Курсовая работа: Локальная сеть Ethernet

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОУ ВПО «МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ

РАДИОТЕХНИКИ, ЭЛЕКТРОНИКИ И АВТОМАТИКИ

(технический университет)»

Дагестанский филиал

Кафедра Вычислительной техники

Курсовая работа

по дисциплине «Сети ЭВМ»

на тему:

"Локальная сеть Ethernet "

Выполнила: студентка 4го курса

специальности ВМКСиС

Исаева П. М.

Проверил: Фейламазова С. А.

Махачкала 2011г.

Содержание

1. Введение…………………………………………….……………2

2. История Ethernet…………………………………………………3

3. Сети Ethernet…………………………………………………..…6

4. Серверы……………………………………………………….....11

5. Оборудование для локальных сетей…………………………..15

6. Топология сети……………………………………………….....16

7. Общие характеристики локальных вычислительных сетей....22

8. Ethernеt безопасность локальной сети………………………...26

9. Мосты и коммутации……………………………………...........29

10. Многообразия Ethernet…………………………………...32

11. Стандартизации…………………………………………...33

12. Заключение………………………………………………..34

13. Список используемой литературы………………………35

ВВЕДЕНИЕ

Компьютерные сети, называемые также вычислительными сетями, или сетями передачи данных, являются логическим результатом эволюции двух важнейших научно-технических отраслей современной цивилизации — компьютерных и телекоммуникационных технологий. С одной стороны, сети представляют собой частный случай распределенных вычислительных систем, в которых группа компьютеров согласованно выполняет набор взаимосвязанных задач, обмениваясь данными в автоматическом режиме. С другой стороны, компьютерные сети мо­гут рассматриваться как средство передачи информации на большие расстояния, для чего в них применяются методы кодирования и мультиплексирования данных, получившие развитие в различных телекоммуникационных системах.

Конец 90-х гг. прошлого века выявил явного лидера среди технологий локальных сетей — семейство Ethernet, в которое вошли классическая технология Ethernet 10 Мбит/с, а также Fast Ethernet 100 Мбит/с и Gigabit Ethernet 1000 Мбит/с. Простые алго­ритмы работы предопределили низкую стоимость оборудования Ethernet. Широкий диапазон иерархии скоростей позволяет рационально строить локальную сеть, применяя ту технологию семейства, которая в наибольшей степени отвеча­ет задачам предприятия и потребностям пользователей. Важно также, что все технологии Ethernet очень близки друг к другу по принципам работы, что упрощает обслуживание и интеграцию этих сетей.

Актуальность данной работы обусловлена важностью изучения локальных компьютерных систем для студентов технических специальностей как одного из краеугольных понятий предмета «Сети ЭВМ».

Целью работы является изучение характеристик и особенностей локальной сети Ethernet.

В соответствии с целью работы, были поставлены следующие задачи: определение понятия «локальная вычислительная сеть», характеристика основных способов построения сетей (топология сетей), краткая характеристика основных протоколов сети, которые обеспечивают согласованное взаимодействие пользователей в сети, изучение таких технологий локальных сетей как Ethernet, Token Ring, FDDI, Fast и Gigabit Ethernet.

История ETHERNET

Технология Ethernet была разработана вместе со многими первыми проектами корпорации Xerox PARC. Общепринято считать, что Ethernet был изобретён 22 мая 1973 года, когда Роберт Меткалф (Robert Metcalfe ) составил докладную записку для главы PARC о потенциале технологии Ethernet. Но законное право на технологию Меткалф получил через несколько лет. В 1976 году он и его ассистент Дэвид Боггс (David Boggs) издали брошюру под названием «Ethernet: Distributed Packet-Switching For Local Computer Networks».

Меткалф ушёл из Xerox в 1979 году и основал компанию 3Com для продвижения компьютеров. Ему удалось убедить DEC, Intel и Xerox работать совместно и разработать стандарт Ethernet (DIX). Впервые этот стандарт был опубликован 30 сентября 1980 года. Он начал соперничество с двумя крупными запатентованными технологиями: token ring и ARCNET, — которые вскоре были похоронены под накатывающимися волнами продукции Ethernet. В процессе борьбы 3Com стала основной компанией в этой отрасли.

В стандарте первых версий (Ethernet v1.0 и Ethernet v2.0) указано, что в качестве передающей среды используется коаксиальный кабель, в дальнейшем появилась возможность использовать витую пару и оптический кабель.

Причинами перехода на витую пару были:

- возможность работы в дуплексном режиме;

- низкая стоимость кабеля «витой пары»;

- более высокая надёжность сетей при неисправности в кабеле;

- большая помехозащищенность при использовании дифференциального сигнала;

- возможность питания по кабелю маломощных узлов, например IP-телефонов (стандарт Power over Ethernet, POE);

- отсутствие гальванической связи (прохождения тока) между узлами сети. При использовании коаксиального кабеля в российских условиях, где, как правило, отсутствует заземление компьютеров, применение коаксиального кабеля часто сопровождалось пробоем сетевых карт, и иногда даже полным «выгоранием» системного блока.

Причиной перехода на оптический кабель была необходимость увеличить длину сегмента без повторителей.

Метод управления доступом (для сети на коаксиальном кабеле) — множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD, Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), скорость передачи данных 10 Мбит/с, размер пакета от 72 до 1526 байт, описаны методы кодирования данных. Режим работы полудуплексный, то есть узел не может одновременно передавать и принимать информацию. Количество узлов в одном разделяемом сегменте сети ограничено предельным значением в 1024 рабочих станции (спецификации физического уровня могут устанавливать более жёсткие ограничения, например, к сегменту тонкого коаксиала может подключаться не более 30 рабочих станций, а к сегменту толстого коаксиала — не более 100). Однако сеть, построенная на одном разделяемом сегменте, становится неэффективной задолго до достижения предельного значения количества узлов, в основном по причине полудуплексного режима работы.

В 1995 году принят стандарт IEEE 802.3u Fast Ethernet со скоростью 100 Мбит/с и появилась возможность работы в режиме полный дуплекс. В 1997 году был принят стандарт IEEE 802.3z Gigabit Ethernet со скоростью 1000 Мбит/с для передачи по оптическому волокну и ещё через два года для передачи по витой паре.

