«Локальные и глобальные сети»

Федеральное агентство по образованию Российской ФедерацииЮжно-Уральский государственный университетМиасский машиностроительный факультетКафедра «Управление качеством и сертификация» Реферат на тему:«Локальные и глобальные сети» Гр 271Выполнил: Богомолова Е.В.Проверил: Кулешов Ю.В.Миасс 2010Содержание: Глобальные и локальные сети…………………………………………………………2Локальные компьютерные сети………………………………………………………..3Международные требования к сетям……………………………………………...4Классификация сетей……………………………………………………………….5Роль ПЭВМ в сети…………………………………………………………………..7Структуры сетей…………………………………………………………………….9Одноузловые сети………………………………………………………….10Кольцевые сети…………………………………………………………….13Магистральные сети……………………………………………………….16Комбинированные сети……………………………………………………19Характеристика физических сред передачи данных в ЛКС………………………….21. Глобальные компьютерные сети……………………………………………………...22Классификация сетей……………………………………………………………….22Наземные многоузловые сети……………………………………………………...23Общая структура сети……………………………………………………...23Принцип модемной связи………………………………………………..25Литература…………………………………………………………………26 ^ 1. Глобальные и локальны сети Информационные технологии с применением автономно работающей ПЭВМ значительно расширяют интел­лектуальные возможности пользователя. Однако более значительный эффект от использования ПЭВМ можно получить при объединении отдельных ПЭВМ организации, предприятия, фирмы и др. в локальную компьютерную сеть, которая обеспечивает функционирование фирмы как единой слаженной системы. Локальные сети объединяют все службы фирмы, ускоряют документооборот, хранят необходимую информацию и предоставляют ее работникам фирмы и др. Естественным продолжением тенденции развития информационных технологий являются компьютерные телекоммуникации и глобальные сети, обеспечивающие доступ пользователей к информационным ресурсам всей страны и выход в мировое информационное пространство. Глобальные сети объединяют правитель­ственные учреждения, промышленные корпорации, университеты и колледжи, исследовательские центры, коммерческие компании и общественные организации. Сейчас важнейшая роль в мировых телекоммуникациях принадлежит, конечно же, Internet, которая охватывает практически все страны, содержит информацию обо всех сторонах человеческой деятельности, не знает пограничных и цензурных ограничений. В настоящее время компьютерные технологии получи­ли широкое распространение практически во всех областях деятельности человека.^ 2. Локальные компьютерные сети Локальная сеть представляет собой набор компьютеров, периферийных устройств (принтеров и т. п.) и коммутационных устройств, соединенных кабелями. Локальные сети делятся на учрежденческие (офис­ные сети фирм, сети организационного управления и другие сети, отличающиеся по терминологии, но прак­тически одинаковые по своей идеологической сути) и сети управления технологическими процессами на пред­приятиях. Локальные сети характерны тем, что расстояния между компонентами сети сравнительно невелики, как правило, не превышают нескольких километров. Локаль­ные сети различаются по роли и значению ПЭВМ в сети, структуре, методам доступа пользователей к сети, спосо­бам передачи данных между компонентами сети и др. Каждой из предлагаемых на рынке сетей присущи свои достоинства и недостатки. Выбор сети определяется чис­лом подключаемых пользователей, их приоритетом, не­обходимой скоростью и дальностью передачи данных, тре­буемыми пропускной способностью, надежностью и стоимостью сети.^ 2.1. Международные требования к сетям В настоящее время Международная организация стандартов разработала более 25 стандартов на локаль­ные сети. Рассмотрим основные требования стандартов к учрежденческим сетям: возможность подключения современных, ранее разработанныхи перспективных ПЭВМ и перифе­рийных устройств; скорость передачи данных должна быть не менее 1 Мбит/с; - отключение и подключение компонентов сети не должно нарушать общую работу сети более чем на 1 с; - средства обнаружения ошибок, имеющиеся в сети, должны выявлять все сообщения, содержащие 4 и более искаженных битов; - надежность сети должна обеспечивать не более 20 мин простоя сети в год. Международные стандарты предъявляют высокие требования к локальным сетям. Поэтому требования меж­дународных стандартов удовлетворяют лишь ряд сетей, выпускаемых ведущими электронными фирмами мира.