Классификация структур сетей ЭВМ

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации
Орский Гуманитерно-технологический институт

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
по дисциплине: "Архитектура вычислительных систем и сетей"

на тему:

«Классификация структур сетей ЭВМ.»

«Логическая и физическая структуры вычислительной сети»

Выполнил: Гупалов П.А.

студент группы 2204, III курс, шифр 498001

Преподаватель: Кайдашёв И.В.

2001г.

I. Классификация структур сетей ЭВМ.

Начнём с того что сети имеют некоторые общие компоненты, функции и характеристики. К ним относятся:

1. Серверы - компьютеры, предоставляющие свои ресурсы сетевым пользователям.

2. Клиенты - компьютеры, осуществляющие доступ к сетевым ресурсам, предоставляемым сервером.

3. Среда - способ соединения компьютеров.

4. Совместно используемые данные - файлы, предоставляемые серверами по сети.

5. Совместно используемые периферийные устройства, например принтеры, библиотеки CD-ROM и т.д.,

Сети делятся на глобальные и локальные. Рассмотрим локальные сети, они могут быть одноранговые и сети на основе сервера.

В одноранговой сети все компьютеры равноправны. Каждый компьютер функционирует и как клиент и как сервер, все пользователи самостоятельно решают, какие данные на своём компьютере сделать общедоступными по сети. Такую сеть ещё можно назвать "Рабочая группа", в ней чаще всего не более 10 компьютеров. Одноранговые сети обычно дешевле сетей на основе сервера, но требуют более мощных компьютеров. В этих сетях уровень защиты сетевого программного обеспечения как правило ниже чем в сетях с выделенным мервером. В такие операционные системы, как Windows NT Workstation, Windows 95, встроена поддержка одноранговых сетей. Поэтому, чтобы установить одноранговую сеть, дополнительного программного обеспечения не требуется.

Большинство сетей использует выделенные серверы (сети на основе сервера). Сервер это компьютер который функционирует только как сервер, исключая функции клиента или рабочей станции. Сети на основе сервера стали промышленным стандартом. Чтобы приспособиться к возрастающим потребностям пользователей, серверы в больших сетях стали специализированными, например: файл-сервер, принт-сервер, сервер приложений, почтовый сервер, факс-сервер, коммуникационный сервер. Преимущество данной сети перед одноранговой в том что администрирование и управление доступом к данным осуществляется централизованно. Ресурсы расположены также централизованно, что облегчает их поиск и поддержку.

Существуют и комбинированные типы сетей, совмещающие лучшие качества одноранговых сетей и сетей на основе сервера. В таких сетях на компьютерах-клиентах могут выполняться операционные системы NT Workstation или Win98 или Win95, которые будут управлять доступом к ресурсам выделенного сервера и в то же время предоставлять в совместное использование свои жесткие диски, а по мере необходимости разрешать доступ и к своим данным.

Все сети строятся на основе трёх базовых топологий:

1. шина

2. звезда

3. кольцо.

Если компьютеры подключены вдоль одного кабеля, топология называется шиной. В том случае, когда компьютеры подключены к сегментам кабеля, исходящим из одной точки, или концентратора, топология называется звездой. Если кабель, к которому подключены компьютеры, замкнут в кольцо, такая топология носит название кольца. Хотя сами по себе базовые топологии несложны, в реальности часто встречаются довольно сложные комбинации, объединяющие свойства нескольких топологий. Например "Звезда-Шина"- это комбинация топологий "шина" и "звезда". Чаще всего это выглядит так: несколько сетей с топологией "звезда" объединяются при помощи магистральной линейной шины.

Существуют также беспроводные сети передачи данных. Обычно беспроводные компоненты взаимодействуют с сетью, в которой - как среда передачи - используется кабель. Такая сеть со смешанными компонентами называется гибридной. Достоинства такой сети в том что: обеспечивается временное подключение к существующей кабельной сети, организуется резервное копирование в существующую кабельную сеть, гарантируется определённый уровень мобильности и т.д. Применяются такие сети в основном из за того что трудно проложить кабель, для людей которые не работают на одном месте, в изолированных помещениях, в помещениях планировка которых часто меняется, в строениях где прокладывать кабель непозволительно

В зависимости от технологии беспроводные сети делятся на три типа:

- локальные вычислительные сети

- расширенные локальные вычислительные сети

- мобильные сети (переносные компьютеры).

Основные различия между этими типами сетей - параметры передачи. Локальные и расширенные локальные ВС используют передатчики и приёмники, принадлежащие той организации, в которой функционирует сеть. Для мобильных сетей в качестве среды передачи сигналов выступают местные телефонные компании и их службы. Типичная беспроводная сеть выглядит и функционирует так же, как и обычная, за исключением среды передачи. Беспроводный сетевой адаптер с трансивером установлен в каждом компьютере, и пользователи работают так, будто их компьютеры соединены кабелем. Трансивер по другому называется точкой доступа, он обеспечивает обмен сигналами между компьютерами с беспроводным подключением и остальной сетью. Беспроводные сети используют пять способов передачи данных:

- Инфракрасное излучение. (используются для передачи инфракрасные лучи. Существует четыре типа инфракрасных сетей: сети прямой видимости, сети на рассеянном инфракрасном излучении, сети на отражённом инфракрасном излучении, широкополосные оптические сети).

