МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ГОССУДАРСТВЕНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

УФИМСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

ЭКОНОМИКИ И СЕРВИСА

Октябрьский филиал

Кафедра гуманитарных, естественнонаучных,

математических и социально-экономических дисциплин

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине: «Информатика»

тема: «Компьютерные сети. Общие принципы организации компьютерных сетей. Классификация компьютерных сетей»

выполнила: студентка группы ЗФЗ-11

Даутова Н.Р.

проверил: Талапин В.С.

2011г

Оглавление

Введение…………………………………………………………………….…….3

Глава 1. Компьютерные сети и их классификация…………………………5

1.1 Классификация компьютерных сетей……………………………………….5

Глава 2. Локальные компьютерные сети………………………………..….11

2.1 Классификация локальных компьютерных сетей…………………………11

2.2 Структура локальных компьютерных сетей……………………………….14

2.3 Характеристика физических средств передачи данных в локальных компьютерных сетях…………………………………………………………….20

Глава 3. Глобальные компьютерные сети………………………………….21

3.1 Классификация глобальных компьютерных сетей………………………..21

3.2 Сеть Fast Ethernet…………………………………………………………….26

3.3 Примеры глобальных сетей…………………………………………………34

Заключение……………………………………………………………………...36

Список литературы……………………………...……………………………..37

Введение

Компьютеры появились в жизни человека не так уж давно, но почти любой человек может с твердой уверенностью сказать, что будущее – за компьютерными технологиями. На заре своего появления компьютеры представляли собой громоздкие устройства, работающие на лампах и занимающие настолько много места, что для их размещения требовалась не одна комната. При всем этом производительность таких машин, по сравнению с современными, была невероятно мала. Время шло. Постепенно научная мысль и возможности ученых развились настолько, что производство меньших по размеру, но более производительных компьютеров стало реальностью. Процесс развития персонального компьютера движется с постоянно увеличивающимся ускорением, в связи с чем в ближайшем будущем компьютеры станут обязательным и незаменимым атрибутом любого предприятия, офиса и большинства квартир. Причиной столь интенсивного развития информационных технологий является все возрастающая потребность в быстрой и качественной обработки информации, потоки которой с развитием общества растут как снежный ком. Компьютеры прочно вошли в современный мир, во все сферы человеческой деятельности и науки, создавая необходимость в обеспечении их различным программным обеспечением. Конечно, в первую очередь это связано с развитием электронной вычислительной техники и с её быстрым совершенствованием и внедрением в различные сферы человеческой деятельности. Объединение компьютеров в сети позволило значительно повысить производительность труда. Компьютеры используются как для производственных (или офисных) нужд, так и для обучения. В настоящее время компьютерные сети получили очень широкое распространение. Это вызвано несколькими причинами:

                       объединение компьютеров в сеть позволяет значительно экономить денежные средства за счет уменьшения затрат на содержание компьютеров (достаточно иметь определенное дисковое пространство на файл-сервере (главном компьютере сети) с установленными на нем программными продуктами, используемыми несколькими рабочими станциями);

                       компьютерные сети позволяют использовать почтовый ящик для передачи сообщений на другие компьютеры, что позволяет в наиболее короткий срок передавать документы с одного компьютера на другой;

                       компьютерные сети, при наличии специального программного обеспечения (ПО), служат для организации совместного использования файлов (к примеру, бухгалтеры на нескольких машинах могут обрабатывать проводки одной и той же бухгалтерской книги).

Кроме всего прочего, в некоторых сферах деятельности просто невозможно обойтись без компьютерных сетей. К таким сферам относятся: банковское дело, складские операции крупных компаний, электронные архивы библиотек и др. В этих сферах каждая отдельно взятая рабочая станция в принципе не может хранить всей информации (в основном, по причине слишком большого ее объема). Сеть позволяет избранным (зарегистрированным на файл-сервере) пользователям получать доступ к той информации, к которой их допускает оператор сети.

Глава 1. Компьютерные сети и их классификация

1.1 Классификация компьютерных сетей

Компьютерной сетью называют совокупность узлов (компьютеров, терминалов, периферийных устройств), имеющих возможность информационного взаимодействия друг с другом с помощью специального коммуникационного оборудования и программного обеспечения. Размеры сетей варьируются в широких пределах – от пары соединенных между собой компьютеров, стоящих на соседних столах, до миллионов компьютеров, разбросанных по всему миру (часть из них может находиться на космических объектах). В сетях применяются различные сетевые технологии. Каждой технологии соответствуют свои типы оборудования. Оборудование сетей подразделяется на активное и пассивное. Активное оборудование – это интерфейсные карты компьютеров, повторители, концентраторы; пассивное оборудование – это кабели, соединительные разъемы, коммутационные панели. Кроме того, имеется вспомогательное оборудование – устройства бесперебойного питания, кондиционирования воздуха и аксессуары – монтажные стойки, шкафы, кабеле проводы различного вида. С точки зрения физики, активное оборудование – это устройства, которым необходима подача энергии для генерации сигналов, пассивное оборудование подачи энергии не требует. Оборудование компьютерных сетей подразделяется на конечные системы (устройства), являющиеся источниками и/или потребителями информации, и промежуточные системы, обеспечивающие прохождение информации по сети.

