Сети и коммуникации

1 2

---

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ ГЛАВА I. ПОНЯТИЕ КОМПЬЮТЕРНОЙ СЕТИ. ТОПОЛОГИИ 1.1. Понятие компьютерной сети 1.2. Топологии компьютерной сети 1.3. Виды кабелей ГЛАВА II. Модель OSI. Узлы сети 2.1. Семиуровневая модель OSI 2.2. Узлы сети 2.3. Централизация и децентрализация ЗАКЛЮЧЕНИЕ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

В 60-х годах XX века вычислительная техника и компьютеры рассматривались как устройства для проведения вычислений, хранения данных и автоматизации бизнес-процессов. Однако по мере развития устройств стало очевидно, что многие функции телекоммуникаций могут быть интегрированы в компьютер. В течение 1980-х годов многие организации начали объединять свои некогда отдельные отделы телекоммуникаций и информационных систем в отдел информационных технологий. Эта способность компьютеров общаться друг с другом и, что еще важнее, облегчать общение между людьми и группами, была важным фактором роста вычислительной техники в течение последних нескольких десятилетий. Компьютерные сети начали свое развитие в 1960-х годах с появлением Интернета. Однако, в то время как Интернет развивался, корпоративные сети также формировались в форме локальных сетей и клиент-серверных вычислений. В 1990-х годах интернет-технологии начали проникать во все сферы деятельности организации. Теперь, когда Интернет является глобальным явлением, было бы немыслимо иметь компьютер, который не имел бы коммуникационных возможностей. Объект исследования в данной курсовой работе — компьютерная сеть. Предмет исследования – сети и коммуникации. Цель курсовой работы – изучить основные понятия компьютерной сети, рассмотреть виды топологий сети, проанализировать эталонную модель OSI. Согласно поставленной цели в курсовой работе решаются следующие задачи: — рассмотреть понятие компьютерной сети, — изучить различные топологии сети, — проанализировать виды кабелей, которые используются при построении компьютерных сетей, — изучить семиуровневую модель OSI, — рассмотреть виды узлов, которые используются в построении сетей. Для написания работы была изучена соответствующая литература.

ГЛАВА I. ПОНЯТИЕ КОМПЬЮТЕРНОЙ СЕТИ. ТОПОЛОГИИ

1.1 Понятие компьютерной сети

Компьютерная сеть — это цифровая телекоммуникационная сеть, которая позволяет узлам совместно использовать ресурсы. В компьютерных сетях вычислительные устройства обмениваются данными друг с другом, используя соединения (каналы передачи данных) между узлами. Эти каналы передачи данных устанавливаются через кабельные носители, такие как провода или оптические кабели, или беспроводные носители, такие как Wi-Fi. Сетевые компьютерные устройства, которые инициируют, направляют и завершают данные, называются сетевыми узлами. Узлы обычно идентифицируются по сетевым адресам и могут включать в себя хосты, такие как персональные компьютеры, телефоны и серверы, а также сетевое оборудование, такое как маршрутизаторы и коммутаторы. Можно сказать, что два таких устройства объединены в сеть, когда одно устройство может обмениваться информацией с другим устройством, независимо от того, имеют ли они прямое соединение друг с другом. В большинстве случаев протоколы связи для конкретных приложений являются многоуровневыми (т.е. переносятся как полезная нагрузка) поверх других более общих протоколов связи. Эта огромная коллекция информационных технологий требует квалифицированного управления сетью, чтобы все это работало надежно. Компьютерные сети поддерживают огромное количество приложений и услуг, таких как доступ к Всемирной паутине, цифровое видео, цифровое аудио, совместное использование серверов приложений и серверов хранения, принтеров и факсов, а также использование приложений электронной почты и мгновенных сообщений, а также многие другие. Компьютерные сети отличаются средой передачи, используемой для передачи своих сигналов, протоколами связи для организации сетевого трафика, размером сети, топологией, механизмом управления трафиком и организационными намерениями. Самая известная компьютерная сеть — это Интернет. Хронология разработок компьютерных сетей начинается с конца 1950-х годов, ранние сети компьютеров включали военную радиолокационную систему США «Полуавтоматическая наземная среда» (SAGE). В 1959 году Анатолий Иванович Китов предложил Центральному Комитету Коммунистической партии Советского Союза подробный план реорганизации управления советскими вооруженными силами и советской экономикой на основе сети вычислительных центров. ОГАС. В 1960 году коммерческая авиакомпания с системой резервирования полуавтоматической среды бизнес-исследований (SABRE) подключилась к сети с двумя подключенными базовыми компьютерами. В 1963 году Дж. К. Р. Ликлидер направил коллегам по офису меморандум, в котором обсуждалась концепция «Межгалактической компьютерной сети», компьютерной сети, предназначенной для обеспечения общего общения между пользователями компьютеров. В 1964 году исследователи из Дартмутского колледжа разработали систему разделения времени Дартмута для распределенных пользователей больших компьютерных систем. В том же году в Массачусетском технологическом институте исследовательская группа при поддержке General Electric и Bell Labs использовала компьютер для маршрутизации и управления телефонными связями. В течение 1960-х годов Пол Баран и Дональд Дэвис независимо разработали концепцию коммутации пакетов для передачи информации между компьютерами по сети. Дэвис впервые применил концепцию с сетью NPL, локальной сетью в Национальной физической лаборатории (Великобритания), используя скорость линии 768 кбит/с. В 1965 году Western Electric представила первый широко используемый телефонный коммутатор, в котором реализовано настоящее компьютерное управление. В 1966 году Томас Марилл и Лоуренс Дж. Робертс опубликовали статью об экспериментальной глобальной сети (WAN) для совместного использования компьютера. В 1969 году первые четыре узла ARPANET были соединены по каналам со скоростью 50 кбит/с между Калифорнийским университетом в Лос-Анджелесе, Стэнфордским исследовательским институтом, Калифорнийским университетом в Санта-Барбаре и Университетом Юты. Леонард Кляйнрок провел теоретическую работу по моделированию производительности сетей с коммутацией пакетов, что легло в основу разработки ARPANET. Его теоретическая работа по иерархической маршрутизации в конце 1970-х годов со студентом Фаруком Камуном остается критически важной для работы Интернета сегодня. В 1972 году были развернуты коммерческие сервисы, использующие X.25, а затем использовались в качестве базовой инфраструктуры для расширения сетей TCP / IP. В 1973 году французская сеть CYCLADES была первой, кто возложил на хосты ответственность за надежную доставку данных, а не на централизованную службу самой сети. В 1973 году Роберт Меткалф написал официальную заметку в Xerox PARC, описывающую Ethernet, сетевую систему, основанную на сети Aloha, разработанную в 1960-х годах Норманом Абрамсоном и его коллегами из Гавайского университета. В июле 1976 года Роберт Меткалф и Дэвид Боггс опубликовали свою статью «Ethernet: распределенная коммутация пакетов для локальных компьютерных сетей» и сотрудничали по нескольким патентам, полученным в 1977 и 1978 годах. В 1979 году Роберт Меткалф продолжал делать Ethernet открытым стандартом. В 1976 году Джон Мерфи из корпорации Datapoint создал ARCNET, сеть для передачи токенов, впервые использованную для совместного использования устройств хранения. В 1995 году скорость передачи данных по Ethernet увеличилась с 10 Мбит/с до 100 Мбит/с. К 1998 году Ethernet поддерживал скорости передачи гигабит. Впоследствии были добавлены более высокие скорости до 400 Гбит/с. Способность Ethernet легко масштабироваться (например, быстрая адаптация для поддержки новых скоростей оптоволоконного кабеля) является фактором, способствующим его дальнейшему использованию. Компьютерные сети можно считать отраслью электротехники, электроники, телекоммуникаций, информатики, информационных технологий или вычислительной техники, поскольку они опираются на теоретическое и практическое применение смежных дисциплин. Компьютерная сеть облегчает межличностное общение, позволяя пользователям эффективно и легко общаться с помощью различных средств: электронной почты, мгновенных сообщений, онлайн-чата, телефона, видеотелефонных звонков и видеоконференций. Сеть позволяет совместно использовать сеть и вычислительные ресурсы. Пользователи могут получать доступ и использовать ресурсы, предоставляемые устройствами в сети, такие как печать документа на общем сетевом принтере или использование общего устройства хранения. Сеть позволяет обмениваться файлами, данными и другими типами информации, предоставляя авторизованным пользователям возможность доступа к информации, хранящейся на других компьютерах в сети. Распределенные вычисления используют вычислительные ресурсы в сети для выполнения задач. Хакеры могут использовать компьютерную сеть для развертывания компьютерных вирусов или компьютерных червей на устройствах, подключенных к сети, или для предотвращения доступа этих устройств к сети посредством атаки типа «отказ в обслуживании».

