БЕЛОРУССКИЙНАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
МЕЖДУНАРОДНЫЙИНСТИТУТ ДИСТАНЦИОННОГО ОБРАЗОВАНИЯ
КОНТРОЛЬНАЯРАБОТА
ПОУЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ: Компьютерные сети
Видыкомпьютерных сетей
Компьютерные сети можноклассифицировать по различным признакам.
I. По принципам управления:
1. Одноранговые — неимеющие выделенного сервера. В которой функции управления поочередно передаютсяот одной рабочей станции к другой;
2. Многоранговые — этосеть, в состав которой входят один или несколько выделенных серверов. Остальныекомпьютеры такой сети (рабочие станции) выступают в роли клиентов.
II. По способу соединения:
1. "Прямоесоединение" — два персональных компьютера соединяются отрезком кабеля.Это позволяет одному компьютеров (ведущему) получить доступ к ресурсам другого(ведомого);
2. "Общая шина" — подключение компьютеров к одному кабелю;
3. "Звезда" — соединение через центральный узел;
4. "Кольцо" — последовательное соединение ПК по двум направлениям.
III. По охвату территории:
1. Локальная сеть(сеть, в которой компьютеры расположены на расстоянии до километра и обычносоединены при помощи скоростных линий связи.) — 0,1 — 1,0 км; Узлы ЛВСнаходятся в пределах одной комнаты, этажа, здания.
2. Корпоративная сеть(в пределах находятся в пределах одной организации, фирмы, завода). Количествоузлов в КВС может достигать нескольких сотен. При этом в состав корпоративнойсети обычно входят не только персональные компьютеры, но и мощные ЭВМ, а такжеразличное технологическое оборудование (роботы, сборочные линии и т.п.).
Корпоративная сетьпозволяет облегчить руководство предприятием и управление технологическимпроцессом, установить четкий контроль за информационными и производственнымиресурсами.
3. Глобальная сеть(сеть, элементы которой удалены друг от друга на значительное расстояние) — до1000 км.
В качестве линий связи вглобальных сетях используются как специально проложенные (например,трансатлантический оптоволоконный кабель), так и существующие линии связи(например, телефонные сети). Количество узлов в ГВС может достигать десятковмиллионов. В состав глобальной сети входят отдельные локальные и корпоративныесети.
4. Всемирная сеть — объединение глобальных сетей (Internet).
ТОПОЛОГИЯКОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ
Топология сети –геометрическая форма и физическое расположение компьютеров по отношению к другдругу. Топология сети позволяет сравнивать и классифицировать различные сети.Различают три основных вида топологии:
1) Звезда;
2) Кольцо;
3) Шина.
ШИННАЯ ТОПОЛОГИЯ
Эта топология используетодин передающий канал на базе коаксиального кабеля, называемый«шиной». Все сетевые компьютеры присоединяются напрямую к шине. Наконцах кабеля-шины устанавливаются специальные заглушки — «терминаторы» (terminator). Они необходимы для того, чтобы погаситьсигнал после прохождения по шине. К недостаткам топологии «Шина»следует отнести следующее:
•данные, предаваемые покабелю, доступны всем подключенным компьютерам;
•в случае повреждения«шины» вся сеть перестает функционировать.
ТОПОЛОГИЯ «КОЛЬЦО»
Для топологии кольцохарактерно отсутствие конечных точек соединения; сеть замкнута, образуянеразрывное кольцо, по которому передаются данные. Эта топология подразумеваетследующий механизм передачи: данные передаются последовательно от одногокомпьютера к другому, пока не достигнут компьютера-получателя. Недостаткитопологии «кольцо» те же, то и у топологии «шина»:
•общедоступность данных;
•неустойчивость кповреждениям кабельной системы.
ТОПОЛОГИЯ«ЗВЕЗДА»
В сети с топологией«звезда» все компьютеры соединены со специальным устройством,называемым сетевым концентратором или «хабом» (hub), которыйвыполняет функции распределения данных. Прямые соединения двух компьютеров всети отсутствуют. Благодаря этому, имеется возможность решения проблемыобщедоступности данных, а также повышается устойчивость к повреждениямкабельной системы. Однако функциональность сети зависит от состояния сетевогоконцентратора.
Методыдоступа к несущей в компьютерных сетях
В различных сетяхсуществуют различные процедуры обмена данными между рабочими станциями.
Международный институтинженеров по электротехнике и радиоэлектронике (Institute of Electrical andElectronics Engineers — IEEE) разработал стандарты (IEEE802.3, IEEE802.4 иIEEE802.5), которые описывают методы доступа к сетевым каналам данных.
Наибольшеераспространение получили конкретные реализации методов доступа: Ethernet,ArcNet и Token Ring. Эти реализации основаны соответственно на стандартахIEEE802.3, IEEE802.4 и IEEE802.5.
