Организация локальных вычислительных сетей

 

Министерство образования  и науки Российской Федерации

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение 
высшего профессионального образования 
«Южно-Уральский государственный университет» 
(национальный исследовательский университет)

Филиал в г. Миассе

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

 

по дисциплине: "Микропроцессорная техника"

на тему: "Организация локальных вычислительных сетей"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                         Выполнил: студент группы 546

                                                                                             Шакирова А.Р.

 

                                                                                          Проверил: Яицкий Р. И.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2013 г.

Содержание

 

Введение

1. Основы работы сети

1.1. Назначение и классификация распределенных систем

1.2. Коммутационная среда передачи данных

1.2.1. Витая пара (twisted pair, ТР)

1.2.2. Коаксиальный кабель (coaxial)

1.2.3. Волоконно-оптический кабель (ВОК)

1.2.4. Радиоканал

1.2.5. Инфракрасный канал

2. Стандартные архитектуры локальных вычислительных сетей

2.1. Шина

2.2. Кольцо

2.3. Логическая кольцевая цепь

2.4. Звезда

3. Методы доступа в сети

Литература

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Сегодня вычислительные сети продолжают развиваться, причем достаточно быстро. Разрыв между локальными и глобальными сетями постоянно сокращается во многом из-за появления высокоскоростных территориальных каналов связи, не уступающих по качеству кабельным системам локальных сетей. В глобальных сетях появляются службы доступа к ресурсам, такие же удобные и прозрачные, как и службы локальных сетей. В локальных сетях вместо соединяющего компьютеры пассивного кабеля в них в большом количестве появилось разнообразное коммуникационное оборудование - коммутаторы, маршрутизаторы, шлюзы. Благодаря такому оборудованию появилась возможность построения больших корпоративных сетей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Основы работы сети

 

1.1. Назначение и классификация распределенных систем

 

Распределенная обработка  данных - это обработка данных, выполняемая  на независимых, но связанных между  собой компьютерах. Для реализации распределенной обработки данных были созданы многомашинные вычислительные комплексы, многопроцессорные системы  и компьютерные (вычислительные) сети.

Компьютерной сетью  называется совокупность взаимосвязанных  через каналы передачи данных компьютеров, обеспечивающих пользователей средствами обмена информацией и коллективного  использования ресурсов сети: аппаратных, программных и информационных. Объединение компьютеров в сеть позволяет совместно использовать дорогостоящее оборудование - диски большой емкости, принтеры, основную память, иметь общие программные средства и данные. Глобальные сети предоставляют возможность использовать аппаратные ресурсы удаленных компьютеров.

Основным назначением  сети является обеспечение простого и удобного доступа пользователя к распределенным общесетевым ресурсам и организация их коллективного  использования при надежной защите от несанкционированного доступа, а также обеспечение средств передачи данных между пользователями сети. С помощью сетей эти проблемы решаются независимо от территориального расположения пользователей. Существует множество задач, нуждающихся в централизованных общих данных, удаленном доступе к базам данных, передаче данных на расстояние и их распределенной обработке. Примерами являются банковские и другие финансовые структуры; коммерческие системы, отражающие состояние рынка ("спрос-предложение"); системы социального обеспечения; налоговые службы; дистанционное компьютерное обучение; системы резервирования авиабилетов; дистанционная медицинская диагностика; избирательные системы. Во всех этих приложениях необходимо, чтобы в сети осуществлялся сбор, хранение и доступ к данным, гарантировалась защита данных от искажений и несанкционированного доступа. Для полноценного функционирования сети необходим учет большого количества различных факторов.

Характеризуя возможности  компьютерной сети, следует оценивать  ее аппаратное (техническое), программное и информационное обеспечение.

Техническое обеспечение  составляют ЭВМ различных типов, средства связи, оборудование абонентских  пунктов.

Информационное обеспечение  сети представляет собой единый информационный фонд, ориентированный на решаемые в сети задачи и содержащий массивы данных общего применения и массивы индивидуального пользования. В состав информационного обеспечения входят базы знаний, банки данных и т.д.

