Компьютерные сети и сетевое программное обеспечение

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Оглавление

Введение

Глава 1. Компьютерные сети

1.1 Устройство компьютерных сетей

1.2 Сервер

Глава 2. Классификация компьютерных сетей

Глава 3. Сетевые операционные системы

Глава 4. Интернет (Internet)

Глава 5. ip-адрес

Литература

Введение

В связи со стремительным развитием науки и техники человечество уже не может представить свою жизнь без персональных компьютеров и интернета. На работе, во время учебы и отдыха, везде они просто необходимы. Мы порой даже не замечаем, насколько сильно от них зависим.

Компьютеры открывают нам доступ к любой информации. Они позволяют, не выходя из дома общаться с людьми, находящимися на расстоянии нескольких сотен километров, обмениваться данными. Выполнять сложные вычислительные задачи с помощью специальных программ. Можно даже купить что угодно, не покидая свою зону комфорта. Компьютеры значительно облегчают нашу физическую и умственную деятельность и, наверное, уже не существует такой сферы жизни, с которой бы не соприкоснулась эта техника.

И как же осуществляется это общение, передача данных, получение информации, вся эта связь компьютеров, находящихся в различных точках мира?

А происходит это с помощью компьютерных сетей, которые мы и обсудим в данной курсовой работе. Компьютерные сети являются логическим результатом эволюции компьютерных технологий. Вершина технического прогресса.

Глава 1. Компьютерные сети

И так, для начала разберемся, что же такое компьютерные сети.

Компьютерные сети - это большое количество компьютеров, обычно более двух, соединенных между собой каналами связи. Предназначение компьютерных сетей заключается в передаче данных между компьютерами этой сети.

Объединение компьютеров в сети позволяет качественно усилить производительность всей системы, плюс ко всему благодаря дублированию данных значительно снижается вероятность потери информации.

Существует несколько причин для объединения компьютеров в сети:

1) Осуществление совместного доступа к одному и тому же оборудованию (файл-серверу, принтеру, сканер и т.д.);

2) Возможность использовать сетевые версии ПО, помимо периферийных устройств;

3) Облегчение общей работы над единым проектом;

4) Коммуникационные услуги;

5) Распределенная обработка данных.

Основные требования, предъявляемые к современным компьютерным сетям:

1) Простота эксплуатации и доступа;

2) Открытость - подключение компьютеров разного типа;

3) Развиваемость - возможность увеличения возможностей сети и абонентов;

4) Автономность - работа не ограничивается включением в сеть;

5) Интегральность - обработка и передача данных различного вида: символьных, графических и др;

6) Защищенность - ограничение несанкционированного доступа к сети;

7) Небольшое время ответа - работа в диалоговом режиме;

8) Непрерывность работы - отключение и подключения компонентов сети без прерывания ее работы;

9) Помехоустойчивость - передача данных в условиях помех (высокая надежность).

Физический смысл:

Для передачи данных могут быть использованы физические явления, такие как электрические сигналы, световые сигналы или электромагнитное излучение.

1.1 Устройство компьютерных сетей

С технической точки зрения сеть - это система для передачи информации, состоящая из множества терминалов и коммуникационной среды.

Терминалы (рабочие станции) - это конечные устройства (находятся на концах сети), которые являются источником или получателем информации (от другого терминала).

Коммуникационная среда служит для передачи информации между терминалами. Состоит из каналов и, в общем случае узлов.

Компьютерные сети представляют собой комплекс технических, программных и информационных средств.

1) Технические средства - это компьютеры и системы передачи данных (каналы связи, модемы и сетевые адаптеры, шлюзы, распределители, маршрутизаторы и др.)

2) Информационные средства - это единый информационный фонд (базы данных). Применяются для общего и индивидуального доступа.

3) Программные средства сети предназначены для организации коллективного доступа к ее ресурсам, для оптимальной загрузки сети и управлением над ней.

Каналы связи - физическая передающая среда, соединяющая между собой компьютеры.

Если сигналы, поступающие на вход канала и снимающиеся с его выхода, являются дискретными, то канал называется дискретным, или цифровым. Если входные и выходные сигналы канала являются непрерывными, то канал называется непрерывным, или аналоговым.