К конечным системам относят компьютеры, терминалы, сетевые принтеры, факс-машины, кассовые аппараты, считыватели штрих кодов, средства голосовой и видеосвязи и любые другие периферийные устройства.
К промежуточным системам относят концентраторы (повторители, мосты, коммутаторы), маршрутизаторы, модемы и прочие телекоммуникационные устройства, а также соединяющая их кабельная или беспроводная инфраструктура.

Действием, «полезным» для пользователя, является обмен информацией между конечными устройствами. Для активного коммуникационного оборудования применимо понятие производительность, причем в двух различных аспектах. Кроме «валового» количества неструктурированной информации, пропускаемого оборудованием за единицу времени (бит/с), интересуются и скоростью обработки пакетов, кадров или ячеек. Естественно, при этом оговаривается и размер структур (пакетов, кадров, ячеек), для которого измеряется скорость обработки. В идеале производительность коммуникационного оборудования должна быть столь высокой, чтобы обеспечивать обработку информации, приходящейся на все интерфейсы (порты) на их полной скорости (wire speed) Для организации обмена информацией должен быть разработан комплекс программных и аппаратных средств, распределенных по разным устройствам сети. Поначалу разработчики и поставщики сетевых средств пытались идти каждый по своему пути, решая весь комплекс задач с помощью собственного набора протоколов, программ и аппаратуры. Однако решения различных поставщиков оказывались несовместимыми друг с другом, что оказывало массу неудобств для пользователей, которых по разным причинам не удовлетворял набор возможностей, предоставляемых только одним из поставщиков. По мере развития техники и расширения ассортимента предоставляемых сервисов на-зрела необходимость декомпозиции сетевых задач – разбивки их на несколько взаимосвязанных подзадач с определением правил взаимодействия между ними. Разбивка задачи и стандартизация протоколов позволяет принимать участие в ее решении большому количеству сторон-разработчиков программных и аппаратных средств, изготовителей вспомогательного и коммуникационного оборудования, доносящих все эти плоды прогресса до конечного потребителя. Применение открытых технологий и следование общепринятым стандартам позволяет избегать эффекта вавилонского столпотворения. Конечно, в камент стандарт становиться тормозом развития, но кто-то делает прорыв, и его новая фирменная технология со временем выливается в новый стандарт.

Все многообразие компьютерных сетей можно классифицировать по раз-личным признакам:

1)     способ организации сети;

2)     территориальная распространенность;

3)     ведомственная принадлежность;

4)     скорость передачи информации;

5)     тип среды передачи;

6)     топология;

7)     организация взаимодействия компьютеров.

По способу организации сети подразделяются на реальные и искусственные.
Искусственные компьютерные сети (псевдосети) позволяют связывать компьютеры вместе через последовательные или параллельные порты и не нуждаются в дополнительных устройствах. Иногда связь в такой сети называют связью по нуль модему (не используется модем). Само соединение называют нуль модемным. Искусственные сети используются когда необходимо перекачать информацию с одного компьютера на другой. MS-DOS и Windows снабжены специальными программами для реализации нуль-модемного соединения. Основным недостатком этих компьютерных сетей является низкая скорость передачи данных и возможность соединения только двух компьютеров. Реальные компьютерные сети позволяют связывать компьютеры с помощью специальных устройств коммутации и физической среда передачи данных. Основным недостаток реальных сетей является необходимость в дополнительных устройствах. По территориальной распространенности компьютерные сети подразделяются на локальные, глобальные, и региональные. Локальные компьютерные сети – это сети, перекрывающие территорию не более 10 кв.м. Они являются сетями закрытого типа, доступ к ним разрешен только ограниченному кругу пользователей, для которых работа в такой сети непосредственно связана с их профессиональной деятельностью. Региональные компьютерные сети – это сети, расположенные на территории города или области. Глобальные компьютерные сети – это сети, расположенные на территории государства или группы государств. Например, всемирная сеть Internet. Они являются открытыми и ориентированы на обслуживание любых пользователей.

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. По ведомственной принадлежности различают ведомственные и государственные сети. Ведомственные компьютерные сети принадлежат одной организации и располагаются на ее территории.
Государственные компьютерные сети – сети, используемые в государственных структурах. По скорости передачи информации компьютерные сети делятся на низко, средне- и высокоскоростные.
Низкоскоростные компьютерные сети – это сети, имеющие скорость передачи информации до 10 Мбит/с.

Среднескоростные компьютерные сети – это сети, имеющие скорость передачи информации до 100 Мбит/с.

