Лабораторная работа № 3 Организация и работа в компьютерных сетях

1. Задание по работе

1. Законспектировать незнакомый материал работы в тетрадь.

2. Запустить программу Novel на выполнение из программы FAR, проработать материал раздела 1 программы и ответить на тестовые вопросы.

3. Подготовить ответы на вопросы раздела 3 и защитить работу.

1. Назначение и классификация компьютерных сетей

Современный уровень жизни и производственных отношений требует высоких скоростей обработки информации, удобных форм её хранения и передачи. Для этих целей создаются компьютерные сети.

Компьютерные (вычислительные сети) – совокупности компьютеров, соединённых с помощью каналов связи в единую систему.

Абоненты сети – объекты, генерирующие или потребляющие информацию.

Абонентами сети могут быть отдельные ЭВМ, комплексы ЭВМ, промышленные роботы, станки с ЧПУ и т.д. Любой абонент сети подключён к станции.

Для организации взаимодействия абонентов необходима физическая передающая среда.

Физическая передающая среда – линии связи или пространство, в котором распространяются электрические сигналы, и аппаратура передачи данных.

На базе физической передающей среды строится коммуникационная сеть. Таким образом, компьютерная сеть – это совокупность абонентских систем и коммуникационной сети.

Компьютерные сети классифицируют по признакам структурной и функциональной организации. В зависимости от территориального расположения абонентских систем информационные сети можно разделить на 3 основных класса:

• глобальные сети (WAN – Wide Area Network;

• региональные сети;

• локальные сети (LAN – Local Area Network)

.

Глобальная сеть объединяет абонентов, расположенных в различных странах, на различных континентах. Взаимодействие между абонентами такой сети может осуществляться на базе телефонных линий связи, радиосвязи и систем спутниковой связи. Глобальные вычислительные сети позволят решить проблему объединения информационных ресурсов всего человечества и организации доступа к этим ресурсам.

Локальная сеть (ЛВС) объединяет абонентов, расположенных в пределах небольшой территории, обычно не более 2–2.5 км.

Классификация по типу сетевой топологии:

• общая шина,

• звезда,

• кольцо,

• решётка (сеть).

Т ермин «топология сети» относится к пути, по которому данные перемещаются по сети и определяет аппаратуру для ее реализации.

Топология «общая шина» предполагает использование одного кабеля, к которому подключаются все компьютеры сети. В случае «общая шина» кабель используется совместно всеми станциями по очереди.

Очередность обеспечивается сетевой ОС(операционной системой) и компьютеры не мешают друг другу передавать и принимать данные.

Надежность здесь выше, чем в других топологиях, так как выход из строя отдельных компьютеров не нарушит работоспособности сети в целом. Поиск неисправностей в кабеле затруднен. Кроме того, так как используется только один кабель, в случае обрыва нарушается работа всей сети.

В топологии «общая шина» наибольшей популярностью пользуется метод доступа Ethernet, разработанный фирмой Xerox в 1975 году. Он обеспечивает высокую скорость передачи данных и надежность. Сообщение, отправляемое одной рабочей станцией, доходит одновременно ко всем станциям, подключенным к общей шине. Но доступно сообщение той станции, которой предназначено это сообщение по её адресу станции назначения и адресу станции отправителя. Остальные станции игнорируются. Метод доступа Ethernet является методом множественного доступа с прослушиванием несущей и разрешением коллизий (конфликтов) (CSMA/CD – Carier Sense Multiple Access with Collision Detection).

Перед началом передачи рабочая станция определяет, свободен канал или занят. Если канал свободен, станция начинает передачу. Ethernet не исключает возможности одновременной передачи сообщений двумя или несколькими станциями. Аппаратура автоматически распознает такие конфликты, называемые коллизиями. После обнаружения конфликта станции задерживают передачу на некоторое время. Это время небольшое и для каждой станции свое. После задержки передача возобновляется. Реально конфликты приводят к уменьшению быстродействия сети только в том случае, если работает порядка 80-100 станций.

При соединении «звездой» каждый компьютер через специальный сетевой адаптер(сетевая плата) подключается отдельным кабелем к объединяющему центральному устройству – распределителю (концентратору, хабу).

П ри необходимости можно объединять вместе несколько сетей с топологией «звезда», при этом получаются разветвленные конфигурации сети (решётка).

С точки зрения надежности эта топология не является наилучшим решением, так как выход из строя центрального узла приведет к остановке всей сети. Однако при использовании топологии «звезда» легче найти неисправность в кабельной сети. Топология «звезда» использует метод доступа Arcnet, азработанный фирмой Datapoint Corp. Он тоже получил широкое распространение, в основном благодаря тому, что оборудование Arcnet дешевле, чем оборудование Ethernet или Token-Ring. Любой из компьютеров через сервер создает специальный маркер (сообщение специального вида), который последовательно передается от одного компьютера к другому. Если станция желает передать сообщение другой станции, она должна дождаться маркера и добавить к нему сообщение, дополненное адресами отправителя и назначения. Когда пакет дойдет до станции назначения, сообщение будет «отцеплено» от маркера и передано станции.

Топология «кольцо». В этом случае данные передаются от одного компьютера к другому как бы по эстафете. Если компьютер получит данные, предназначенные для другого компьютера, то он не может их взять и передает их дальше по кольцу.

Если данные предназначены для получившего их компьютера, они дальше не передаются. Топология «кольцо» использует метод доступа Token-Ring, который был разработан фирмой IBM.