Метод доступа Ethernet
Этот метод доступа,разработанный фирмой Xerox в 1975 году, пользуется наибольшей популярностью. Онобеспечивает высокую скорость передачи данных и надежность.
Для данного методадоступа используется топология «общая шина». Поэтому сообщение,отправляемое одной рабочей станцией, принимается одновременно всеми остальнымистанциями, подключенными к общей шине. Но сообщение предназначено только дляодной станции (оно включает в себя адрес станции назначения и адресотправителя). Та станция, которой предназначено сообщение, принимает его,остальные игнорируют.
Метод доступа Ethernetявляется методом множественного доступа с прослушиванием несущей и разрешениемконфликтов, называемых коллизиями (CSMA/CD -Carter Sense Multiple Access withCollision Detection).
Перед началом передачирабочая станция определяет, свободен канал или занят. Если канал свободен,станция начинает передачу.
Ethernet не исключаетвозможности одновременной передачи сообщений двумя или несколькими станциями.Аппаратура автоматически распознает такие конфликты. После обнаруженияконфликта станции задерживают передачу на некоторое время. Это время небольшоеи для каждой станции свое. После задержки передача возобновляется.
Реально конфликтыприводят к уменьшению быстродействия сети только в том случае, если работаетнесколько десятков или сотен станций.
Метод доступа ArcNet
Этот метод разработанфирмой Datapoint Corp. Он тоже получил широкое распространение, в основномблагодаря тому, что оборудование ArcNet дешевле, чем оборудование Ethernet илиToken-Ring.
ArcNet используется влокальных сетях с топологией «звезда». Один из компьютеров создаетспециальный маркер (сообщение специального вида), который последовательнопередается от одного компьютера к другому.
Если станция желаетпередать сообщение другой станции, она должна дождаться маркера и добавить кнему сообщение, дополненное адресами отправителя и назначения. Когда пакетдойдет до станции назначения, сообщение будет «отцеплено» от маркераи передано станции.
Метод доступаToken-Ring
Метод доступа Token-Ringбыл разработан фирмой IBM и рассчитан на кольцевую топологию сети.
Этот метод напоминаетArcNet, так как тоже использует маркер, передаваемый от одной станции к другой.В отличие от ArcNet при методе доступа Token-Ring имеется возможность назначатьразные приоритеты разным рабочим станциям.
Средыпередачи данных, их характеристики
Коаксиальныйкабель
Коаксиальный кабель былпервым типом кабеля, использованным для соединения компьютеров в сеть. Кабельданного типа состоит из центрального медного проводника, покрытого пластиковымизолирующим материалом, который, в свою очередь, окружен медной сеткой и/или алюминиевойфольгой. Этот внешний проводник обеспечивает заземление и защиту центральногопроводника от внешней электромагнитной интерференции. При прокладке сетейиспользуются два типа кабеля — «Толстый коаксиальный кабель»(Thicknet) и «Тонкий коаксиальный кабель» (Thinnet). Сети на основекоаксиального кабеля обеспечивают передачу со скоростью до 10 Мбит/с.Максимальная длина сегмента лежит в диапазоне от 185 до 500 м в зависимости оттипа кабеля.
«Витая пара»
Кабель типа «витаяпара» (twisted pair), является одним из наиболее распространенных типовкабеля в настоящее время. Он состоит из нескольких пар медных проводов,покрытых пластиковой оболочкой. Провода, составляющие каждую пару, закрученывокруг друг друга, что обеспечивает защиту от взаимных наводок. Кабели данноготипа делятся на два класса — «экранированная витая пара»(«Shielded twisted pair») и «неэкранированная витая пара»(«Unshielded twisted pair»). Отличие этих классов состоит в том, чтоэкранированная витая пара является более защищенной от внешней электромагнитнойинтерференции, благодаря наличию дополнительного экрана из медной сетки и/илиалюминиевой фольги, окружающего провода кабеля. Сети на основе «витойпары» в зависимости от категории кабеля обеспечивают передачу со скоростьюот 10 Мбит/с – 1 Гбит/с. Длина сегмента кабеля не может превышать 100 м (до 100Мбит/с) или 30 м (1 Гбит/с).
Оптоволоконный кабель
Оптоволоконные кабелипредставляют собой наиболее современную кабельную технологию, обеспечивающуювысокую скорость передачи данных на большие расстояния, устойчивую кинтерференции и прослушиванию. Оптоволоконный кабель состоит из центральногостеклянного или пластикового проводника, окруженного слоем стеклянного илипластикового покрытия и внешней защитной оболочкой. Передача данныхосуществляется с помощью лазерного или светодиодного передатчика, посылающегооднонаправленные световые импульсы через центральный проводник. Сигнал надругом конце принимается фотодиодным приемником, осуществляющим преобразованиесветовых импульсов в электрические сигналы, которые могут обрабатыватьсякомпьютером. Скорость передачи для оптоволоконных сетей находится в диапазонеот 100 Мбит/c до 2 Гбит/с. Ограничение по длине сегмента составляет 2 км.