Высокоскоростные компьютерные сети – это сети, имеющие скорость передачи информации свыше 100 Мбит/с.

По типу среды передачи компьютерные сети подразделяются на проводные коаксиальные, на витой паре, оптоволоконные, беспроводные (с передачей информации по радиоканалам, в инфракрасном диапазоне). 
По топологии компьютерных сетей они подразделяются на компьютерные сети с оконечным узлом, компьютерные сети с промежуточным узлом и компьютерные сети со смежным узлом.

Компьютерные сети с оконечным узлом – это сети, у которых узел расположен в конце только одной ветви.

Компьютерные сети с промежуточным узлом – это сети, у которых узел расположен на концах более чем одной ветви.

Компьютерные сети со смежным узлом – это сети, у которых узлы соединены, по крайней мере, одним путём, не содержащим никаких других узлов.

Узел сети представляет собой компьютер, либо коммутирующее устройство сети. Ветвь сети – это путь, соединяющий два смежных узла. С точки зрения организации взаимодействия компьютеров, сети делят на одноранговые и иерархические.

Все компьютеры одноранговой сети равноправны. Любой пользователь сети может получить доступ к данным, хранящимся на любом компьютере.  Одноранговые сети могут быть организованы с помощью таких операционных систем, как 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 и некоторых других.

Достоинства одноранговых сетей:

1)     наиболее просты в установке и эксплуатации;

2)     операционные системы DOS и Windows обладают всеми необходимыми функциями, позволяющими строить одноранговую сеть.

Недостаток: в условиях одноранговых сетей затруднено решение вопросов защиты информации. Поэтому такой способ организации сети используется для сетей с небольшим количеством компьютеров. В иерархической сети при установке сети заранее выделяются один или несколько компьютеров, управляющих обменом данных по сети и распределением ресурсов. Такой компьютер называют сервером. Любой компьютер, имеющий доступ к услугам сервера называют клиентом сети или рабочей станцией.  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).  Иерархическая модель сети является наиболее предпочтительной, так как позволяет создать наиболее устойчивую структуру сети и более рационально распределить ресурсы. Также достоинством иерархической сети является более высокий уровень защиты данных.

К недостаткам иерархической сети, по сравнению с одноранговыми сетями, относятся:

1)     необходимость дополнительной ОС для сервера;

2)     более высокая сложность установки и модернизации сети;

3)     необходимость выделения отдельного компьютера в качестве сервера.

Различают две технологии использования сервера: технологию файл-сервера и архитектуру клиент-сервер. В первой модели используется файловый сервер, на котором хранится большинство программ и данных. По требованию пользователя ему пересылаются необходимая программа и данные. Обработка информации выполняется на рабочей станции. В системах с архитектурой клиент-сервер обмен данными осуществляется между приложением-клиентом и приложением-сервером. Хранение данных и их обработка производится на мощном сервере, который выполняет также контроль над доступом к ресурсам и данным. Рабочая станция получает только результаты запроса. Разработчики приложений по обработке информации обычно используют эту технологию.

Глава 2. Локальные компьютерные сети

2.1 Классификация локальных компьютерных сетей

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 присуши свои достоинства и недостатки. Выбор сети определяется числом подключаемых пользователей, их приоритетом, необходимой скоростью и дальностью передачи данных, требуемой пропускной способностью, надежностью и стоимостью сети.

Локальные компьютерные сети можно классифицировать по следующим признакам:

1.      по роли персонального компьютера 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.

По роли персонального компьютера сети делятся на сети с сервером и одноранговые сети. Компонентами локальных сетей с сервером являются рабочие ПК (рабочие станции) и серверы. Сервер – это специально выделенный в сети компьютер, 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. По-этому к серверу предъявляются более высокие требования по производительности, объему памяти и надежности. Рабочие станции (клиенты, абоненты) – это менее мощные компьютеры, которые могут использовать ресурсы (например, дисковое пространство) сервера. Достоинствами этой сети являются:

      более эффективное централизованное управление сетью;

      рабочие станции могут быть достаточно простыми и дешевыми;

      операционная система, поддерживающая работу сети, может устанавливаться только на сервере.

Недостатками этой сети являются:

      более высокая стоимость установки;

      сложная настройка системы;

В локальных одноранговых сетях все компьютеры равноправны. Каждый пользователь предоставляет в сеть какие-либо ресурсы: жесткий диск, высококачественный принтер, графопостроитель и другие.

Достоинствами этого вида локальных сетей являются:

      меньшие затраты на установку сети;

      возможность использования каждым пользователем ресурсов других компьютеров;

      удобство и простота работы пользователей в сети;

Также они имеют и свои недостатки:

      число компьютеров в сети не превышает 25-30;

      операционная система, поддерживающая работу сети, устанавливается на каждом компьютере;

2.2 Структура локальных компьютерных сетей

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.