Этот метод напоминает Arcnet (для звезды), так как тоже использует маркер, передаваемый от одной станции к другой. В отличие от Arcnet, при методе доступа Token-Ring имеется возможность назначать разные приоритеты разным рабочим станциям.

Локальная сеть может использовать одну из перечисленных топологий. Это зависит от количества объединяемых компьютеров, их взаимного расположения и других условий. Можно также объединить несколько локальных сетей, выполненных с использованием разных топологий, в единую локальную сеть. Может создаваться, например, древовидная топология.

Сетевая модель

В рассмотренных сетевых топологиях, в передающих и принимающих станциях (компьютерах) используется одинаковая сетевая модель обработки информации.

Модель открытых систем (OSI – Open System Interconnection) используется для описания потока данных между пользователем и физическими соединениями в компьютерных сетях.

Функциональное назначение уровней:

1. Физический уровень направляет неструктурированный поток битов данных через физическую среду передачи (кабель). Физический уровень выполняет роль несущей линии для всех сигналов, передающих данные сгенерированные всеми более высокими уровнями. Этот уровень отвечает за аппаратное обеспечение. Физический уровень определяет физические, механические и электрические характеристики линий связи (тип кабеля, количество разъемов коннектора, назначение каждого разъёма и т.д.). Физический уровень описывает топологию сети и определяет метод передачи данных по кабелю (электрический, оптический). Почтовые аналоги: доставка поездом, самолетом, посыльным.

2. Канальный уровень упаковывает неструктурированные биты данных с физического уровня в структурированные файлы (фреймы данных).

Канальный уровень отвечает за обеспечение безошибочной передачи пакетов. Пакеты содержат исходный адрес и адрес назначения, что позволяет компьютеру извлекать данные, предназначены только ему. Доставка к нужному транспорту отправки

3. Сетевой уровень отвечает за адресацию сообщений и преобразование логических адресов и имен в физические адреса канального уровня. Сетевой уровень определяет путь (маршрут) прохождения данных от передающего к принимающему компьютеру. Сетевой уровень переструктурирует файлы данных (фреймы) канального уровня (разбивает большие на совокупность небольших или объединяет мелкие). На этом уровне используется IP (Internet Protocol) – протокол, который добавляет к Файлу (пакету) IP-адреса получателя и отравителя и отвечает на вопрос, как проложить маршрут для доставки информации.

Каждый компьютер, включенный в сеть – хост, имеет свой уникальный IP-адрес. Этот адрес выражается четырьмя байтами, например: 234.049.123.101, и регистрируется в Информационном центре сети– InterNIC или в Network Solutions Inc (NSI). Организация IP-адреса такова, что каждый компьютер, может определить, кому предназначен пакет – ему или "соседу" для переслылки.

Сортировка писем, коробка места назначения.

4. Транспортный уровень осуществляет контроль качества передачи и отвечает за распознание и коррекцию ошибок. Наэтом уровне используется протокол TCP (Transmission Control Protocol) – транспортного уровня, который управляет тем, как происходит передача информации (данные "нарезаются" на пакеты и маркируются).

Пакет – это специальная последовательность бит, несущих собственно данные, а также служебную информацию об адресах получателя и отправителя информации, номере пакета, коды для проверки его целостности и другие. Общая длина пакета составляет от 100 до 2000 байт.Транспортный уровень гарантирует доставку сообщений, создаваемых на уровне приложений. Отделение связи, почтамт.

5. Сеансовый уровень позволяет двум приложениям на разных компьютерах установить, использовать и завершить соединение, которое называется сеансом. Сеансовый уровень координирует связь между двумя прикладными программами, работающими на разных рабочих станциях. Сеансовый уровень обеспечивает синхронизацию задачи и реализует управление диалогом между взаимодействующими процессами (определяет, какая сторона передаёт, когда, как долго и т.д.). Почтовый ящик.

6. Уровень представления служит для преобразования и фиксирования (сохранеия, записи) данных, полученных с уровня приложения в повсеместно распознаваемый промежуточный формат. Уровень представления можно назвать сетевым транслятором. Уровень представления позволяет объединять в единую сеть разнотипные компьютеры (IBM PC, Macintosh, DEC и т.д.), преобразуя их данные в единый формат. Уровень представления осуществляет управление защитой в сети, осуществляет шифрование данных (при необходимости). Обеспечивает сжатие данных с целью уменьшения количества бит данных, требующих передачи. Аналог: письмо запечатано в конверт и написаны адреса.

7. Уровень приложений (прикладной уровень) позволяет прикладным программам получать доступ к сетевому сервису. Уровень приложений непосредственно поддерживает пользовательские приложения средствами ОС (операционной системы) рабочей станции пользователя (программное обеспечение набора в редакторе, передачи файлов, доступа к базе данных, электронной почте). Аналог: написание письма, сообщения, рисунка на бумаге.

Общие сведения по компоновке сетей

Б еспроводные сети, как правило, просты в установке и работе, но традиционные сети Ethernet (корпаротивные) работают быстрее (пропускная способность — 10 , 100 или 1000 Мбит/с) и их легче расширить. Чтобы организовать сеть, необходимы сетевые платы для каждого ПК, концентратор (расширитель ( хаб), к которому подключаются все ПК), сетевые драйверы и ПО, входящее в состав Windows.

Kонцентратор выступает в роли регулировщика движения данных в сети, поэтому необходимо поместить его в центре (между всеми ПК) и рядом с источником питания.

2.1. Схема сети.