Существует множество типов каналов связи.

Для передачи информации между компьютерами используют специальный кабель. В качестве кабеля используют: витую пару, тонкий коаксиальный кабель, толстый коаксиальный кабель, волоконно-оптический кабель.

1) простая витая пара (TP - twisted pair) - два перевитых вокруг друг друга изолированных медных провода (самый распространенный, особенно для локальных);

2) тонкий кабель - в основном для локальных сетей (для передачи на меньшие расстояния, чем толстый, поскольку сигнал в нем загасает сильнее.);

3) толстый кабель - используется на участках большой протяженности при требованиях высокой пропускной способности;

4) Волоконно-оптический кабель - позволяет создавать протяженные участки без ретрансляторов при высокой скорости и надежности, большей чем у других кабелей (минус - высокая стоимость) - нить из оптически прозрачного материала (стекло, пластик), используемая для переноса света внутри себя посредством полного внутреннего отражения.

Принцип действия:

Первоначально: несколько компьютеров с сетевыми адаптерами последовательно соединенные коаксиальным кабелем (сетевые адаптеры выдавали свой сигнал на него одновременно). Коаксиальный кабель - это электрический кабель, который состоит из центрального медного провода (1) и металлической оплетки, - экрана (3), разделенных между собой слоем диэлектрика - внутренней изоляции (2) и помещенных в общую внешнюю оболочку (4) (рис. 1).

Рис. 1. Коаксиальный кабель

Работа нескольких компьютеров на одной шине неудобна, так как очень большое влияние друг на друга: повреждения кабеля рушат всю сеть. Поэтому, последующее развитие компьютерных сетей стало происходить на принципах структурирования. Т.е. каждая сеть - набор взаимосвязанных участков - структур (несколько компьютеров с сетевыми адаптерами, каждый из которых соединен отдельным проводом с коммутатором). Коммутатор (многопортовый мост) - это устройство, осуществляющее жесткое соединение в локальной сети. Высокая помехоустойчивость и долгосрочность - основные преимущества структурной сети (при нарушении связи остальные элементы продолжают сохранять работоспособность). Но эта система несколько дороже из-за большей сложности проектирования.

Соединение компьютерных сетей различных организаций, в основном основанных на базе различных стандартов, спровоцировало появление специального оборудования: мостов, маршрутизаторов, концентраторов и т.п., - осуществляющих такое взаимодействие.

Мост - это устройство, объединяющее фрагменты компьютерной сети, созданной на базе различных технических средств.

Концентраторы используются для соединения сетей с высокой скорость передачи, с сетью с низкой скоростью, то есть концентратор выполняет функцию накопителя информации.

Мосты и концентраторы используются для присоединения компьютера, а для организации трафика (traffic - уличное движение - объем информации за период времени) используются маршрутизаторы, которые преобразуют информацию из одного формата в другой, а также организуют защиту информации.

1.2 Сервер

С появлением компактных станций и развитием локальных сетей возникло понятие сервера.

Стало возможно и необходимо распределить вычислительные ресурсы между узлами сети. Узлы - промежуточные устройства, в которых сходится не менее трех каналов сети. Они играют роль диспетчеров. А узел, что предоставляет ресурсы другим узлам - сервер. (файл-сервер, принт-сервер и т.д.). Он может и не отличаться от других узлов. Компьютер, пользующийся ресурсами, предоставляемыми сервером - клиент или рабочая станция.

Все сети делятся на две группы: с сервером или без него. В сети без выделенного файл-сервера любой компьютер сети может являться и клиентом и сервером, а в сети с выделенным файл-сервером один компьютер становится пунктом хранения и распространения информации и не может в то же время использоваться в качестве рабочей станции. Сервер может не иметь монитора и клавиатуры, а управлять его работой можно с любого компьютера рабочей станции.

В компьютерных сетях нет единообразия, так как они были разработаны различными организациями для различных задач. Но одна для всех - согласованная работа различных компонентов сети. Протокол - это список правил, определяющий параметры обмена данными между компьютерами. Они выполняют соединение, преодоление шумов на линии и передачу данных между модемами. Также задают способы передачи сообщений и обработки ошибок в сети и разрабатывают общие стандарты.

В настоящее время существует много сетей, работающих на основе различных протоколов.