Методом доступа к сети является вызов абонента по его сетевому имени с коммутацией каналов в узле коммуникации (УК). Способ коммутации каналов обеспечивает соединение абонентов через УК на время передачи сообщения. При этом в УК возможна организация приоритетного доступа к сети абонентов.

Достоинствами этого вида сети являются:

      простота и низкая стоимость подключения пользователей сети;

      простота управления сетью;

      возможность подключения и отключения абонентов без остановки работы сети;

Также она имеет и свои 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. Структура радиокальной сети похожа на одноузловую сеть, только сообщения в сети передаются не по проводным линиям связи, а по радиолиниям. Для этого каждый компьютер снабжена абонентской радиостанцией (АРС). Абонентские радио-станции связаны между собой через центральную радиостанцию (ЦРС). 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. Искаженные сообщения повторно передаются через случайные промежутки времени. При столкновениях сообщений теряется активное время работы сети, равное сумме времени передачи обоих сообщений.

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 не-сущей 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 действующими абонентами.

Кольцевые сети. Средства коммуникаций сети включают физическую среду передачи сигналов в форме кольца, соединяющего компьютеры, блоки доступа и накопители. Блок доступа — это техническое устройство для подключения компьютера к физической среде. Блоки доступа делятся на две группы: доступ без разрыва целостности физической среды передачи сигналов и доступ с разрывом физической среды и восстановлением ее с помощью блока доступа. 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 блок доступа в физическую среду и двиотто по кольцу.

Повторитель 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.

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, т.к. выход из строя участка физической силы или повторителя приводит к обстановке работы всей сети;

      невозможность подключения и отключения абонентов без остановки работы 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.

Магистральные моноканалы. Все абоненты подключены к одной физической среде, представляющей собой магистраль (шину). Сообщение, переданное пользователем, поступает через блок данных ко всем абонентам сети.

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. Магистральные поликаналы. Поликаналом называют группу средств коммуникаций, работающих на одной физической среде и предназначенных для организации нескольких сетей различного назначения. Для этого применяется широкополосная физическая, среда, например широкополосный коаксиальный или оптоволоконный кабель.

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 сети:

      сложность эксплуатации;

      высокая стоимость оборудования.

Магистральные поликаналы разрабатываются и производятся по конкретным заказам.

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.

Достоинства сетей:

      возможность легкого наращивания абонентов и ресурсов сети;

      изменение конфигурации сетевой структуры;

      повышение надежности сети;

      продление жизненного цикла.

Недостатком таких систем является более высокая их стоимость за счет дополнительного технического и программного сетевого оборудования.

2.3 Характеристика физических средств передачи данных в локальных компьютерных сетях

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.

Глава 3. Глобальные компьютерные сети

3.1 Классификация глобальных компьютерных сетей

Глобальные компьютерные сети можно классифицировать по следующим признакам:

1.      по типу средств коммуникаций:

      наземные многоузловые сети,

      спутниковые радиосети,

      комбинированные сети,

2.      по способу коммутации сообщений:

      коммутация каналов,

      коммутация сообщений,

      коммутация пакетов,

      адаптивная коммутация

3.      по выбору маршрута передачи сообщения:

      фиксированные пути,

      направленный выбор пути,

      случайные пути,

      лавинный способ.

Рабочими компьютерами сети могут быть все классы компьютеров от персональных до суперкомпьютеров. 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 компьютеры 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 мощный компьютер 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 приложенных каналов связи,

      допустимо применение в разных частях сети различных физических средств и скоростей передачи данных,

      возможность применения различных способов коммутации и выбора путей передачи сообщений.

Недостатки многоузловой сети:

      сложность прокладки в труднодоступных местах,

      невозможность связи с движущимися абонентами

Чтобы передать дискретный двоичный сигнал с выхода одного компьютера 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 компьютера - получателя сообщения должно быть сделано обратное преобразование, которое называется демодуляцией, а устройство — демодулятором. Так как компьютер 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 компьютерах. В зависимости от качества модемов и линий связи скорость передачи данных через модемы составляет 2400,4800,9600 бит/с. Для того чтобы два компьютера могли обмениваться информацией, кроме модема и физической среды передачи сигналов необходимо специальное программное обеспечение для согласования работы компьютера 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 компьютеру должен быть подключен сканер.

Способы коммутации и выбор пути передачи сообщения. Коммутация каналов устанавливает физическое соединение между абонентом - отправителем сообщения (Отпр.) и получателем (Пол.). Отправитель посылает специальный сигнал, который перемещается от одного УК к другому и устанавливает физический прямой канал связи между отправителем и получателем. После установления физического канала связи получатель посылает об этом отправителю специальный сигнал. Получив сигнал, отправитель посылает сообщение. После передачи всего сообщения канал связи разъединяется. Способ коммутаций каналов прост в реализации, но дает наибольшую задержку при передаче сообщения и снижает пропускную способность сети. Коммутация сообщений не устанавливает физический канал связи между абонентами. Определяется логический канал связи, т. е. указывается адрес получателя сообщения, адрес отправителя и путь передачи сообщения. Поступившее в УК сообщение запоминается и ждет до тех пор, пока не освободится канал к следующему УК. Сообщение в каждый момент времени занимает только канал между двумя соседними УК. Это повышает пропускную способность сети и уменьшает задержку передачи сообщения. Коммутация пакетов. На транспортном уровне ЭМВОС сообщение разбивается на одинаковой длины фрагменты. На более нижних уровнях фрагмент сообщения снабжается заголовком и концевиком. В заголовке записывается: адрес получателя, порядковый номер фрагмента, маршрут его движения и информация для управления каналом связи. В концевик пишется информация (код) для контроля правильности передачи сообщения по каналу связи. Фрагмент сообщения с заголовком и концевиком называется пакетом. Пакеты передаются по сети независимо друг от друга и могут проходить по разным путям.

Преимущества способа коммутации пакетов:

      увеличение пропускной способности сети,

      уменьшение задержки передачи сообщений,

      увеличение скрытности передачи, т.к. пакеты могут передаваться по разным путям.

Недостатком способа является усложнение программных и технических средств коммутации.

Адаптивная коммутация учитывает достоинства и недостатки различных способов коммутации. Так как при длинных сообщениях более экономичным является коммутация каналов, а при коротких - коммутация пакетов, то в реальных сетях целесообразно совмещение обоих способов. Поэтому наиболее эффективным способом коммутации каналов является адаптивная коммутация, которая предполагает автоматическое переключение способов коммутации каналов и пакетов в зависимости от загрузки сети. Правильный выбор пути передачи сообщения уменьшает задержку в передаче, увеличивает пропускную способность сети и повышает надежность передачи сообщения. Фиксированные пути устанавливают постоянные маршруты передачи сообщений между каждой парой абонентов в сети. С этой целью составляется таблица маршрутов, т. е. конкретные УК, через которые должно пройти сообщение при передаче между абонентами. При видимой простоте метод имеет недостатки: низкая надежность ввиду отсутствия резервных путей и неадаптивность сети к перегрузкам на отдельных участках.

Направленный выбор пути является развитием метода фиксированных путей. В таблице маршрутов кроме основных путей указываются резервные пути в порядке их приоритетности. Выбор пути делается с учетом его приоритета, а также состояния отдельных участков сети (наличия отказов и перегрузок). При случайном выборе пути сообщение из УК посылается по случайно выбранному маршруту, лишь бы канал был свободен. Будучи простым по реализации, метод дает самое большое среднее время задержки сообщения. Лавинный метод. Сообщение из каждого УК посылается по всем направлениям. Достоинством метода является его высокая надежность и наименьшая задержка передачи сообщения. Однако при этом резко возрастают нагрузки на сеть и снижается пропускная способность. Спутниковые и комбинированные сети. Применение космических спутников связи привело к возможности создания глобальных радиосетей. Средства коммуникаций включают спутники связи (СС), наземные радиостанции (PC) и проводные каналы связи между компьютером и наземными радиостанциями.

Достоинства спутниковых сетей:

      используя разные частоты, можно организовать несколько сетей, работающих параллельно и не мешающих друг другу,

      просто реализовать связь с движущимися абонентами,

      сравнительно недорого проложить каналы связи в труднодоступных местах.

Недостаток: высокая стоимость реализации спутниковой связи.

В настоящее время среди глобальных сетей все большее распространение получают комбинированные сети, в которых передача данных через наземные УК дополняется радиосвязью абонентов с УК, а при необходимости и спутниковой связью.

3.2 Сеть Fast Ethernet

Fast Ethernet является технологией локальных вычислительных сетей (Local Area Network, LAN) и служит для обеспечения связи компьютеров на небольшой территории, такой как офис, здание или группа зданий. Fast Ethernet не предназначена для использования в больших регионах, подобных крупному селению или целому городу. Этим она отличается от глобальных вычислительных, которые являются системами, спроектированными для связи устройств или ЛВС, находящихся на значительных расстояниях друг от друга.

Простое определение ЛВС состоит в том, что это система для непосредственного соединения многих компьютеров. Можно сказать, что в этом определении недостаточно академической точности, но оно практично и вполне соответствует нашим целям. Естественно, данное определение нуждается в некоторых объяснениях. В частности, более четкого разъяснения требует четыре слова: “система”, “непосредственный”, “соединение” и “многие”. Сети являются системами, потому что они состоят из таких компонентов, как кабель, повторители, сетевые интерфейсы, узлы и протоколы. Возможно, вам уже знаком термин концентратор. Терминами концентратор и повторитель часто пользуются как взаимозаменяемыми, но в Fast Ethernet между ними существуют различия. Все эти элементы работают совместно и функционируют как сеть. Если хотя бы один из них отсутствует, то нет и ЛВС.

