По ТПЭД : «Локальные вычислительные сети»

Реферат

На cегодняшний день в мире cуществует более 130 миллионов компьютеров[1] и более 80% из них объединены в различные , начиная от малых локальных сетей в офисах до глобальных cетей типа “Internet”. 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, электронной почты и т. п.), не отходя от рабочего места, возможность мгновенного получения любой информации из любой точки земного шара, а также обмен информацией между компьютерами разных производителей, работающих под управлением различного программного обеспечения .

Среди существующих концепций вычислительных комплексов вышеназванным требованиям наиболее полно отвечают локальные вычислительные сети, или ЛВС (LAN — Local Area Network).

«Локальность» сети определяют некие средние параметры, являющиеся основными характеристиками существующих в настоящее время ЛВС. В основном, это касается расстояний между абонентами (от нескольких десятков до нескольких сотен метров) и случаев максимального удаления абонентов (до нескольких километров).

Понятие локальная вычислительная сеть относится к географически ограниченным (территориально или производственно) аппаратно-программным реализациям, в которых несколько компьютерных систем друг с другом с помощью соответствующих средств коммуникаций. Благодаря такому соединению пользователь может взаимодействовать с другими рабочими станциями, подключенными к этой ЛВС.

Основное отличие ЛВС от глобальных систем заключается в том, что для всех абонентов имеется единый высокоскоростной канал передачи данных, к которому ЭВМ и другое периферийное оборудование подключаются через специальные блоки сопряжения. Поэтому схемы соединения ЭВМ по линиям связи, а также системы телеобработки различных конфигураций не могут считаться ЛВС, даже если они обслуживают такую же по размерам территорию.

В производственной практике ЛВС играют очень большую роль. Посредством ЛВС в систему объединяются персональные компьютеры, расположенные на многих удаленных рабочих местах, которые совместно используют оборудование, программные средства и информацию. Рабочие места сотрудников перестают быть изолированными и объединяются в единую систему.

10 стр., 4589 слов

Основные протоколы сети Интернет. Интернет как единая система ресурсов

... протоколы передачи данных, которые были стандартизированы в1982—83 годах. Активную роль в разработке и стандартизации сетевых протоколов играл Джон Постел. 1 января 1983 года сеть ARPANET перешла с протокола ... в Интернете выглядит примерно так: wais://google.ru Gorpher Протокол Gopher - протокол уровня приложения, разработанный в 1991 году. До повсеместного распространения гипертекстовой системы ...

ЛОКАЛЬНЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СЕТИ

История развития ЛВС

Работы по созданию ЛВС начались еще в 60-х годах с попытки внести новую технологию в телефонную связь. Эти работы не имели серьезных результатов вследствие дороговизны и низкой надежности электроники. В начале 70-х годов в исследовательском центре компании «Xerox», лабораториях при Кембриджском университете и ряде других организаций было предложено использовать единую цифровую сеть для связи мини-ЭВМ. Использовалась шинная и кольцевая магистрали, данные передавались пакетами со скоростью более 2 Мбит/с.

В конце 70-х годов появились первые ЛВС: компания «Prime» представила ЛВС «RingNet», компания «Datapoint» — ЛВС «Attached Resourse Computer» (ARC) с высокоскоростным коаксиальным кабелем. В 1980 году в институте инженеров по электротехнике и электронике IEEE (Institute of Eleсtrical and Eleсtronic Engeneers) организован комитет «802» по стандартизации ЛВС. В дальнейшем темпы развития ускорились, и на сегодняшний день имеется большое количество коммерческих реализаций ЛВС.

Преимущества использования ЛВС

Oбъединение персональных компьютеров в виде локальной вычислительной сети дает ряд преимуществ:

Требования к ЛВС

Общие требования

Архитектура локальных сетей

На аппаратном уровне локальная вычислительная сеть представляет из себя совокупность компьютеров и других средств вычислительной техники (активного сетевого оборудования, принтеров, сканеров и т. п.), объединенных с помощью кабелей и сетевых адаптеров и работающих под управлением сетевой операционной системы. Каждое устройство в сети оснащается сетевым адаптером, адаптеры соединяются с помощью специальных кабелей и тем самым связывают оборудование в единую сеть. Компьютер, подключенный к вычислительной сети, называется рабочей станцией или сервером, в зависимости от выполняемых им функций. Эффективно использовать ресурсы ЛВС позволяет применение технологии «клиент-сервер».