^ 2.2. Классификация сетей Локальные сети, широко используемые в научных, управленческих, организационных и коммерческих тех­нологиях, можно классифицировать по следующим при­знакам: 1. По роли ПЭВМ в сети: - сети с сервером; - одноранговые (равноправные) сети. 2. По структуре (топологии) сети: - одноузловые («звезда»); - кольцевые («кольцо»); - магистральные («шина»); - комбинированные. 3. По способу доступа пользователей к ресурсам и абонентам сети: - сети с подключением пользователя по указан­ным адресам абонентов по принципу коммутации каналов («звезда»); - сети с централизованным (программным) управ­лением подключения пользователей к сети («кольцо» и «шина»); - сети со случайной дисциплиной обслуживания пользователей («шина»). 4. По виду коммуникационной среды передачи ин­формации: - сети с использованием существующих учрежден­ческих телефонных сетей; - сети на специально проложенных кабельных ли­ниях связи; - комбинированные сети, совмещающие кабельные линии и радиоканалы. 5. По дисциплине обслуживания пользователей (способу доступа пользователей к сети): - приоритетные, задающиеся ЦУС, когда пользова­тели получают доступ к сети в соответствии с присвоенными им приоритетами (постоянными или изменяющимися); - неприоритетные, когда все пользователи сети име­ют равные права доступа к сети. 6. По размещению данных в компонентах сети: - с центральным банком данных; - с распределенным банком данных; - с комбинированной системой размещения данных.^ 2.3. Роль ПЭВМ в сети Сети с сервером Компонентами сети являются рабочие ПЭВМ (рабо­чие станции) и серверы. Сервер - это специально выделенная в сети ПЭВМ, в задачу которой входит управление всей сетью или час­тью сети (например, в комбинированных сетях), прием, хранение, обновление и выдача пользователям общей информации, управление высококачественными принте­рами и графопостроителями. Поэтому к серверу предъяв­ляются более высокие требования по производительнос­ти, объему памяти и надежности.^ Рабочие станции (клиенты, абоненты) - это ме­нее мощные ПЭВМ, которые могут использовать ресурсы (например, дисковое пространство) сервера. Достоинства сети: - более эффективное централизованное управление сетью; - рабочие станции могут быть достаточно просты­ми и дешевыми; - операционная система, поддерживающая работу сети (например, Windows 95/98), может устанав­ливаться только на сервере. Недостатки: - более высокая стоимость установки; - сложная настройка системы.^ Одноранговые сети Все ПЭВМ в сети равноправны. Каждый пользователь предоставляет в сеть какие-то ресурсы: жесткий диск, вы­сококачественный принтер, графопостроитель и др.Достоинства: - меньшие затраты на установку сети; возможность использования каждым пользовате­лем ресурсов других ПЭВМ; удобство и простота работы пользователей в сети. Недостатки: число ПЭВМ в сети не превышает 25-30; операционная система, поддерживающая работу сети (например, Windows 95/98), устанавливает­ся на каждой ПЭВМ.^ 2.4. Структуры сетей 2.4.1 Одноузловые сети В локальных сетях применяются в основном одноузловые (звездообразные) сети. В качестве средств ком­муникаций могут использоваться телефонные линии свя­зи и АТС организаций, предприятий, фирм и др., специально проложенные кабельные линии и каналы пе­редачи сигналов по радио. 1. Сети с проводными линиями связи Структура (топология) сети показана на рис.2.4.1.1. Одна из ПЭВМ может выполнять функции центра управ­ления сетью (ЦУС). Метод доступа к сети - вызов абонента по его сетевому имени с коммутацией каналов в УК. Способ коммутации каналов обеспечивает соединение абонентов через УК на время передачи сообщения. При этом в УК возможна организация приоритетного доступа к сети абонентов.