Термин “соединение” объяснить легко. Сеть предполагает наличие соединения, т.е. пути, по которому компьютеры обмениваются информацией и/или данными. Именно создание соединения является первоочередной задачей ЛВС или любой другой сети. Очень важно, что ЛВС не навязывает ограничений на тип данных, которыми могут обмениваться узлы, за исключением того, что эти данные должны быть цифровыми. Большинство ЛВС используются для совместной работы с файлами и принтерами. Почти каждый из нас сталкивается с подобной локальной сетью. Однако ЛВС и другие сети способны передавать видеоизображения, телефонные разговоры, а также иную информацию, которая может быть представлена в цифровой форме.

Объяснить термин “многие” также нетрудно. Сеть не является сетью, если не

содержит двух или более компьютеров. В ней, конечно же, могут быть и другие устройства, например принтеры. Имея в виду устройства, подключенные к сети, мы используем общий термин узлы. Узел связывается с ЛВС с помощью сетевого интерфейса. Таким образом, локальная сеть непосредственно соединяет многие узлы.

Слово “непосредственно” имеет исключительное значение в определении ЛВС. Именно непосредственное соединение делает сеть локальной. “Непосредственно” означает, что любой узел ЛВС может обмениваться информацией с любым другим узлом без задействования как посредника третьего узла или какого-либо устройства, в противоположность глобальным сетям, использующим для связи локальных сетей или других устройств шлюзы.

На рис.2 показаны три ЛВС, соединенные посредством двух связей глобальной вычислительной сети (ГВС). Узлы каждой ЛВС могут контактировать друг с другом непосредственно. Когда же узел ЛВС 1 связывается с узлом ЛВС 3, данные должны пройти через два шлюза. Узлы различных ЛВС должны иметь информацию о наличии шлюза и при необходимости взаимодействовать с ним. Другое общепринятое название шлюза  маршрутизатор. Однако при использовании данного термина следует помнить, что любой маршрутизатор является шлюзом, но не всякий шлюз является маршрутизатором.

В отдельной локальной сети Fast Ethernet (или какой-либо другой ЛВС) любые два устройства могут связываться непосредственно, поскольку они используют общую среду передачи. Обычно такой средой служит кабель и/или иное устройство, физически соединяющее все компоненты в сети. Другими словами, Fast Ethernet это технология общей среды. Все узлы ЛВС используют одну среду передачи и одни правила передачи данных. Основной чертой локальной сети является то, что любые два узла, нуждающиеся в обмене данными, не обязаны связываться через промежуточные устройства.

ЛВС является локальной, потому что все компьютеры в ней связаны общей средой. Для сетей каждого типа характерны правила, которые определяют

физическую связь ее компонентов друг с другом и называются топологическими правилами.

Рис. 1. Локальные и глобальные сети

Сетевая топология. Существует три основных вида сетевой топологии: концентратор и луч (Hub and Spoke; часто ее называют просто “звездой”), кольцо и шина (рис.3). Компьютеры в Fast Ethernet подобно сети 10Base-T Ethernet физически соединены с использованием первой топологии. Мы будем использовать термин “звезда” для обозначения топологии “концентратор и луч” как более распространенный.

Fast Ethernet и ее предшественница Ethernet действуют в качестве шинных сетей. Другими словами, Fast Ethernet физически использует топологию звезда, а логически действует как шинная сеть в силу исторических причин.

Рис. 2. Концентратор и луч Кольцо

Рис. 3. Шина

В первых сетях Ethernet, от которых происходит Fast Ethernet, все узлы были присоединены к единственному сегменту кабеля Т-образными соединителями

(T-connector). В первых сетях Ethernet, от которых происходит Fast Ethernet. Все узлы были присоединены к единственному сегменту кабеля Т-образными соединителями (T-connector). В первых сетях Ethernet использовался толстый коаксиальный кабель. Оба его конца заканчивались (рис. 4) устройством, которое имело название “оконечная нагрузка” (terminator). Описанная конфигурация называется 10Base-2 Ethernet или “тонкий” Ethernet. Существуют и другие шинные технологии Ethernet, в частности 10Base5, часто называемая “толстый ” Ethernet, в которой используется толстый желтый кабель.

Рис. 4. Шинная сеть Ethernet 10Base-2

Нетрудно догадаться, что такая схема соединения имеет определенные ограничения. Самой большой проблемой является прокладка единого куска кабеля по всему зданию. Следующая проблема состоит в том, что возникновении разрыва или другого повреждения в любом месте кабеля вся ЛВС выходит из строя. Первые локальные сети Ethernet не могли быть очень большими из-за ограничений на длину кабеля. Чтобы обеспечить возможность увеличивать сеть, была введена концепция повторителя (рис. 5). Первые повторители представляли собой устройства, соединяющие два сегмента кабеля для образования одной ЛВС.