- Лазер. (лазерная технология похожа на инфракрасную тем, что требует прямой видимости между передатчиком и приёмником. Если по каким-либо причинам луч будет прерван это прервёт передачу).

- Радиопередача в узком спектре (одночастотная передача). Этот способ напоминает вещание обыкновенной радиостанции. Пользователи настраивают передатчики и приёмники на определённую частоту. При этом прямая видимость необязательна. Сигнал высокой частоты, который используется, не проникает через металлические или железобетонные преграды. Доступ к такому способу связи осуществляется через поставщика услуг. Связь относительно медленная (около 4,8 Мбит/с).

- Радиопередача в рассеянном спектре. При этом способе сигналы передаются в некоторой полосе частот. Доступные частоты разделены на каналы, или интервалы. Адаптеры в течение предопределённого промежутка времени настроены на установленный интервал, после чего переключаются на другой интервал. Переключение всех компьютеров в сети происходит синхронно. Чтобы защитить данные от несанкционированного доступа, применяют кодирование. Скорость передачи в 250 Кбит/с относит данный способ к разряду самых медленных.

- Передача "точка-точка" Технология передачи "точка-точка" предусматривает обмен данными только между компьютерами, в отличие от взаимодействия между несколькими компьютерами и периферийными устройствами. Эта технология, основанная на последовательной передаче данных, обеспечивает: высокоскоростную и безошибочную передачу, применяя радиоканал, проникновение сигнала через стены и перекрытия. Подобные системы позволяют передавать сигналы между компьютерами, между компьютерами и другими устройствами (принтеры, сканеры).

Некоторые типы беспроводных компонентов способны функционировать в локальных сетях, так беспроводный мост, например соединяет сети находящиеся в разных местах.

Сетевые архитектуры используемые при построении сетей:

1. Ethernet (кабельная система толстый или тонкий коаксиальный кабель)

2. Token Ring (кабельная система экранированная и неэкранированная витая пара)

3. AppleTalk и ArcNet (кабельная система экранированная витая пара, но можно использовать оптоволоконный кабель).

Локальные сети обладают множеством достоинств, однако они имеют и физические ограничения разменов. Так как одна ЛВС не может решить всех проблем бизнеса, необходима связь между удалёнными ЛВС. Благодаря услугам коммуникационных компаний, ЛВС может быть расширена от локального масштаба до сети, которая охватывает целые области, страны и планету. Такую сеть называют глобальной вычислительной сетью.

Примером ГВС служит сеть Интернет. Интернет - это всемирное объединение сетей, шлюзов, серверов и компьютеров, использующее для связи единый набор протоколов. Интернет предоставляет глобальный доступ к информации и ресурсам не покидая своего дома или офиса.

II. Логическая и физическая структуры вычислительной сети

Логическая структура вычислительной сети состоит в том, что сетевая операционная система связывает все компьютеры и периферийные устройства в сети, координирует функции всех компьютеров и периферийных устройств в сети, обеспечивает защищённый доступ к данным и периферийным устройствам в сети. Сетевое программное обеспечение состоит из двух важнейших компонентов:

1) Сетевого программного обеспечения, устанавливаемого на компьютерах-клиентах.

2) Сетевого программного обеспечения, устанавливаемого на компьютерах-серверах.

Мосты, шлюзы, репитеры и маршрутизаторы.

Мосты и шлюзы а также репитеры и маршрутизаторы это такие компоненты которые служат для расширения сетей. С помощью них можно сегментировать локальные сети так, что каждый сегмент становится самостоятельной локальной сетью, объединять две локальные сети в одну, подключать сеть к другим сетям и компьютерным средам для объединения их в большую разнородную систему.

Репитер восстанавливает ослабленные сигналы, он принимает затухающий сигнал из одного сегмента, восстанавливает его и передаёт в следующий сегмент. Для того чтобы данные через репитер поступали из одного сегмента в другой, каждый сегмент должен использовать одинаковые пакеты и протоколы. Другими словами, они не могут транслировать пакеты Ethernet в пакеты Token Ring. Но репитеры могут передавать пакеты из одного типа физического носителя в другой. Если репитер имеет соответствующие разъёмы, он примет пакет Ethernet, приходящий из сегмента на коаксиальном кабеле, и передаст его в сегмент на оптоволокне. Применение репитеров оправдано, когда при расширении сети необходимо преодолеть ограничения по длине сегмента или по количеству узлов.

Мост как и репитер может соединять сегменты или вокальные сети рабочих групп. Но в отличие от репитера, мост также служит для разбиения сети, что помогает изолировать трафик.

Мосты решают следующие задачи:

- Увеличивают размер сети.

- Увеличивают максимальное количество компьютеров в сети.

- Разбивают перегруженную сеть на отдельные сегменты с уменьшенным трафиком. В итоге каждая подсеть работает более эффективно.

- Соединяют разнородные физические носители, такие, как витая пара и коаксиальный кабель.

- Соединяют разнородные сегменты сети, например Ethernet и Token Ring, и переносят между ними пакеты.

Мосты допускают использование в сети всех протоколов, не отличая при этом один протокол от другого. Поскольку любые протоколы могут работать через мосты, каждый компьютер должен определять, с какими протоколами он работает.

Мост выполняет следующие действия:

- “слушает” весь трафик.

- Проверяет адреса источника и получателя каждого пакета.

- Строит таблицу маршрутизации.

- Передаёт пакеты.

Передача пакетов осуществляется следующим образом. Если адресат не указан в таблице маршрутизации, мост передаёт пакет во все сегменты. Если адресат указан в таблице, мост передает пакет в этот сегмент (если сегмент получателя не совпадает с сегментом источника). Мосты изучают, куда следует направить данные. Когда пакеты передаются через мост, данные об адресах компьютеров сохраняются в оперативной памяти моста. Он использует эти данные для построения таблицы маршрутизации. В начале работы таблица пуста.

С целью соединения двух локальных сетей, расположенных на значительном расстоянии друг от друга также используются два удалённых моста, которые подключают через синхронные модемы к выделенной телефонной линии.

Маршрутизаторы. В среде, объединяющей несколько сетевых сегментов с различными протоколами и архитектурами, мосты не всегда гарантируют быструю связь между всеми сегментами. Для такой сложной сети необходимо устройство, которое не только знает адрес каждого сегмента, но и определяет наилучший маршрут для передачи данных и фильтрует широковещательные сообщения. Такое устройство называется маршрутизатором.

Маршрутизаторы могут выполнять следующие функции мостов:

- фильтровать и изолировать трафик.

- соединять сегменты сети

Однако маршрутизаторам доступно больше информации, чем мостам, и они используют её для оптимизации доставки пакетов. Принцип работы его заключается в том, что строится таблица маршрутизации, которая содержит сетевые адреса. Для каждого протокола, используемого в сети, строится своя таблица. Таблица помогает маршрутизатору определить адреса назначения для поступающих данных. Она включает следующую информацию:

- Все известные сетевые адреса.

- Способы связи с другими сетями.

- Возможные пути между маршрутизаторами.

- Стоимость передачи данных по этим путям.

Важное отличие маршрутизатора и моста в том что таблица маршрутизации моста содержит адреса удалённых компьютеров, а таблица маршрутизации маршрутизатора содержит только номера сетей. Маршрутизаторы взаимодействуют с другими маршрутизаторами, а не с удалёнными компьютерами.

Воспринимая только адресованные сетевые пакеты, маршрутизаторы фильтруют некорректные данные и широковещательные пакеты, тем самым уменьшая нагрузку на сеть. Адрес узда назначения маршрутизаторы не проверяют, они смотрят только на адрес сети и могут прослушивать сеть и определять, какие её части сильнее загружены. Маршрутизатор также устанавливает количество транзитов между сегментами сети. Используя эту информацию, он выбирает маршрут передачи данных. Если один путь перегружен, он укажет альтернативный.

Маршрутизаторы подразделяются на два основных типа.

· Статические
Они требуют, чтобы администратор вручную создал и сконфигурировал таблицу маршрутизации, а также указал каждый маршрут.

· Динамические
Они автоматически определяют маршруты и поэтому требуют минимальной настройки и конфигурирования. Они сложнее статических, так как анализируют информацию от других маршрутизаторов и для каждого пакета принимают отдельное решение о маршруте передачи через сеть.

Шлюзы. Шлюзы обеспечивают связь между различными архитектурами и средами. Они переупаковывают и преобразуют данные, передаваемые из одной среды в другую, чтобы каждая среда могла понимать данные других сред. Шлюз в частности переупаковывает информацию в соответствии с требованиями системы назначения, изменяет формат сообщения, чтобы прикладная программа на принимающей стороне могла распознать данные.

Шлюз связывает две системы, которые используют разные:

- Коммуникационные протоколы.

- Структуры и форматы данных.

- Языки.

- Архитектуры.

Шлюзы создаются для выполнения конкретного типа задач, т.е. для конкретного типа преобразования данных. Шлюз принимает данные из одной среды, удаляет старый протокольный стек и переупаковывает их в протокольный стек системы назначения.

Обрабатывая данные, шлюз выполняет следующие операции:

- Извлекает данные из приходящих пакетов, пропуская их снизу вверх через полный стек протоколов передающей сети.

- Заново упаковывает полученные данные, пропуская сверху вниз через стек протоколов сети назначения.

Главное назначение шлюзов – осуществлять связь между персональными компьютерами и средой мэйнфреймов. В локальной сети один компьютер обычно выделяется на роль шлюза. Прикладные программы на настольных компьютерах через компьютер-шлюз получают доступ к мэйнфрейму. Таким образом, пользователи могут работать с ресурсами мэйнфрейма так же просто, как будто эти ресурсы принадлежат их собственным компьютерам.