ЦУСРис.2.4.1.1. Структура одноузловой проводной ЛКС Условные обозначения: ЦУС – центр управления сетью (сервер), ПЭВМ – персональный компьютер, УК – узел коммуникацииДостоинства сети: - простота и низкая стоимость подключения пользователей к сети; - простота управления сетью; - возможность подключения и отключения абонен­тов без остановки работы сети. Недостатки: скорость передачи сообщений зависит от количе­ства абонентов, интенсивности приема и переда­чи сообщений и технических возможностей УК; надежность сети определяется надежностью УК; большая суммарная длина и низкая эффектив­ность использования физической среды передачи сигналов. Для повышения надежности УК строятся по мо­дульному принципу, который предусматривает рабочие и резервные модули. Система диагностики оцени­вает функционирование рабочего модуля и в случае необходимости переключает сеть на работу с резервным модулем. Примером одноузловой сети может служить Arcnet (США). Хотя сеть не имеет статуса международного стандарта, она широко применяется для построения не­больших учрежденческих сетей. В состав сети входит 8-канальный канальный УК. Количество абонентов мо­жет быть увеличено путем подключения новых УК. 2. Радиоканальные сети Структура сети (рис.2.4.1.2.) похожа на одноузловую сеть, только сообщения в сети передаются не по провод­ным линиям связи, а по радиолиниям. Для этого каж­дая ЭВМ снабжена абонентской радиостанцией (АРС). Абонентские радиостанции связаны между собой через центральную радиостанцию (ЦРС).Рис.2.4.1.2. Структура радиоканальной ЛКС Условные обозначения: ПЭВМ – персональный компьютер, ЦРС - центральная радиостанция Методы доступа к сети случайные. Наиболее про­стым является метод ALOHA - захват абонентом канала и выдача сообщения независимо от того, есть ли в сети другие сообщения или нет. Это может привести к столк­новению сообщений в сети и взаимному их искажению (рис.2.4.1.3.). Искаженные сообщения повторно передаются через случайные промежутки времени. При столкнове­ниях сообщений теряется активное время работы сети, равное сумме времени передачи обоих сообщений. 1 абонент Наложение 2 абонент Потерянное время Рис.4.1.3. Иллюстрация случайного метода доступа к сети Для уменьшения вероятности появления столкно­вений применяются модификации этого метода: доступ с контролем несущей (CSMA) и доступ с контролем несу­щей и обнаружением столкновений (CSMA/CD). Доступ с контролем несущей заключается в том, что абонент «слушает» сеть и передает сообщение только в свобод­ную сеть. Столкновения возможны, когда два или более абонентов начинают передачу одновременно. Искажен­ные сообщения передаются повторно. При доступе с контролем несущей и обнаружением столкновений абонент «слушает» сеть, передает сообще­ние в освободившуюся сеть и контролирует возможность столкновения сообщений. Если абоненты начинают пере­дачу одновременно, то столкнувшиеся сообщения сразу уничтожаются, не занимая времени передачей искажен­ных сообщений. Методы CSMA и GSMA/CD применяются при более высоких нагрузках на сеть, чем метод ALOHA. Случайные методы доступа реализуются средствами ЭМВОС каждой ПЭВМ, поэтому они более надежны, чем централизованные методы доступа, реализуемые про­граммными средствами ЦУС. Достоинства сети: - возможность связи с движущимися абонентами; - возможность подключения и отключения абонен­тов без остановки сети. Недостатки: - возможность прослушивания всех абонентов; воздействие промышленных и атмосферных помех; - наличие «мертвых зон», обусловленных конст­рукциями зданий и помещений. Радиоканальные сети сейчас начинают все шире ис­пользоваться там, где необходимы связи с движущими­ся абонентами.^ 2.4.2. Кольцевые сети Рис.2.4.2.1. Структура кольцевой ЛКССтруктура сети показана на рис.2.4.2.1. Средства ком­муникаций сети включают физическую среду передачи сигналов в форме кольца, соединяющего ПЭВМ, блоки доступа и повторители. Условные обозначения: ЦУС – центр управления сетью, ПЭВМ – персональный компьютер, БлД – блок доступа, П - повторитель Блок доступа (БлД) — это техническое устройство для подключения ПЭВМ к физической среде. БлД делят­ся на две группы: доступ без разрыва целостности физи­ческой среды передачи сигналов и доступ с разрывом физической среды и восстановлением ее с помощью БлД. Например, без разрыва физической среды можно осуще­ствить доступ к проводным линиям связи, но доступ к оптоволоконным линиям возможен только с разрывом среды передачи сигналов. Сообщение, переданное або­нентом, поступает через БлД в физическую среду и дви­жется