Компьютерные сети и сетевое программное обеспечение

Тип работы:
Курсовая
Предмет:
Программирование


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Оглавление

Введение

Глава 1. Компьютерные сети

1.1 Устройство компьютерных сетей

1.2 Сервер

Глава 2. Классификация компьютерных сетей

Глава 3. Сетевые операционные системы

Глава 4. Интернет (Internet)

Глава 5. ip-адрес

Литература

Введение

В связи со стремительным развитием науки и техники человечество уже не может представить свою жизнь без персональных компьютеров и интернета. На работе, во время учебы и отдыха, везде они просто необходимы. Мы порой даже не замечаем, насколько сильно от них зависим.

Компьютеры открывают нам доступ к любой информации. Они позволяют, не выходя из дома общаться с людьми, находящимися на расстоянии нескольких сотен километров, обмениваться данными. Выполнять сложные вычислительные задачи с помощью специальных программ. Можно даже купить что угодно, не покидая свою зону комфорта. Компьютеры значительно облегчают нашу физическую и умственную деятельность и, наверное, уже не существует такой сферы жизни, с которой бы не соприкоснулась эта техника.

И как же осуществляется это общение, передача данных, получение информации, вся эта связь компьютеров, находящихся в различных точках мира?

А происходит это с помощью компьютерных сетей, которые мы и обсудим в данной курсовой работе. Компьютерные сети являются логическим результатом эволюции компьютерных технологий. Вершина технического прогресса.

Глава 1. Компьютерные сети

И так, для начала разберемся, что же такое компьютерные сети.

Компьютерные сети — это большое количество компьютеров, обычно более двух, соединенных между собой каналами связи. Предназначение компьютерных сетей заключается в передаче данных между компьютерами этой сети.

Объединение компьютеров в сети позволяет качественно усилить производительность всей системы, плюс ко всему благодаря дублированию данных значительно снижается вероятность потери информации.

Существует несколько причин для объединения компьютеров в сети:

1) Осуществление совместного доступа к одному и тому же оборудованию (файл-серверу, принтеру, сканер и т. д.);

2) Возможность использовать сетевые версии ПО, помимо периферийных устройств;

3) Облегчение общей работы над единым проектом;

4) Коммуникационные услуги;

5) Распределенная обработка данных.

Основные требования, предъявляемые к современным компьютерным сетям:

1) Простота эксплуатации и доступа;

2) Открытость — подключение компьютеров разного типа;

3) Развиваемость — возможность увеличения возможностей сети и абонентов;

4) Автономность — работа не ограничивается включением в сеть;

5) Интегральность — обработка и передача данных различного вида: символьных, графических и др;

6) Защищенность — ограничение несанкционированного доступа к сети;

7) Небольшое время ответа — работа в диалоговом режиме;

8) Непрерывность работы — отключение и подключения компонентов сети без прерывания ее работы;

9) Помехоустойчивость — передача данных в условиях помех (высокая надежность).

Физический смысл:

Для передачи данных могут быть использованы физические явления, такие как электрические сигналы, световые сигналы или электромагнитное излучение.

1.1 Устройство компьютерных сетей

С технической точки зрения сеть — это система для передачи информации, состоящая из множества терминалов и коммуникационной среды.

Терминалы (рабочие станции) — это конечные устройства (находятся на концах сети), которые являются источником или получателем информации (от другого терминала).

Коммуникационная среда служит для передачи информации между терминалами. Состоит из каналов и, в общем случае узлов.

Компьютерные сети представляют собой комплекс технических, программных и информационных средств.

1) Технические средства — это компьютеры и системы передачи данных (каналы связи, модемы и сетевые адаптеры, шлюзы, распределители, маршрутизаторы и др.)

2) Информационные средства — это единый информационный фонд (базы данных). Применяются для общего и индивидуального доступа.

3) Программные средства сети предназначены для организации коллективного доступа к ее ресурсам, для оптимальной загрузки сети и управлением над ней.

Каналы связи — физическая передающая среда, соединяющая между собой компьютеры.

Если сигналы, поступающие на вход канала и снимающиеся с его выхода, являются дискретными, то канал называется дискретным, или цифровым. Если входные и выходные сигналы канала являются непрерывными, то канал называется непрерывным, или аналоговым.