Шлюз - это специальный комплекс, предназначенный для обеспечения совместимости между сетями. Шлюз модифицирует данные и протоколы к одному стандарту (за основу берется один из узлов).

К настоящему времени стандартизированы три основных сетевых протокола, на основе различного доступа:

1) Соперничество - сетевая станция прослушивает канал, если он свободен, происходит передача, если занят, через некоторое время следует повторное обращение;

2) Маркерная шина - в среде постоянно циркулирует специальный пакет-маркер, и та станция, которая обладает этим маркером, имеет право на передачу.

3) Маркерное кольцо - маркер передается по кругу. Если один из компьютеров сломался, то перестает работать вся сеть.

Организации, занимающиеся стандартизацией:

МККТТ - международный консультационный комитет по телефонии и телеграфии;

IEEE - институт инженеров, электриков и электронщиков;

ISO - международная организация по стандартизации.

Эталонная логическая модель включает семь уровней со строго определенными их задачами:

1) физический - передача цифровых данных через физический носитель;

2) уровень канала связи - надежность передачи на участке цепи;

3) сетевой уровень - конфигурация носителей информации при соединении участков сети;

4) уровень приема-передачи - обеспечение надежности обмена информацией между конечными пользователями;

5) уровень обмена - организация и синхронизация диалога, процесс обмена информации;

6) уровень представления - преобразование информации, настройка задач на операционную среду;

7) уровень прикладных программ - программы пользователя; обслуживание бесперебойной работы и стандартизация оборудования.

В настоящее время большинство организаций-разработчиков сетей придерживаются подобных протоколов.

Глава 2. Классификация компьютерных сетей

компьютерная сеть терминал сервер

Компьютерные сети классифицируются по следующим признакам:

1) территориальному размещению - по масштабу охвата территории. Локальные, региональные и глобальные (в каждом типе сетей используется разнообразное оборудование и различные операционные системы, а также различные сетевые протоколы.)

Локальные сети (ЛВС) - сеть небольшой протяженности (комната, здание, этаж), маленького радиуса действия: 1-10 км. Характерны высокие скорости передачи данных. Вероятность ошибок в них низкая и протоколы обмена упрощены.

Рис. Локальная сеть

Существует два типа локальных сетей: одноранговые и сети с выделенным сервером.

Основные компоненты локальной сети:

· несколько ПК, снабженных сетевым адаптером, или сетевой картой;

· среда передачи, объединяющая необходимые узлы;

· сетевое программное обеспечение.

Для объединения компьютеров требуется вставить в каждый подключаемый к сети компьютер сетевой адаптер (контроллер), позволяющий получить информацию из локальной сети и передавать данные в сеть. Также необходимо соединить компьютеры кабелями.

Достоинства: экономия памяти (применение разными пользователями одного программного продукта), хорошую защиту информации, связь пользователей через почту (компьютерную).

Региональные сети - сети, в пределах города, района, области, страны, на значительном расстоянии друг от друга (десятки-сотни километров). Это объединение нескольких локальных сетей и часть глобальной. Немного сложнее локальных. Например, помимо обмена данными и голосового обмена, региональные вычислительные сети могут передавать видео- и аудиоинформацию.

Региональные вычислительные сети сочетают лучшие характеристики локальной (низкий уровень ошибок, высокая скорость передачи) с большей географической протяженностью.

В последнее время стали еще выделять класс корпоративных сетей (крупные корпорации). Их масштаб и структура определяются потребностями предприятий - владельцев.

Глобальные сети (WAN wide area network) - объединение абонентов в различных странах, на различных континентах. Взаимодействие может осуществляться на базе телефонной линии связи, радиосвязи и систем спутниковой связи. Позволяют решить проблему объединения информационных ресурсов всего мира и организации доступа к этим ресурсам.

Рис. Глобальная сеть

К удаленным компьютерам подключаются с помощью телефонной сети. Передача данных происходит в форме электрических колебаний (аналога звукового сигнала, а в компьютере информация хранится в виде кодов). Коды должны быть преобразованы в электрические колебания - процесс модуляции. Для того чтобы прочитать на своем компьютере то, что отправлено, электрические колебания должны быть обратно превращены в машинные коды - демодуляция. Устройство, которое осуществляет преобразования - модем (сокращенно от МОдулятор ДЕМодуляции). На компьютере должна быть телекоммуникационная программа, управляющая модемом.