“Клиент-сервер” — это модель взаимодействия компьютеров в сети. Как правило, компьютеры не являются равноправными. Каждый из них имеет свое, отличное от других, назначение, играет свою роль. Некоторые компьютеры в сети владеют и распоряжаются информационно-вычислительными ресурсами, такими как процессоры, файловая система, почтовая служба, служба печати, база данных. Другие компьютеры имеют возможность обращаться к этим ресурсам, пользуясь услугами первых. Компьютер, управляющий тем или иным ресурсом, принято называть сервером этого ресурса, а компьютер, желающий им пользоваться, — клиентом. Конкретный сервер определяется видом ресурса, которым он владеет. Так, если ресурсом являются базы данных, то речь идет о сервере баз данных, который обслуживает запросы клиентов, связанные с обработкой данных. Если ресурс — файловая система, то говорят о файловом сервере (файл-сервере), и т. п. В сети один и тот же компьютер может выполнять роль как клиента, так и сервера.

10 стр., 4522 слов

Организация данных в компьютере

... видеоклипов, а также многочисленные видеоигры. Более правомерно данным термином называть создание и редактирование такой информации с помощью компьютера. Существует множество различных форматов представления видеоданных. В ... формат Quick Time, первоначально возникший на компьютерах Apple. По сравнению с описанным выше, он позволяет хранить независимые фрагменты данных, причем даже не имеющие общей ...

Этот же принцип распространяется и на взаимодействие программ. Если одна из них выполняет некоторые функции, предоставляя другим соответствующий набор услуг, то такая программа выступает в качестве сервера. Программы, которые пользуются этими услугами, принято называть клиентами.

Различают сети с одним или несколькими выделенными серверами и сети без выделенных серверов, называемые одноранговыми сетями.

Классификация ЛВС

В качестве классифицирующих признаков ЛВС используются такие категории, как сфера применения, функциональное назначение, размеры, вид трафика, топология, физическая среда, метод доступа к среде, используемое программное обеспечение.

КОМПОНЕНТЫ ЛОКАЛЬНЫХ СЕТЕЙ

Адаптер

Адаптер (network adapter) — устройство, соединяющее компьютер (терминал) с сегментом сети. Сетевые адаптеры, как правило, принадлежат к одному из двух типов — с обнаружением или с передачей маркера. Адаптеры имеют достаточный набор аппаратных средств для определения возможности передачи пакета в физическую среду или приема адресованного к нему сообщения. Оба типа адаптеров при поддержке программных средств производят семь основных опе-раций при приеме или передаче сообщений.

Сетевые адаптеры вместе с соответствующим программным обеспечением способны распознавать и обрабатывать ошибки, которые могут возникнуть из-за электрических помех, коллизий или плохой работы оборудования. Большинство сетевых адаптеров занимают один из слотов материнской платы ПК.

Типы сетевых адаптеров

Различные типы сетевых адаптеров отличаются не только ме-тодами доступа к среде, но и следующими параметрами:

МОСТ

Мост (bridge) — устройство, соединяющее локальные или удаленные сегменты сети. Мосты функционируют на канальном уровне (втором в модели OSI) и прозрачны для протоколов более высоких уровней, т. е. принимают решения о передаче кадра из одного сегмента в другой только на основании информации из заголовка канального уровня, в частности, физического адреса станции-получателя. В отличие от повторителей мост анализирует целостность кадров и испорченные фильтрует.

МАРШРУТИЗАТОР

Маршрутизатор (router) — многофункциональное устройство, предназначенное для ограничения широковещательного трафика посредством разбиения сети на сегменты, обеспечения , управления и организации резервных путей между областями широковещания.