Ethernet является развивающейся технологии. Эволюция включили более высокой пропускной способности, улучшения доступа к среде методов, и изменения в физической среде. Ethernet превратилась в комплекс сетевых технологий, что сегодня лежит в основе большинства локальных сетей. Коаксиальный кабель был заменен с "точка-точка" связаны Ethernet ретрансляторов или переключателей , чтобы уменьшить затраты на установку, повысить надежность, и позволить "точка-точка управления и устранения неполадок. Есть много вариантов Ethernet в общем пользовании.

Ethernet станций общаются, посылая друг другу пакеты данных, блоки данных, которые индивидуально отправлено и доставлено. Как и в других IEEE 802 LAN, Ethernet каждой станции дается 48-битный MAC-адрес. MAC-адреса используются для определения и назначения и источника каждого пакета данных. Карты сетевого интерфейса (NIC) или фишки обычно не принимают пакеты, адресованные в другие места Ethernet. Адаптеры приходят запрограммированы глобально уникальный адрес. Несмотря на значительные изменения в Ethernet от толщины коаксиальный кабель шины работает в 10 Мбит / с для точка-точка " работает на 1 Гбит / с и за ее пределами , всех поколений Ethernet (за исключением ранней экспериментальной версии) использовать тот же формат кадра (и, следовательно, тот же интерфейс для высших слоев), и могут быть легко между собой через мост .

В связи с повсеместность Ethernet, постоянно сокращается стоимость оборудования, необходимого для ее поддержки, и ограниченном пространстве панели необходимой витая пара Ethernet , большинство производителей теперь строить функциональные Ethernet карту непосредственно в компьютер плат , исключая необходимость установка отдельной сетевой плате.

Сети Ethernet

При создании локальных сетей чаще всего используется аппаратная архитектура, называемая Ethernet В простейшем виде сеть Ethernet состоит из одного кабеля, к которому при помощи разъемов, коннекторов и трансиверов подключаются все сетевые узлы. Простая сеть Ethernet обходится относительно недорого, что в сочетании со скоростью передачи в 10, 100 и даже 1000 Мбит/с в значительной степени способствует ее популярности.

Существует три разновидности Ethernet, условно называемые толстый, тонкий и витая пара. При использовании тонкого и толстого Ethernet данные передаются через коаксиальные кабели, отличающиеся по диаметру и способу подключения к компьютеру. Для подключения компьютера к тонкому кабелю Ethernet используется специальный коннектор Т-образной формы (Т-коннектор), который вставляется в разрыв кабеля и подключается к разъему на задней стенке компьютера. Чтобы подключить компьютер к толстому кабелю Ethernet, необходимо просверлить в кабеле небольшое отверстие и при помощи специального прокалывающего приспособления (vampire tap) подсоединить к нему вспомогательный трансиверный кабель. К трансиверному кабелю можно подсоединить один или несколько сетевых узлов. Тонкий кабель Ethernet может достигать 200 метров в длину, а толстый — 500 метров. Эти разновидности Ethernet называют 10base-2 и 10base-5 соответственно. Связка base происходит от термина «baseband modulations», означающего, что данные передаются непосредственно в кабель, минуя модем. Число в начале определяет скорость в Мбит/с, а число на конце — максимальную длину кабеля в сотнях метров. При использовании витой пары используется кабель, состоящий из двух пар медных проводов. Обычно при этом требуется установить дополнительное устройство, называемое активным концентратором (active hub). Витую пару обозначают термином 10base-T (Т — twisted pair, то есть «витая пара»). Для витых пар со скоростью передачи 100 Мбит/с используется обозначение 100base-T.

Чтобы подключить новый сетевой узел к тонкому кабелю Ethernet, требуется прервать передачу всех данных, по крайней мере, на несколько минут, поскольку при этом необходимо разорвать кабель и вставить в разрыв новый Т-коннектор. Подсоединить новый узел к сети, использующей толстый кабель Ethernet, несколько сложнее, однако при этом не требуется останавливать работу сети. С витой парой дело обстоит еще проще. В этой технологии используется устройство, называемое концентратором (hub) и выполняющее функции точки соединения. Подключение и отключение узлов от концентратора абсолютно не мешает работе других пользователей.

Чаще всего для создания малых сетей используется тонкий кабель Ethernet, поскольку этот вариант обходится очень дешево. Карты Ethernet стоят около 30 долларов (многие компании отдают их почти задаром), а кабель обходится в несколько центов за метр. Тем не менее, для крупномасштабных сетей больше подходит толстый кабель или витая пара. Например, на математическом факультете университета GMU компьютерная сеть первоначально была построена на базе толстого Ethernet, так как в этом случае при подсоединении к общему кабелю нового сетевого узла не требовалось нарушать работу всей сети. Сети на базе витой пары также получили очень широкое распространение. Стоимость концентраторов падает, а небольшие устройства сейчас продаются по цене, вполне подходящей даже для малых домашних сетей. Прокладка витой пары обходится существенно дешевле для больших сетей, а сам кабель обладает существенно большей гибкостью, чем коаксиальные кабели, используемые в других системах Ethernet. Администратор сети математического факультета GMU в ближайшем финансовом году планирует перейти на витую пару, поскольку это выведет сетевую технологию на современный уровень и сэкономит немало времени при установке новых и перемещении существующих узловых компьютеров.

Одним из недостатков технологии Ethernet является ограничение на длину кабеля, что позволяет использовать Ethernet только при создании локальных сетей. Однако несколько сетевых сегментов Ethernet можно соединить друг с другом при помощи повторителей (repeaters), мостов (bridges) или маршрутизаторов (routers). Повторитель просто передает сигнал из сегмента в сегмент, при этом усиливая его. Благодаря этому все сегменты сети работают так, будто они являются единым сегментом Ethernet. Из-за ограничений, связанных с временными задержками, между любыми двумя сетевыми узлами может быть установлено не более четырех повторителей. Мосты и маршрутизаторы устроены более сложно. Они анализируют поступающие данные и передают их в другой сегмент только в случае, если принимающий сетевой узел расположен в другом сегменте сети.