Глобальные вычислительные сети: объединение локальных и региональных сетей.

По сравнению с локальной вычислительной сетью: глобальные обладают медленной скоростью передачи и высоким уровнем ошибок (пытаются решить эти проблемы).

Каналы связи - телефонные линии - это медленные каналы с высоким уровнем ошибок. Однако сейчас все больше используются высокоскоростные оптоволоконные и радиоспутниковые каналы связи (wi-fi).

Конфигурация может быть различна и в отличие от локальных сетей - нерегулярна.

В глобальной сети между ее узлами существует множество путей доставки информации, а для локальных - всегда один.

Примером глобальной сети является сеть Internet.

2) топологии - схема объединения в сеть компьютеров и совместное использование оборудования (конфигурация физических соединений).

Есть следующие базовые типы топологии (они характерны в основном в локальных сетях):

· звездообразная (star)

Центральный компьютер - сервер, к которому подключены остальные компьютеры. Обычно Звезда состоит из одного узла - концентратора и нескольких, соединенных с ним узлов - терминалов. Терминалы не связаны между собой.

Рис. 2. Звездообразная топология

Достоинства: быстрота установки, простота адресации абонентов, высокая степень защиты, возможность использования различных скоростей передачи и типов данных, использование недорогих кабелей.

Недостатки: низкая степень использования линий связи, зависимость от центрального устройства, ограниченность длины кабеля.

· шинная, или магистральная (bus)

Все узлы присоединены к одной общей шине и связаны между собой в двух направлениях (как рабочие станции, так и сервер).

Рис.3. Шинная топология

На концах подобных линий связи находятся заглушки-терминаторы, для защиты от отражения волновых сигналов.

Достоинства: невысокие затраты на прокладку кабеля, быстрая передача информации, даже без участия сервера, непрерывное подключение, простота маршрутизации (не нужны концентраторы).

Недостатки: низкая пропускная способность, низкая надежность, ограничение на количество узлов, ограничение на длину кабеля (немного больше, чем у звезды).

· кольцевая (ring, loop)

Узлы соединены в кольцо каналами связи, работа выполняется по кольцу в одном направлении. Объединяет несколько рабочих мест, между которыми происходит обмен сообщениями с указанием адреса приема и другой управляющей информации. Каждый компьютер анализирует весь поток данных, выделяя информацию, адресованную только ему.

Рис.4. Кольцевая топология

Достоинства: высокая пропускная способность, простота проверки работоспособности, простота маршрутизации.

Недостатки: сложность расширения (при подключении новой станции сеть должна быть отключена); зависимость надежности сети от каждого узла (выход из строя одного из них останавливает всю сеть); время передачи увеличивается при подключении новых станций.

При выборе сетевой топологии (конфигурации) преследуются следующие цели:

· обеспечение максимальной надежности;

· выбор маршрута по наименьшей стоимости;

· предоставление наиболее удобного времени ответа и пропускной способности.

Реально чистых типов практически нет, есть их различные модификации.

Рис 5. Смешанная топология

3) типу ЭВМ сети делят на однородные (гомогенные) и неоднородные (гетерогенные).

Однородные - компьютеры программно совместимы, а в неоднородных такой совместимости нет.

4) типу решаемых задач - выделяют специализированные сети и многофункциональные.

5) размещению данных - делят на сети с централизованным банком данных и с распределенными банками данных.

6) числу уровней - в сети выделяют одноуровневые и многоуровневые сети.

7) логике соединения - делят на сети с жесткой логикой и с коммутируемой логикой соединения.

8) выполняемым функциям - подразделяются на вычислительные - решение задач пользователей. Информационные - выдача справочных сведений по запросам пользователей (бывают и информационно-вычислительные).

Глава 3. Сетевые операционные системы

Технические средства определяют лишь потенциальные возможности компьютерных сетей. Но настоящие ее возможности определяет программное обеспечение.

При работе пользователя в сети, как и при работе с одним компьютером, необходимы программные средства, системы пользователь-компьютер.