по кольцу. Повторитель (П) задерживает сооб­щение на время, необходимое для определения адреса абонента и приема его абонентом, восстанавливает ос­лабленные и искаженные электрические сигналы сооб­щения. Участок физической среды между двумя соседни­ми повторителями называется сегментом. Методы доступа к сети. В кольцевой структуре применяются централизован­ные методы доступа. Разделение времени (временное сегментирование). ЦУС через определенные промежутки времени по очере­ди разрешает абонентам передачу сообщений. Время пе­редачи также определено. Передача полномочия (маркерный доступ). ЦУС формирует служебный пакет-полномочие (маркер), кото­рый циркулирует по кольцу. Приход полномочия к або­ненту означает разрешение на передачу сообщения этим абонентом. Время передачи определено. Все остальные абоненты работают только на прием. После выдачи со­общения в сеть абонент-отправитель посылает полно­мочие следующему абоненту. Абонент-получатель при­нимает сообщение, проверяет его правильность и посылает дальше по кольцу с добавлением, что сообще­ние принято без искажения или с искажением. Отправителъ принимает свое сообщение, которое прошло по всему кольцу, в качестве подтверждения о приеме сообщения по­лучателем. Если сообщение получателем принято с иска­жением, то отправитель повторяет передачу сообщения. В централизованных методах доступа может быть реализовано приоритетное обслуживание абонентов. По­скольку централизованные методы доступа организуют­ся единственным в сети ЦУС, то их надежность меньше, чем у случайных методов. Достоинства сети: - простота реализации двухточечной линии связи (в каждый момент соединены только две точки -два абонента), что снижает требования к физи­ческой среде; - простота организации подтверждения о приеме сообщения; небольшая общая длина физической среды. Недостатки: - низкая надежность, так как выход из строя учас­тка физической среды или повторителя приводит к остановке работы всей сети; - невозможность подключения и отключения або­нентов без остановки сети; - максимальная задержка передачи сообщения за­висит от количества абонентов. Для повышения надежности и пропускной способ­ности сети применяется двойное кольцо. Сообщения в кольцах курсируют в разных направлениях. При нару­шениях одного кольца уменьшается только пропускная способность сети. При нарушениях обоих колец ближай­шие к нарушению автоматически восстанавливают циркуляцию информации в одном кольце. Пример кольцевой сети: Token Ring Network (фи­лиал фирмы IBM в Цюрихе). Сеть обладает статусом мирового стандарта, ее длина достигает 2 км и обслужи­вает до 256 абонентов. В сети реализован маркерный метод доступа.^ 2.4.3. Магистральные сети 1. Магистральные моноканалы Структура сети показана на рис.2.4.3.1. Все абоненты подключены к одной физической среде, представляющей собой магистраль (шину). Сообщение, переданное пользо­вателем, поступает через БлД ко всем абонентам сети. Рис.2.4.3.1. Структура моноканальной ЛКС Условные обозначения: ЦУС – центр управления сетью, ПЭВМ – персональный компьютер, БлД – блок доступа 1.Методы доступа к сети: 1. Централизованные методы доступа, аналогичные методам кольцевых структур: разделение времени и передача полномочия. 2. Случайные методы доступа, аналогичные мето­дам, характерным для радиоканальных ЛКС. Достоинства сети: - более высокая надежность, чем у кольцевых сетей, так как отказ абонента не влияет на работу сети; - возможность подключения и отключения абонен­тов без остановки работы сети в случае неразруша­ющего физическую среду подключения абонентов; - наименьшая длина физической среды. Для повышения надежности и пропускной способ­ности применяются двойные моноканалы. Примером магистральной моноканальной структу­ры является сеть Ethernet, представляющая собой от­раслевой стандарт фирм Intel, DEC и Xerox. Сеть поло­жена в основу международного стандарта, обслуживает до 1000 абонентов при длине сети до 10 км, доступ к сети осуществляется по протоколам CSMA/CD. 2. Магистральные поликаналы Поликаналом называют группу средств коммуникаций, работающих на одной физической среде и предназ­наченных для организации нескольких сетей различногоназначения. Для этого применяется широкополосная фи­зическая, среда, например широкополосный коаксиаль­ный или оптоволоконный кабель. Пример поликаналь­ной структуры для двух ЛКС на одной физической среде показан на рис.2.4.3.2. Рис. 2.4.3.2. Структура.