Программное обеспечение  сети предназначено для организации  коллективного доступа к ее ресурсам, динамического распределения и перераспределения ресурсов сети с целью максимальной загрузки технических средств, координации работы всех ее звеньев, автоматизации программирования.

Основным компонентом  программного обеспечения сети являются сетевые операционные системы (ОС), которые представляют собой комплекс управляющих и обслуживающих программ. В функции ОС входят установление последовательности решения задач и обеспечения их общесетевыми ресурсами, оперативное управление распределением ресурсов по элементам сети, контроль работоспособности элементов сети, обеспечение достоверности вводимой и получаемой информации и др. (Более подробно сетевые ОС будут рассмотрены в следующих темах).

Важную роль играет специальное  программное обеспечение, предназначенное для максимального удовлетворения пользователей программами часто решаемых задач и рационального использования ресурсов сети. В его состав входят автоматизированные фонды алгоритмов и программ, информационно-поисковые системы, специализированные библиотеки программ.

Существуют различные  варианты классификации компьютерных сетей:  

1. Классификация по степени территориальной распределенности: Глобальные сети (WAN) объединяют пользователей, расположенных по всему миру на значительном расстоянии друг от друга.

Региональные сети (MAN) объединяют пользователей города, области, небольших стран. Расстояния между  узлами сети составляют 10-1000 км. Локальные  сети (LAN) ЭВМ связывают абонентов  одного или нескольких близлежащих  зданий одного предприятия или учреждения.

Локальные сети могут  иметь любую структуру, но чаще всего  компьютеры в локальной сети связаны  единым высокоскоростным каналом передачи данных.

2. Классификация сетей  по назначению: 

• информационные; 
• транспортные; 
• банковские; 
• клиринговые; 
• корпоративные.

3. Классификация по  соотношению узлов сети: 

• одноранговые - небольшие сети, где каждый узел может быть и клиентом и сервером; 
• распределенные сети - это сети без лидера, где сервером называется программа, устройство или  машина, обеспечивающая сервис, но управляющая сетями; 
• сети с централизованным управлением - сети, основанная на сервере, который предоставляет права доступа к ресурсам для всех остальных узлов.

4. Классификация по  пропускной способности: 

• низкоскоростные - до 10 Мбит\с; 
• среднескоростные - до 100 Мбит\с; 
• высокоскоростные - свыше 100 Мбит\с.

5. Классификация по  топологии: 

- с шинной топологией;

- с кольцевой топологией;

- звездообразные;

- древовидные; 

- решетчатые и т.д. 

6. Классификация по методу доступа:

- детерминированные (метод  опроса, метод передачи права,  метод кольцевых слотов);

- недетерминированные 

- множественный метод  доступа с контролем несущей  и обнаружением коллизий (МДКН\ОК).

7. Классификация по  среде передачи, используются  для построения сетей:

- коаксиальный кабель;

- витая пара;

- радиорелейная линия; 

- оптиковолоконный кабель.

Основными параметрами  компьютерных сетей являются:

Скорость передачи данных по каналу связи измеряется количеством  битов информации, передаваемых за единицу времени - секунду.

Единица измерения скорости передачи данных - бит в секунду. Пропускная способность, которая оценивается  количеством знаков, передаваемых по каналу за единицу времени - секунду. При этом в состав сообщения включаются и все служебные символы. Теоретическая пропускная способность определяется скоростью передачи данных.

Единица измерения пропускной способности канала связи - знак в  секунду.

Достоверность передачи информации оценивают как отношение  количества ошибочно переданных знаков к общему числу переданных знаков. Требуемый уровень достоверности должны обеспечивать как аппаратура, так и канал связи. Нецелесообразно использовать дорогостоящую аппаратуру, если относительно уровня достоверности канал связи не обеспечивает необходимых требований.

Единица измерения достоверности: количество ошибок на знак - ошибок/знак.

Надежность коммуникационной системы определяется либо долей  времени исправного состояния, в  общем, времени работы, либо средним  временем безотказной работы.