Существует множество типов каналов связи.

Для передачи информации между компьютерами используют специальный кабель. В качестве кабеля используют: витую пару, тонкий коаксиальный кабель, толстый коаксиальный кабель, волоконно-оптический кабель.

1) простая витая пара (TP — twisted pair) — два перевитых вокруг друг друга изолированных медных провода (самый распространенный, особенно для локальных);

2) тонкий кабель — в основном для локальных сетей (для передачи на меньшие расстояния, чем толстый, поскольку сигнал в нем загасает сильнее.);

3) толстый кабель — используется на участках большой протяженности при требованиях высокой пропускной способности;

4) Волоконно-оптический кабель — позволяет создавать протяженные участки без ретрансляторов при высокой скорости и надежности, большей чем у других кабелей (минус — высокая стоимость) — нить из оптически прозрачного материала (стекло, пластик), используемая для переноса света внутри себя посредством полного внутреннего отражения.

Принцип действия:

Первоначально: несколько компьютеров с сетевыми адаптерами последовательно соединенные коаксиальным кабелем (сетевые адаптеры выдавали свой сигнал на него одновременно). Коаксиальный кабель — это электрический кабель, который состоит из центрального медного провода (1) и металлической оплетки, — экрана (3), разделенных между собой слоем диэлектрика — внутренней изоляции (2) и помещенных в общую внешнюю оболочку (4) (рис. 1).

Рис. 1. Коаксиальный кабель

Работа нескольких компьютеров на одной шине неудобна, так как очень большое влияние друг на друга: повреждения кабеля рушат всю сеть. Поэтому, последующее развитие компьютерных сетей стало происходить на принципах структурирования. Т. е. каждая сеть — набор взаимосвязанных участков — структур (несколько компьютеров с сетевыми адаптерами, каждый из которых соединен отдельным проводом с коммутатором). Коммутатор (многопортовый мост) — это устройство, осуществляющее жесткое соединение в локальной сети. Высокая помехоустойчивость и долгосрочность — основные преимущества структурной сети (при нарушении связи остальные элементы продолжают сохранять работоспособность). Но эта система несколько дороже из-за большей сложности проектирования.

Соединение компьютерных сетей различных организаций, в основном основанных на базе различных стандартов, спровоцировало появление специального оборудования: мостов, маршрутизаторов, концентраторов и т. п., — осуществляющих такое взаимодействие.

Мост — это устройство, объединяющее фрагменты компьютерной сети, созданной на базе различных технических средств.

Концентраторы используются для соединения сетей с высокой скорость передачи, с сетью с низкой скоростью, то есть концентратор выполняет функцию накопителя информации.

Мосты и концентраторы используются для присоединения компьютера, а для организации трафика (traffic — уличное движение — объем информации за период времени) используются маршрутизаторы, которые преобразуют информацию из одного формата в другой, а также организуют защиту информации.

1.2 Сервер

С появлением компактных станций и развитием локальных сетей возникло понятие сервера.

Стало возможно и необходимо распределить вычислительные ресурсы между узлами сети. Узлы — промежуточные устройства, в которых сходится не менее трех каналов сети. Они играют роль диспетчеров. А узел, что предоставляет ресурсы другим узлам — сервер. (файл-сервер, принт-сервер и т. д.). Он может и не отличаться от других узлов. Компьютер, пользующийся ресурсами, предоставляемыми сервером — клиент или рабочая станция.

Все сети делятся на две группы: с сервером или без него. В сети без выделенного файл-сервера любой компьютер сети может являться и клиентом и сервером, а в сети с выделенным файл-сервером один компьютер становится пунктом хранения и распространения информации и не может в то же время использоваться в качестве рабочей станции. Сервер может не иметь монитора и клавиатуры, а управлять его работой можно с любого компьютера рабочей станции.

В компьютерных сетях нет единообразия, так как они были разработаны различными организациями для различных задач. Но одна для всех — согласованная работа различных компонентов сети. Протокол — это список правил, определяющий параметры обмена данными между компьютерами. Они выполняют соединение, преодоление шумов на линии и передачу данных между модемами. Также задают способы передачи сообщений и обработки ошибок в сети и разрабатывают общие стандарты.

