Организация сетей. Проводная и беспроводная передача данных.

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное Агентство по образованию
Южно-Уральский государственный университет
Кафедра систем управления
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Организация сетей.
Проводная и беспроводная передача данных.
 
P.S.: Меньше «отлично» не поставят! ;-)
 
 
 
 
/> 
 
 
 

/>
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                 Челябинск
2009

Содержание
Введение………………………………………………………………. 3
Глава I. Проводные локальные сети………………………………….6
1.1 Виды и топологии локальных сетей……………………………...6
1.2 Технологии применяемые для построения проводных ЛС……..7
1.3 Устройства для создания локальных сетей……...………….…..11
1.4 Безопасность проводных локальных сетей……...………….…..15
 
Глава II. Беспроводные локальные сети….…………………………18                 2.1 Основные свойства беспроводных локальных сетей…… ……18
2.2 Топология беспроводных компьютерных сетей...……………...19
2.3 Устройства для создания беспроводных сетей…………………21
2.4 Метод доступа, используемый при беспроводной связи………23
2.4 Безопасность беспроводных сетей………..……...………….…..27
 
Заключение……………………………………………………………29
Список литературы…………………………………………………...31
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Введение. Компьютерной сетью называют совокупность узлов (компьютеров, терминалов, периферийных устройств), имеющих возможность информационного взаимодействия друг с другом с помощью  специального коммуникационного оборудования и программного обеспечения.      Размеры сетей варьируются в широких пределах – от пары соединенных между  собой  компьютеров, стоящих на соседних столах, до миллионов компьютеров, разбросанных по всему миру (часть из них может находиться на космических объектах).      По широте охвата принято деление сетей на несколько категорий: локальные вычислительные сети – ЛВС или LAN (Local-Area  Network), позволяют объединять компьютеры, расположенные в ограниченном пространстве.      Для локальных сетей, как правило, прокладывается специализированная кабельная  система, и положение возможных точек подключения абонентов ограничено этой кабельной системой. Иногда в локальных сетях используют беспроводную связь (Wireless), но при этом возможности перемещения  абонентов сильно ограничены. Локальные сети можно объединять в   крупномасштабные образования:CAN(Campus-AreaNetwork) — кампусная  сеть, объединяющая локальные сети близко расположенных зданий;MAN (Metropolitan-Area Network) — сетьгородского масштаба;WAN (Wide-Area Network) — широкомасштабная сеть;GAN (Global-Area Network) — глобальнаясеть.      Сетью сетей в наше время называют глобальную сеть – Интернет.      Для более крупных сетей устанавливаются специальные проводные и беспроводные  линии связи или используется инфраструктура  существующих публичных средств связи. В  последнем случае абоненты компьютерной сети могут подключаться к сети в относительно произвольных точках, охваченных сетью телефонии или кабельного телевидения.     В сетях применяются различные сетевые  технологии.  Каждой  технологии соответствуют свои типы оборудования.      Оборудование сетей подразделяется на активное – интерфейсные карты компьютеров,  повторители, концентраторы и т.п. и пассивное – кабели, соединительные разъемы, коммутационные панели и т.п. Кроме того имеется вспомогательное оборудование – устройства бесперебойного питания, кондиционирования воздуха и аксессуары – монтажные стойки, шкафы, кабелепроводы различного вида. С точки зрения физики, активное оборудование – это устройства, которым необходима подача энергии для генерации  сигналов, пассивное оборудование подачи энергии не требует.      Оборудование компьютерных сетей подразделяется на конечные системы (устройства), являющиеся источниками и/или потребителями информации, и промежуточные системы, обеспечивающие прохождение информации по сети.      К конечным системам относят компьютеры, терминалы, сетевые принтеры, факс-машины, кассовые аппараты, считыватели штрих-кодов, средства  голосовой и видеосвязи и любые другие периферийные устройства.      К промежуточным системам относят концентраторы (повторители, мосты, коммутаторы), маршрутизаторы, модемы и прочие телекоммуникационные устройства, а также соединяющая их кабельная или беспроводная инфраструктура.      Действием, «полезным» для пользователя, является обмен информацией между конечными устройствами.      Для активного коммуникационного оборудования применимо понятие производительность, причем в двух различных аспектах. Кроме «валового» количества неструктурированной информации, пропускаемого оборудованием за единицу времени (бит/с), интересуются и скоростью обработки пакетов, кадров или ячеек. Естественно, при этом оговаривается и размер  структур (пакетов, кадров, ячеек), для которого измеряется скорость обработки. В идеале производительность коммуникационного оборудования должна быть столь высокой, чтобы  обеспечивать обработку информации, приходящейся на все интерфейсы (порты) на их полной скорости (wire speed).      Для организации обмена информацией должен быть разработан комплекс программных и  аппаратных средств, распределенных по разным устройствам сети. Поначалу разработчики и  поставщики сетевых средств пытались идти каждый по своему пути, решая весь комплекс задач  с помощью собственного набора протоколов, программ и аппаратуры. Однако решения различных поставщиков оказывались несовместимыми друг с другом, что оказывало массу неудобств для пользователей, которых по разным причинам не удовлетворял набор возможностей, предоставляемых только одним из поставщиков. По мере развития техники и расширения ассортимента предоставляемых сервисов назрела необходимость декомпозиции сетевых задач –  разбивки их на несколько взаимосвязанных подзадач с определением правил взаимодействия  между  ними.Разбивка задачи и стандартизация протоколов позволяет принимать участие в ее решении  большому  количеству сторон-разработчиков программных и аппаратных средств, изготовителей  вспомогательного и коммуникационного оборудования, доносящих все эти плоды прогресса до конечного потребителя.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  Глава I. Проводные локальные сети 
1.1 Tопология и виды локальных сетей.
        Под топологией (компоновкой, конфигурацией, структурой) компьютерной сети обычно понимается физическое расположение компьютеров сети друг относительно друга и способ соединения их линиями связи. Важно отметить, что понятие топологии относится, прежде всего, к локальным сетям, в которых структуру связей можно легко проследить. В глобальных сетях структура связей обычно скрыта от пользователей и не слишком важна, так как каждый сеанс связи может производиться по собственному пути.
         Топология определяет требования к оборудованию, тип используемого кабеля, допустимые и наиболее удобные методы управления обменом, надежность работы, возможности расширения сети. Существует три базовые топологии сети:
          Шина (bus) — все компьютеры параллельно подключаются к одной линии связи. Информация от каждого компьютера одновременно передается всем остальным компьютерам (Рисунок 1).
/>
 