 

1.2. Коммутационная среда передачи данных

 

Информация в сети передается в последовательном коде, т. е. по одному проводу  последовательно  во времени происходит передача каждого  разряда двоичного числа, поэтому  средняя скорость передачи данных невелика. Альтернативой этому могла быть параллельная передача разрядов.

Почему нельзя применить параллельный код для передачи данных в сети? Это связано с тем, что тогда  сетевой кабель будет многожильным, т.е. весьма дорогостоящим. Также придется делать для каждой жилы (разряда) свой приемопередатчик, в то время как для последовательного кода требуется один приемопередатчик.

Рассмотрим основные среды передачи данных в компьютерных сетях.

 

1.2.1. Витая пара (twisted pair, ТР)

 

Кабель (рис.1.1.) содержит две или более пары проводов, скрученных один с другим по всей длине кабеля. Скручивание позволяет повысить помехоустойчивость кабеля и снизить влияние каждой пары на все остальные. Это самый дешевый тип среды. Может быть неэкранированный витой провод (UTP – Unshielded Twisted Pair), либо экранированный (STP), но характеристики у таких проводов разные.

Рисунок 1.1. Кабель UTP

 

 Недостатки:

-низкая помехозащищенность  и большой уровень собственного  излучения (для UTP);

-возможность несанкционированного  подключения к линии.

Иногда применяется  экранированная витая пара (STP – Shielded Twisted Pair). Внутри оплетки имеется 4 (или  более) пары проводов. Иногда каждая пара проводов имеет свою собственную  оплетку. Медный кабель, витая пара в зависимости от электрических и механических параметров бывает 5 категорий (CAT1, CAT2, CAT3, CAT4, CAT5). Все категории кабеля имеют 4 пары проводников. Каждая пара имеет свой цвет и шаг скрутки. Наиболее распространенным сейчас кабелем является САТ5.

Кабели CAT6 и CAT7 состоят  из экранированных пар проводов и предназначены для передачи данных со скоростью до 600 Мбит/сек.

Волновое сопротивление  витой пары САТ5 составляет около 100 Ом. Для экранированной витой пары – 150 Ом.

Погонное затухание  для кабеля витая пара на частоте 10 МГц составляет 1 …3 дБ/м. (Получается, что если длина кабеля = 20 м, то затухание сигнала по напряжению может достигать 10 раз).

Задержка сигнала (погонная)  8…12 нс./м.

 

1.2.2. Коаксиальный кабель (coaxial)

 

Коаксиальный кабель (рис.1.2) состоит из центрального проводника (сплошного или многожильного), покрытого слоем полимерного изолятора, поверх которого расположен другой проводник (экран). Экран представляет собой оплетку из медного провода вокруг изолятора или обернутую вокруг изолятора фольгу. В высококачественных кабелях присутствуют и оплетка и фольга. Коаксиальный кабель обеспечивает более высокую помехоустойчивость по сравнению с витой парой, но он дороже. Существуют различные виды коаксиальных кабелей.

 Скорость в коаксиале  обычно до 10 Мбит/с, но имеются и более современные кабели со скоростью до 100 Мбит/сек и выше. Максимальная длина сети – несколько километров.

Погонное затухание  коаксиала 0,1 …1 дБ/м, а погонная задержка сигнала 4 …5 нс./м.

Рисунок 1.2 Коаксиальный кабель

 

1.2.3. Волоконно-оптический кабель (ВОК)

 

При использовании волоконно-оптического  кабеля требуется аппаратура преобразования электрического сигнала в световой (это дороже). По такому кабелю передается информация в световом диапазоне  радиоволн. Оптоволоконный кабель состоит из двух проводов (световодов), причем каждый из них может передавать данные только в одном направлении. В каждой оболочке провода находятся усиливающие волокна из слоев пластика (для механической прочности).

Помехоустойчивость такого кабеля высокая. Достоинством является также отсутствие собственного излучения, поэтому при передаче данных реализуется их высокая секретность.