Локальные сети

 Когда  связывают вместе больше двух  компьютеров, то для указания  физической организации каналов  связи между компьютерами в  локальной сети используют термин "топология сети". Имеются три базовые топологии сетей:    

- «звезда»;

- «кольцо»;

- «общая  шина» [10, c.216].      

        Сети с шинной топологией используют линейный моноканал (коаксиальный кабель) передачи данных, на концах которого устанавливаются оконечные сопротивления (терминаторы). Каждый компьютер подключается к коаксиальному кабелю с помощью Т-разъема (Т - коннектор). Данные от передающего узла сети передаются по шине в обе стороны, отражаясь от оконечных терминаторов. Терминаторы предотвращают отражение сигналов, т.е. используются для гашения сигналов, которые достигают концов канала передачи данных. Таким образом, информация поступает на все узлы, но принимается только тем узлом, которому она предназначается. В топологии логическая шина среда передачи данных используются совместно и одновременно всеми ПК сети, а сигналы от ПК распространяются одновременно во все направления по среде передачи. Так как передача сигналов в топологии физическая шина является широковещательной, т.е. сигналы распространяются одновременно во все направления, то логическая топология данной локальной сети является логической шиной.

Рис.2. Сеть с топологией типа «общая шина» [13].

  Данная топология применяется в локальных сетях с архитектурой Ethernet (классы 10Base-5 и 10Base-2 для толстого и тонкого коаксиального кабеля соответственно). Преимущества сетей шинной топологии:

- отказ одного из узлов не влияет на работу сети в целом;

- сеть легко настраивать и конфигурировать;

- сеть устойчива к неисправностям отдельных узлов.

 Недостатки  сетей шинной топологии:

- разрыв кабеля может повлиять на работу всей сети;

- ограниченная длина кабеля и количество рабочих станций;

- трудно определить дефекты соединений

В сети построенной  по топологии типа “звезда” каждая рабочая станция подсоединяется кабелем (витой парой) к концентратору  или хабу (hub). Концентратор обеспечивает параллельное соединение ПК и, таким  образом, все компьютеры, подключенные к сети, могут общаться друг с  другом.

Рис.3. Сеть с  топологией типа «звезда» [13].

 Данные  от передающей станции сети  передаются через хаб по всем  линиям связи всем ПК. Информация  поступает на все рабочие станции,  но принимается только теми  станциями, которым она предназначается.  Так как передача сигналов  в топологии физическая звезда  является широковещательной, т.е.  сигналы от ПК распространяются  одновременно во все направления, то логическая топология данной локальной сети является логической шиной. Данная топология применяется в локальных сетях с архитектурой 10Base-T Ethernet.

   Преимущества сетей топологии звезда:

- легко подключить новый ПК;

- имеется возможность централизованного управления;

- сеть устойчива к неисправностям отдельных ПК и к разрывам соединения отдельных ПК.

   Недостатки сетей топологии звезда:

- отказ хаба влияет на работу всей сети;

- большой расход кабеля;

В сети с  топологией кольцо все узлы соединены  каналами связи в неразрывное  кольцо (необязательно окружность), по которому передаются данные. Выход  одного ПК соединяется с входом другого  ПК. Начав движение из одной точки, данные, в конечном счете, попадают на его начало. Данные в кольце всегда движутся в одном и том же направлении.

Рис.4. Сеть с  топологией типа «Кольцо» [13].

  Принимающая рабочая станция распознает и получает только адресованное ей сообщение. В сети с топологией типа физическое кольцо используется маркерный доступ, который предоставляет станции право на использование кольца в определенном порядке. Логическая топология данной сети - логическое кольцо. Данную сеть очень легко создавать и настраивать. К основному недостатку сетей топологии кольцо является то, что повреждение линии связи в одном месте или отказ ПК приводит к неработоспособности всей сети.

 Как  правило,  в чистом виде топология  “кольцо” не применяется из-за  своей ненадёжности, поэтому на  практике применяются различные  модификации кольцевой топологии [11, c. 95-96].

 

 1.3 Протоколы сети

 

При организации  взаимодействия узлов в локальных  сетях основная роль отводится протоколу  канального уровня. Однако, для того, чтобы канальный уровень мог  справиться с этой задачей, структура  локальных сетей должна быть вполне определенной, так, например, наиболее популярный протокол канального уровня - Ethernet - рассчитан на параллельное подключение  всех узлов сети к общей для  них шине - отрезку коаксиального  кабеля. Протокол Token Ring также рассчитан  на вполне определенную конфигурацию связей между компьютерами - соединение в кольцо.

Подобный  подход, заключающийся в использовании  простых структур кабельных соединений между компьютерами локальной сети, являлся следствием основной цели, которую ставили перед собой  разработчики первых локальных сетей  во второй половине 70-х годов. Эта  цель заключалась в нахождении простого и дешевого решения для объединения  нескольких десятков компьютеров, находящихся  в пределах одного здания, в вычислительную сеть. Решение должно было быть недорогим, потому что в сеть объединялись недорогие  компьютеры - появившиеся и быстро распространившиеся тогда миникомпьютеры стоимостью в 10 000 - 20 000 долларов. Количество их в одной организации было небольшим, поэтому предел в несколько десятков (максимум - до сотни) компьютеров представлялся  вполне достаточным для роста  практически любой локальной  сети.

Для упрощения  и, соответственно, удешевления аппаратных и программных решений разработчики первых локальных сетей остановились на совместном использовании кабелей  всеми компьютерами сети в режиме разделения времени. Наиболее явным образом режим совместного использования кабеля проявляется в сетях Ethernet, где коаксиальный кабель физически представляет собой неделимый отрезок кабеля, общий для всех узлов сети. Но и в сетях Token Ring и FDDI, где каждая соседняя пара компьютеров соединена, казалось бы, своими индивидуальными отрезками кабеля, эти отрезки не могут использоваться компьютерами, которые непосредственно к ним подключены, в произвольный момент времени. Эти отрезки образуют кольцо, доступ к которому как к единому целому может быть получен только по вполне определенному алгоритму, в котором участвуют все компьютеры сети. Использование кольца как общего разделяемого ресурса упрощает алгоритмы передачи по нему кадров, так как в каждый конкретный момент времени кольцо используется только одним компьютером.

Такой подход позволяет упростить логику работы сети. Например, отпадает необходимость  контроля переполнения узлов сети кадрами  от многих станций, решивших одновременно обменяться информацией. В глобальных сетях, где отрезки кабелей, соединяющих  отдельные узлы, не рассматриваются  как общий ресурс, такая необходимость  возникает, и для решения этой проблемы в алгоритмы обмена информацией  вводятся весьма сложные процедуры, предотвращающие переполнение каналов  связи и узлов сети [3, c.17-19].

Использование в локальных сетях очень простых  конфигураций (общая шина и кольцо) наряду с положительными имело и  негативные стороны, из которых наиболее неприятными были ограничения по производительности и надежности. Наличие  только одного пути передачи информации, разделяемого всеми узлами сети, в  принципе ограничивало пропускную способность  сети пропускной способностью этого  пути (к тому же разделенной на число  компьютеров сети), а надежность сети - надежностью этого пути. Поэтому  по мере повышения популярности локальных  сетей и расширения их сфер применения все больше стали применяться  специальные коммуникационные устройства - мосты и маршрутизаторы - которые  в значительной мере снимали ограничения  единственной разделяемой среды  передачи данных. Базовые конфигурации в форме общей шины и кольца превратились в элементарные структуры локальных сетей, которые можно теперь соединять друг с другом более сложным образом, образуя параллельные основные или резервные пути между узлами.

Тем не менее, внутри базовых структур по-прежнему работают все те же протоколы разделяемых  единственных сред передачи данных, которые  были разработаны более 15 лет назад. Это связано с тем, что хорошие  скоростные и надежностные характеристики кабелей локальных сетей удовлетворяли  в течение всех этих лет пользователей  небольших компьютерных сетей, которые  могли построить сеть без больших  затрат только с помощью сетевых  адаптеров и кабеля. К тому же колоссальная инсталляционная база оборудования и программного обеспечения  для протоколов Ethernet и Token Ring способствовала тому, что сложился следующий подход - в пределах небольших сегментов  используются старые протоколы в  их неизменном виде, а объединение  таких сегментов в общую сеть происходит с помощью дополнительного  и достаточно сложного оборудования.

В последние  несколько лет наметилось движение к отказу от использования в локальных  сетях разделяемых сред передачи данных и переходу к обязательному  использованию между станциями  активных коммутаторов, к которым  конечные узлы присоединяются индивидуальными  линиями связи. В чистом виде такой  подход предлагается в технологии ATM (Asynchronous Transfer Mode), а смешанный подход, сочетающий разделяемые и индивидуальные среды передачи данных, используется в технологиях, носящих традиционные названия с приставкой switching (коммутирующий): switching Ethernet, switching Token Ring, switching FDDI.  

Но, несмотря на появление новых технологий, классические протоколы локальных сетей Ethernet и Token Ring по прогнозам специалистов будут повсеместно использоваться еще по крайней мере лет 5 - 10, в  связи с чем знание их деталей  необходимо для успешного применения современной коммуникационной аппаратуры [7, c.51-52].

 

2. Обзор программных  средств

 

2.1 Сетевое окружение

 

Сетевое окружение - компонент операционной системы Windows, элемент рабочего стола. В графическом виде отображаются компьютеры локальной сети (если сеть присутствует).

Пиктограмма Сетевое окружение расположена  на рабочем столе. К папке Сетевое  окружение также можно добраться  из окна папки в представлении  Мой компьютер. На панели вызываемых задач ссылка Сетевое окружение  хранится в группе Другие места.

Эта папка  предоставляет доступ к ресурсам сети — серверам и принтерам рабочих  групп [12].

Пиктограммы сетевых ресурсов автоматически  помещаются в папку при открытии какого-либо общего сетевого ресурса, например принтера или общей папки.

Папка Сетевое  окружение содержит гиперссылки  на используемые задачи и папки компьютера. С помощью этих ссылок удобно просматривать  сетевые подключения и добавлять  ярлыки новых мест в сетевом окружении.

Кроме того, средство Сетевое окружение может  быть использовано в качестве инструмента  диагностики. В частности, в этой папке можно просматривать взаимодействие ПК с другими устройствами локальной  вычислительной сети.

Папку нельзя удалить, но можно скрыть. Панель выполняемых задач папки Сетевое окружение в группе Сетевые задачи содержит следующие ссылки.

 Ссылка  - добавить новый элемент в сетевое окружение вызывает программу мастера добавления в сетевое окружение. Этот мастер помогает создавать новые ярлыки общих папок и ресурсов, расположенных на серверах локальной сети, Web-серверах и серверах FTP.

Файлы и  папки, хранящиеся на Web-сервере, можно  просматривать, перемещать, копировать, сохранять и переименовывать  точно так, как файлы и папки, находящиеся на локальном компьютере.

Ссылка  - отобразить сетевые подключения позволяет отобразить в рабочем окне имеющиеся сетевые подключения, а также создать новые. Для создания новых подключений используются ссылки панели выполняемых задач группы Сетевые задачи - Создание нового подключения и Установить домашнюю сеть или сеть малого офиса. Щелкнув на ссылках, можно открыть окна программ Мастер новых подключений и Мастер настройки сети.

Мастер  новых подключений помогает создавать  подключения к Internet с использованием аналогового, цифрового или кабельного модема. С помощью этой программы  можно организовать входящие подключения  виртуальной частной сети. Если на компьютере установлен сетевой адаптер, то автоматически создается подключение  к локальной вычислительной сети (ЛВС).

Программа Мастер настройки сети предназначена  для создания домашней или небольшой офисной сети. Для этой цели программа активизирует службу общего доступа к подключению Internet. Мастер автоматически предоставляет для настройки все параметры сети, необходимые для совместного использования одного подключения к Internet всеми компьютерами сети.

 Ссылка  - установить домашнюю или малую сеть позволяет открыть окно программы Мастер настройки сети. Программа может быть запущена с помощью команды меню Пуск => Панель управления. Запустите программу Сетевые подключения. На панели выполняемых задач в группе Сетевые задачи щелкните на ссылке  - установить домашнюю сеть или сеть малого офиса. Программа мастера предусматривает настройку подключения всех ПК ЛВС к общему узлу доступа к Internet, в качестве которого может быть использован отдельный ПК или сетевой концентратор. Кроме того, может использоваться технология организации рабочей группы без подключения к отдельному ПК.

• Ссылка  - отобразить компьютеры рабочей группы позволяет отобразить в рабочем окне составляющие малой одноранговой сети, организованной дома или в офисе. Домашняя или малая офисная сеть позволит вам обращаться к ресурсам других ПК или устройств, на самом деле не работая на них непосредственно. Вы можете работать с файлами или фотографиями совместно с другими членами своей семьи или коллегами по работе и в то же время просматривать содержимое Internet [2, c.100-103].

 

 

2.2 Идентификация компьютера с помощью IP адреса

 

Каждый  компьютер, подсоединенный к сети Интернет, должен иметь свой адрес. В Интернете  используется два типа адресов: цифровой ip адрес и доменный (от английского  слова «domain» – «область, владение»).