Рисунок 1. Сетевая топология шина
          Звезда (star) — бывает двух основных видов:
1)Активная звезда — к одному центральному компьютеру присоединяются остальные периферийные компьютеры, причем каждый из них использует отдельную линию связи. Информация от периферийного компьютера передается только центральному компьютеру, от центрального — одному или нескольким периферийным.
2)Пассивная звезда. В настоящее время она распространена гораздо более широко, чем активная звезда. Достаточно сказать, что она используется в наиболее популярной сегодня сети Ethernet (о которой будет сказано далее). В центре сети с данной топологией помещается не компьютер, а специальное устройство — коммутатор или, как его еще называют, свитч (switch), который восстанавливает приходящие сигналы и пересылает их непосредственно получателю.
           Кольцо (ring) — компьютеры последовательно объединены в кольцо.
Передача информации в кольце всегда производится только в одном направлении. Каждый из компьютеров передает информацию только одному компьютеру, следующему в цепочке за ним, а получает информацию только от предыдущего.
          На практике нередко используют и другие топологии локальных сетей, однако большинство сетей ориентировано именно на три базовые топологии.
          Виды локальных сетей
Все современные локальные сети делятся на два вида:
1)Одноранговые локальные сети — сети, где все компьютеры равноправны: каждый из компьютеров может быть и сервером, и клиентом. Пользователь каждого из компьютеров сам решает, какие ресурсы будут предоставлены в общее пользование.
2)Локальные сети с централизованным управлением (серверные локальные сети). В локальных сетях с централизованным управлением сервер обеспечивает взаимодействия между рабочими станциями, выполняет функции хранения данных общего пользования, организует доступ к этим данным и их передачу.
 
