|
Курсовая: Создание компьютерной сети
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение.
На сегодняшний день в мире существует более 130 миллионов компьютеров и
более 80 % из них объединены в различные информационно-вычислительные
сети от малых локальных сетей в офисах до глобальных сетей типа
Internet, FidoNet, FREEnet и т.д. Всемирная тенденция к объединению
компьютеров в сети обусловлена рядом важных причин, таких как ускорение
передачи информационных сообщений, возможность быстрого обмена
информацией между пользователями, получение и передача сообщений
(факсов, E–Mail писем, электронных конференций и т.д.) не отходя от
рабочего места, возможность мгновенного получения любой информации из
любой точки земного шара, а так же обмен информацией между компьютерами
разных фирм производителей работающих под разным программным
обеспечением.
Такие огромные потенциальные возможности, которые несет в себе
вычислительная сеть и тот новый потенциальный подъем, который при этом
испытывает информационный комплекс, а так же значительное ускорение
производственного процесса не дают нам право игнорировать и не применять
их на практике.
Зачастую возникает необходимость в разработке принципиального решения
вопроса по организации ИВС (информационно–вычислительной сети) на базе
уже существующего компьютерного парка и программного комплекса,
отвечающей современным научно–техническим требованиям с учетом
возрастающих потребностей и возможностью дальнейшего постепенного
развития сети в связи с появлением новых технических и программных
решений.
Система NetWare фирмы Novell позволяет так организовать архитектуру
ЛВС, чтобы удовлетворить любым специфическим требованиям. Эта
способность к модификации относится не только к прикладным программам,
которые выполняются в сети, но также к аппаратным средствам и
используемым функциям систем.
ЛВС могут состоять из одного файл-сервера, поддерживающего небольшое
число рабочих станций, или из многих файл-серверов и коммуникационных
серверов, соединенных с сотнями рабочих станций. Некоторые сети
спроектированы для оказания сравнительно простых услуг, таких, как
совместное пользование прикладной программой и файлом и обеспечение
доступа к единственному принтеру. Другие сети обеспечивают связь с
большими и мини-ЭВМ, модемами коллективного пользования, разнообразными
устройствами ввода/вывода (графопостроителями, принтерами и т. д.) и
устройствам памяти большой емкости (диски типа WORM).
1. Компьютерные сети
Под ЛВС понимают совместное подключение нескольких отдельных
компьютерных рабочих мест (рабочих станций) к единому каналу передачи
данных. Самая простая сеть (англ. network) состоит как минимум из двух
компьютеров, соединенных друг с другом кабелем. Это позволяет им
использовать данные совместно. Все сети (независимо от сложности)
основываются именно на этом простом принципе. Рождение компьютерных
сетей было вызвано практическими потребностью – иметь возможность для
совместного использования данных.
Понятие локальная вычислительная сеть – ЛВС (англ. LAN – Local Area
Network) относится к географически ограниченным (территориально или
производственно) аппаратно-программным реализациям, в которых несколько
компьютерных систем связанны друг с другом с помощью соответствующих
средств коммуникаций. Благодаря такому соединению пользователь может
взаимодействовать с другими рабочими станциями, подключенными к этой
ЛВС.
Существует три типа сетей: одноранговые и сети на основе сервера,
комбинированные.
В одноранговой сети все компьютеры равноправны: нет иерархии среди
компьютеров и нет выделенного (англ. dedicated) сервера. Как правило,
каждый компьютер функционирует и как клиент, и как сервер; иначе говоря,
нет отдельного компьютера, ответственного за администрирование всей
сети. Все пользователи самостоятельно решают, какие данные на своем
компьютере сделать общедоступным по сети. На сегодняшний день
одноранговые сети бесперспективны, поэтому в данной работе они не
рассматриваются. Если к сети подключено более 10 пользователей, то
одноранговая сеть, где компьютеры выступают в роли и клиентов, и
серверов, может оказаться недостаточно производительной. Поэтому
большинство сетей использует выделенные серверы. Выделенным называется
такой сервер, который функционирует только как сервер (исключая функции
клиента или рабочей станции). Они специально оптимизированы для быстрой
обработки запросов от сетевых клиентов и для управления защитой файлов и
каталогов. Сети на основе сервера стали промышленным стандартом, и
именно они будут рассмотрены в этой работе. Существуют и комбинированные
типы сетей, совмещающие лучшие качества одноранговых сетей и сетей на
основе сервера.
Комбинированные сети могут объединять лучшие качества сетей на основе
сервера и одноранговых.
В производственной практики ЛВС играют очень большую роль. Посредством
ЛВС в систему объединяются персональные компьютеры, расположенные на
многих удаленных рабочих местах, которые используют совместно
оборудование, программные средства и информацию. Рабочие места
сотрудников перестают быть изолированными и объединяются в единую
систему. Рассмотрим преимущества, получаемые при сетевом объединении
персональных компьютеров в виде внутрипроизводственной вычислительной
сети.
Распределение ресурсов - позволяет экономно использовать ресурсы,
например, управлять периферийными устройствами, такими как печатающие
устройства, внешние устройства хранения информации, модемы и т.д. со
всех подключенных рабочих станций.
Распределение данных - предоставляет возможность доступа и управления
базами данных с рабочих мест, поэтому не надо на каждом рабочем месте
иметь накопители для хранения одной и той же информации.
Распределение программных средств - предоставляет возможность
одновременного использования централизованных, ранее установленных
программных средств.
Распределение ресурсов процессора - возможно использование
вычислительных мощностей для обработки данных другими системами,
входящими в сеть. Предоставляемая возможность заключается в том, что на
имеющиеся ресурсы не «набрасываются» моментально, а только лишь через
специальный процессор, доступный каждой рабочей станции.
Многопользовательский режим - многопользовательские свойства системы
содействуют одновременному использованию централизованных прикладных
программных средств, обычно заранее установленных на сервере приложения
(англ. Application Server).
Все ЛВС работают в одном стандарте принятом для компьютерных сетей – в
стандарте Open Systems Interconnection (OSI).
Ядром локальной сети Файл-сервер является. Этот компьютер (обычно
высокопроизводительный мини-компьютер) запускает операционную
систему и управляет потоком данных, передаваемых по сети. Отдельные
рабочие станции и любые совместно используемые периферийные устройства,
такие, как принтеры, - все подсоединяются к файл-серверу.
Каждая рабочая станция представляет собой обычный персональный
компьютер, работающий под управлением собственной дисковой
операционной системы (такой, как DOS или OS/2). Однако в отличие от
автономного персонального компьютера рабочая станция содержит плату
сетевого интерфейса и физически соединена кабелями с файлом-сервером.
Кроме того, рабочая станция запускает специальную программу,
называемой оболочкой сети, которая позволяет ей обмениваться
информацией с файл-сервером, другими рабочими станциями и прочими
устройствами сети. Оболочка позволяет рабочей станции использовать
файлы и программы, хранящиеся на файл-сервере, так же легко, как и
находящиеся на ее собственных дисках.
Топологии вычислительных сетей.
Термин "топология сети" относится к пути, по которому данные
перемещаются по сети. Существуют три основных вида топологий:
«звезда», «кольцо» и «общая шина».
Топология типа «звезда».
Концепция топологии сети в виде звезды пришла из области больших ЭВМ, в
которой головная машина получает и обрабатывает все данные с
периферийных устройств как активный узел обработки данных. Этот принцип
применяется в системах передачи данных, например, в электронной почте
сети RelCom. Вся информация между двумя периферийными рабочими местами
проходит через центральный узел вычислительной сети.
Структура топологии ЛВС в виде «звезды».
Пропускная способность сети определяется вычислительной мощностью узла и
гарантируется для каждой рабочей станции. Коллизий (столкновений) данных
не возникает.
Кабельное соединение довольно простое, так как каждая рабочая станция
связана с узлом. Затраты на прокладку кабелей высокие, особенно когда
центральный узел географически расположен не в центре топологии.
При расширении вычислительных сетей не могут быть использованы ранее
выполненные кабельные связи: к новому рабочему месту необходимо
прокладывать отдельный кабель из центра сети.
Топология в виде звезды является наиболее быстродействующей из всех
топологий вычислительных сетей, поскольку передача данных между рабочими
станциями проходит через центральный узел (при его хорошей
производительности) по отдельным линиям, используемым только этими
рабочими станциями. Частота запросов передачи информации от одной
станции к другой невысокая по сравнению с достигаемой в других
топологиях.
Производительность вычислительной сети в первую очередь зависит от
мощности центрального файлового сервера. Он может быть узким местом
вычислительной сети. В случае выхода из строя центрального узла
нарушается работа всей сети.
Центральный узел управления – файловый сервер реализует оптимальный
механизм защиты против несанкционированного доступа к информации. Вся
вычислительная сеть может управляться из ее центра.
Топология типа «кольцо».
При кольцевой топологии сети рабочие станции связаны одна с другой по
кругу, т.е. рабочая станция 1 с рабочей станцией 2, рабочая станция 3 с
рабочей станцией 4 и т.д. Последняя рабочая станция связана с первой.
Коммуникационная связь замыкается в кольцо.
Структура кольцевой топологии ЛВС.
Прокладка кабелей от одной рабочей станции до другой может быть довольно
сложной и дорогостоящей, особенно если географическое расположение
рабочих станций далеко от формы кольца (например, в линию).
Сообщения циркулируют регулярно по кругу. Рабочая станция посылает по
определенному конечному адресу информацию, предварительно получив из
кольца запрос. Пересылка сообщений является очень эффективной, так как
большинство сообщений можно отправлять «в дорогу» по кабельной системе
одно за другим. Очень просто можно сделать кольцевой запрос на все
станции. Продолжительность передачи информации увеличивается
пропорционально количеству рабочих станций, входящих в вычислительную
сеть.
Основная проблема при кольцевой топологии заключается в том, что каждая
рабочая станция должна активно участвовать в пересылке информации, и в
случае выхода из строя хотя бы одной из них вся сеть парализуется.
Неисправности в кабельных соединениях локализуются легко.
Подключение новой рабочей станции требует кратко срочного выключения
сети, так как во время установки кольцо должно быть разомкнуто.
Ограничения на протяженность вычислительной сети не существует, так как
оно, в конечном счете, определяется исключительно расстоянием между
двумя рабочими станциями.
Специальной формой кольцевой топологии является логическая кольцевая
сеть. Физически она монтируется как соединение звездных топологий.
Отдельные звезды включаются с помощью специальных коммутаторов (англ.
Hub – концентратор), которые по-русски также иногда называют «хаб». В
зависимости от числа рабочих станций и длины кабеля между рабочими
станциями применяют активные или пассивные концентраторы. Активные
концентраторы дополнительно содержат усилитель для подключения от 4 до
16 рабочих станций. Пассивный концентратор является исключительно
разветвительным устройством (максимум на три рабочие станции).
Управление отдельной рабочей станцией в логической кольцевой сети
происходит так же, как и в обычной кольцевой сети. Каждой рабочей
станции присваивается соответствующий ей адрес, по которому передается
управление (от старшего к младшему и от самого младшего к самому
старшему). Разрыв соединения происходит только для нижерасположенного
(ближайшего) узла вычислительной сети, так что лишь в редких случаях
может нарушаться работа всей сети.
Структура логической кольцевой цепи ЛВС.
Топология типа «общая шина».