Сеть Ethernet работает подобно единой шине, через которую любой узел может пересылать пакеты (или фреймы) размером до 1500 байт на другой узел, подключенный к тому же сегменту Ethernet. Узел адресуется шестибайтовым адресом, хранящимся в постоянном запоминающем устройстве сетевой карты Ethernet (Network Interface Card, NIC). Адрес Ethernet обычно записывают как последовательность из шести Двухзначных шестнадцатеричных чисел, разделенных двоеточиями — например, aa:bb:cc:dd:ee:ff.

Фрейм, посланный одним из узлов, принимается всеми подключенными станциями, но только узел назначения обращает на него внимание и начинает его обработку. Если два узла пытаются переслать фрейм одновременно, происходит коллизия (collision), или столкновение. Коллизии в Ethernet очень быстро обнаруживаются электронными схемами сетевых карт. Чтобы разрешить конфликт, оба узла прекращают передачу и осуществляют новую попытку спустя случайно выбранный интервал времени. Вам предстоит услышать немало историй о проблеме коллизий в Ethernet и о том, что из-за них Ethernet используется только на 30 процентов своей потенциальной пропускной способности. Коллизии в Ethernet считаются нормальным явлением, и в очень занятой сети Ethernet частота коллизий вполне может доходить до 30 процентов. При использовании сетей Ethernet причина для беспокойства обычно появляется лишь тогда, когда частота коллизий доходит до 60 процентов.

Если в одном помещении, здании или комплексе близлежащих зданий имеется несколько компьютеров, пользователи которых должны совместно решать какие-то задачи, обмениваться данными или использовать общие данные, то эти компьютеры целесообразно объединить в локальную сеть.

Локальная сеть (иногда используется термин «локальная вычислительная сеть», сокращенно ЛВС) – это группа из нескольких компьютеров, соединенных между собой посредством кабелей (иногда также телефонных линий или радиоканалов), используемых для передачи информации между компьютерами.

Для соединения компьютеров в локальную сеть необходимо сетевое оборудование и программное обеспечение.

Локальные сети позволяют обеспечить :

- коллективную обработку данных пользователями подключенных в сеть

- компьютеров и обмен данными между этими пользователями;

- совместное использование программ;

- совместное использование принтеров, модемов и других устройств.

Поэтому практически все фирмы, имеющие более одного компьютера объединяют их в локальные сети. Многие пользователя портативных компьютеров подключаются к локальной сети фирмы либо приходя в офис, либо соединяясь с компьютером фирмы по телефонным каналам по средствам модема.

Для объединения компьютеров в локальную сеть требуется :

- вставить в каждый подключаемый к сети компьютер сетевой контроллер(иногда используются термины сетевой адаптер или сетевая плата), который позволяет компьютеру получать информацию из локальной сети и передавать данные в сеть;

- соединить компьютеры кабелями, по которым происходит передача данных между компьютерами, а также другими подключенными к сети устройствами(принтерами, сканерами и т.д.). В некоторых типах сетей кабели соединяют компьютеры непосредственно (как электролампочки на елочной гирлянде), в других соединение кабелей осуществляется через специальные устройства – концентраторы (или хаб), коммутаторы и др.

Замечание В некоторых сетях вместо кабелей данные передаются по радиочастотам (как в радиотелефонах или сотовых телефонах). Однако такие сети стоят дороже и они сложнее в эксплуатации.

Серверы

Для обеспечения функционирования локальной сети часто выделяется специальный компьютер – сервер, или несколько таких компьютеров. На дисках сервера располагаются совместно используемые программы, база данных и т. д.

Остальные компьютеры локальной сети часто называются рабочими станциями. На тех рабочих станциях, где требуется обрабатывать только данные на сервере (например, вводить сведения в совместно используемую базу данных о заказах и продажах), часто для экономии (или по соображениям безопасности) не устанавливают жестких дисков. В сетях, состоящих более чем из 20-25 компьютеров, наличие сервера обязательно – иначе, как правило, производительность сети будет неудовлетворительной. Сервер необходим и при совместной интенсивной работе с какой-либо базой данных.

Иногда серверам назначается определенная специализация (хранение данных, программ, обеспечение модемной и факсимильной связи, вывод на печать и т. д.). Серверы, как правило не используются в качестве рабочих мест пользователей. Серверы, обеспечивающие работу с ценными данными, часто размещаются в изолированном помещении, доступ в которое имеют только специально уполномоченные люди (как в банковское хранилище).

Замечание Многие серверы стоят значительно дороже (в 10-20 и более раз) обычных компьютеров. Неудивительно – ведь они не только являются весьма мощными компьютерами с большим количеством оперативной и дисковой памяти, но в них в добавок обеспечиваются исключительная надежность, высокая производительность ввода-вывода, дублирование устройств и хранимых данных, средства контроля над состоянием сервера, средства обеспечения бесперебойной работы при отказа некоторых устройств и т.д.

Одноранговые сети

Операционные системы Windows for Workgroups, Windows 95, Windows NT Workstation имеют встроенные возможности по организации локальных сетей без выделенного сервера. Обычно такие сети называются одноранговые, поскольку в них все компьютеры равноправны, каждый из них выполняет как роль рабочего места пользователя, так и роль сервера по обеспечению доступа к своим данным и ресурсам. Правда, при использовании Windows for Workgroups или Windows 95 защиту данных обеспечить не удастся, поэтому такие сети можно использовать только в коллективах, где ни у кого нет секретов друг от друга. Можно использовать и другие средства для организации одноранговых локальных сетей. Например, OC LANtastic фирмы Artisoft позволяет создать однорановую сеть, в которой можно работать в среде DOS, Windows и Windows 95.

Недостатки одноранговых сетей. Часто одноранговая сеть - это не лучший выход. Ведь пользовательская ОС мало приспособлена для выполнения функций сервера сети, которую ей приходится выполнять. И если на каком-то компьютере пользователь играет в DOOM или рисует картинку в Adobe Photoshop, а другие пользователи работают с файлами на этом же компьютере, то они будут сильно мешать друг другу – скорость их работы резко снизится.

Да и многие другие особенности однораногвых сетей весьма неудобны - и отсутствие защиты информации, и децентрализованное хранение данных, усложняющее их резервирование, и недостаточная надежность, и многое другое.

Поэтому обычно в локальных сетях применяются выделенные компьютеры, занимающиеся только обслуживанием локальной сети и совместно используемых данных – серверы.