           1.2 Технологии, применяемые для построения локальных сетей.
           Существует большое количество технологий: Ethernet, FDDI, Token Ring, ATM, UltraNet и другие. Мы начнем рассмотрение с самой широко распространенной технологии:
            Ethernet.
Эта технология была разработана в 1973 году исследовательским центром в Пало-Альто. Ethernet представляет архитектуру сетей с разделяемой средой и широковещательной передачей, т. е. сетевой пакет посылается сразу на все узлы сегмента сети. Поэтому для приема адаптер должен принимать все сигналы, а уже потом отбрасывать ненужные, если они предназначались не ему. Перед началом передачи данных адаптер прослушивает сеть. Если в данный момент сеть кем-то используется, то адаптер задерживает передачу и продолжает прослушивание. В Ethernet может произойти ситуация, когда два сетевых адаптера, обнаружив «тишину» в сети, начинают одновременно передавать данные. В этом случае происходит сбой, и адаптеры начинают передачу заново через небольшой случайный промежуток времени.
На сегодняшний день Ethernet обеспечивает три скорости передачи данных — 10 Мбит/c, 100 Мбит/с (Fast Ethernet) и 1000 Мбит/с (Gigabit Ethernet). Существует еще 1Base5 Ethernet (1 Мбит/с), но он практически не применяется.
          
            FDDI
FDDI (Fiber Distributed Data Interface) — спецификация для сетевой архитектуры высокоскоростной передачи данных по оптоволоконным линиям.
• Скорость передачи — 100 Мбит/с.
• Топология — кольцо или гибридная (на основе звездообразных топологий).
• Метод доступа, как и у Token Ring (см.далее) — маркерный с возможностью циркулирования множества пакетов в кольце.
• Максимальное количество станций — 1000, максимальное расстояние — 45 км.
Высокая надежность, пропускная способность и допустимые расстояния, с одной стороны, и высокая стоимость оборудования, с другой, ограничивают область применения FDDI соединением фрагментов локальных сетей, построенных по более дешевым технологиям.
Технология, основанная на принципах FDDI, но с применением в качестве среды передачи медной витой пары, называется CDDI. Хотя стоимость построения сети CDDI ниже, чем FDDI, теряется очень существенное преимущество — большие допустимые расстояния.
 
            Token Ring
Token Ring (маркерное кольцо) — архитектура сетей с кольцевой логической топологией и методом доступа с передачей маркера.
В 1970 году эта технология была разработана компанией IBM, а после стала основой стандарта IEEE 802.5. Когда используется этот стандарт, данные (логически) всегда передаются последовательно от станции к станции по кольцу, хотя физическая реализация этого стандарта не «кольцо», а «звезда».
При использовании Token Ring в сети постоянно циркулирует пакет (по кольцу), называемый маркером. При приеме пакета станция может удерживать его в течение некоторого времени или передать далее.
В центре «звезды» находится MAU — хаб с портами подключения каждого узла. Для подключения используются специальные разъемы, чтобы обеспечить замкнутость кольца Token Ring даже при отключении узла от сети.
• Среда передачи — экранированная или неэкранированная витая пара.
• Стандартная скорость передачи — 4 Мбит/с, хотя существуют реализации 16 Мбит/с.
Существует несколько вариантов разводки сетей на основе Token Ring. Облегченный вариант обеспечивает подключение до 96 станций к 12 хабам с максимальным удалением от хаба — 45 м. Стационарная разводка обеспечивает подключение до 260 станций и 33 хабов с максимальным расстоянием между устройствами до 100 м, но при использовании оптоволоконных кабелей расстояние увеличивается до 1 км.
Основное преимущество Token Ring — заведомо ограниченное время обслуживания узла (в отличие от Ethernet), обусловленное детерминированным методом доступа и возможностью управления приоритетом.
           ATM
ATM (Asynchronous Transfer Mode) — технология, обеспечивающая передачу цифровых, голосовых и мультимедийных данных по одним и тем же линиям. Изначальная скорость передачи была 155 Мбит/с, потом 662 Мбит/с и до 2,488 Гбит/с. ATM используется как в локальных, так и в глобальных сетях.
В отличие от традиционных технологий, применяемых в локальных сетях, АТМ — технология с установлением соединения. То есть, перед сеансом передачи устанавливается виртуальный канал «отправитель–получатель», который не может использоваться другими станциями. В традиционных же технологиях соединение не устанавливается, а в среду передачи помещаются пакеты с указанным адресом. Несколько виртуальных каналов АТМ могут одновременно сосуществовать в одном физическом канале.
ATM имеет следующие особенности:
• Обеспечение параллельной передачи.
• Работа всегда на определенной скорости (фиксируется пропускная способность виртуального канала).
• Использование пакетов фиксированной длины (53 байта).
• Маршрутизация и коррекция ошибок на аппаратном уровне.
• Одновременная передача данных, видео и голоса с гарантированно заданным качеством.
В качестве недостатка можно указать очень высокую стоимость оборудования.
 