1.2 Топологии компьютерной сети

Расположение сети, состоящей из узлов и соединительных линий через отправителя и получателя, называется топологией сети. Рассмотрим некоторые из них.

1. Топология сетка

В топологии сетки каждое устройство подключено к другому устройству через определенный канал. Каждое устройство подключено к другому по выделенным каналам. Эти каналы называются ссылками. Если предположить, что N устройств связаны друг с другом в топологии сетки, то общее количество портов, требуемых каждым устройством, равно N-1. На рисунке 1 есть 5 устройств, соединенных друг с другом, следовательно, общее количество требуемых портов 4. Преимущества этой топологии:

• Надежность.
• Неисправность диагностируется легко. Данные надежны, поскольку они передаются между устройствами по выделенным каналам или каналам связи.
• Обеспечивает безопасность и конфиденциальность.

Недостатки топологии:

• Установка и настройка затруднены.
• Стоимость кабелей высока, так как требуется громоздкая проводка, поэтому подходит для меньшего количества устройств.
• Стоимость обслуживания высока.

1. Топология «Звезда»

В топологии «звезда» все устройства подключаются к одному концентратору через кабель. Этот концентратор является центральным узлом, а все остальные узлы подключены к центральному узлу. Концентратор может быть пассивным по своей природе, то есть не интеллектуальным концентратором, таким как вещательные устройства, в то же время концентратор может быть интеллектуальным, известным как активные концентраторы. В активных концентраторах есть повторители. Рис. 2. Топология «Звезда» На рис. 2 имеется четыре системы, подключенные к одной точке, т. е. к концентратору. Преимущества этой топологии:

• Если N устройств подключены друг к другу в топологии «звезда», то количество кабелей, необходимых для их подключения, равно N. Таким образом, их легко настроить.
• Каждый прибор требует только 1 порт, т. е. для подключения к концентратору.

Недостатки топологии:

• Если концентратор, на котором полагается вся топология, отказывает, вся система перестает работать.
• Стоимость установки высока.
• Производительность основана на одном концентраторе, то есть hub.

2. Топология шина

Топология шина — это тип сети, в которой каждый компьютер и сетевое устройство подключены к одному кабелю. Он передает данные от одного конца до другого в одном направлении. В топологии шины нет двунаправленной функции. Рис. 3. Топологии «шина» с общим магистральным кабелем Преимущества этой топологии :

• Если N устройств соединены друг с другом в топологии шины, то количество кабелей, требуемых соединить их, равно 1, который известен как магистральный кабель, и N линий отбрасывания требуются.
• Стоимость кабеля меньше по сравнению с другими топологиями, но он используется для построения небольших сетей.