Локальная сеть с несколькими файловыми серверами

В том случае, если локальная сеть имеет большую протяженность или большое количество абонентов (пользователей), целесообразно такую сеть разбить на более мелкие сети, каждая из которых должна содержать свой файловый сервер. Это приводит к тому, что повышается производительность сети, улучшается ее надежность и, если происходят повреждения в одной из сетей, остальная сеть не теряет свою работоспособность. В компьютер, выполняющий роль моста или маршрутизатора, устанавливается по одному сетевому адаптеру. Как правило, мост используется для объединения нескольких сетей с одинаковыми коммуникационными системами. Пакеты, поступающие на мост переадресовываются и посылаются в другую сеть по указанному адресу. Маршрутизаторы в случае надобности, преобразуют пакеты из одного формата в другой.

Сети с выделенными серверами

В локальных сетях с выделенным сервером на сервере используются специальные операционные системы, обеспечивающие надежную и эффективную обработку многих запросов от рабочих мест пользователей. На рабочих станциях такой локальной сети может использоваться любая операционная система и должен быть запущен драйвер, обеспечивающий доступ к локальной сети.

Прочее сетевое программное обеспечение

Кроме сетевой ОС, для эффективной работы пользователей в локальной сети требуется и иное программное обеспечение, которое иногда поставляется вместе с сетевой ОС, а иногда его надо покупать отдельно:

- электронная почта обеспечивает доставку писем (а часто и произвольных файлов, а также голосовых и факсимильных сообщений) от одних пользователей локальной сети другим, а иногда позволяет общаться и с удаленными пользователями по модему или через InterNet;

- средства удаленного доступа позволяют подключаться к локальной сети с помощью модема и работать на компьютере, как будто он непосредственно подключен в сеть (разумеется, при этом многие операции будут выполняться дольше, так как модем работает значительно медленнее сетевого контроллера);

- средства групповой работы (наиболее популярно из них Lotus Notes) позволяют совместно работать над документами, обеспечивают согласованность версий документов у разных пользователей, предоставляютсредства для организации документооборота предприятия, позволяют организовывать телеконференции – письменный обмен мнениями по различным темам и т. д.;

- программы резервирования позволяют создавать резервные копии данных, хранящихся на серверах локальной сети и на компьютерах пользователей, а при необходимости – восстанавливать данные по их резервной копии;

- средства управления локальной сетью позволяют управлять ресурсами локальной сети с одного рабочего места, получать информацию о состоянии и загрузки сети, настраивать производительность сети, управлять системами пользователей сети (например, устанавливать на них программное обеспечение) и т. д.

Другие типы сетей

Кроме сетей Ethernet 10Base-2, 10Base-Т и 100Base-Т, основанных на электрических кабелях, применяются и другие сети, отличающиеся как по протоколу (Token Ring, FDDI и др.), так и по среде передачи данных. Например, для обеспечения передачи данных на значительные расстояния (до нескольких километров) и для более быстрой передачи данных применяются линии связи на волоконно-оптическом кабеле.

Оборудование для локальных сетей

Сетевой контроллер

Для подключения компьютера к локальной сети требуется, чтобы в компьютере был установлен сетевой контроллер (синонимы – сетевой адаптер или сетевая плата). Сетевой контроллер позволяет компьютеру получать информацию из локальной сети и передавать данные в сеть. Сетевые контроллеры отличаются друг от друга типом кабелей, к которым они могут подключаться, реализуемым сетевым протоколом (протокол – это соглашения по обмену информацией в локальной сети), типом шины, к которой они подключаются (ISA, PCI, VESA и др.) быстродействием и другими качествами.

Принт-сервер

Для принтера аналогом сетевого контроллера является прин-сервер – устройство, позволяющее подключать принтер к локальной сети. Обычно принт-сервер подключается в локальную сеть, а к нему подсоединяется обычным способом (шнуром или шнурами типа Centronics) один или несколько принтеров. Высокопроизводительные принтеры, предназначенные для работы в сети, уже имеют встроенную плату эквивалентную принт-серверу.

Замечание Конечно, принтер можно подключать и к серверу локальной сети (к его параллельному порту), однако это по многим причинам не так удобно. Во-первых, кабель для подключения принтеров может иметь ограниченную длину – не более 3-х, максимум 5-ти метров. Во-вторых, в сети может быть много принтеров. В третьих, не все сетевые ОС поддерживают подключение принтеров к параллельному порту.

Топология сети

Топология сети – это логическая схема соединения каналами связи компьютеров или узлов сети. Чаще всего используются основные топологические структуры, носящие следующий характер:

1. общая шина;

2. кольцеобразная (кольцевая);

3. звездообразная.

Для того, чтобы каждая из этих сетей работала, она должна иметь свой метод доступа.

Метод доступа – это набор правил, определяющий использование канала передачи данных, соединяющего узлы сетей на физическом уровне.

Самым распространенным методом доступа в локальных сетях, перечисленных топологией, являются:

1. Ethernet

2. Token-Ring

3. Arcnet

Каждый из этих методов реализуется соответствующими сетевыми платами, получившими название адаптера. Сетевая плата является физическим устройством, которое устанавливается в каждом компьютере, включенным в сеть, и обеспечивает передачу и прием информации по каналам связи.

Заметим, что конфигурация физических связей определяется электрическими соединениями компьютеров между собой и может отличаться от конфигурации логических связей между узлами сети. Логические связи представляют собой маршруты передачи данных между узлами сети и образуются путем соответствующей настройки коммуникационного оборудования.

Выбор топологии электрических связей существенно влияет на многие характеристики сети. Например, наличие резервных связей повышает надежность сети и делает возможным балансирование загрузки отдельных каналов. Простота присоединения новых узлов, свойственная некоторым топологиям, делает сеть легко расширяемой. Экономические соображения часто приводят к выбору топологий, для которых характерна минимальная суммарная длина линий связи.

Топология «общая шина»

Рис.1 топология шина

Сеть с топологией шина использует один канал связи, объединяющий все компьютеры сети.

Самым распространенным методом доступа в сетях этой топологии является метод доступа с прослушиванием несущей частоты и обнаружением конфликта. При этом методе доступа, узел прежде чем послать данные по коммуникационному каналу, прослушивает его и только убедившись, что канал свободен, посылает пакет. Если канал занят, узел повторяет попытку передать пакет через случайный промежуток времени. Данные, переданные одним узлом сети, поступают во все узлы, но только узел, ля которого предназначены эти данные, распознает и принимает их. Несмотря на предварительное прослушивание канала, в сети могут возникать конфликты, заключающиеся в одновременной передачи пакетов двумя узлами. Конфликты связана с тем, что имеется временная задержка сигнала при прохождении его по каналу: сигнал послан, но не дошел до узла, прослушивающего канал, в следствие чего узел счел канал свободным и начал передачу.

Характерным примером сети с этим методом доступа является сеть Ethernet. В сети Ethernet обеспечивается скорость передачи данных для локальных сетей, равная 10 Мбит/сек.

Топология шина обеспечивает эффективное использование пропускной способности канала, устойчивость к неисправности отдельных узлов, простоту реконфигурации и наращивания сети.

Общая шина является очень распространенной (а до недавнего времени самой распространенной) топологией для локальных сетей. Передаваемая информация может распространяться в обе стороны. Применение общей шины снижает стоимость проводки, унифицирует подключение различных модулей, обеспечивает возможность почти мгновенного широковещательного обращения ко всем станциям сети. Таким образом, основными преимуществами такой схемы являются дешевизна и простота разводки кабеля по помещениям. Самый серьезный недостаток общей шины заключается в ее низкой надежности: любой дефект кабеля или какого-нибудь из многочисленных разъемов полностью парализует всю сеть. К сожалению, дефект коаксиального разъема редкостью не является. Другим недостатком общей шины является ее невысокая производительность, так как при таком способе подключения в каждый момент времени только один компьютер может передавать данные в сеть. Поэтому пропускная способность канала связи всегда делится здесь между всеми узлами сети.

Топология «звезда»

Рис.2 Топология звезда

Сеть звездообразной топологии имеет активный центр (АЦ) – компьютер (или иное сетевое устройство), объединяющий все компьютеры в сети. Активный центр полностью управляет компьютерами, подключенными к нему через концентратор, которой выполняет функции распределения и усиления сигналов.

В функции концентратора входит направление передаваемой компьютером информации одному или всем остальным компьютерам сети. От надежности активного центра полностью зависит работоспособность сети. В качестве примера метода доступа с АЦ можно привести Arcnet. Этот метод доступа также использует маркер для передачи данных. Маркер предается от узла к узлу (как бы по кольцу), обходя узлы в порядке возрастания их адресов. Как и в кольцевой топологии, каждый узел регенерирует маркер. Этот метод доступа обеспечивает скорость передачи данных 2 Мбит/сек. Главное преимущество этой топологии перед общей шиной - существенно большая надежность. Любые неприятности с кабелем касаются лишь того компьютера, к которому этот кабель присоединен, и только неисправность концентратора может вывести из строя всю сеть. Кроме того, концентратор может играть роль интеллектуального фильтра информации, поступающей от узлов в сеть, и при необходимости блокировать запрещенные администратором передачи.

К недостаткам топологии типа звезда относится более высокая стоимость сетевого оборудования из-за необходимости приобретения концентратора. Кроме того, возможности по наращивания количества узлов сети ограничиваются количеством портов концентратора. Иногда имеет смысл строить сеть с использованием нескольких концентраторов, иерархически соединенных между собой связями типа звезда.

Топология «кольцо»

Рис.3 Топология кольцо

Сеть кольцевой топологии использует в качестве каналов связи замкнутое кольцо из приема-передатчиков, соединенных коаксиальным или оптическим кабелем.

В сетях с кольцевой конфигурацией данные передаются от одного компьютера к другому, как правило, в одном направлении. Если компьютер распознает данные как «свои», то он копирует их себе во внутренний буфер. В сети с кольцевой топологией необходимо принимать специальные меры, чтобы в случае выхода из строя или отключения какой-либо станции не прервался канал связи между остальными станциями. Кольцо представляет собой очень удобную конфигурацию для организации обратной связи – данные, сделав полный оборот, возвращаются к узлу-источнику. Поэтому этот узел может контролировать процесс доставки данных адресату. Часто это свойство кольца используется для тестирования связности сети и поиска узла, работающего некорректно. Для этого в сеть посылаются специальные тестовые сообщения. Самым распространенным методом доступа в сетях этой топологии является Token-Ring – метод доступа с передачей маркера.

Маркер – это пакет снабженный специальной последовательностью бит. Он последовательно передается по кольцу от узла к узлу в одном направлении. Каждый узел ретранслирует передаваемый маркер. Узел может передать свои данные, если он получил пустой маркер. Маркер с пакетом передается пока не обнаружится узел, которому предназначен пакет. В этом узле данные принимаются, но маркер не освобождается, а передается по кольцу дальше. Только вернувшись к отправителю, который может убедиться, что переданные им данные благополучно получены, маркер освобождается. Пустой маркер передается следующему узлу, который при наличии у него данных, готовых к передаче заполняет его и передает по кольцу. В сетях Token-Ring обеспечивается скорость передачи данных, равная 4-м Мбит/сек.

Ретрансляция данных узлами приводит к снижению надежности сети, так как неисправность в одном из узлов сети разрывает всю сеть.

Смешанные типы топологии

В то время как небольшие сети, как правило, имеют типовую топологию звезда, кольцо, или общая шина, для крупных сетей характерно наличие произвольных связей между компьютерами. В таких сетях можно выделить отдельные произвольно связанные фрагменты (подсети), имеющие типовую топологию, поэтому их называют сетями со смешанной топологией.

По мере все белее широкого распространения локальных сетей, возникают проблемы, связанные с обменом информацией между сетями. Так, в рамках университета в нескольких учебных классах могут использоваться локальные сети, причем это могут быть сети разных типов. Для обеспечения связи между этими сетями используются средства межсетевого взаимодействия, называемые мостами и маршрутизаторами. В качестве моста и маршрутизатора могут использоваться компьютеры, в которых установлено по 2 или более сетевых адаптера. Каждый из адаптеров обеспечивает связь с одной из связываемых сетей. Мост или маршрутизатор получает пакеты, посылаемые компьютером одной сети компьютеру другой сети, переадресует их и отправляет по указанному адресу. Мосты, как правило используются для связи сетей с одинаковыми коммуникационными системами, например, для связи 2-х сетей Ethernet или 2-х сетей Arcnet. Маршрутизаторы связывают сети с разными коммуникационными системами, так как имеют средства преобразования пакетов одного формата в другой. Существуют мосты-маршрутизаторы, объединяющие функции обоих средств. Для обеспечения связи тетей с различными компьютерными системами предназначены шлюзы. Например, через шлюз локальная сеть может быть связана с большой ЭВМ.