           UltraNet
UltraNet была специально создана и используется при работе с суперкомпьютерами.
Технология представляет собой аппаратно-программный комплекс, способный обеспечить скорость обмена информацией между устройствами, подключенными к нему, до 1 Гбит/с и использует топологию «звезда» с концентратором в центральной точке сети.
UltraNet отличается достаточно сложной физической реализацией и высокой стоимостью оборудования. Элементами сети UltraNet являются сетевые процессоры и канальные адаптеры. Также в состав сети могут входить мосты и роутеры для соединения ее с сетями, построенными по другим технологиям (Ethernet, Token Ring).
В качестве среды передачи могут использоваться коаксиальный кабель и оптоволокно. Хосты, подключаемые к UltraNet, могут находиться друг от друга на расстоянии до 30 км. Возможны также соединения и на большие расстояния путем подключения через высокоскоростные каналы WAN.Сетевые протоколы         Сетевой протокол — набор правил, позволяющий осуществлять соединение и обмен данными между двумя и более включёнными в сеть устройствами.Протокол TCP/IP — это два протокола нижнего уровня, являющиеся основой связи в сети Интернет. Протокол TCP (Transmission Control Protocol) разбивает передаваемую информацию на порции и нумерует все порции. С помощью протокола IP (Internet Protocol) все части передаются получателю. Далее с помощью протокола TCP проверяется, все ли части получены. При получении всех порций TCP располагает их в нужном порядке и собирает в единое целое.Наиболее известные протоколы, используемые в сети Интернет:HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) — это протокол передачи гипертекста. Протокол HTTP используется при пересылке Web-страниц с одного компьютера на другой.FTP (File Transfer Protocol)- это протокол передачи файлов со специального файлового сервера на компьютер пользователя. FTP дает возможность абоненту обмениваться двоичными и текстовыми файлами с любым компьютером сети. Установив связь с удаленным компьютером, пользователь может скопировать файл с удаленного компьютера на свой или скопировать файл со своего компьютера на удаленный.POP (Post Office Protocol) — это стандартный протокол почтового соединения. Серверы POP обрабатывают входящую почту, а протокол POP предназначен для обработки запросов на получение почты от клиентских почтовых программ.SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) — протокол, который задает набор правил для передачи почты. Сервер SMTP возвращает либо подтверждение о приеме, либо сообщение об ошибке, либо запрашивает дополнительную информацию.TELNET — это протокол удаленного доступа. TELNET дает возможность абоненту работать на любой ЭВМ сети Интернет, как на своей собственной, то есть запускать программы, менять режим работы и т. д. На практике возможности лимитируются тем уровнем доступа, который задан администратором удаленной машины.DTN — протокол дальней космической связи, предназначенный для обеспечения сверхдальней космической связи. 1.3 Устройства для создания локальных сетей.            Так уж получилось, что сетевое оборудование всегда держалось особняком. Другие комплектующие (из числа тех, что не входят в обязательный набор системного блока) можно покупать по отдельности, без каких-то можно легко обойтись. Но с сетевыми устройствами – картина совершенно иная, необходимо приобретать все в совокупности. Сетевая плата. Сетевая плата, также известная как сетевая карта, сетевой адаптер NIC (англ. network interface controller) — периферийное устройство, позволяющее компьютеру взаимодействовать с другими устройствами сети.По конструктивной реализации сетевые платы делятся на:-внутренние — отдельные платы, вставляющиеся в PCI, ISA или PCI-E слот;-внешние, подключающиеся через USB или PCMCIA интерфейс, преимущественно использовавшиеся в ноутбуках;-встроенные в материнскую плату.На 10-мегабитных сетевых платах для подключения к локальной сети используются 3 типа разъёмов:-8P8C для витой пары;-BNC-коннектор для тонкого коаксиального кабеля;-15-контактный разъём трансивера для толстого коаксиального кабеля.