В настоящее время существует много сетей, работающих на основе различных протоколов.

Шлюз — это специальный комплекс, предназначенный для обеспечения совместимости между сетями. Шлюз модифицирует данные и протоколы к одному стандарту (за основу берется один из узлов).

К настоящему времени стандартизированы три основных сетевых протокола, на основе различного доступа:

1) Соперничество — сетевая станция прослушивает канал, если он свободен, происходит передача, если занят, через некоторое время следует повторное обращение;

2) Маркерная шина — в среде постоянно циркулирует специальный пакет-маркер, и та станция, которая обладает этим маркером, имеет право на передачу.

3) Маркерное кольцо — маркер передается по кругу. Если один из компьютеров сломался, то перестает работать вся сеть.

Организации, занимающиеся стандартизацией:

МККТТ — международный консультационный комитет по телефонии и телеграфии;

IEEE — институт инженеров, электриков и электронщиков;

ISO — международная организация по стандартизации.

Эталонная логическая модель включает семь уровней со строго определенными их задачами:

1) физический — передача цифровых данных через физический носитель;

2) уровень канала связи — надежность передачи на участке цепи;

3) сетевой уровень — конфигурация носителей информации при соединении участков сети;

4) уровень приема-передачи — обеспечение надежности обмена информацией между конечными пользователями;

5) уровень обмена — организация и синхронизация диалога, процесс обмена информации;

6) уровень представления — преобразование информации, настройка задач на операционную среду;

7) уровень прикладных программ — программы пользователя; обслуживание бесперебойной работы и стандартизация оборудования.

В настоящее время большинство организаций-разработчиков сетей придерживаются подобных протоколов.

Глава 2. Классификация компьютерных сетей

компьютерная сеть терминал сервер

Компьютерные сети классифицируются по следующим признакам:

1) территориальному размещению — по масштабу охвата территории. Локальные, региональные и глобальные (в каждом типе сетей используется разнообразное оборудование и различные операционные системы, а также различные сетевые протоколы.)

Локальные сети (ЛВС) — сеть небольшой протяженности (комната, здание, этаж), маленького радиуса действия: 1−10 км. Характерны высокие скорости передачи данных. Вероятность ошибок в них низкая и протоколы обмена упрощены.

Рис. Локальная сеть

Существует два типа локальных сетей: одноранговые и сети с выделенным сервером.

Основные компоненты локальной сети:

· несколько ПК, снабженных сетевым адаптером, или сетевой картой;

· среда передачи, объединяющая необходимые узлы;

· сетевое программное обеспечение.

Для объединения компьютеров требуется вставить в каждый подключаемый к сети компьютер сетевой адаптер (контроллер), позволяющий получить информацию из локальной сети и передавать данные в сеть. Также необходимо соединить компьютеры кабелями.

Достоинства: экономия памяти (применение разными пользователями одного программного продукта), хорошую защиту информации, связь пользователей через почту (компьютерную).

Региональные сети — сети, в пределах города, района, области, страны, на значительном расстоянии друг от друга (десятки-сотни километров). Это объединение нескольких локальных сетей и часть глобальной. Немного сложнее локальных. Например, помимо обмена данными и голосового обмена, региональные вычислительные сети могут передавать видео- и аудиоинформацию.

Региональные вычислительные сети сочетают лучшие характеристики локальной (низкий уровень ошибок, высокая скорость передачи) с большей географической протяженностью.

В последнее время стали еще выделять класс корпоративных сетей (крупные корпорации). Их масштаб и структура определяются потребностями предприятий — владельцев.

Глобальные сети (WAN wide area network) — объединение абонентов в различных странах, на различных континентах. Взаимодействие может осуществляться на базе телефонной линии связи, радиосвязи и систем спутниковой связи. Позволяют решить проблему объединения информационных ресурсов всего мира и организации доступа к этим ресурсам.

Рис. Глобальная сеть

К удаленным компьютерам подключаются с помощью телефонной сети. Передача данных происходит в форме электрических колебаний (аналога звукового сигнала, а в компьютере информация хранится в виде кодов). Коды должны быть преобразованы в электрические колебания — процесс модуляции. Для того чтобы прочитать на своем компьютере то, что отправлено, электрические колебания должны быть обратно превращены в машинные коды — демодуляция. Устройство, которое осуществляет преобразования — модем (сокращенно от МОдулятор ДЕМодуляции). На компьютере должна быть телекоммуникационная программа, управляющая модемом.