Общие характеристики локальных вычислительных сетей

Основное назначение любой компьютерной сети – предоставление информационных и вычислительных ресурсов подключенным к ней пользователям.

С этой точки зрения локальную вычислительную сеть можно рассматривать как совокупность серверов и рабочих станций.

Сервер – компьютер, подключенный к сети и обеспечивающий ее пользователей определенными услугами. Серверы могут осуществлять хранение данных, управление базами данных, удаленную обработку заданий, печать заданий и ряд других функций, потребность в которых может возникнуть у пользователей сети. Сервер – источник ресурсов сети.

Рабочая станция – персональный компьютер, подключенный к сети, через который пользователь получает доступ к ее ресурсам. Рабочая станция сети функционирует как в сетевом, так и в локальном режиме. Она оснащена собственной операционной системой (MS DOS, Windows ит.д.), обеспечивает пользователя всеми необходимыми инструментами для решения прикладных задач.

Компьютерные системы, реализуют распределенную обработку данных. Обработка данных в этом случае распределена между двумя объектами: клиентом и сервером.

Клиент – задача, рабочая станция или пользователь компьютерной сети. В процессе обработки данных клиент может сформировать запрос на сервер для выполнения сложных процедур, чтения файлов, поиск информации в базе данных и т.д.

Сервер, определенный ранее, выполняет запрос, поступивший от клиента. Результаты выполнения запроса передаются клиенту. Сервер обеспечивает хранение данных общего пользования, организует доступ к этим данным и передает данные клиенту.

Клиент обрабатывает полученные данные и представляет результаты обработки в виде, удобном для пользователя. Для подобных систем приняты термины – системы или архитектура клиент-сервер.

Архитектура клиент-сервер может использоваться как в одноранговых сетях, так и в сети с выделенным сервером.

Одноранговая сеть, в которой нет единого центра управления взаимодействием рабочих станций и нет единого центра для хранения данных. Сетевая операционная система распределена по рабочим станциям. Каждая станция сети может выполнять функции как клиента, так и сервера. Она может обслуживать запросы от других рабочих станций и направлять свои запросы на обслуживание в сеть. Пользователю сети доступны все устройства, подключенные к другим станциям.

Достоинства одноранговых сетей:

- низкая стоимость;

- высокая надежность.

Недостатки одноранговых сетей:

- зависимость эффективности работы сети от количества станций;

- сложность управления сетью;

- сложность обеспечения защиты информации;

- трудности обновления и изменения программного обеспечения станций.

Наибольшей популярностью пользуются одноранговые сети на базе сетевых операционных систем LANtastic, NetWare Lite.

В сети с выделенным сервером один из компьютеров выполняет функции хранения данных, предназначенных для использования всеми рабочими станциями, управления взаимодействием между рабочими станциями и ряд сервисных функций. Такой компьютер обычно называют сервером сети. На нем устанавливается сетевая операционная система, к нему подключаются все разделяемые внешние устройства – жесткие диски, принтеры и модемы.

Взаимодействие между рабочими станциями в сети, как правило, осуществляются через сервер.

Достоинства сети с выделенным сервером:

- надежна система защиты информации;

- высокое быстродействие;

- отсутствие ограничений на число рабочих станций;

- простота управления по сравнению с одноранговыми сетями.

Недостатки сети:

- высокая стоимость из-за выделения одного компьютера на сервер;

- зависимость быстродействия и надежности от сервера;

- меньшая гибкость по сравнению с одноранговыми сетями.

Сети выделенным сервером являются наиболее распространенными у пользователей компьютерных сетей. Сетевые операционные системы для таких сетей – LANServer (IBM), Windows NT Server версий 3.51 и 4.0 и NetWare (Novell).

Топология сети определяется размещением узлов в сети и связей между ними. Из множества возможных построений выделяют следующие структуры.

Топология «звезда». Каждый компьютер через сетевой адаптер подключается отдельным кабелем объединяющему устройству. Все сообщения проходят через центральное устройство, которое обрабатывает поступающие сообщения и направляет их к нужным или всем компьютерам.

Звездообразная структура чаще всего предполагает нахождение в центральном узле специализированной ЭВМ или концентратора.

Достоинства «звезды»:

- простота периферийного оборудования;

- каждый пользователь может работать независимо от остальных пользователей;

- высокий уровень защиты данных;

- легкое обнаружение неисправности в кабельной сети.

Недостатки «звезды»:

- выход из строя центрального устройства ведет к остановке всей сети;

- высокая стоимость центрального устройства;

- уменьшение производительности сети с увеличением числа компьютеров, подключенных к сети.

Топология «кольцо». Все компьютеры соединяются друг с другом в кольцо. Здесь пользователи сети равноправны. Информация по сети всегда передается в одном направлении. Кольцевая сеть требует специальных повторителей, которые, приняв информацию, передают ее дальше как бы по эстафете; копируют в свою память (буфер), если информация предназначается им; изменяют некоторые служебные разряды, если это им разрешено. Информацию из кольца удаляет тот узел, который ее послал.

Достоинства «кольца»:

- отсутствие дорогого центрального устройства;

- легкий поиск неисправных узлов;

- отсутствует проблема маршрутизации;

- пропускная способность сети разделяется между всеми пользователями, поэтому все пользователи гарантированно последовательно получают доступ к сети.

Ethernеt безопасность локальной сети

В компьютерной сети есть много технологий, которые используются в целях коммуникации некоторые проводных и беспроводных некоторые из них, но в настоящее время еще у нас есть много проводных технологий, таких как Ethernet. Тип местных сетевых технологий области, которая основана на специальный тип кабеля, который используется для передачи данных из одного места в другое в виде аналоговых и цифровых сигналов, эти кабели называются коаксиальных кабелей. Они также проводят сигналы радио различных частот, которые также уделяет важную роль в передаче данных между двумя операционными системами или компьютеров. Этот тип технологии, называется, как Ethernet.

Максимальная скорость передачи данных этой технологии составляет 10 МБ в секунду. кабели, которые используются для настройки Ethernet специальные, потому что они ведут себя как аналоговые и, а также цифровой и его скорость достаточно равной витой пары. Ethernet работает или работает в узком диапазоне, и это немного трудно настроить по сравнению с беспроводными сетевыми технологиями. Ethernet является очень дорогостоящим, чтобы установить, поскольку для установки коаксиальные кабели нам нужно много денег и времени. Так, в настоящее время ее альтернативной т.е. технологии одноранговой используется, чтобы уменьшить расходы, а также повышение надежности и сетей. Так точки к точке управление установить вместо тех дорогостоящих кабелей во всем мире.

Ethernet LAN безопасности:

Как мы знаем, что каждая технология, которая служит народу с такой большой сети, но в то же время она имеет много недостатков. Ethernet LAN также столкнулись с некоторыми серьезными проблемами безопасности, которые его влияние сетей плохо. Он должен сталкиваются и преодолеть многие проблемы безопасности, чтобы стать популярным источником взаимодействия между технологиями современной эпохи. Безопасность слабые стороны Ethernet также уничтожить Ethernet сетей внешне, а также внутри страны. Есть очень много проблем безопасности, которые Ethernet должен сталкиваются и уменьшить их, используя некоторые меры предосторожности, некоторые основные проблемы, как следует

Основная проблема безопасности Ethernet связано с его особенностью, что это система вещания. Любая информация, направляемая форме одного компьютера на другой через Ethernet LAN, как мы знаем, что Ethernet LAN имеет различные сегменты так, когда данные передаются она движется почти со всех концов кабеля, а затем движется в сторону получения компьютера. Во время движения из принимающих к приемнику некоторые нюхает программы, используемые хакерами можете смотреть ваши данные, а также использовать свой пароль сетей.

Как одноранговой технологии были приняты для сокращения расходов на коаксиальные кабели Ethernet LAN, но в то же время она предоставляет необеспеченные сетей, поскольку оно основано на обмене поэтому, когда вы поделиться чем-то с другого компьютера в рабочей группе другом компьютере просматривать данные и использовал его в группу. И т.д.

Решения:

Другие, то эти две проблемы Ethernet LAN безопасности имеет слишком много проблем, но ученые также разработать какие-то решения или меры предосторожности, чтобы преодолеть проблемы безопасности, Ethernet LAN. Существуют два основных типа решений, которые используются для предотвращения таких проблем безопасности аппаратных решений и программных решений.

Аппаратные решения:

Там аппаратных решений, которые используются, чтобы остановить или преодолеть Ethernet проблемы безопасности в локальных сетях в основном из трех типов, которые

При использовании коммутируемой сети, поскольку с помощью переключателя сеть разделена на различные сегменты и через это мы можем предотвратить Snooping или нюхают.

При использовании различных видов фильтров, которые являются электронными характер, такие как мосты или маршрутизаторы.

Ethernet LAN могут также быть защищены с помощью LAN архитектуры безопасности (LSA), он предотвращает входящих сообщений.

Software Solutions:

Ethernet LAN безопасности осуществляется также с помощью некоторых программных решений. Это программное обеспечение может защитить ваши данные от хакеров

Шифрование данных (это программное обеспечение шифрует данные и обеспечивает конфиденциальность к нему).

Процесс аутентификации: используя имя пользователя или пароль для аутентификации. Некоторые технологии также использоваться в которых сочетание двух вышеупомянутых технологий.

Мосты и коммутации

Переключатель Ethernet и моста (сетей)

Хотя повторителей удалось выделить некоторые аспекты Ethernet сегментов , таких, как кабельное поломки, они по-прежнему направляется весь трафик для всех устройств Ethernet. Это создало практические ограничения на многих машинах могли общаться на Ethernet сети. Всей сети было одно столкновение домен, и все хосты должны были быть в состоянии обнаружить столкновения в любом месте сети. Это ограниченное число повторителей между узлами дальний. Сегменты присоединились ретрансляторов были все работают с той же скоростью, что делает поэтапного обновления невозможно.

Чтобы смягчить эти проблемы, преодоление был создан, чтобы общаться на канальном уровне, изолируя физическом уровне. С моста, только хорошо сформированные пакеты Ethernet передаются от одного Ethernet сегмента в другой; столкновений и пакет ошибки изолированы. До обнаружение сетевых устройств на различных сегментах, Ethernet мостов (и коммутаторы) работают несколько ретрансляторов, как Ethernet, передавая весь трафик между сегментами. Однако, как мост узнает адреса, связанные с каждого порта, он перенаправляет сетевой трафик только на необходимые сегменты, повышения общего уровня производительности. трансляции трафика по-прежнему направлены во все сегменты сети. Мосты также преодолел ограничения на общую сегментов между двумя хостами и позволил смешивания скоростях, оба из которых стал очень важным с введением Fast Ethernet .

Раннее мостов рассмотрев каждый пакет по одному с помощью программного обеспечения на процессоре, и некоторые из них были значительно медленнее, чем ретрансляторов, расположенных на переадресацию трафика, особенно при обработке многих портах в то же время. Это было отчасти потому, что весь пакет Ethernet будет читать в буфер, адрес назначения по сравнению с внутренней таблице известных адресов MAC, и решение, принятое в том, чтобы отбросить этот пакет или пересылать на другой или всех сегментах.

В 1989 году сеть компании Калпана представили свои EtherSwitch, первый переключатель Ethernet. Это работает несколько иначе, чем Ethernet-моста, в том, что только заголовка входящий пакет будет рассмотрен до его ни упало или направляется в другую сегмента. Это значительно сократило время ожидания и переадресации обработки нагрузка на сетевое устройство. Один из недостатков этой сквозной способ переключения в том, что пакеты, которые были повреждены-прежнему будет распространяться через сеть, так болтовни станция может продолжать нарушать всей сети. Возможные средства для этого был возврат к первоначальному хранить и пересылать подход моста, где пакет будет прочитать в буфере на переключатель в полном объеме, проверено против его контрольную сумму и затем направляются, но с использованием более мощной специализированной интегральной схемы . Таким образом, преодоление в этом случае производится на аппаратном уровне, позволяет пакетов, который будет направлен на полной скорости.

