сервисы большому количеству конечных абонентов, разбросанных по большой территории - в пределах области, региона, страны, континента или всего земного шара. Ввиду большой протяженности каналов связи построение глобальной сети требует очень больших затрат, в которые входит стоимость кабелей и работ по их прокладке, затраты на коммутационное оборудование и промежуточную усилительную аппаратуру, обеспечивающую необходимую полосу пропускания канала, а также эксплуатационные затраты на постоянное поддержание в работоспособном состоянии разбросанной по большой территории аппаратуры сети[10, с.15].

Типичными абонентами глобальной компьютерной сети являются локальные сети предприятий, расположенные в разных городах и странах, которым нужно обмениваться данными между собой. Услугами глобальных сетей пользуются также и отдельные компьютеры. Крупные компьютеры класса мэйнфреймов обычно обеспечивают доступ к корпоративным данным, в то время как персональные компьютеры используются для доступа к корпоративным данным и публичным данным Internet.

Глобальные сети обычно создаются крупными телекоммуникационными компаниями для оказания платных услуг абонентам. Такие сети называют публичными или общественными. Существуют также такие понятия, как оператор сети и поставщик услуг сети. Оператор сети (network operator) - это та компания, которая поддерживает нормальную работу сети. Поставщик услуг, часто называемый также провайдером (service provider), - та компания, которая оказывает платные услуги абонентам сети. Владелец, оператор и поставщик услуг могут объединяться в одну компанию, а могут представлять и разные компании.

Гораздо реже глобальная сеть полностью создается какой-нибудь крупной корпорацией (такой, например, как Dow Jones или «Транснефть») для своих внутренних нужд. В этом случае сеть называется частной. Очень часто встречается и промежуточный вариант - корпоративная сеть пользуется услугами или оборудованием общественной глобальной сети, но дополняет эти услуги или оборудование своими собственными. Наиболее типичным примером здесь является аренда каналов связи, на основе которых создаются собственные территориальные сети[11, с.94].

Кроме вычислительных глобальных сетей существуют и другие виды территориальных сетей передачи информации. В первую очередь это телефонные и телеграфные сети, работающие на протяжении многих десятков лет, а также телексная сеть.

Ввиду большой стоимости глобальных сетей существует долговременная тенденция создания единой глобальной сети, которая может передавать данные любых типов: компьютерные данные, телефонные разговоры, факсы, телеграммы, телевизионное изображение, телетекс (передача данных между двумя терминалами), видеотекс (получение хранящихся в сети данных на свой терминал) и т. д., и т. п. На сегодня существенного прогресса в этой области не достигнуто, хотя технологии для создания таких сетей начали разрабатываться достаточно давно - первая технология для интеграции телекоммуникационных услуг ISDN стала развиваться с начала 70-х годов. Пока каждый тип сети существует отдельно и наиболее тесная их интеграция достигнута в области использования общих первичных сетей - сетей PDH и SDH, с помощью которых сегодня создаются постоянные каналы в сетях с коммутацией абонентов. Тем не менее, каждая из технологий, как компьютерных сетей, так и телефонных, старается сегодня передавать «чужой» для нее трафик с максимальной эффективностью, а попытки создать интегрированные сети на новом витке развития технологий продолжаются под преемственным названием Broadband ISDN (B-ISDN), то есть широкополосной (высокоскоростной) сети с интеграцией услуг. Сети B-ISDN будут основываться на технологии АТМ, как универсальном транспорте, и поддерживать различные службы верхнего уровня для распространения конечным пользователям сети разнообразной информации - компьютерных данных, аудио- и видеоинформации, а также организации интерактивного взаимодействия пользователей.

В странах СНГ крупнейшими глобальными сетями считаются Спринт сеть (современное название Global One), сеть Инфотел, сети Роснет и Роспак, работающие по протоколу Х.25, а также сети Relcom и Internet, работающие по протоколу TCP/IP.