Маршрутизатор действует на сетевом уровне (третьем в модели OSI) и обладает следующими особенностями: 1. Учитывает специфику протоколов, используя маршрутную информацию сетевого уровня. 2. Может обмениваться с другими маршрутизаторами информацией для сбора данных о топологии и состоянии сети. На основе анализа информации выбирается наилучший путь для передачи пакета. 3. Определяет логические границы между группами сетевых сегментов.

Маршрутизаторы прозрачны для протоколов физического уровня и используются, как правило, для соединения разнородных сетей, каждая из которых может быть административно независимой. Маршрутизаторы отвечают за создание и поддержку для каждого протокола сетевого уровня маршрутных таблиц, которые могут быть статическими или динамическими. Кроме того, они идентифицируют протокол в заголовке каждого пакета, находят адрес получателя сетевого уровня и выбирают путь передачи данных, содержащийся в маршрутной таблице соответствующего протокола.

5 стр., 2252 слов

Средства передачи данных

... уровня связи. Физический уровень - это канал связи и способ передачи сигнала (1 уровень модели взаимосвязи открытых систем OSI). Сеть, ... Двунаправленная полудуплексная передача данных : Поток последовательных данных передаётся одновременно только в одну сторону, передача данных в другую ... используется для соединения нулевого потенциала источников питания приборов в сети и называется «общий» (Common). ...

Достоинства маршрутизаторов:

  • обеспечивают большую гибкость, чем мосты;
  • выбирают наилучший путь передачи на основе адреса, скорости, стоимости, загрузки линии;
  • используют альтернативные пути, равномерно распределяя нагрузку;
  • создают защитный барьер между подсетями;
  • защищают информацию с помощью фильтров пакетов;
  • могут разбивать длинные сообщения на несколько коротких, позволяя соединять сети, в которых используются пакеты различной длины;
  • облегчают поддержку больших интерсетей.

Недостатки маршрутизаторов:

  • более сложны в установке и конфигурировании, чем мосты; при перемещении компьютера из одной подсети в другую требуется сменить его сетевой адрес.

КОММУТАТОР

Коммутатор — это устройство узкого назначения, который эффективно сегментирует сеть, уменьшает области столкновений и увеличивает пропускную способность каждой оконечной станции. Работает с протоколами второго уровня модели OSI. Прозрачность по отношению к протоколам позволяет устанавливать коммутаторы в многопротокольных сетях. Коммутация не ограничивает широковещательного трафика.

Различают два способа коммутации: без промежуточного накопления (коммутация на лету) и с промежуточным накоплением.

Коммутация без промежуточного накопления

Передача начинается, как только декодирован адрес назначения, содержащийся в заголовке кадра. Основной недостаток — появление испорченных кадров. Способ дает наибольший эффект, если трафик коммутируется между портами с одинаковой скоростью обмена.

Архитектура коммутации на лету реализуется двояко:

1. Cross-bar («перекрестный»).

Коммутатор читает адрес назначения и незамедлительно начинает продвижение пакета по маршруту к ожидающему выходному буферу. Возможно возникновение задержки, если другой кадр уже загружается в выходной буфер. 2. Cell-backplane («снабженный шиной, передающей ячейки»).

Кадр фрагментируется на несколько небольших ячеек фиксированной длины. Каждая ячейка помечается специальным заголовком, который содержит адрес назначения. Ячейки накапливаются в буфере порта назначения и вновь объединяются в исходный кадр, который передается в сегмент назначения. Коммутаторы этого типа являются более предпочтительными в сетях с особо напряженным трафиком.

Коммутация с промежуточным накоплением

Передача кадра осуществляется только после его полного приема и проверки. При выборе коммутатора данного типа важно учесть размер таблицы коммутатора.

Достоинство: обеспечивает более надежное обнаружение ошибок, чем устройства, коммутирующие на лету.

Недостаток: увеличивается задержка пропорционально размеру пакета.