Рис. 5. Первые повторители

Повторители не просто соединяли два куска кабеля, но и фильтровали электрические сигналы, проходящие между сегментами. Первые повторители имели еще одно преимущество: если в каком-либо участке кабеля возникали проблемы (например, короткое замыкание), то узлы, подключенные к другим сегментам, могли взаимодействовать между собой по-прежнему. Этот прием называется разбиением (partitioning) и используется в современных сетях Ethernet и Fast  Ethernet для изоляции сетевых компонентов, которые могут вызывать проблемы. Хотя повторители физически соединены с сегментами кабеля, они являются электрическими устройствами низкого уровня, невидимыми для узлов. Поэтому вся система действует как единая ЛВС.

В более новой технологии (имеется в виду 10Base-T) введена концепция повторителя концентратора, обычно называемого просто концентратором (hub) или повторителями (repeater). Концентратор  это устройство, к которому присоединяется каждый узел сети вместо того, чтобы присоединять T-образным соединителем к общему кабелю (рис. 6).

Рис. 6. Базовый повторитель

Концентратор занимает место, отведенное в шинной сети кабелю и

Т-образным связям. Каждый узел присоединяется к концентратору отдельным кабелем (рис. 4). Внутри концентратора имеется цифровая шина, к которой через порт повторителя присоединяются все узлы. Внутренняя цифровая шина занимает место, отведенное коаксиальному кабелю в шинной сети. Порты повторителя предназначены для выполнения тех же функций, что и повторители шинной (рис. 5). Различие между ними заключается в том, что концентратор имеет не два, а много (до 32) портов. В случае сети Ethernet эта технология называется 10Base-Т, а в случае Fast Ethernet  100Base-T .

Использование концентратора дает некоторые преимущества и упрощает прокладку кабелей. Причем установить концентратор значительно проще, так как соединения идут от центра к каждому узлу сети. Подобным образом устроены все телефонные системы. Кроме того, для соединения узлов с концентратором используется недорогая неэкранированная витая пара. В технологии 10Base-T для этой цели применялся обычный телефонный кабель, что значительно упрощало прокладку сети в старых зданиях. Часто потребность в прокладке нового кабеля отпадала вовсе, так как сигналы проходили по уже существующему телефонному кабелю. Витая пара может использоваться и в Fast Ethernet.

Использование дешевой витой пары действительно снижает стоимость сети. Однако самое большое преимущество концентраторов состоит в том, что они в определенной мере являются “интеллектуальными” устройствами, контролирующими каждое соединение в сети. К тому же повторители Ethernet и Fast Ethernet обладают многими новыми возможностями. Правда, в то время как Ethernet поддерживает две физические топологии  шину и звезду, Fast Ethernet поддерживает только звезду. Сеть Fast Ethernet не может работать на коаксиальном кабеле.

Одна из общих черт Ethernet  и Fast Ethernet состоит в том, что узлы и повторители способны проверять целостность соединения. При правильном подсоединении кабеля включается индикатор (как правило, светодиод). Многие концентраторы, как уже отмечалось ранее, автоматически отсоединяют узлы, вызывающие слишком много проблем в сети.

При работе с Ethernet и Fast Ethernet эти термины взаимозаменяемы. В случае других технологий они часто означают различные вещи. Концентратор обычно расположен в центре, и к нему ведут все соединения от узлов. Концентраторы часто являются просто механическими устройствами для соединения кабелей и обеспечения их оконечной нагрузки. Например, телефонные стояки являются одной из форм проводного концентратора.

В Ethernet и Fast Ethernet повторитель  это устройство, копирующее (повторяющее) электрические сигналы, проходящие между двумя или более устройствами. Ранние двухпортовые повторители просто соединяли два сегмента коаксиального кабеля. Концентраторы-повторители Fast Ethernet совмещают функции концентратора и повторителя. Для удобства их называют просто повторителями, так как именно этот термин указывается в спецификации Fast Ethernet. Повторитель может быть выполнен в виде отдельного блока либо платы, встраиваемой в большее шасси. Иногда он собирается из отдельных устройств, называемых наращиваемыми концентраторами (stackable hubs).

3.3 Примеры глобальных сетей

В СНГ в последние годы интенсивно внедряется сетевая компьютерная инфраструктура. Независимые государства развивают свои компьютерные сети и активно включаются в мировое информационное сообщество на базе глобальных международных сетей. В сетях СНГ основными каналами связи являются; коммутируемая телефонная сеть общего пользования, выделенные телефонные линии связи, специальные сети передачи данных (ПД-200, «Искра») и сеть абонентского телеграфа. В последнее время используются также линии связи на оптоволоконных кабелях, сотовая связь и радиосвязь. Основные национальные сети, а также международные сети, услугами которых могут пользоваться граждане СНГ:

БЕЛИКОС - белорусский узел коммерческой сети СИТЕК, работающей на территории СНГ, Балтии и Болгарии.