Программное обеспечение сетевых ОС распределено по узлам сети.

К основным функциям сетевых ОС относят:

1. управление каталогами и файлами;

2. управление ресурсами;

3. коммуникационные функции;

4. защиту от несанкционированного доступа;

5. обеспечение отказоустойчивости;

6. управление сетью.

Ядро ОС - выполняет большинство из выше функций, и дополнительные программы (службы), реализуют протоколы, выполняют специфических функций для коммутационных серверов, организацию распределенных вычислений и т.п.

К сетевому программному обеспечению относят также драйверы сетевых плат.

Драйвер -- компьютерная программа, с помощью которой другие программы (операционная система) получают доступ к программному обеспечению некоторого устройства.

Сетевой диск (сетевой драйвер) - назначенный диск, для хранения «общих» файлов.

Для каждого типа ЛВС разработаны разные типы плат и драйверов (зависит от интеллектуальности, скорости, объема буферной памяти).

ОС локальной сети:

· Windows 95,

· Windows NT (New Technology) (обычно применяют в средних по масштабам сетях),

· OS/2,

· Warp,

· Unix (применяют в корпоративных и территориальных сетях),

· Novell Netware (чаще применяют в небольших сетях).

Сетевые ОС применяются для управления передачей сообщений между рабочими станциями и серверами (могут позволить работу станции с физически неподключенным оборудованием).

Компоненты сетевой операционной системы взаимодействуют посредством языка - протокола.

1) IBM NetBIOS (Network Basic Input Output System - Сетевая операционная система ввода-вывода)

2) IPX (Internet-work Packet Exchange - межсетевой обмен пакетами) фирмы Novell.

Операционные системы для одноранговых сетей

Для одноранговой сети сетевая ОС устанавливается на каждом компьютере.

ОС:

· Windows 95 и Windows NT Workstations компании Microsoft;

· OS/2 Warp компании IBM;

· Invisible LAM компании Invisible Software;

· LANtastic и Personal Netware компании Artisoft;

· PowerLan компании Persomance Technology.

Наиболее популярны: Windows 95 и Windows NT Workstations, LANtastic и OS/2 Warp. Остальные системы распространены значительно меньше.

Операционные системы для сетей типа клиент-сервер

Примерами операционных систем для таких сетей являются NetWare фирмы Novel, Windows NT Server фирмы Microsoft, Vines фирмы Banyan Systems и ряд Unix-систем. Эти операционные системы обеспечивают защиты данных, межсетевых коммуникаций, высокую надежность и производительность сети.

Сетевые операционные системы

Операционная система	Производитель
Apple Talk	Apple
LANtastic	Artisoft
NetWare	Novell
NetWare Lite	Novell
Personal NetWare	Novell
NFS	SunMicrosystems
OS/2 LAN Manager	Microsoft
OS/2 LAN Server	IBM
Windows NT Advanced Server	Microsoft
POWERfusion	Performance Technology
POWERLan	Performance Technology
Vines	Banyan Systems

Глава 4. Интернет (Internet)

Internet - это глобальная компьютерная сеть, состоящая из региональных, корпоративных и локальных сетей, работающих по различным протоколам. Она объединяет различные типы компьютеров, программ, файлов, баз данных, абонентов по всем доступным типам линий связи - от витой пары и телефонных проводов до оптоволоконных и спутниковых каналов.

Сеть Internet появилась в конце 60-х годов и была первоначально предназначена для обмена информацией между рядом исследовательских центров военной промышленности США. С годами она развивается и расширяется. По оценкам специалистов рост Internet составляет до 80% в год. Основной рост выпал на последние годы, когда стала развиваться инфраструктура коммуникаций и возросли возможности компьютеров. Количество ее пользователей к началу 2000г. составило около 1 млрд. человек и стало удваиваться с каждым годом. Internet в настоящее время - это совокупность научных, правительственных, учебных, военных сетей, поддерживающих единый протокол передачи данных.

Основные направления применения Internet:

· использование как источника информации (библиотеки, базы данных и т.п.);

· средство обмена информацией;

· место размещения личной информации.

Отличительная особенность - высокая надежность (будет продолжать работать, даже при неисправности нескольких компьютеров). Так как в Internet нет единого центра управления (несколько путей передачи информации).

Владелец любой отдельной сети, подключенной к Internet, отвечает за свою нишу во всемирной сети. Все сети приведены к единому виду. При использовании Internet пользователь платит взнос региональным поставщикам услуг, а региональные - поставщику на уровне государства.

Международные организации, определяющие направление развития Internet:

· ISOC (Internet SOCiety) - глобальный информационный обмен через Internet;

· IAB (Internet Architecture Board) - утверждает стандарты и распределяет ресурсы;

· IETF (Internet Engineering Task Force) - обсуждает текущие технические проблемы

Построена на базе стека (списка) протоколов TCP/IP.

Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP) - это промышленный стандарт стека протоколов, разработанный для глобальных сетей.

Он позволяет сетям подключаться к Internet или объединяться для создания частных интрасетей. Вычислительные сети, составляющие интрасеть, физически подключаются маршрутизаторами или IP-маршрутизаторами.

Маршрутизатор - это компьютер, который передает пакеты данных из одной сети в другую.

Информация передается в виде отдельных блоков (IP-пакетами или IP-дейтаграммами).

Ethernet -- семейство технологий пакетной передачи данных для компьютерных сетей.

На основе Интернета работает Всемирная паутина (World Wide Web, WWW) и множество других систем передачи данных.

HTTP (англ. HyperText Transfer Protocol -- «протокол передачи гипертекста») -- протокол прикладного уровня передачи данных. Основой HTTP является технология «клиент-сервер».

HTTP в настоящее время повсеместно используется во Всемирной паутине для получения информации с веб-сайтов.

Глава 5. ip-адрес

IP-адрес - это уникальный идентификатор. Он определяет узел (хост) в сети, использующей протокол TCP/IP.

Узел (node) или хост (host) - устройство, подключенное к сети и способное взаимодействовать с другими устройствами.

Сетевой адрес состоит из номера сети и номера хоста в сети. Он позволяет идентифицировать каждый хост в большой составной сети. В технологии TCP/IP сетевой адрес называют IP-Адрес

IP-адрес - 32-х разрядное двоичное число

Для удобства записывается в специальном формате - десятичное с точкой (dotted decimal)

W.X.Y.Z - десятичное с точкой

181.252.30.115

IP-адрес разбивается на две части:

1) Идентификатор сети (network ID) - определяет физическую сеть. Он одинаковый для всех узлов в одной сети и уникален для каждой сети, включенной в объединенную сеть;

2) Идентификатор хоста (host ID) - соответствует конкретному узлу (компьютеру, маршрутизатору и т.д.) в данной сети.

Идентификатор сети занимает первую часть IP-адреса, хоста - вторую.

Каждый класс IP-адреса определяет, какая часть адреса отводится под ID-сети, а какая под ID-хоста. В соответствии с классами IP-адресов различают классы сетей.

Признаком, на основании которого IP-адрес относится к тому или иному классу, являются значения нескольких первых битов.



Маска подсети.

К IP-адресу прилагается 32-битовая маска, которую называют маской сети (netmask) или маской подсети (subnet mask). Сетевая маска конструируется по следующему правилу:

- на позициях, соответствующих номеру сети, биты установлены в “1”;

- на позициях, соответствующих номеру хоста, биты установлены в “0”.

Снабжая каждый IP-адрес маской, можно отказаться от понятий классов и сделать более гибкой систему адресации сетей хостов.

Указание маски подсети

1) В формате десятичное с точкой (dotted decimal)

IP-адрес: 129.64.134.5

Маска: 255.255.128.0

2) В виде префикса сети (network prefix) Префикс - число разрядов маски, установленных в “1”

Записывается в виде: /<число разрядов>

129.64.134.5/17

Маски подсетей для классов сетей:

Класс А 255.0.0.0 /8

Класс B 255.255.0.0 /16

Класс C 255.255.255.0 /24

Литература

1. www.plam.ru/compinet/osnovy_informatiki_uchebnik_dlja_vuzov/p11.php

2. servicecall.ru/training/course/course3/lesson40

3. bourabai.kz/dbt/protocols.htm

4. bip-ip.com/kompyuternyie-seti

5. ru.wikipedia.org

Размещено на Allbest.ru