При шинной топологии среда передачи информации представляется в форме
коммуникационного пути, доступного дня всех рабочих станций, к которому
они все должны быть подключены. Все рабочие станции могут
непосредственно вступать в контакт с любой рабочей станцией, имеющейся в
сети.
Структура шинной топологии ЛВС.
Рабочие станции в любое время, без прерывания работы всей вычислительной
сети, могут быть подключены к ней или отключены. Функционирование
вычислительной сети не зависит от состояния отдельной рабочей станции.
В стандартной ситуации для шинной сети Ethernet часто используют тонкий
кабель или Cheapernet–кабель с тройниковым соединителем. Отключение и
особенно подключение к такой сети требуют разрыва шины, что вызывает
нарушение циркулирующего потока информации и зависание системы.
Новые технологии предлагают пассивные штепсельные коробки, через которые
можно отключать и/или подключать рабочие станции во время работы
вычислительной сети.
Благодаря тому, что рабочие станции можно подключать без прерывания
сетевых процессов и коммуникационной среды, очень легко прослушивать
информацию, т.е. ответвлять информацию из коммуникационной среды.
В ЛВС с прямой (не модулируемой) передачей информации всегда может
существовать только одна станция, передающая информацию. Для
предотвращения коллизий в большинстве случаев применяется временной
метод разделения, согласно которому для каждой подключенной рабочей
станции в определенные моменты времени предоставляется исключительное
право на использование канала передачи данных. Поэтому требования к
пропускной способности вычислительной сети при повышенной нагрузке
повышаются, например, при вводе новых рабочих станций. Рабочие станции
присоединяются к шине посредством устройств ТАР (англ. Terminal Access
Point – точка подключения терминала). ТАР представляет собой специальный
тип подсоединения к коаксиальному кабелю. Зонд игольчатой формы
внедряется через наружную оболочку внешнего проводника и слой
диэлектрика к внутреннему проводнику и присоединяется к нему.
В ЛВС с модулированной широкополосной передачей информации различные
рабочие станции получают, по мере надобности, частоту, на которой эти
рабочие станции могут отправлять и получать информацию. Пересылаемые
данные модулируются на соответствующих несущих частотах, т.е. между
средой передачи информации и рабочими станциями находятся соответственно
модемы для модуляции и демодуляции. Техника широкополосных сообщений
позволяет одновременно транспортировать в коммуникационной среде
довольно большой объем информации. Для дальнейшего развития дискретной
транспортировки данных не играет роли, какая первоначальная информация
подана в модем (аналоговая или цифровая), так как она все равно в
дальнейшем будет преобразована.
Основные характеристики трех наиболее типичных типологий вычислительных
сетей приведены в таблице № 1.
Таблица 1
Основные характеристики топологий вычислительных сетей.
Характеристики Топологии вычислительных сетей
Звезда Кольцо Шина
Стоимость расширения Незначительная Средняя Средняя
Присоединение абонентов Пассивное Активное Пассивное
Защита от отказов Незначительная Незначительная Высокая
Размеры системы Любые Любые Ограниченны
Защищенность от прослушивания Хорошая Хорошая Незначительная
Стоимость подключения Незначительная Незначительная Высокая
Поведение системы при высоких нагрузках Хорошее Удовлетворительное
Плохое
Возможность работы в реальном режиме времени Очень хорошая Хорошая
Плохая
Разводка кабеля Хорошая Удовлетворительная Хорошая
Обслуживание Очень хорошее Среднее Среднее
Древовидная структура ЛВС.
Наряду с известными топологиями вычислительных сетей «кольцо», «звезда»
и «шина», на практике применяется и комбинированная, на пример
древовидна структура. Она образуется в основном в виде комбинаций
вышеназванных топологий вычислительных сетей. Основание дерева
вычислительной сети (корень) располагается в точке, в которой собираются
коммуникационные линии информации (ветви дерева).
Вычислительные сети с древовидной структурой применяются там, где
невозможно непосредственное применение базовых сетевых структур в чистом
виде. Для подключения большого числа рабочих станций соответственно
адаптерным платам применяют сетевые усилители и/или коммутаторы.
Коммутатор, обладающий одновременно и функциями усилителя, называют
активным концентратором.
На практике применяют две их разновидности, обеспечивающие подключение
соответственно восьми или шестнадцати линий.
Устройство к которому можно присоединить максимум три станции, называют
пассивным концентратором. Пассивный концентратор обычно используют как
разветвитель. Он не нуждается в усилителе. Предпосылкой для подключения
пассивного концентратора является то, что возможное максимальное
расстояние до рабочей станции не должно превышать нескольких десятков
метров.
Древовидная структура ЛВС.
Существует ряд принципов (топологий) построения ЛВС на основе ниже
рассмотренных компонентов.
1.2. Сетевые устройства и средства коммуникаций.
В качестве средств коммуникации наиболее часто используются витая пара,
коаксиальный кабель и оптоволоконные линии. При выборе типа кабеля
учитывают следующие показатели:
Стоимость монтажа и обслуживания;
Скорость передачи информации;
Ограничения на величину расстояния передачи информации (без
дополнительных усилителей–повторителей (репитеров));
Безопасность передачи данных.
Главная проблема заключается в одновременном обеспечении этих
показателей, например, наивысшая скорость передачи данных ограничена
максимально возможным расстоянием передачи данных, при котором еще
обеспечивается требуемый уровень защиты данных. Легкая наращиваемость и
простота расширения кабельной системы влияют на ее стоимость и
безопасность передачи данных.
Витая пара.
Наиболее дешевым кабельным соединением является витое двухжильное
проводное соединение часто называемое «витой парой» (англ. twisted
pair). Реальный кабель состоит, как правило, из нескольких витых пар.
Она позволяет передавать информацию со скоростью до 10 Мбит/с, легко
наращивается, однако является помехонезащищенной. Длина кабеля не может
превышать 1000 м при скорости передачи 1 Мбит/с. Преимуществами являются
низкая цена и беспроблемная установка. Для повышения помехозащищенности
информации часто используют экранированную витую пару, т.е. витую пару,
помещенную в экранирующую оболочку, подобно экрану коаксиального кабеля.
Это увеличивает стоимость витой пары и приближает ее цену к цене
коаксиального кабеля.
Коаксиальный кабель.
Коаксиальный кабель состоит из центрального проводника (одножильного или
многожильного) и внешней экранирующей оплетки. Между ними имеется
находится изолирующий материал. Внешняя изоляция защищает от воздействия
окружающей среды.Коаксиальный кабель имеет среднюю цену, хорошо
помехозащищен и применяется для связи на большие расстояния (несколько
километров). Скорость передачи информации от 1 до 10 Мбит/с, а в
некоторых случаях может достигать 50 Мбит/с. Коаксиальный кабель
используется для основной и широкополосной передачи информации, т.к. в
первую очередь его используют в сетях Ethernet, то коротко его называют
Ethernet-кабель.
Широкополосный коаксиальный кабель.
Широкополосный коаксиальный кабель невосприимчив к помехам, легко
наращивается, но цена его высокая. Скорость передачи информации равна
500 Мбит/с. При передачи информации в базисной полосе частот на
расстояние более 1,5 км требуется усилитель, или так называемый репитер
(англ. repeater – повторитель). Поэтому суммарное расстояние при
передаче информации увеличивается до 10 км. Для вычислительных сетей с
топологией типа «шина» или «дерево» коаксиальный кабель должен иметь на
конце согласующий резистор (терминатор).
Тонкий ЕtheNnet-кабель.
Ethernet-кабель также является коаксиальным кабелем с волновым
сопротивлением 50 Ом. Общая длина сегмента тонкого кабеля не должна
превышать 185 м. Максимальная длина кабелей всей свети при использовании
дополнительного | |