Когда витой паре или ссылку сегменте волокно используется, и ни конца подключен к ретранслятора, полнодуплексный Ethernet становится возможным за этот сегмент. В режиме полного дуплекса, оба устройства могут передавать и принимать к и друг от друга в то же время, и нет никаких столкновений области. Это удваивает общую пропускную способность соединения и иногда рекламируются как двойной скорости соединения (например, 200 Мбит / с). Ликвидации столкновений области для этих соединений также означает, что ссылки пропускной все может быть использована два устройства в этом сегменте и сегменте длина не ограничена необходимостью для правильного обнаружения столкновений.

Поскольку пакеты, как правило, поставляется только в порт они предназначены для, движение на включении Ethernet меньше публики, чем на общих среды Ethernet. Несмотря на это, включен Ethernet должен еще можно рассматривать как небезопасные технологии сети, потому что легко подорвать включен Ethernet системы с помощью таких как ARP спуфинга и MAC наводнения .

Величина преимущества, немного лучше изоляция устройств друг от друга, способность легко смешивать различные скорости устройств и устранение цепочки пределы присущей Номера с коммутацией Ethernet сделали включен Ethernet доминирующей технологией сети.

Многообразия Ethernet

Ethernet физического уровня

Ethernet физического уровня развивались в течение значительного промежутка времени и включает в себя немало физических интерфейсов СМИ и нескольких величин скорости. Наиболее распространенные формы используются 10BASE-T, 100Base-TX и 1000BASE-T . Все три использовать кабели категории 5 и 8P8C модульные разъемы. Они работают в 10 Мбит / с, 100 Мбит / с и 1 Гбит / с, соответственно. Волоконно-оптические варианты Ethernet обеспечивают высокую производительность, электрической изоляции и расстояния (до десятков километров в некоторых версиях). В целом, сеть стек протоколов программное обеспечение будет работать одинаково на всех сортов.

Ethernet кадра

Пакетной передачи данных по проводам называется кадра. Кадр начинается с преамбулы и начало рамка разделитель, после чего каждый фрейм особенности Ethernet заголовок Показывая источника и назначения MAC-адресов. Средняя часть рамы состоит из полезных данных, включая любые заголовки для других протоколов (например, Интернет-протокол ) осуществляется в кадре. Фрейм заканчивается с 32-бит циклического избыточного кода , который используется для обнаружения любого повреждения данных при передаче.

Autonegotiation

Autonegotiation - это процедура, посредством которой два подключенных устройств выбрать общие параметры передачи, такие как скорость и дуплексный режим. Autonegotiation впервые было введено как дополнительная функция для Fast Ethernet, но и обратную совместимость с 10BASE-T. Autonegotiation является обязательным для Gigabit Ethernet.

Стандартизации

Стандартный 8P8C (их часто называют RJ45 ) разъем используется наиболее часто на кабель CAT5 , тип кабеля используется в основном в сетях Ethernet

Ethernet является семейство рамки основе компьютерных сетей технологии для локальных сетей (LAN). Название произошло от физической концепции эфира. Он определяет число проводки и сигнализации стандарты для физического уровня от OSI модели сетей, а также общие решения формат и управления доступом к среде на канальный уровень .

Ethernet является стандартным, как IEEE 802.3 . Сочетание витая пара версий Ethernet для подключения к серверным системам сети, а также волоконно-оптических версии для сайта магистралей, является наиболее распространенной технологии проводной локальной сети. Он был использован около 1980 в настоящее время в значительной степени заменить конкурирующих стандартов LAN,

Стандартный 8P8C (их часто называют RJ45 ) разъем используется наиболее часто на кабель CAT5 , тип кабеля используется в основном в сетях Ethernet

Заключение

В результате изучения представленной темы раздела студент знает основные сведения по компьютерным сетям: понятие, иерархию, классификацию локальной сети Ethernet, базовые сетевые топологии, характеристики локальных вычислительных сетей.

В настоящее время глобальные сети обеспечивают обмен информацией между всеми компьютерами, подключенными к ним. Грамотное использование возможностей сети позволяет повысить производительность вашего труда.

В заключение необходимо отметить, что современные компьютерные технологии тесно связаны с сетевыми технологиями. Время автономной работы компьютеров и пользователей прошло. Вместе с тем, данный факт выдвигает новые качественные требования к подготовке пользователей, так как надежная и безопасная работа всей сети зачастую зависит от уровня квалификации каждого. Данный реферат является попыткой комплексного изложения материала, необходимого при подготовке к работе в сети. Именно здесь затронуты программно-технические аспекты работы в сети, приведен материал, классифицирующий современные информационные ресурсы, даны практические рекомендации по их применению.

Список использованной литературы:

1. В. Г. Олифер, Н. А. Олифер «Компьютерные сети».- СПб: Издательство «Питер», 2000.

2. В. Э. Фигурнов «IBM PC для пользователя».- М.: ИНФРА-М, 1997.

3. А. В. Гаврилов «Локальные сети ЭВМ».-М.: Издательство «Мир», 1990.

4. Кульгин М. В. Компьютерные сети. Практика построения.–СПб., 2003.

5. Курносов А.П. Практикум по информатике/Под ред. Курносова А.П. Воронеж: ВГАУ, 2001.- 173 с.

6. Макарова Н.В. Информатика /под ред. Проф. Н.В. Макаровой. — М.: Финансы и статистика, 2006. — 768 с.: ил.

7. Малышев Р.А. Локальные вычислительные сети: Учебное пособие/ РГАТА. – Рыбинск, 2005. – 83 с.

8. Олифер В.Г, Олифер Н.А. Сетевые операционные системы/ В.Г. Олифер, Н.А. Олифер. – СПб.: Питер, 2002. – 544 с.

9. Олифер В.Г., Олифер Н.А.Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы /В.Г. Олифер, Н.А. Олифер. - СПб.: Питер, 2002.- 672 с.

10. Персональные компьютеры в сетях TCP/IP. Крейг Хант; перев. с англ. - BHV-Киев, 2002.

11. Практическая передача данных: Модемы, сети и протоколы. Ф. Дженнингс; перев. с англ. - М.: Мир, 2004.

12. Протоколы Internet. С. Золотов. - СПб.: BHV - Санкт-Петербург, 2002.