Wi-Fi
Обычно схема Wi-Fi сетисодержит не менее одной точки доступа (так называемый режим infrastructure)и неменее одного клиента. Также возможно подключение двух клиентов в режиметочка-точка, когда точка доступа не используется, а клиенты соединяютсяпосредством сетевых адаптеров «напрямую». Точка доступа передаёт свойидентификатор сети (SSID) с помощью специальных сигнальных пакетов на скорости0.1 Мбит/с каждые 100 мс. Поэтому 0.1 Мбит/с — наименьшая скорость передачиданных для Wi-Fi. Зная SSID сети, клиент может выяснить, возможно липодключение к данной точке доступа.
Структурнаямодель OSI и её уровни
В настоящее времяобщепринятой является семиуровневая модель архитектуры открытых систем (OpenSystem Interconnection). В этой модели рассматриваются:
Уровень 1 Прикладнойуровень (управление сервисом).
Уровень 2. Уровеньпредставления данных
Уровень 3. Сеансовыйуровень (управление сеансом).
Уровень 4. Транспортныйуровень (управление передачей).
Уровень 5. Сетевойуровень (управление сетью).
Уровень 6. Канальныйуровень (управление информационным каналом).
Уровень 7. Физическийуровень (управление физическим каналом).
В таблице представленоописание четырех нижних уровней модели OSI. Особо следует отметитьизбыточность, предусмотренную в модели OSI для связи с установлением соединенияи связи без установления соединения.
ПротоколIP, принципы маршрутизации пакетов, DHCP
Протокол IP являетсясамым главным во всей иерархии протоколов семейства TCP/IP. Именно ониспользуется для управления рассылкой TCP/IP пакетов по сети Internet. Средиразличных функций, возложенных на IP обычно выделяют следующие:
• определение пакета,который является базовым понятием и единицей передачи данных в сети Internet.Многие зарубежные авторы называют такой IP-пакет датаграммой;
• определение адреснойсхемы, которая используется в сети Internet;
• передача данных междуканальным уровнем (уровнем доступа к сети) и транспортным уровнем (другимисловами мультиплексирование транспортных датаграмм во фреймы канальногоуровня);
• маршрутизация пакетовпо сети, т.е. передача пакетов от одного шлюза к другому с целью передачипакета машине-получателю;
• «нарезка» исборка из фрагментов пакетов транспортного уровня.
Принцип маршрутизацииявляется одним из тех факторов, который обеспечил гибкость сети Internet и ее победу в соревновании с другимисетевыми технологиями. При неустойчивой работе сети пакеты могут пересылатьсяпо различным маршрутам и затем собираться в единое сообщение. При коммутациипуть придется каждый раз вычислять заново для каждого пакета, а в этом случаекоммутация потребует больше накладных затрат, чем маршрутизация.
DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol) предлагается достаточно простой иестественный способ решения проблемы для ситуации, когда число физическихподключений ограничено, или реально все пользователи не работают в сетиодновременно. Типичной ситуацией такого сорта является доступ к Internet по коммутируемом каналу, напримертелефону. Ясно, что одновременно несколько пользователей физически не могутразговаривать по одному телефону, поэтому каждый из них при установкесоединения запрашивает свою конфигурацию, в том числе и IP-адрес. Адреса выдаются изограниченного набора адресов, который закреплен за телефонным пулом. IP-адрес пользователя можетварьироваться от сессии. Фактически, DHCP — это расширение BOOTPв сторону увеличения числа протоколов, для которых возможна динамическаянастройка удаленных машин. Следует заметить, что DHCP используют и для облегчения администрирования большихсетей, т.к. достаточно иметь только базу данных машин на одном компьютерелокальной сети, и из нее загружать настройки удаленных компьютеров при ихвключении (под включением понимается, в данном случае не подключение клокальной компьютерной сети, а включение питания у компьютера, подсоединенногок сети).
Протокол TCP
Протокол управленияпередачей (TCP — Transmission Control Protocol) предназначен для использования вкачестве надежного протокола общения между хост-компьютерами в коммуникационныхкомпьютерных сетях с коммутацией пакетов, а также в системах, объединяющихтакие сети.