СРЕДСТВА ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕСПЕРЕБОЙНОГО ПИТАНИЯ

Большой вред работе сети может нанести отключение электропитания или значительное падение напряжения в сети. Если сбой электропитания произойдет во время записи данных на диск, файл может оказаться испорченным. Для защиты данных в случае возникновения таких ситуаций в ЛВС применяются источники бесперебойного питания. ИБП — это устройство, основным элементом которого является . При отключении питания или при резком падении напряжения необходимый уровень напряжения поддерживается ИБП. Батареи ИБП непрерывно подзаряжаются от внешней электросети. Даже в случае отключения питания ИБП способен сохранять работоспособность компьютера в течение длительного периода времени. Этот период зависит от мощности, потребляемой компьютером, и от мощности ИБП, которая измеряется в вольтамперах.

ИБП обычно поставляется вместе со специальными платами-адаптерами, которые устанавливаются в свободный слот на материнской плате. Сетевая ОС взаимодействует с адаптером ИБП, и в случае сбоя в системе электропитания оповещает об этом рабочие станции, закрывает все открытые файлы и выдает сообщение о необходимости отключения сервера.

Выделяют два типа ИБП: Back-UPS и Smart-UPS. Основное отличие моделей Smart-UPS — наличие встроенного микропроцессора. Благодаря этому они обладают расширенными возможностями самодиагностики и обеспечивают более интеллектуальный интерфейс с программно-техническими средствами контроля и управления сетью.

В ЛВС имеет смысл снабжать ИБП только серверы сети. Целесообразно также обеспечить стабилизированное питание и для наиболее важного сетевого оборудования: концентраторов, маршрутизаторов, коммутаторов и рабочей станции администратора сети.

Наличие источника бесперебойного питания (ИБП), однако, еще недостаточно для надежной работы сети при нарушениях электро-питания, поскольку после отказа электросети необходимо до исчерпания заряда батареи предупредить пользователей, сохранить данные на сервере и отключить его.

Для автоматического контроля и диагностики состояния ИБП рекомендуется использовать специальное программное обес-печение (например, PowerChute Plus).

При переходе ИБП на питание от аккумулятора программа периодически предупреждает пользователей о приближающемся отключении сервера, что позволяет им закончить работу и выйти из сети. Если электропитание восстановилось, пользователи получают сообщение об этом и могут продолжать работу, в противном случае сервер автоматически закрывается. Программа PowerChute Plus в сочетании со Smart-UPS позволяет также постоянно контролировать и выводить на экран в числовом и графическом виде характеристики системы электропитания: напряжение и частоту электросети, напряжение и температуру аккумуляторной батареи, текущую мощность подключенных потребителей и др. Анализ этих данных позволяет обнаружить потенциальные проблемы с электропитанием.

ПРИНЦИПЫ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ В СЕТИ

В 70-е годы в связи с расширяющимися масштабами разработки и внедрения телекоммуникационных и вычислительных сетей было решено сформулировать единую модель взаимодействия систем и се-тей. Это было поручено Комитету по вычислительной технике и обработке информации Международной организации по стандартизации (ISO — International Standards Organization).

В 1979 году эта организация опубликовала модель архитектуры вычислительной сети, так называемую «семиуровневую модель взаимодействия открытых систем» (OSI — Open System Interconnection).

Эта модель является международным стандартом для передачи данных.

Семиуровневая модель является основой как для анализа существующих систем, так и для создания новых стандартов и систем. Под открытостью системы понимается возможность расширения и реконфигурации.

СЕМИУРОВНЕВАЯ МОДЕЛЬ

Модель ISO содержит семь отдельных уровней:

1) физический — битовые протоколы передачи информации;

2) канальный — формирование кадров, управление доступом к среде;

3) сетевой — маршрутизация, управление потоками данных;

4) транспортный — обеспечение взаимодействия удаленных процессов;

5) сеансовый — поддержка диалога между удаленными процессами;

6) представления данных — интерпретация передаваемых данных;

7) прикладной — пользовательское управление данными.

Первые четыре уровня образуют транспортную сеть, а три последних — сеть обработки данных.

Основная идея этой модели заключается в том, что каждому уровню отводится конкретная роль, в том числе и транспортной среде. Благодаря этому общая задача передачи данных расчленяется на отдельные легкообозримые задачи. Необходимые соглашения для связи одного уровня с выше и нижерасположенными называют протоколом. Стандартизируются не интерфейсы между уровнями, а протоколы связи соответствующих устройств между уровнями.