Недостатки топологии:

• Если кабель выйдет из строя, то вся система выйдет из строя.
• Если сетевой трафик большой, это увеличивает коллизии в сети. Чтобы избежать этого, на уровне MAC используются различные протоколы, известные как Pure Aloha, Slotted Aloha, CSMA/CD и другие.

3. Кольцевая топология

В этой топологии образуется кольцо, соединяющее устройства с двумя соседними устройствами. Рис. 4. Топология кольцо В кольцевой топологии выполняются следующие операции:

1. Одна станция известна как станция мониторинга, которая берет на себя всю ответственность за выполнение операций.
2. Для передачи данных, станция должна держать маркер. После того, как передача сделана, маркер должен быть освобожден для других станций для использования.
3. Когда никакая станция не передает данные, тогда маркер будет циркулировать в кольце.
4. Существует два типа методов выпуска маркеров: ранний выпуск маркера освобождает маркер сразу после передачи данных и выпуск маркера задержки освобождает маркер после получения подтверждения от получателя.

Преимущества этой топологии:

• В топологии такого типа вероятность столкновения минимальна.
• Дешево установить и расширить.

Недостатки топологии:

• Устранение неполадок трудно в этой топологии.
• Добавление станций между ними или удаление станций может нарушить всю топологию.

5. Гибридная топология

Эта топология представляет собой набор из двух или более топологий, описанных выше. Это масштабируемая топология, которую можно легко расширить. Это надежный, но при этом это дорогостоящий топологии. Рис. 5 Гибридная топология, которая является комбинацией кольцевой топологии и топологии «звезда».

1.3 Виды кабелей

Кабель — это среда, через которую информация обычно перемещается с одного сетевого устройства на другое. В некоторых случаях сеть будет использовать только один тип кабеля, другие сети будут использовать различные типы кабелей. Тип кабеля, выбранный для сети, связан с топологией, протоколом и размером сети. Понимание характеристик различных типов кабелей и их связи с другими аспектами сети необходимо для развития успешной сети. Рассмотрим типы кабелей, наиболее часто используемых в сетях:

1. Витая пары бывает двух видов: экранированная и неэкранированная. Неэкранированная витая пара (UTP) является наиболее популярным и, как правило, лучшим вариантом для школьных сетей.

Рис. 6. Неэкранированная витая пара Качество UTP может варьироваться от телефонного провода до чрезвычайно высокоскоростного кабеля. Кабель имеет четыре пары проводов внутри оболочки. Каждая пара скручена с разным количеством витков на дюйм, чтобы помочь устранить помехи от соседних пар и других электрических устройств. Чем сильнее скручивание, тем выше поддерживаемая скорость передачи и тем больше стоимость. EIA/TIA (Ассоциация электронной промышленности/Ассоциация телекоммуникационной промышленности) установила стандарты UTP и оценила шесть категорий проводов (появляются дополнительные категории). Таблица 1. Категории неэкранированной витой пары Стандартный разъем для неэкранированных кабелей с витой парой — разъем RJ-45. Это пластиковый разъем, который выглядит как большой телефонный разъем (см. рис. 7). Шлиц позволяет RJ-45 быть введенным только одному пути. RJ стоит для зарегистрированного Jack, подразумевая что разъем следует за стандартом одолженным от индустрии телефона. Этот стандарт определяет, какой провод идет с каждым контактом внутри разъема. Рис. 7. Разъем RJ-45 Хотя неэкранированная витая пара является наименее дорогим кабелем, он может быть восприимчив к радиопомехам и электрическим частотным помехам (он не должен быть слишком близок к электродвигателям, флуоресцентным лампам и т.д.). Если требуется установить кабель в окружающих средах с сериями потенциального взаимодействия, или если нужно установить кабель в весьма чувствительных окружающих средах, которые могут быть впечатлительный к электрическому течению, защищаемая пара может быть решением. Экранированные кабели также могут помочь увеличить максимальное расстояние между кабелями. Экранированная витая пара кабель доступен в трех различных конфигурациях:

• Каждая пара проводов индивидуально экранирована фольгой.
• Внутри оболочки находится фольга или оплетка, закрывающая все провода (как группа).
• Вокруг каждой отдельной пары, а также вокруг всей группы проводов имеется экран (называемый витой парой с двойным экраном).