Глобальные вычислительные сети: объединение локальных и региональных сетей.

По сравнению с локальной вычислительной сетью: глобальные обладают медленной скоростью передачи и высоким уровнем ошибок (пытаются решить эти проблемы).

Каналы связи — телефонные линии — это медленные каналы с высоким уровнем ошибок. Однако сейчас все больше используются высокоскоростные оптоволоконные и радиоспутниковые каналы связи (wi-fi).

Конфигурация может быть различна и в отличие от локальных сетей — нерегулярна.

В глобальной сети между ее узлами существует множество путей доставки информации, а для локальных — всегда один.

Примером глобальной сети является сеть Internet.

2) топологии — схема объединения в сеть компьютеров и совместное использование оборудования (конфигурация физических соединений).

Есть следующие базовые типы топологии (они характерны в основном в локальных сетях):

· звездообразная (star)

Центральный компьютер — сервер, к которому подключены остальные компьютеры. Обычно Звезда состоит из одного узла — концентратора и нескольких, соединенных с ним узлов — терминалов. Терминалы не связаны между собой.

Рис. 2. Звездообразная топология

Достоинства: быстрота установки, простота адресации абонентов, высокая степень защиты, возможность использования различных скоростей передачи и типов данных, использование недорогих кабелей.

Недостатки: низкая степень использования линий связи, зависимость от центрального устройства, ограниченность длины кабеля.

· шинная, или магистральная (bus)

Все узлы присоединены к одной общей шине и связаны между собой в двух направлениях (как рабочие станции, так и сервер).

Рис. 3. Шинная топология

На концах подобных линий связи находятся заглушки-терминаторы, для защиты от отражения волновых сигналов.

Достоинства: невысокие затраты на прокладку кабеля, быстрая передача информации, даже без участия сервера, непрерывное подключение, простота маршрутизации (не нужны концентраторы).

Недостатки: низкая пропускная способность, низкая надежность, ограничение на количество узлов, ограничение на длину кабеля (немного больше, чем у звезды).

· кольцевая (ring, loop)

Узлы соединены в кольцо каналами связи, работа выполняется по кольцу в одном направлении. Объединяет несколько рабочих мест, между которыми происходит обмен сообщениями с указанием адреса приема и другой управляющей информации. Каждый компьютер анализирует весь поток данных, выделяя информацию, адресованную только ему.

Рис. 4. Кольцевая топология

Достоинства: высокая пропускная способность, простота проверки работоспособности, простота маршрутизации.

Недостатки: сложность расширения (при подключении новой станции сеть должна быть отключена); зависимость надежности сети от каждого узла (выход из строя одного из них останавливает всю сеть); время передачи увеличивается при подключении новых станций.

При выборе сетевой топологии (конфигурации) преследуются следующие цели:

· обеспечение максимальной надежности;

· выбор маршрута по наименьшей стоимости;

· предоставление наиболее удобного времени ответа и пропускной способности.

Реально чистых типов практически нет, есть их различные модификации.

Рис 5. Смешанная топология

3) типу ЭВМ сети делят на однородные (гомогенные) и неоднородные (гетерогенные).

Однородные — компьютеры программно совместимы, а в неоднородных такой совместимости нет.

4) типу решаемых задач — выделяют специализированные сети и многофункциональные.

5) размещению данных — делят на сети с централизованным банком данных и с распределенными банками данных.

6) числу уровней — в сети выделяют одноуровневые и многоуровневые сети.

7) логике соединения — делят на сети с жесткой логикой и с коммутируемой логикой соединения.

8) выполняемым функциям — подразделяются на вычислительные — решение задач пользователей. Информационные — выдача справочных сведений по запросам пользователей (бывают и информационно-вычислительные).

Глава 3. Сетевые операционные системы

Технические средства определяют лишь потенциальные возможности компьютерных сетей. Но настоящие ее возможности определяет программное обеспечение.

При работе пользователя в сети, как и при работе с одним компьютером, необходимы программные средства, системы пользователь-компьютер.