поликанальной ЛКС Условные обозначения: ЦУС – центр управления сетью, ПЭВМ – персональный компьютер, БлД – блок доступа Здесь одна сеть передает информацию на частоте f1 , а другая - на частоте f2. Методы доступа к сети: централизованные и слу­чайные, аналогичные магистральному моноканалу.Достоинства сети: - высокая пропускная способность, позволяющая передавать большие потоки разнообразной инфор­мации; - возможность организации на одной физической среде нескольких сетей различного назначения (например, в крупных финансовых организаци­ях, информационных и многопрофильных фир­мах). Недостатки: - сложность эксплуатации; - высокая стоимость оборудования. Магистральные поликаналы разрабатываются и производятся по конкретным заказам.^ 2.4.4. Комбинированные сети Каждая из приведенных структур сетей обладает определенными достоинствами и недостатками. Пре­одолеть некоторые недостатки и повысить эффектив­ность сетей можно путем комбинирования (структу­рирования) различных топологий. Например, на рис.2.4.4.1. изображена сеть с одним УК и двумя магистраль­ными моноканальными подсетями. Сеть может вклю­чать несколько УК, каждый из которых имеет не­сколько портов. Рис.2.4.4.1. Комбинированная ЛКС (вариант 1) Условные обозначения: ЦУС – центр управления сетью, ПЭВМ – персональный компьютер, УК – узел коммуникации На рис.2.4.4.2. показана сеть из двух УК, ПЭВМ к ко­торым подключены разными способами. Достоинства сетей: - возможность легкого наращивания абонентов и ресурсов сети; - изменение конфигурации сетевой структуры; - повышение надежности сети; - продление жизненного цикла. Рис.2.4.4.2. Комбинированная ЛКС (вариант 2) Условные обозначения: ЦУС – центр управления сетью, ПЭВМ – персональный компьютер, УК – узел коммуникации Недостатком таких систем является более высо­кая их стоимость за счет дополнительного технического и программного сетевого оборудования. К комбинированной структуре можно отнести и пол­носвязную сеть (рис.2.4.4.3). Рис.2.4.4.3. Структура полносвязной сети Условные обозначения: ПЭВМ – персональный компьютер Достоинства сети: - наименьшая задержка передачи сообщения меж­ду компонентами сети; - наибольшая надежность сети. К недостаткам сети относятся: неэффективность, сложность и наибольшая длина физической среды. В зависимости от конструктивных особенностей по­мещений фирмы, расположения сотрудников в помеще­ниях, приоритета абонентов сети, допустимой задержки передачи сообщений и других факторов могут использо­ваться и другие структуры сетей.^ 2.5. Характеристика физических сред передачи данных в ЛКС В качестве физической среды передачи сигналов в ЛКС применяются витые (скрученные) пары проводов (ВП), коаксиальные (КК), оптоволоконные (ОВК) кабе­ли и радиоканалы (РК). Учитывая эксплуатационные характеристики и сто­имость различных сред передачи сигналов, наибольшее применение в ЛКС средней протяженности (офисы, не­большие фирмы, предприятия и организации) нашли ви­тые пары и коаксиальные кабели. Витая пара - это телефонный провод европейского стандарта, включающий два изолированных проводника. Коаксиальный ка­бель состоит из центрального проводника, окруженного слоем изолирующего материала, проводящего электрический ток эк­рана, и внешней оболочки. В ЛКС большой протяженности применяются оп­товолоконные кабели. По ОВК передаются не электри­ческие сигналы, а световая энергия. Внутреннюю часть ОВК составляют тонкие нити кварцевого волокна с низ­ким коэффициентом затухания и высоким коэффициен­том отражения. Внутреннюю часть ОВК окружает стек­лянная пленка, имеющая меньший коэффициент отражения, чем кварц. В связи с этими физическими свойствами кварца и стекла ОВК могут передавать ин­формацию на значительные расстояния. В радиоканальных ЛКС применяются в основном радиочастотные, инфракрасные и микроволновые радио­станции на дальности прямой видимости.^ 3. Глобальные компьютерные сети 3.1. Классификация сетей Глобальные сети можно классифицировать по следующим признакам: По типу средств коммуникаций: наземные многоузловые сети; спутниковые радиосети; комбинированные сети. По способу коммутации сообщений: коммутация каналов; коммутация сообщений; коммутация пакетов; адаптивная коммутация. По выбору маршрута передачи сообщения: фиксированные пути; направленный выбор пути; случайные пути; лавинный способ.^ 3.2. Наземные многоузловые сети 3.2.1. Общая структура сети Структура многоузловой сети показана на рис.3.2.1.1. Рис.3.2.1.1. Комбинированная ЛКС Условные обозначения: Т – терминал, УК – узел коммуникации, ЦУС – центр управления сетью Рабочими ЭВМ сети могут быть все классы ЭВМ от персональных до суперЭВМ. Используются также отдель­ные терминалы (Т). Абоненты подключаются к сети по­средством телефонных и телеграфных каналов связи в точках подключения (ТП). Доступ пользователей к ресурсам сети осуществля­ется через узлы коммутации. Каждый узел коммутации (УК) обслуживает определенное число пользователей, обычно наиболее близко расположенных к узлу. Архи­тектуру УК составляют ЭВМ со специальным сетевым программным обеспечением и коммуникационное обору­дование. УК могут быть обслуживаемыми и необслуживаемыми, т. е. работающими в автоматическом режиме. УК выполняют важные сетевые функции: анализ и фор­мирование сетевых адресов абонентов, кодирование со­общений, контроль и коррекцию ошибок, появившихся в процессе передачи информации, управление потоками сообщений, выбор оптимального для данной ситуации маршрута передачи сообщения и др. Один из УК выпол­няет роль шлюза или моста. С одним из УК совмещается центр управления се­тью (ЦУС), на котором работает администратор сети. В ЦУС, как правило, входит наиболее мощная ЭВМ сети со специальным программным обеспечением. Между УК прокладываются, как правило, магист­ральные скоростные каналы передачи данных (МСКПД) на основе Коаксиальных, многожильных и оптоволокон­ных кабелей. В крайнем случае используются телефон­ные линии связи, обладающие средней скоростью пере­дачи данных. Достоинства многоузловой сети: - возможно использование ранее проложенных ка­налов связи; - допустимо применение в разных частях сети раз­личных физических сред и скоростей передачи данных; - возможность применения различных способов коммутации и выбора путей передачи сообщений. Недостатки: -сложность прокладки в труднодоступных местах (горах, болотах, пустынях, в воде); - невозможность связи с движущимися абонентами.^ 3.2.2. Принцип модемной связи Чтобы передать дискрет­ный двоичный сигнал с выхода одной ПЭВМ на вход другой по аналоговой телефонной линии связи, этот сигнал должен быть преобразован в стандартную форму передачи сигнала по телефонной линии. Такое преобразование называется моду­ляцией, а устройство, осуществляющее преобразование модулятором. На входе ПЭВМ - получателя сообщениядолжно быть сделано обратное преобразование, которое называется демодуляцией, а устройство — демодулятором. Так как ПЭВМ передает и принимает сообщение, то модуля­тор и демодулятор объединяют в одном устройстве под на­званием модем. Модемы выпускаются как в виде отдельных блоков, так и встроенными в ПЭВМ. В зависимости от каче­ства модемов и линий связи скорость передачи данных черезмодемы составляет 2400, 4800, 9600 бит/с. Для того чтобы две ПЭВМ могли обмениваться ин­формацией, кроме модема и физической среды передачи сигналов необходимо специальное программное обеспе­чение для согласования работы ПЭВМ и поддержки средств коммуникаций. Большинство модемов автома­тически определяют, с какой скоростью поступает ин­формация, проводят тестирование качества линии свя­зи, а также кодируют сообщения специальными помехоустойчивыми кодами. Обычный тип модема позволяет передавать только текстовую информацию, в связи с чем его иногда назы­вают телефонным. Кроме телефонного модема выпуска­ются факс—модемы, которые могут передавать графичес­кую информацию: деловые письма с подписями и печатями, чертежи, эскизы, рисунки, фотографии. Для разносторонней работы пользователя в сети к ПЭВМ должен быть подключен сканер.Литература Информатика учебник под редацией проф. Макарова – М.: Базовый курс теория. 2004 год Кент П. «ПК и общество» - М.: Компьютер, ЮНИТИ. 1996 год 267 страницhttp://originalcom.ru/favicon.ico