2. Коаксиальный кабель имеет один медный проводник в центре. Пластиковый слой обеспечивает изоляцию между центральным проводником и плетеным металлическим экраном (рис. 8). Металлический щит позволяет блокировать любые внешние помехи от люминесцентных ламп, двигателей и других компьютеров.

Рис. 8 Коаксиальный кабель Хотя коаксиальный кабель трудно установить, он обладает высокой устойчивостью к помехам сигнала. В добавлении, он может поддержать большие длины кабеля между приборами сети, чем кабель пары. Существует два типа коаксиальных кабелей — толстый и тонкий коаксиальный. Тонкий коаксиальный кабель также упоминается как тонкий кабель. 10Base2 относится к спецификациям для тонкого коаксиального кабеля, несущего сигналы Ethernet. 2 относится к приблизительной максимальной длине сегмента, составляющей 200 метров. На самом деле максимальная длина сегмента составляет 185 метров. Тонкий коаксиальный кабель был популярен в линейных сетях. Толстый коаксиальный кабель также называется толстым. 10Base5 относится к спецификациям для толстого коаксиального кабеля, несущего сигналы Ethernet. 5 относится к максимальной длине сегмента, составляющей 500 метров. Толстый коаксиальный кабель имеет дополнительную защитную пластиковую крышку, которая помогает удерживать влагу от центрального проводника. Это делает толстый коаксиал отличным выбором при работе на длинных отрезках в линейной сети шин. Одним из недостатков толстого коаксиала является то, что он не изгибается легко и его трудно установить. Наиболее распространенным типом разъема, используемого с коаксиальными кабелями, является разъем Bayone-Neill-Concelman (BNC) (рис. 9). Для разъемов BNC доступны различные типы адаптеров, включая Т-образный разъем и цилиндрический разъем. Разъемы на кабеле являются самыми слабыми точками в любой сети. Чтобы избежать проблем с сетью, всегда используются разъемы BNC, которые обжимают, а не привинчивают к кабелю. Рис. 9 Разъем BNC

3. Оптоволоконные кабели состоят из центрального стеклянного сердечника, окруженного несколькими слоями защитных материалов (рис. 10). Он передает свет, а не электронные сигналы, устраняя проблему электрических помех. Это делает его идеальным для определенных сред, которые содержат большое количество электрических помех. Он также сделал его стандартом для соединения сетей между зданиями из-за его устойчивости к воздействию влаги и освещения.

Волоконно-оптический кабель обладает способностью передавать сигналы на гораздо большие расстояния, чем коаксиальная и витая пара. Он также способен передавать информацию с гораздо большей скоростью. Эта емкость расширяет возможности связи, включая такие услуги, как видеоконференции и интерактивные услуги. Стоимость волоконно-оптического кабеля сопоставима с медным кабелем; однако его сложнее установить и изменить. 10BaseF относится к спецификациям для оптоволоконного кабеля, несущего сигналы Ethernet. Центральный сердечник оптоволоконных кабелей изготовлен из стеклянных или пластиковых волокон. Затем пластиковое покрытие смягчает центр волокон, а кевларовые волокна помогают укрепить кабели и предотвратить их поломку. Внешняя изоляционная оболочка из тефлона или ПВХ. Рис. 10 Оптоволоконный кабель Существует два распространенных типа оптоволоконных кабелей — одномодовый и многомодовый. Многомодовый кабель имеет больший диаметр; однако оба кабеля обеспечивают высокую пропускную способность на высоких скоростях. Одиночный режим может обеспечить большее расстояние, но это дороже.

---

1 2