Программное обеспечение сетевых ОС распределено по узлам сети.

К основным функциям сетевых ОС относят:

1. управление каталогами и файлами;

2. управление ресурсами;

3. коммуникационные функции;

4. защиту от несанкционированного доступа;

5. обеспечение отказоустойчивости;

6. управление сетью.

Ядро ОС — выполняет большинство из выше функций, и дополнительные программы (службы), реализуют протоколы, выполняют специфических функций для коммутационных серверов, организацию распределенных вычислений и т. п.

К сетевому программному обеспечению относят также драйверы сетевых плат.

Драйвер -- компьютерная программа, с помощью которой другие программы (операционная система) получают доступ к программному обеспечению некоторого устройства.

Сетевой диск (сетевой драйвер) — назначенный диск, для хранения «общих» файлов.

Для каждого типа ЛВС разработаны разные типы плат и драйверов (зависит от интеллектуальности, скорости, объема буферной памяти).

ОС локальной сети:

· Windows 95,

· Windows NT (New Technology) (обычно применяют в средних по масштабам сетях),

· OS/2,

· Warp,

· Unix (применяют в корпоративных и территориальных сетях),

· Novell Netware (чаще применяют в небольших сетях).

Сетевые ОС применяются для управления передачей сообщений между рабочими станциями и серверами (могут позволить работу станции с физически неподключенным оборудованием).

Компоненты сетевой операционной системы взаимодействуют посредством языка — протокола.

1) IBM NetBIOS (Network Basic Input Output System — Сетевая операционная система ввода-вывода)

2) IPX (Internet-work Packet Exchange — межсетевой обмен пакетами) фирмы Novell.

Операционные системы для одноранговых сетей

Для одноранговой сети сетевая ОС устанавливается на каждом компьютере.

ОС:

· Windows 95 и Windows NT Workstations компании Microsoft;

· OS/2 Warp компании IBM;

· Invisible LAM компании Invisible Software;

· LANtastic и Personal Netware компании Artisoft;

· PowerLan компании Persomance Technology.

Наиболее популярны: Windows 95 и Windows NT Workstations, LANtastic и OS/2 Warp. Остальные системы распространены значительно меньше.

Операционные системы для сетей типа клиент-сервер

Примерами операционных систем для таких сетей являются NetWare фирмы Novel, Windows NT Server фирмы Microsoft, Vines фирмы Banyan Systems и ряд Unix-систем. Эти операционные системы обеспечивают защиты данных, межсетевых коммуникаций, высокую надежность и производительность сети.

Сетевые операционные системы

Операционная система

Производитель

Apple Talk

Apple

LANtastic

Artisoft

NetWare

Novell

NetWare Lite

Novell

Personal NetWare

Novell

NFS

SunMicrosystems

OS/2 LAN Manager

Microsoft

OS/2 LAN Server

IBM

Windows NT Advanced Server

Microsoft

POWERfusion

Performance Technology

POWERLan

Performance Technology

Vines

Banyan Systems

Глава 4. Интернет (Internet)

Internet — это глобальная компьютерная сеть, состоящая из региональных, корпоративных и локальных сетей, работающих по различным протоколам. Она объединяет различные типы компьютеров, программ, файлов, баз данных, абонентов по всем доступным типам линий связи — от витой пары и телефонных проводов до оптоволоконных и спутниковых каналов.

Сеть Internet появилась в конце 60-х годов и была первоначально предназначена для обмена информацией между рядом исследовательских центров военной промышленности США. С годами она развивается и расширяется. По оценкам специалистов рост Internet составляет до 80% в год. Основной рост выпал на последние годы, когда стала развиваться инфраструктура коммуникаций и возросли возможности компьютеров. Количество ее пользователей к началу 2000 г. составило около 1 млрд. человек и стало удваиваться с каждым годом. Internet в настоящее время — это совокупность научных, правительственных, учебных, военных сетей, поддерживающих единый протокол передачи данных.

Основные направления применения Internet:

· использование как источника информации (библиотеки, базы данных и т. п.);

· средство обмена информацией;

· место размещения личной информации.

Отличительная особенность — высокая надежность (будет продолжать работать, даже при неисправности нескольких компьютеров). Так как в Internet нет единого центра управления (несколько путей передачи информации).