Принципы передачи информации в сети 1

Рисунок 1 Семиуровневая модель

Физический уровень

На физическом уровне определяются электрические, механические, функциональные и процедурные параметры для физической связи в системах. Физическая связь и неразрывная с ней эксплуатационная готовность являются основной функцией 1-го уровня. Физический уровень обеспечивает интерфейс между машиной и средой передачи дискретных сигналов. Он определяет, как кабель должен быть подключен к сетевой карте, то есть, например, количество контактов у коллектора и функциональную нагрузку контактов. Также он определяет, какая техника передачи используется, распознает бит синхронизации, осуществляет достоверный прием битов, определяет амплитуду и длительность импульса.

Стандарты физического уровня включают рекомендации V.24 MKKTT (CCITT), EIA RS232 и Х.21. Стандарт ISDN (Integrated Services Digital Network) в будущем сыграет определяющую роль для функций передачи данных. В качестве среды передачи данных используют трехжильный медный провод (экранированная витая пара), коаксиальный кабель, оптоволоконный проводник и радиорелейную линию.

Канальный уровень

Канальный уровень формирует из данных, передаваемых 1-м уровнем, так называемые «кадры» и последовательности кадров. На этом уровне осуществляются управление доступом к передающей среде, используемой несколькими ЭВМ, синхронизация, обнаружение и исправление ошибок.

Стандарт канального уровня — HDLC (High Data Link Control).

Сетевой уровень

Сетевой уровень устанавливает связь в вычислительной сети между двумя абонентами. Соединение происходит благодаря функциям маршрутизации, которые требуют наличия сетевого адреса в пакете. Сетевой уровень должен также обеспечивать обработку ошибок, мультиплексирование, управление потоками данных. Самый известный стандарт, относящийся к этому уровню, — рекомендация Х.25 MKKTT (для сетей общего пользования с коммутацией пакетов).

Сетевой уровень реализует дополнительные функции маршрутизации по переводу логических адресов и имен в физические. Это делается для того, чтобы обеспечить возможность передачи по нескольким кана-лам одной или нескольких сетей.

Транспортный уровень

Транспортный уровень поддерживает непрерывную передачу данных между двумя взаимодействующими друг с другом пользовательскими процессами. Качество транспортировки, безошибочность передачи, независимость вычислительных сетей, сервис транспортировки из конца в конец, минимизация затрат и адресация связи гарантируют непрерывную и безошибочную передачу данных.

Транспортный уровень реализует взаимодействие процессов в подключенных машинах и сквозное управление движением пакетов, то есть упаковку и распаковку пакетов для увеличения эффективной передачи.

Сеансовый уровень

Сеансовый уровень координирует прием, передачу и выдачу одного сеанса связи. Для координации необходимы контроль рабочих параметров, управление потоками данных промежуточных накопителей и диалоговый контроль, гарантирующий передачу, имеющихся в распоряжении данных. Кроме того, сеансовый уровень содержит дополнительно функции управления паролями, подсчета платы за пользование ресурсами сети, управления диалогом, синхронизации и отмены связи в сеансе передачи после сбоя вследствие ошибок в нижерасположенных уровнях.

Сеансовый уровень поддерживает диалог между процессами определенного типа. Он позволяет двум приложениям на разных машинах использовать соединение, называемое сеансом, реализует функции защиты и т. п. Он обеспечивает синхронизацию между заданиями поль-зователей путем размещения так называемых «контрольных точек» в потоке данных. В случае сбоя сети повторно передаются данные только после последней контрольной точки.

Уровень представления данных

Уровень представления данных предназначен для интерпретации передаваемых во время диалога данных, а также подготовки данных для пользовательского прикладного уровня. Он может быть назван «сетевым переводчиком». На этом уровне происходит преобразование данных из кадров, используемых для передачи данных, в экранный формат или формат для печатающих устройств оконечной системы.

Прикладной уровень

В прикладном уровне необходимо предоставить в распоряжение пользователей уже переработанную информацию. С этим может справиться системное и пользовательское прикладное программное обеспечение. Прикладной уровень реализует функции обслуживания сети, управления заданиями и протоколами обмена.

ПАКЕТНАЯ ПЕРЕДАЧА ДАННЫХ

На канальном уровне компьютеры в сети обмениваются информацией друг с другом пакетами сообщений. Эти пакеты составляют фундамент, на котором базируется работа ЛВС. Сетевой адаптер ЛВС осуществляет прием и передачу пакетов под управлением соответствующего программного обеспечения. Пакеты адресуются рабочим станциям, каждая из которых должна иметь уникальный адрес в ЛВС.

Пакеты несут различную информацию в ЛВС:

  • начало сеанса обмена данными;
  • передача данных другой рабочей станции или серверу;
  • подтверждение приема пакета данных;
  • передача широковещательного сообщения всем адаптерам;
  • конец сеанса обмена данными.

На рис. 2 показано, как выглядит типичный пакет. В зависимости от типа сети пакеты определяются по-разному, но общими для всех являются следующие элементы:

Адрес

Отправителя

Адрес

получателя

Тип

пакета

Данные

CRC

Рисунок 2 Типичный Пакет Сообщений

Каждый уровень базовой модели OSI обслуживает уровни, расположенные выше, и пользуется услугами нижних уровней. Данные проходят в направлении вниз от источника данных (от седьмого уровня к первому) и в направлении вверх от приемника данных (от первого уровня к седьмому уровню).

Пользовательские данные передаются в нижерасположенный уровень вместе со специфическим для уровня заголовком до тех пор, пока не будет достигнут последний уровень.

На приемной стороне поступающие данные анализируются и, по мере надобности, передаются далее в вышерасположенный уровень, пока информация не будет передана в пользовательский прикладной уровень. Принцип формирования пакета при переходе от одного уровня модели OSI к другому показан на схеме.

Приложение

7. Название приложения Ø Данные

6. Название представления данных Ø НП Ø Данные

5. Название сеанса Ø НПД Ø НП Ø Данные

4. Транспортное название Ø НС Ø НПД Ø НП Ø Данные

3. Название сети Ø ТН Ø НС Ø НПД Ø НП Ø Данные Ø Сетевое дополнение

2. Название канала Ø НСт Ø ТН Ø НС Ø НПД Ø НП Ø Данные Ø СД Ø Канальное дополнение

1. Преамбула Ø НК Ø НСт Ø ТН Ø НС Ø НПД Ø НП Ø Данные Ø СД Ø КД Ø Постамбула

Физическая среда (кабель)

КОДИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ ПРИ ПЕРЕДАЧЕ

Для передачи информации по коммуникационным линиям данные преобразуются в цепочку следующих друг за другом битов (двоичное кодирование с помощью двух состояний:»0″ и «1»).

Передаваемые алфавитно-цифровые знаки представляются с помощью битовых комбинаций. Битовые комбинации располагают в определенной кодовой таблице, содержащей 4-, 5-, 6-, 7- или 8-битовые коды.

Количество представленных знаков в ходе зависит от количества битов, используемых в коде: код из четырех битов может представить максимум 16 значений, 5-битовый код — 32 значения, 6-битовый код — 64 значения, 7-битовый — 128 значений и 8-битовый код — 256 алфавитно-цифровых знаков.

Передача символьной информации между одинаковыми вычислительными системами и различающимися типами компьютеров на международном уровне осуществляется с помощью 7-битового кодирования, позволяющего закодировать заглавные и строчные буквы английского алфавита, а также некоторые спецсимволы.

Национальные и специальные знаки с помощью 7-битового кода представить нельзя. Для представления национальных знаков применяют 8-битовый код.

Заключение

Целью моей работы было лучше узнать для себя устройство и применение Локальных Вычислительных Сетей, ведь мы их очень часто встречаем в повседневной жизни и используем их. Именно с помощью ЛВС у нас есть возможность к более легкому доступу в интернет.

[1] С каждым днем их становится все больше и больше.