ИКСМИР (информационно-коммерческая сеть «Мировой информационный рынок») - сеть функционирует в 12 регионах СНГ. Обеспечивает электронную почту, коммерческие предложения, рекламу, курсы валют, биржевые новости, цены на рынках, законодательства стран и расписания движения железнодорожного и авиационного транспорта.

СИТЕК - объединение национальных и региональных сетей коммерческого направления: биржевой и валютный рынки, товары и услуги, законодательство.

ЭСТ - электронная система торгов Белорусской фондовой биржи дает возможность удаленным клиентам участвовать в торгах биржи.

BASNET - сеть Академий наук РБ. Объединяет научно-исследовательские, проектные и информационные центры Республики Беларусь и предоставляет пользователям услуги международных сетей.

BELPAK - сеть, имеющая статус государственной сети. Ориентирована на государственные административные структуры, крупные промышленные предприятия и коммерческие организации. Для развития сети получен кредит Европейского сообщества. Передача сообщений ведется посредством коммутации пакетов. Управляет сетью специальное подразделение Правительства РБ.

EUNET / RELCOM - международная коммерческая сеть, ориентированная в основном на предприятия и организации среднего класса. Популярность сети обусловлена приемлемым уровнем сервиса и относительно низки-ми ценами.

FIDONET - международная некоммерческая сеть, обеспечивающая свободный обмен информацией через BBS - электронные доски объявлений. Абоненты сети пользуются информацией BBS бесплатно.

PAY - система электронных платежей, объединяет многие банки Беларуси, России, Украины, Казахстана и Кыргызстана, а также позволяет производить платежи в Азербайджане, Узбекистане и государствах Балтии.

SPRINTNET - крупнейшая в мире сеть электронной почты. Основной физической средой передачи данных является оптоволоконный кабель, включая трансатлантический канал. Сеть осуществляет передачу сообщений на факсимильные аппараты, средства телексной и телетексной связи, обеспечивает электронные платежи и международные расчеты. Дает возможность пользователям доступа к большинству мировых сетей,

SWIFT - общество международных межбанковских финансовых телекоммуникации. Сеть гарантирует оперативную пересылку и безопасное хранение финансовых документов абонентов в 130 странах мира и бесперебойное обслуживание клиентов в течение 24 часов.

UMBEL - сеть образования и науки РБ. Сеть объединяет соответствующие министерства и ведомства, ведущие вузы, научно-исследовательские и проектные организации, библиотеки и др. Основная задача сети: обеспечение доступа белорусских пользователей к информационным ресурсам РБ и в мировое сообщество научных, образовательных и общественных кругов. Управляет сетью Министерство образования и науки РБ.

Заключение

Делая вывод после всего выше сказанного, мы понимаем, что компьютерные сети занимают особое место в нашей повседневной жизни, в нашей производственной деятельности и в других областях. Соединение компьютеров в сети позволяют людям находить необходимую им информацию, используя ресурсы других компьютеров, общаться друг с другом, не выходя за пределы своей комнаты, общаться с людьми, которые находятся на огромных расстояниях. Также компьютерные сети обеспечивают быструю передачу информации на миллионы километров, что позволяет ускорить работу каких-либо предприятий.

В данной контрольной работе были рассмотрены такие важные вопросы, как понятие компьютерных сетей, их классификация, а также понятие локальных и глобальных сетей. Также были показаны сравнительные характеристики, достоинства и недостатки наиболее популярных сейчас информационных технологий: локальной компьютерной сети и глобальной компьютерной сети. Они являются в данный момент основой нашей жизни. Ни одно предприятие такое, как фабрика, завод либо какая-то частная фирма, не смогли бы выполнять свою работу без подключенных к сети компьютеров, так как объединение компьютеров в сети позволило значительно повысить производительность труда.

Существует множество других эффективных и полезных технологий, число их увеличивается с каждым днем. Поэтому, чтобы не отстать от ритма современной жизни, нужно постоянно быть в курсе новинок технических средств персонального компьютера, системного программного обеспечения и прикладных компьютерных технологий.

Список литературы

1. Гребенюк Е.И.,. Гребенюк Н.А «Технические средства информатизации», Москва, ACADEMA, 2003г. – 515с.

2. Компьютерные системы и сети: Учеб. пособие., Под ред. Косарев В.П и др. – Питер, 2002. – 200с.

3. Макаровой Н.В.. Информатика: Учебник, Под ред.– М: Финансы и статистика, 2000. – 768 с

4. .Могилев А.В. Информатика, Под ред. Е.К. Хеннера. – М.1999. – 816 с.

5. Оливер В.Г. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы, Н.А. Олифер. – СПб: Питер, 2001. – 672 с.

3