Система DNS
Система имен доменов (DNS — Domain Name System) это распределенная база данных, которая используетсяприложениями TCP/IP, для установления соответствия между именами хостов и IP адресами. DNS также используется для маршрутизации электроннойпочты. Мы используем термин распределенная, потому что на одном узле Internet не хранится вся необходимаяинформация. Каждый узел (университет, университетский городок, компания илиотдел внутри компании) поддерживает собственую информационную базу данных изапускает программу сервер, которая может отправить запрос по Internet к другим системам. DNS предоставляет протокол, которыйпозволяет клиентам и серверам общаться друг с другом.
Пространство имен DNS имеет иерархическую структуру, котораявнешне напоминает файловую систему Unix. Нарисунке 1 показана иерархическаяорганзация DNS.
/>
Рисунок 1 — Иерархическаяорганизация DNS
Каждый узел имеет меткудлиной до 63 символов. Корень дерева это специальный узел без метки. Меткимогут содержать заглавные буквы или маленькие. Имя домена (domain name) длялюбого узла в дереве — это последовательность меток, которая начинается с узлавыступающего в роли корня, при этом метки разделяются точками. Каждый узелдерева должен иметь уникальное имя домена, однако одинаковые метки могут бытьиспользованы в различных точках дерева.
Физическаятопология сети
/>/>
Рис. 2
В самих отделах яиспользовал витую пару, потому что она обладает хорошей скоростью передачиданных и относительно дешева (рис. 2). Для связи 1,2,3 отдела с главнымсервером использовал оптоволокно, так как оно обладает большой скоростьюпередачи данных, таким образом все отделы будут обмениваться большим объемомданных с сервером гораздо эффективнее. Склад и отдел 3 связал при помощи wi-fi, из-за того что склад использует малый объем передачи данныхи находится за пределами главного здания, но в пределе wi-fi сигнала.
Расчетсетей
Количество узлов в сети:120
Количество подсетей:8
Максимальное количествоузлов в подсети: 40
1) Определение класса подсети
/>
/> - означает что есть класса В
Выбранный диапазон IP:172.16.0-255.0-255
2) Определение маскисети
/>
11110000.00000000=> />+ />16+32+64+128=240
следовательно маска будет255.255.240.0
3) Расчет IP
3, 4, 23, 24, 25 7, 8,27, 28, 29
Маска 255.255.240.0 Маска255.255.240.0
IP сети: 00000000.00000000=>172.16.0.0 IP сети:00000001.00000000 =>172.16.1.0
IP min: 00000000.00000011 =>172.16.0.3 IP min: 00000001.00000111 =>172.16.1.7
IP max:00000000.00100111 =>172.16.0.39 IP max: 00000001.00100111 =>172.16.1.39
IP brc: 00000000.00101000=>172.16.0.40 IP brc: 00000001.00101000 =>172.16.1.40
IP сети: 00000000.00000000 =>172.16.0.0 IPсети: 00000001.00000000=>172.16.1.0
IP min: 00000000.00000100=>172.16.0.4 IP min: 00000001.00001000 =>172.16.1.8
IP max:00000000.00100111 =>172.16.0.39 IP max: 00000001.00100111 =>172.16.1.39
IP brc: 00000000.00101000=>172.16.0.40 IP brc: 00000001.00101000 =>172.16.1.40
IP сети: 00000000.00000000 =>172.16.0.0 IPсети: 00000001.00000000=>172.16.1.0
IP min: 00000000.00010111=>172.16.0.23 IP min: 00000001.00011011 =>172.16.1.27
IP max:00000000.00100111 =>172.16.0.39 IP max: 00000001.00100111 =>172.16.1.39
IP brc: 00000000.00101000=>172.16.0.40 IP brc: 00000001.00101000 =>172.16.1.40
IP сети: 00000000.00000000 =>172.16.0.0 IPсети: 00000001.00000000=>172.16.1.0
IP min: 00000000.00011000=>172.16.0.24 IP min: 00000001.00011100 =>172.16.1.28
IP max:00000000.00100111 =>172.16.0.39 IP max: 00000001.00100111 =>172.16.1.39
IP brc: 00000000.00101000=>172.16.0.40 IP brc: 00000001.00101000 =>172.16.1.40
IP сети: 00000000.00000000 =>172.16.0.0 IPсети: 00000001.00000000=>172.16.1.0
IP min: 00000000.00011001=>172.16.0.25 IP min: 00000001.00011101 =>172.16.1.29
IP max:00000000.00100111 =>172.16.0.39 IP max: 00000001.00100111 =>172.16.1.39
IP brc: 00000000.00101000=>172.16.0.40 IP brc: 00000001.00101000 =>172.16.1.40
4) Дополнительныемаршруты шлюзов сети
IP сети назначения Маска сетиназначения IP шлюзов Интерфейс метрика
172.16.0.0 255.255.240.0 172.16.0.1172.16.0.1 5
172.16.1.0 255.255.240.0 172.16.1.1172.16.1.1 5