В качестве сетевого оборудования применяются центры коммутации, которые для сетей Х.25 часто исполняются как специализированные устройства фирм-производителей Siemens, Telenet, Alcatel, Ericsson и др., а для сети с TCP/IP используются маршрутизаторы фирм Cisco и Decnis. Структура сетей показана на рисунке 6[11, с.95.].

3.2 Сеть Internet

Internet является старейшей глобальной сетью. Internet предоставляет различные способы взаимодействия удаленных компьютеров и совместного использования распределенных услуг и информационных ресурсов.

Internet работает по протоколу TCP/IP. Основным «продуктом», который вы можете найти в Internet, является информация. Эта информация собрана в файлы, которые хранятся на хост-компьютерах, и она может быть представлена в различных форматах. Формат данных зависит от того, каким сетевым сервисом вы воспользовались, и какие возможности по отображению информации есть на ПК. Любой компьютер, который поддерживает протоколы TCP/IP, может выступать в качестве хост-компьютера.

Ключом к получению информации в Internet являются адреса ресурсов. Вам придется использовать почтовые адреса (mail addresses) при пересылке сообщений по электронной почте своим коллегам и адреса хост-компьютеров (host names) для соединения с ними и для получения файлов с информацией.

Одним из недостатков передачи данных по сети Internet является недостаточная защита информации.

Услуги Internet

Передача файлов по протоколу FTP. Информационный сервис, основанный на передаче файлов с использованием протокола FTP (протокол передачи файлов).

Поиск файлов с помощью системы Archie. Archie - первая поисковая система необходима для нахождения нужной информации, разбросанной по Internet.

Электронная почта. ЭП - это вид сетевого сервиса. ЭП предусматривает передачу сообщений от одного пользователя, имеющего определенный компьютерный адрес, к другому. Она позволяет быстро связаться друг с другом.

Списки рассылки. Список рассылки - это средство, предоставляющее возможность вести дискуссию группе пользователей, имеющих общие интересы.

Телеконференции. Телеконференции в Internet предоставляют возможность вести дискуссии (при помощи сообщений) по тысячам размещенных тем.

Возможности сети Internet

Интернет представляет собой глобальную компьютерную сеть, содержащую гигантский объем информации по любой тематике, доступной на коммерческой основе для всех желающих, и предоставляющую большой спектр информационных услуг. В настоящее время Интернет представляет собой объединение более 40 000 различных локальных сетей, за что она получила название сеть сетей. Каждая локальная сеть называется узлом или сайтом, а юридическое лицо, обеспечивающее работу сайта - провайдером. Сайт состоит из нескольких компьютеров - серверов, каждый из которых предназначен для хранения информации определенного типа и в определенном формате. Каждый сайт и сервер на сайте имеют уникальные имена, посредствам которых они идентифицируются в Интернет.

Для подключения в Интернет пользователь должен заключить контракт на обслуживание с одним из провайдеров в его регионе[12,с.207].

Доступ к информационным ресурсам

Имеется несколько видов информационных ресурсов в Интернет, различающихся характером информации, способом ее организации, методами работы с ней. Каждый вид информации хранится на сервере соответствующего типа, называемых по типу хранимой информации. Для каждой информационной системы существуют свои средства поиска необходимой информации во всей сети Интернет по ключевым словам. В Интернет работают следующие информационные системы:

World Wide Web (WWW) - Всемирная информационная паутина. Эта система в настоящее время является наиболее популярной и динамично развивающейся. Информация в WWW состоит из страниц (документов). Страницы могут содержать графику, сопровождаться анимацией изображений и звуком, воспроизводимым непосредственно в процессе поступления информации на экран пользователя. Информация в WWW организована в форме гипертекста. Это означает, что в документе существуют специальные элементы - текст или рисунки, называемые гипертекстовыми ссылками (или просто ссылками), щелчок мышью на которых выводит на экран другой документ, на который указывает данная ссылка. При этом новый документ может храниться на совершенно другом сайте, возможно, расположенном в другом конце земного шара.