Владелец любой отдельной сети, подключенной к Internet, отвечает за свою нишу во всемирной сети. Все сети приведены к единому виду. При использовании Internet пользователь платит взнос региональным поставщикам услуг, а региональные — поставщику на уровне государства.

Международные организации, определяющие направление развития Internet:

· ISOC (Internet SOCiety) — глобальный информационный обмен через Internet;

· IAB (Internet Architecture Board) — утверждает стандарты и распределяет ресурсы;

· IETF (Internet Engineering Task Force) — обсуждает текущие технические проблемы

Построена на базе стека (списка) протоколов TCP/IP.

Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP) — это промышленный стандарт стека протоколов, разработанный для глобальных сетей.

Он позволяет сетям подключаться к Internet или объединяться для создания частных интрасетей. Вычислительные сети, составляющие интрасеть, физически подключаются маршрутизаторами или IP-маршрутизаторами.

Маршрутизатор — это компьютер, который передает пакеты данных из одной сети в другую.

Информация передается в виде отдельных блоков (IP-пакетами или IP-дейтаграммами).

Ethernet -- семейство технологий пакетной передачи данных для компьютерных сетей.

На основе Интернета работает Всемирная паутина (World Wide Web, WWW) и множество других систем передачи данных.

HTTP (англ. HyperText Transfer Protocol -- «протокол передачи гипертекста») -- протокол прикладного уровня передачи данных. Основой HTTP является технология «клиент-сервер».

HTTP в настоящее время повсеместно используется во Всемирной паутине для получения информации с веб-сайтов.

Глава 5. ip-адрес

IP-адрес — это уникальный идентификатор. Он определяет узел (хост) в сети, использующей протокол TCP/IP.

Узел (node) или хост (host) — устройство, подключенное к сети и способное взаимодействовать с другими устройствами.

Сетевой адрес состоит из номера сети и номера хоста в сети. Он позволяет идентифицировать каждый хост в большой составной сети. В технологии TCP/IP сетевой адрес называют IP-Адрес

IP-адрес — 32-х разрядное двоичное число

Для удобства записывается в специальном формате — десятичное с точкой (dotted decimal)

W.X.Y.Z — десятичное с точкой

181. 252. 30. 115

IP-адрес разбивается на две части:

1) Идентификатор сети (network ID) — определяет физическую сеть. Он одинаковый для всех узлов в одной сети и уникален для каждой сети, включенной в объединенную сеть;

2) Идентификатор хоста (host ID) — соответствует конкретному узлу (компьютеру, маршрутизатору и т. д.) в данной сети.

Идентификатор сети занимает первую часть IP-адреса, хоста — вторую.

Каждый класс IP-адреса определяет, какая часть адреса отводится под ID-сети, а какая под ID-хоста. В соответствии с классами IP-адресов различают классы сетей.

Признаком, на основании которого IP-адрес относится к тому или иному классу, являются значения нескольких первых битов.

Маска подсети.

К IP-адресу прилагается 32-битовая маска, которую называют маской сети (netmask) или маской подсети (subnet mask). Сетевая маска конструируется по следующему правилу:

— на позициях, соответствующих номеру сети, биты установлены в «1»;

— на позициях, соответствующих номеру хоста, биты установлены в «0».

Снабжая каждый IP-адрес маской, можно отказаться от понятий классов и сделать более гибкой систему адресации сетей хостов.

Указание маски подсети

1) В формате десятичное с точкой (dotted decimal)

IP-адрес: 129. 64. 134. 5

Маска: 255. 255. 128. 0

2) В виде префикса сети (network prefix) Префикс — число разрядов маски, установленных в «1»

Записывается в виде: /< число разрядов>

129. 64. 134. 5/17

Маски подсетей для классов сетей:

Класс, А 255.0.0.0 /8

Класс B 255. 255.0.0 /16

Класс C 255. 255. 255.0 /24

Литература

1. www. plam. ru/compinet/osnovy_informatiki_uchebnik_dlja_vuzov/p11. php

2. servicecall. ru/training/course/course3/lesson40

3. bourabai. kz/dbt/protocols. htm

4. bip-ip. com/kompyuternyie-seti

5. ru. wikipedia. org

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой