| §4.1 Локальные и глобальные компьютерные сети

Урок 24
§4.1 Локальные и глобальные компьютерные сети

Ключевые слова:

Сообщение
канал связи
компьютерная сеть
скорость передачи информации
локальная сеть
глобальная сеть

4.1.1. Передача информации

Ранее мы уже говорили о том, что передача информации - один из важнейших информационных процессов . Информация передаётся от источника к приёмнику в форме некоторой последовательности сигналов, символов, знаков. Например, при непосредственном разговоре между людьми происходит передача звуковых сигналов - речи; при чтении текста человек воспринимает графические символы - буквы. Передаваемая последовательность сигналов, символов, знаков называется сообщением.

Канал связи (передачи информации) - это система технических средств и среда распространения сигналов для передачи сообщений от источника к приёмнику. При непосредственном общении людей информация передаётся с помощью звуковых волн, при разговоре по телефону - с помощью акустических и электрических сигналов, распространяемых по линиям связи, при чтении - с помощью световых волн .

Любое преобразование информации, идущей от источника, в форму, пригодную для её передачи по каналу связи, называется кодированием . В настоящее время широко используется цифровая связь, когда передаваемая информация преобразуется в двоичный код.

Недостаточное техническое качество каналов связи и некоторые другие причины могут приводить к искажению передаваемого сигнала и потере информации. Во избежание таких ситуаций передаваемый по линии связи код делают избыточным. За счёт этого потеря какой-то части информации при передаче может быть компенсирована. Кроме того, в современных системах цифровой связи все сообщения разбиваются на части (пакеты, блоки). Для каждого блока вычисляется контрольная сумма (сумма двоичных цифр), которая передаётся вместе с данным блоком. В месте приёма заново вычисляется контрольная сумма принятого блока, и если она не совпадает с первоначальной суммой, то передача данного блока повторяется.

На протяжении столетий для передачи писем человечество пользовалось услугами почтовой связи; во второй половине XIX века была изобретена технология передачи звука (телефон); с 30-х годов XX века для передачи изображений стал использоваться телефакс. В наши дни для передачи текстов, изображений, звука и многих других видов информации повсеместно используются компьютерные сети - два и более компьютеров, соединённых линиями передачи информации. С появлением компьютерных сетей стало возможным отправить письмо, которое доходит быстрее, чем телеграмма, получить ответ, узнать последние новости, поговорить с другом, сидящим у компьютера за сотни километров, так, будто он находится в соседней комнате, заказать билет на самолёт или номер в гостинице, «скачать» нужную программу, мелодию или фильм.

Важной характеристикой компьютерной сети является скорость передачи информации , или пропускная способность канала. Эта величина определяется как количество информации в битах в секунду (бит/с) и в производных единицах: килобитах в секунду (1 Кбит/с = 1000 бит/с), мегабитах в секунду (1 Мбит/с = 1000 Кбит/с), гигабитах в секунду (1 Гбит/с = 1000 Мбит/с).

Различают локальные и глобальные компьютерные сети .

4.1.2. Что такое локальная компьютерная сеть

Локальная компьютерная сеть объединяет компьютеры, установленные в одном помещении (например, школьный компьютерный класс) или в одном здании (например, в локальную сеть могут быть объединены все компьютеры, находящиеся в здании школы). Локальная сеть позволяет пользователям получить совместный доступ к ресурсам компьютеров, а также к периферийным устройствам (принтерам, сканерам, дискам, модемам и др.), подключённым к сети .

Локальные сети бывают одноранговыми и с выделенным сервером .

В небольших локальных сетях все компьютеры равноправны, т. е. каждый из них может использовать ресурсы другого. Пользователи самостоятельно решают, какие ресурсы своего компьютера (файлы, папки, диски) сделать доступными для всей сети. Такие сети называются одноранговыми.

В сетях с большим количеством пользователей нежелательно, чтобы все они имели доступ ко всем компьютерам сети. При объединении более 10 компьютеров целесообразно выделять наиболее мощный компьютер - сервер (англ. server - обслуживающий). На жёстком диске сервера размещают файлы (данные и программы), к которым получают доступ другие компьютеры сети - клиенты. Кроме того, всем пользователям сети может быть доступно периферийное оборудование, подключённое к серверу (например, принтер или сканер).

Каждый компьютер, подключаемый к локальной сети, должен иметь специальную плату - сетевой адаптер. Её функция - передача и приём сигналов, распространяемых по каналам связи.

Соединение компьютеров (их сетевых плат) в локальную сеть осуществляется с помощью различных типов кабелей (витая пара, оптическое волокно - рис. 4.1) или по беспроводным каналам (типа Wi-Fi).

Рис. 4.1. Кабели:
витая пара и оптоволокно

Витая пара представляет собой два изолированных медных провода, скрученных один относительно другого. Такое скручивание проводов снижает влияние помех на сигналы, передаваемые по этому кабелю. Соединение «витая пара» представляет собой несколько витых пар (2 или 4), покрытых пластиковой оболочкой. Скорость передачи данных - от 10 Мбит/с до 1000 Мбит/с.

Оптоволоконный кабель передаёт свет по стеклянному волокну. Такой тип соединения обеспечивает очень высокую скорость передачи, протяжённость канала составляет сотни и тысячи километров, и он абсолютно не подвержен электромагнитным помехам. Скорость передачи данных - от 100 Мбит/с до 10 Гбит/с.

Беспроводное соединение Wi-Fi обеспечивает скорость передачи данных до 300 Мбит/с.

4.1.3. Что такое глобальная компьютерная сеть

Локальные сети, объединяя десятки компьютеров на небольшой территории, не обеспечивают совместный доступ к информации пользователям, находящимся на значительном расстоянии друг от друга (например, в различных населённых пунктах).

Глобальная компьютерная сеть - это система связанных между собой компьютеров, расположенных на сколь угодно большом удалении друг от друга (например, в разных странах и на разных континентах).

Примерами глобальных компьютерных сетей могут служить региональные и корпоративные сети. Региональные компьютерные сети обеспечивают объединение компьютеров в пределах одного региона (города, области, края, страны). Корпоративные компьютерные сети создаются для обеспечения деятельности различного рода корпоративных структур, имеющих территориально удалённые подразделения (например, банков со своими филиалами).

Наиболее известной и самой обширной глобальной компьютерной сетью является Интернет. Эта сеть объединяет многочисленные локальные, региональные и корпоративные сети, а также компьютеры отдельных пользователей, распределённые по всему миру.

Основой любой глобальной компьютерной сети являются компьютерные узлы и каналы связи .

Узел - это мощный компьютер, постоянно подключённый к сети. К узлам компьютерной сети подключаются абоненты - персональные компьютеры пользователей или локальные сети .

Для передачи данных в глобальных сетях применяют самые разнообразные физические каналы: электрический кабель; радиосвязь через ретрансляторы и спутники связи; инфракрасные лучи (как в телевизионных пультах дистанционного управления); современный оптоволоконный кабель; обычную телефонную сеть .

Организация, предоставляющая пользователям связь с глобальной сетью через свои компьютеры, называется провайдером (англ. provider - поставщик) сетевых услуг.

Задача. Скорость передачи данных через некоторое соединение равна 128 ООО бит/с. Какое количество времени (в секундах) потребуется для передачи через это соединение файла размером 625 Кбайт?

САМОЕ ГЛАВНОЕ

Компьютерная сеть - это два и более компьютеров, соединённых линиями передачи информации.

Локальная компьютерная сеть объединяет компьютеры, установленные в одном помещении или в одном здании, и обеспечивает пользователям возможность совместного доступа к ресурсам компьютеров, а также к периферийным устройствам, подключённым к сети. Локальные сети бывают одноранговыми и с выделенным сервером.

Глобальная компьютерная сеть - это множество связанных между собой компьютеров, расположенных на сколь угодно большом удалении друг от друга (например, в разных странах и на разных континентах).

Вопросы и задания

1. Ознакомьтесь с материалами презентации к параграфу, содержащейся в электронном приложении к учебнику. Что вы можете сказать о формах представления информации в презентации и в учебнике? Какими слайдами вы могли бы дополнить презентацию?

2. Как вы понимаете смысл фразы: «Возможность передачи знаний, информации - основа прогресса всего общества в целом и каждого человека в отдельности»? Обсудите этот вопрос в группе.

3. С давних времён люди различными способами обменивались сведениями, извещали об опасности или передавали важную и срочную информацию. Подготовьте небольшое сообщение об одном из ранее использовавшихся способов передачи информации.

4. Что такое компьютерная сеть?

5. Что такое канал связи? Как определяется пропускная способность канала связи?

6. Как устроена одноранговая локальная сеть?

7. Как устроена локальная сеть с выделенным сервером?

8. Какого типа локальная сеть установлена в вашем компьютерном классе? Какие функции она выполняет?

9. Какие сети называются глобальными? Приведите примеры таких сетей.

10. Какие каналы связи используются для передачи данных в глобальных компьютерных сетях?

11. Скорость передачи данных по некоторому каналу связи равна 512 ООО бит/с. Передача файла по этому каналу занимает 16 с. Определите объём файла в килобайтах.

12. Узнайте названия фирм, являющихся поставщиками сетевых услуг в вашей местности.

13. Постройте граф отношений, связывающих понятия, рассмотренные в этом параграфе.

3.5. Локальные вычислительные сети

Локальной вычислительной сетью (ЛВС ) называют совместное подключение нескольких отдельных компьютеров к единому каналу передачи данных. Понятие ЛВС (англ. LAN – Lokal Area Network) относится к географически ограниченным (территориально или производственно) аппаратно-программным комплексам, в которых несколько компьютерных систем связаны между собой с помощью соответствующих средств коммуникаций .

ЛВС предоставляет возможность одновременного использования программ и баз данных несколькими пользователями, а также возможность взаимодействия с другими рабочими станциями, подключенными к сети. Посредством ЛВС в систему объединяются персональные компьютеры, расположенные на многих удаленных рабочих местах, которые используют совместно оборудование, программные средства и информацию. Рабочие места сотрудников перестают быть изолированными и объединяются в единую систему.

Важнейшей характеристикой ЛВС является скорость передачи информации. В идеале, при посылке и получении данных через сеть время отклика должно быть почти таким же, как если бы они были получены от ПК пользователя, а не из другого места сети . Это требует передачи данных со скоростью 10 Мбит/с и выше . Реально достигаются следующие скорости:

· Коаксиальный кабель – 10 ¸ 50 Мбод;

· Витая пара – до 10 Мбод;

· Специальная витая пара 5 категории – до 100 Мбод;

· Оптическое волокно - до 1Гбод;

· Телефонная линия - от 2400 бод до 56 кбод;

· Спутник 10000 компьютеров одновременно и скорость около 1 Мбод.

Компоненты ЛВС: сетевые устройства и средства коммуникаций.

В ЛВС реализуется принцип модульной организации, который позволяет строить сети различной конфигурации с различными функциональными возможностями. Основными компонентами, из которых строится сеть, являются следующие:

передающая среда – коаксиальный кабель, телефонный кабель, витая пара, оптоволоконный кабель, радиоэфир и др.;

рабочие станции – ПК, АРМ или собственно сетевая станция. Если рабочая станция подключена к сети, для нее могут не потребоваться ни винчестер, ни флоппи-диски. Однако, в этом случае необходим сетевой адаптер – специальное устройство для дистанционной загрузки операционной системы из сети;

платы интерфейса – сетевые платы для организации взаимодействия рабочих станций с сетью;

серверы – отдельные компьютеры с программным обеспечением, выполняющие функции управления сетевыми ресурсами общего доступа;

сетевое программное обеспечение .

Рассмотрим некоторые из перечисленных компонентов сети более подробно.

Серверы

Сеть может иметь один или несколько серверов. Различные серверы могут использоваться для управления работой сети (серверы сети ), хранения информации в виде файлов (файл-серверы ), поиска и извлечения информации из баз данных (серверы баз данных ), рассылки информации (почтовые серверы ), сетевой печати (серверы печати ) и др. Диски серверов доступны со всех остальных рабочих станций сети, если у пользователей есть соответствующие полномочия.

Взаимодействие сервера с рабочими станциями происходит примерно по следующей схеме. По мере необходимости рабочая станция отправляет серверу запрос на выполнение каких либо действий: прочитать данные, напечатать документ, передать электронное письмо и т.п. Сервер выполняет затребованное действие и выдает подтверждение.

Передающая среда

Передающие среды характеризуются скоростью и дальностью передачи информации и надежностью.

В качестве средств коммуникации в ЛВС чаще всего используются витая пара, коаксиальный кабель, оптоволоконные линии. При выборе передающей среды необходимо учитывать следующие показатели:

· скорость передачи информации;

· дальность передачи информации;

· защищенность передачи информации;

· надежность передачи информации ;

· стоимость монтажа и эксплуатации.

Одновременное выполнение требований, предъявляемых к передающей среде, является трудно разрешимой задачей. Так, например, большая скорость передачи данных часто ограничена предельно допустимым расстоянием надежной передачи данных, при обеспечении необходимого уровня защиты передаваемых данных. Стоимость средств коммуникации сказывается на возможности наращивания и расширения сети.

Рассмотрим подробнее свойства некоторых передающих сред.

Витая пара

Витое двухжильное проводное соединение (twisted pair), наиболее дешевое среди передающих сред. Позволяет передавать информацию со скоростью до 10 Мбит/с, легко наращивается, помехозащищенность низкая. Длина кабеля не превышает 1000 м при скорости передачи 1 Мбит/с. Для повышения помехозащищенности информации используют экранированную витую пару, помещенную в оболочку, аналогичную экрану коаксиального кабеля. Цена такой пары близка к цене коаксиального кабеля.

Коаксиальный кабель

Коаксиальный кабель применяется для связи на расстояния до нескольких километров, имеет хорошую помехозащищенность при средней цене. Скорость передачи информации от 1 до 10 Мбит/с, в некоторых случаях достигает 50 Мбит/с. Коаксиальный кабель может использоваться для широкополосной передачи информации.

Широкополосный коаксиальный кабель.

Такой коаксиальный кабель слабо восприимчив к помехам, легко наращивается, однако имеет высокую цену. Скорость передачи информации достигает 500 Мбит/с. Для передачи информации на расстояние более 1,5 км в базисной полосе частот необходим репитер (усилитель), при этом расстояние устойчивой передачи увеличивается до 10 км. Для ЛВС с топологией шина или дерево кабель должен иметь на конце терминатор (согласующий резистор ).

Еthernet - кабель

Толстый Ethernet

Коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом (thick Ethernet. или желтый кабель (yellow cable)). Использует 15-контактное стандартное включение. Максимально допустимое расстояние передачи без репитера не превышает 500 м, а общая длина сети Ethernet – 3000 м. Толстый Ethernet, вследствие магистральной топологии использует на конце лишь один терминатор. По параметрам помехозащищенности является дорогой альтернативой обычному коаксиальному кабелю.

Тонкий Ethernet

Коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 ом (thin Ethernet) и скоростью передачи информации 10 7 бит/с, более дешевый, чем толстый Ethernet.

ЛВС с кабелем thin Ethernet характеризуются низкой стоимостью, минимальными затратами при наращивании и не требуют дополнительного экранирования. Кабель присоединяется к сетевым платам рабочих станций с помощью тройниковых соединителей (T-connectors ) с малогабаритными байонетными разъемами (СР-50). При соединении сегментов thin Ethernet требуются репитеры. Расстояние между рабочими станциями без репитеров не может превышать 300 м, а общая длина сети – 1000 м.

Оптоволоконный кабель

Наиболее дорогостоящей передающей средой для ЛВС является оптоволоконный кабель, называемый также стекловолоконным кабелем. Скорость передачи информации по нему достигает нескольких гигабит в секунду при допустимой длине более 50 км. Помехозащищенность оптоволоконного кабеля очень высокая, поэтому ЛВС на его основе применяются там, где возникают электромагнитные помехи и требуется передача информации на большие расстояния без использования репитеров. Сети устойчивы против подслушивания, так как техника ответвлений в оптоволоконных кабелях очень сложна. Обычно ЛВС на основе оптоволоконного кабеля строятся по звездообразной топологии.

Характеристики типовых передающих сред приведены в таблице.

Показатели	Передающая среда
	Витая пара	Коаксиальный кабель	Оптоволоконный кабель
Цена	Невысокая	Средняя	Высокая
Наращивание	Очень простое	Проблематично	Проблематично
Защита от прослушивания	Плохая	Хорошая	Очень хорошая
Заземление	Нет	Требуется	Нет
Помехозащи-щенность	Низкая	Высокая	Очень высокая

Топология ИВС

Топология, т.е. конфигурация соединения элементов в ЛВС , привлекает к себе внимание в большей степени, чем другие характеристики сети. Это связано с тем, что именно топология во многом определяет самые важные свойства сети, такие, например, как надежность и производительность .

Существуют разные подходы к классификации топологий ЛВС. Согласно одному из них конфигурации локальных сетей делят на два основных класса: широковещательные и последовательные .

В широковещательных конфигурациях каждый ПК передает сигналы, которые могут быть восприняты остальными ПК. К таким конфигурациям относятся общая шина, дерево (соединение нескольких общих шин с помощью репитеров), звезда с пассивным центром. Преимущества конфигураций этого класса – простота организации сети.

В последовательных конфигурациях каждый физический подуровень передает информацию только одному ПК. К таким конфигурациям относятся звезда с интеллектуальным центром, кольцо, иерархическое соединение, снежинка. Основное достоинство – простота программной реализации соединения.

Для предотвращения коллизий в передаче информации чаще всего применяется временной метод разделения , согласно которому каждой подключенной рабочей станции в определенные моменты времени предоставляется исключительное право на использование канала передачи информации. Поэтому требования к пропускной способности сети при повышенной нагрузке, т.е. при вводе новых рабочих станций, снижаются.

В различных топологиях реализуются различные принципы передачи информации . В широковещательных это селекция информации , в последовательных – маршрутизация информации .

В ЛВС с широкополосной передачей информации рабочие станции получают частоту, на которой они могут отправлять и получать информацию. Пересылаемые данные модулируются на соответствующих несущих частотах. Техника широкополосных сообщений позволяет одновременно транспортировать в коммуникационной среде довольно большой объем информации.

Звездообразная топология.

Топология сети в виде звезды с активным центром унаследована из области мэйнфреймов , где головная машина получает и обрабатывает все данные с терминальных устройств как активный узел обработки данных. Вся информация между периферийными рабочими станциями проходит через центральный узел вычислительной сети.

Пропускная способность сети определяется вычислительной мощностью центрального узла и гарантируется для каждой рабочей станции. Коллизий, т.е. столкновений в передаче данных не возникает.

Кабельное соединение топологии относительно простое, постольку поскольку каждая рабочая станция связана с центральным узлом, однако затраты на прокладку линий связи высокие, особенно когда центральный узел географически расположен не в центре топологии.

При расширении ЛВС невозможно использовать ранее выполненные кабельные связи: к новой рабочей станции необходимо прокладывать отдельный кабель от центрального узла сети.

Звездообразная топология при хорошей производительности центрального узла является одной из наиболее быстродействующих топологий ЛВС, поскольку передача информации между рабочими станциями происходит по выделенным линиям, используемым только этими рабочими станциями. Частота запросов на передачу информации от одной станции к другой невысокая по сравнению с другими топологиями.

Рис 1. Топология в виде звезды

Производительность ЛВС звездообразной топологии в первую очередь определяется параметрами центрального узла, который выступает в качестве сервера сети . Он может оказаться узким местом сети. В случае выхода из строя центрального узла нарушается работа сети в целом.

В ЛВС с центральным узлом управления можно реализовать оптимальный механизм защиты от несанкционированного доступа к информации.

Кольцевая топология.

В кольцевой топологии сети рабочие станции ЛВС связаны между собой по кругу. Последняя рабочая станция связана с первой, т.е. коммуникационная связь замыкается в кольцо.

Прокладка линий связи между рабочими станциями может оказаться довольно дорогостоящей, особенно если территориально рабочие станции расположены далеко от основного кольца.

Сообщения в кольце ЛВС циркулируют по кругу. Рабочая станция посылает по определенному адресу информацию, предварительно получив из кольца запрос. Передача информации оказывается достаточно эффективной, так как сообщения можно отправлять одно за другим. Так, например, можно сделать кольцевой запрос на все станции. Продолжительность передачи информации увеличивается пропорционально количеству рабочих станций, входящих в ЛВС.

Рис. 2. Кольцевая топология

Главная проблема кольцевой топологии состоит в том, что каждая рабочая станция должна участвовать в передаче информации, и в случае выхода из строя хотя бы одной из них вся сеть парализуется. Неисправности в кабельной системе локализуются легко.

Расширение сети с кольцевой топологией требует остановки работы сети, так как кольцо должно быть разорвано. Специальных ограничений на размер ЛВС не существует.

Особой формой кольцевой топологии является логическое кольцо .

Физически она монтируется как соединение звездных топологий. Отдельные звезды включаются с помощью специальных коммутаторов (англ. Hub -концентратор), которые по-русски также иногда называют “хаб”. В зависимости от числа рабочих станций и длины кабеля между рабочими станциями применяют активные или пассивные концентраторы. Активные концентраторы дополнительно содержат усилитель для подключения от 4 до 16 рабочих станций. Пассивный концентратор является исключительно разветвительным устройством (максимум на три рабочие станции). Управление отдельной рабочей станцией в логической кольцевой сети происходит так же, как и в обычной кольцевой сети. Каждой рабочей станции присваивается соответствующий ей адрес, по которому передается управление (от старшего к младшему и от самого младшего к самому старшему). Разрыв соединения происходит только для нижерасположенного (ближайшего) узла вычислительной сети, так что лишь в редких случаях может нарушаться работа всей сети.

Шинная топология

В ЛВС с шинной топологией основная передающая среда (шина ) – общая для всех рабочих станций. Функционирование ЛВС не зависит от состояния отдельной рабочей станции, т.е. рабочие станции в любое время могут быть подключены к шине или отключены от нее без нарушения работы сети в целом.

Рис. 3. Шинная топология

Однако в простейшей сети Ethernet с шинной топологией в качестве передающей среды используется тонкий Ethernet-кабель с тройниковым соединителем (T -коннектором), поэтому расширение такой сети требует разрыва шины, что приводит к нарушению функционирования сети. Более дорогостоящие решения предполагают установку вместо T -коннекторов пассивных штепсельных коробок.

Поскольку расширение ЛВС с шинной топологией можно проводить без прерывания сетевых процессов и разрыва коммуникационной среды, отвод информации из ЛВС и, соответственно, прослушивание информации осуществляются достаточно легко, вследствие чего защищенность такой ЛВС низкая.

Характеристики топологий вычислительных сетей приведены в таблице.

Характеристика	Топология
	Звезда	Кольцо	Шина
Стоимость расширения	Низкая	Средняя	Средняя
Присоединение абонентов	Пассивное	Активное	Пассивное
Защита от отказов	Низкая	Низкая	Высокая
Защита от прослушивания	Хорошая	Хорошая	Плохая
Поведение при высоких	Хорошее	Плохое	Плохое
Работа в режиме реального времени	Хорошая	Хорошая	Плохая
Разводка кабеля	Хорошая	Плохая	Хорошая

Древовидная топология.

Образуется путем различных комбинаций рассмотренных выше топологий ЛВС. Основание дерева (корень) располагается в точке, в которой собираются коммуникационные линии (ветви дерева).

Сети с древовидной структурой применяются там, где невозможно непосредственное применение базовых сетевых структур. Для подключения рабочих станций применяют устройства, называемые концентраторами .

Существует две разновидности таких устройств. Устройства, к которым можно подключить максимум три станции, называют пассивными концентраторами . Для подключения большего количества устройств необходимы активные концентраторы с возможностью усиления сигнала.

Типы построения ЛВС по методам передачи информации.

Сеть Token Ring

Этот стандарт разработан фирмой IBM. В качестве передающей среды применяются неэкранированная или экранированная витая пара или оптоволокно. Скорость передачи данных от 4 Мбит/с до 16Мбит/с. В качестве метода управления доступом рабочих станций к передающей среде используется маркерное кольцо (Тоken Ring). Основные положения метода:

¨ кольцевая топология ЛВС;

¨ рабочая станция может передавать данные, только получив маркер, т.е. разрешение на передачу информации;

¨ в любой момент времени только одна станция в сети обладает таким правом.

В ЛВС То k е n Ring используются три основных типа пакетов:

¨ пакет управление/данные (Data/Соmmand Frame);

¨ маркер (Token);

¨ пакет сброса (Аbort).

Пакет Управление/Данные . С помощью такого пакета выполняется передача данных или команд управления работой сети.

Маркер. Станция может начать передачу данных только после получения такого пакета. В кольце может быть только один маркер и, соответственно, только одна станция с правом передачи данных.

Пакет Сброса. Посылка такого пакета вызывает прекращение передачи информации.

Сеть То k е n Ring допускает подключение компьютеров по звездообразной топологии.

Локальная сеть Arknet.

Arknet (Attached Resource Computer NETWork) – простая, недорогая, надежная и гибкая архитектура ЛВС. Разработана корпорацией Datapoint в 1977 году. Впоследствии лицензию на Аrcnet приобрела корпорация SМС (Standard Microsistem Corporation), которая стала основным разработчиком и производителем оборудования для сетей Аrcnet. В качестве передающей среды используются витая пара, коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 93 Ом и оптоволоконный кабель. Скорость передачи данных составляет 2,5 Мбит/с. При подключении устройств в применяют топологии шина и звезда . Метод управления доступом станций к передающей среде – маркерная шина (Тоken Bus). Метод предусматривает следующие правила:

¨ устройства, подключенные к сети, могут передавать данные, только получив разрешение на передачу (маркер);

¨ в любой момент времени только одна станция в сети обладает таким правом;

Принципы работы

Передача каждого байта в Аrcnet выполняется посылкой ISU(Information Symbol Unit – единица передачи информации), состоящей из трех служебных старт/стоповых битов и восьми битов данных. В начале каждого пакета передается начальный разделитель АВ (Аlегt Вurst), который состоит из шести служебных битов. Начальный разделитель выполняет функции преамбулы пакета.

В Аrcnet определены 5 типов пакетов:

1. Пакет IТТ (Information To Transmit) – приглашение к передаче. Эта посылка передает управление от одного узла сети другому. Станция, принявшая пакет ITT , получает право на передачу данных.

2. Пакет FBE (Free Buffeг Еnquiries) – запрос о готовности к приему данных. Этим пакетом проверяется готовность узла к приему данных.

3. Пакет данных. С помощью этой посылки производиться передача данных.

4. Пакет АСК ( ACKnowledgments) – подтверждение приема. Подтверждение готовности к приему данных или подтверждение приема пакета данных без ошибок, т.е. ответ на FBE и пакет данных.

5. Пакет NAK (Negative AcKnowledgments) неготовность к приему. Неготовность узла к приему данных в ответ на FBE или принятие пакета с ошибкой.

Локальная сеть Ethernet

Спецификацию Ethernet в конце семидесятых годов предложила компания Xerox. Позднее к этому проекту присоединились компании Digital Equipment Corporation (DEC) и Intel. В 1982 году была опубликована спецификация на Ethernet версии 2.0. На базе Ethernet разработан стандарт IEEE 802.3.

Основные принципы работы

¨ шинная топология на логическом уровне;

¨ все устройства, подключенные к сети, равноправны, т.е. любая станция может начать передачу в любой момент времени(если передающая среда свободна);

¨ данные, передаваемые одной станцией, доступны всем станциям сети.

Тема урока: Локальные компьютерные сети.

Цели урока:

1. Освоить виды локальных компьютерных сетей;
2. Иметь представление об их возможностях

Задачи урока

Обучающие:

• дать представление о назначении компьютерных сетей, их видах.
• познакомить учащихся со структурой локальных сетей.
• научить выделению различных типов топологий локальных сетей.

Развивающие:

• развивать у учащихся умение обмена файлами в локальной компьютерной сети.
• прививать учащимся основные приемы работы в сети.
• формировать навыки выделения топологии сети.

Воспитательные

• прививать интерес к предмету.
• формировать навыки самостоятельности и дисциплинированности, основ коммуникативного общения.

Учащиеся должны:

1. Знать понятие компьютерных сетей, их виды.
2. Знать понятие локальной сети, её назначение и организацию.
3. Уметь грамотно определять топологию локальной сети, выявлять недостатки каждой топологии.

Оборудование: ЛВС класса, компьютер, экран, проектор, презентация по теме.

План урока:

1. Организационный момент – 2 мин.
2. Объяснение новой темы – 25 мин.
3. Закрепление нового материала – 8 мин.
4. Подведение итогов урока и домашнее задание – 5 мин.

Введение

Возникающая проблема передачи информации между пользователями на некоторое расстояние решается посредством применения различных каналов передачи информации, которые могут использовать различные физические принципы. Так например, при непосредственном общении людей, информация может передаваться при помощи звуковых волн, при разговоре по телефону – с помощью электрических сигналов, распространяющихся по линиям связи. Используя каналы связи различной физической природы (кабельные, оптоволоконные, радиоканалы и др.), можно передавать информацию между компьютерами. Практическая потребность быстрого доступа к информационным ресурсам других компьютеров, принтерам, и другим периферическим устройствам явилась причиной возникновения компьютерных сетей. По способу взаимного расположение компьютеров объединенных в сеть, сети подразделяются на два типа:

• Локальные сети.
• Глобальные сети.

Познакомимся с понятием и возможностями Локальных компьютерных сетей.

I. Дадим определение компьютерной сети:

Компьютерная сеть – это система компьютеров, связанная каналами передачи информации.

Небольшие по масштабам компьютерные сети, работающие в пределах одного помещения, здания, на сравнительно небольшом расстоянии называются локальными сетями (ЛС).

Примером локальной компьютерной сети может служить, компьютерная сеть в классе информатики, общешкольная ЛС, объединяющая компьютеры, установленные в предметных кабинетах. Так же в ЛС объединяются различные отделы предприятий, фирм, учреждений. Обычно компьютеры ЛС удалены друг от друга на расстояние не более 1 км.

Давайте ответим на вопрос «Чем автономная работа на ПК отличается от работы на том же ПК, входящим в состав ЛС?» на примере ЛС в школе.

(Идет обсуждение, которое должно привести к выводу о преимуществах работы в сети).

Итак, существуют две основные цели в использовании ЛС :

• Обмен файлами между пользователями сети;
• Использование общедоступных ресурсов: большого пространства дисковой памяти, принтеров, централизованной базы данных, программного обеспечения и др.

Пользователей общей локальной сети принято называть рабочей группой , а компьютеры, подключенные к сети – рабочими станциями .

Если все компьютеры сети равноправны, т.е. сеть состоит только из рабочих станций (РС) – то ее называют одноранговой.

II. Топология компьютерных сетей

Локальные сети (ЛС), в зависимости от назначения и технических решений, могут иметь различные структуры объединения компьютеров. Такую структуру называют конфигурацией, архитектурой, топологией сети .

Общая схема соединения компьютеров в локальной сети называется топологией сети.

Существует два основных класса сетей, различаемые по способу объединения компьютеров:

1. широковещательная конфигурация (каждый компьютер передает информацию, которая может восприниматься. всеми остальными компьютерами данной сети);
2. последовательная конфигурация (компьютер может передавать информацию только своему ближайшему соседу). Наиболее распространенные топологии сетей это:

• Шинная топология;
• Топология «звезда»;
• Кольцевая топология.

В широковещательных конфигурациях каждый персональный компьютер передает сигналы, которые могут быть восприняты остальными компьютерами. К таким конфигурациям относятся топологии «общая шина», «дерево», «звезда с пассивным центром». Сеть типа «звезда с пассивным центром» можно рассматривать как разновидность «дерева», имеющего корень с ответвлением к каждому подключенному устройству.

В последовательных конфигурациях каждый физический подуровень передает информацию только одному персональному компьютеру. Примерами последовательных конфигураций являются: произвольная (произвольное соединение компьютеров), иерархическая, «кольцо», «цепочка», «звезда с интеллектуальным центром», «снежинка» и др.

Коротко рассмотрим три наиболее широко распространенные (базовые) топологии ЛВС: «звезда», «общая шина» и «кольцо».

Рассмотрим следующие схемы:

1. Топология типа «линейная шина».

Вариант соединения компьютеров между собой, когда кабель проходит от одного компьютера к другому, последовательно соединяя компьютеры и периферийные устройства между собой (как показано на рис.1), называется линейной шиной.

Рис. 1. Шинная топология

Примером такой конфигурации может служить следующее соединение. Информация по шине передается на все ПК сети, но принимает ее только тот ПК, для которого эта информация предназначена.

2. Топология типа «кольцо».

Топология типа «кольцо» подразумевает соединение компьютеров сети замкнутой кривой – каналом передающей среды. Выход одного узла сети соединяется со входом другого. Информация по замкнутому контуру передается от ПК к ПК. На сравнительно небольшом пространстве такая топология преимущественна, хотя выход из строя одного из компьютеров «кольца» нарушает целостность сети.

При кольцевой топологии данные передаются от одного компьютера другому по эстафете (рис. 2). Если некоторый компьютер получает данные, предназначенные не ему, он передает их дальше по кольцу. Адресат предназначенные ему данные никуда не передает.

Рис. 2. Кольцевая топология

Специальной формой кольцевой топологии является логическая кольцевая локальная вычислительная сеть. Физически она монтируется как соединение звездных топологий. Отдельные звезды включаются с помощью специальных коммутаторов (англ. Hub – концентратор), которые по-русски также иногда называют “хаб”. В зависимости от числа рабочих станций и длины кабеля между рабочими станциями применяют активные или пассивные концентраторы. Активные концентраторы дополнительно содержат усилитель для подключения от 4 до 16 рабочих станций. Пассивный концентратор является исключительно разветвительным устройством (максимум на три рабочие станции). Управление отдельной рабочей станцией в логической кольцевой локальной вычислительной сети происходит так же, как и в обычной кольцевой локальной вычислительной сети. Каждой рабочей станции присваивается соответствующий ей адрес, по которому передается управление (от старшего к младшему и от самого младшего к самому старшему). Разрыв соединения происходит только для нижерасположенного (ближайшего) узла локальной вычислительной сети, так что лишь в редких случаях может нарушаться работа всей локальной вычислительной сети.

3. Топология типа «звезда».

Вариант соединения когда к каждому компьютеру подходит отдельный кабель, из одного центральног узла, называется конфигурацией типа «звезда».

В случае топологии «звезда» каждый компьютер через специальный сетевой адаптер подключается отдельным кабелем к центральному узлу (рис. 3). Центральным узлом служит пассивный соединитель или активный повторитель.

Рис. 3. Топология типа «звезда»

Обычно при такой схеме соединения центральным узлом является более мощный компьютер. Разновидностью топологии типа «звезда» является радиальная топология.

4. Древовидная топология.

Компьютеры сети могут находиться на разных уровнях (этажах). В этом случае может быть применена такая конфигурация, которую часто называют "снежинка".

Рассмотрим возможности сетей с различными топологиями.

Топология сети	Достоинства	Недостатки
Шинная топология	упрощение логической и программной архитектуры сети; простота расширения; простота методов управления; минимальный расход кабеля; отсутствие необходимости централизованного управления; надежность (выход из строя одного ПК не нарушит работу других).	кабель, соединяющий все станции – один, следовательно «общаться» ПК могут только «по очереди», а это означает, что нужны специальные средства для разрешения конфликтов; затруднен поиск неисправностей кабеля, при его разрыве нарушается работа всей сети.
Топология «Звезда»	надежность (выход из строя одной станции или кабеля не повлияет на работу других).	требуется большое количество кабеля; надежность и производительность определяется центральным узлом, который может оказаться «узким местом» (поэтому часто это оборудование дублируется).
Кольцевая топология	низкая стоимость; высокая эффективность использования моноканала; простота расширения; простота методов управления.	в случае выхода из строя хотя бы одного компьютера вся сеть парализуется; на каждой рабочей станции необходим буфер для промежуточного хранения передаваемой информации, что замедляет передачу данных; подключение новой станции требует отключения сети, поэтому разрабатываются специальные устройства, позволяющие блокировать разрывы цепи.

Структура сети повлияла на создание и самой системы информационного обеспечения, называемой информационным пространством, которое тоже имеет сетевую структуру. Все информационное пространство можно представить как навигационную систему, определенную совокупность программ, позволяющих пользователю ориентироваться во всем многообразии информации, размещенной в сети, и находить необходимые ему фактические данные, исторические сведения, полезные программы. Чаще всего система навигации организуется через систему вложенных меню. Пользователю нет необходимости запоминать адрес или название ресурса и последовательность команд, необходимую для доступа к нему: двигаясь по меню программы, можно перемещаться по содержимому различных ком­пьютеров, подключенным к сети.

Топология реальной ЛВС может в точности повторять одну из приведенных выше или включать их комбинацию. Структура сети в общем случае определяется следующими факторами: количеством объединяемых компьютеров, требованиями по надежности и оперативности передачи информации, экономическими соображениями и т. д.

Объединение компьютеров в единую сеть предоставляет пользователям сети новые возможности, несравнимые с возможностями отдельных компьютеров. Сеть – это не сложение, а умножение возможностей отдельных компьютеров. Локальная сеть позволяет организовать передачу файлов из одного компьютера в другой или другие, совместно использовать вычислительные и аппаратные ресурсы, совмещать распределенную обработку данных на нескольких компьютерах с централизованным хранением информации и многое другое. С помощью компьютерной локальной сети осуществляется коллективное использование технических ресурсов, что благотворно воздействует на психологию и поведение пользователя не только в сети, но и в реальной жизни.

Аппаратные ресурсы сети

Аппаратные ресурсы сети – это дополнительное оборудование, которое можно подключать к сети и разделять между пользователями. Аппаратные ресурсы расширяют возможности сети.

Принтеры, сканеры, модемы и факс-модемы, CD-ROM – все это аппаратные ресурсы сети.

Однора́нговые, децентрализо́ванные или пи́ринговые (от англ. peer-to-peer, P2P – равный к равному) сети – это компьютерные сети, основанные на равноправии участников. В таких сетях отсутствуют выделенные серверы, а каждый узел (peer) является как клиентом, так и сервером. В отличие от архитектуры клиент-сервера, такая организация позволяет сохранять работоспособность сети при любом количестве и любом сочетании доступных узлов. Так сказать «С глазу на глаз».

Впервые фраза «peer-to-peer» была использована в 1984 году Парбауэллом Йохнухуйтсманом (Parbawell Yohnuhuitsman) при разработке архитектуры Advanced Peer to Peer Networking фирмы IBM.

Для подготовки урока использовалась литература:

1. Информатика и ИКТ 8. Учебник для 8 класса. Угринович Н.Д. – М.: БИНОМ, 2008;
2. Практикум по информатике и информационным технологиям: Учебное пособие. / Угринович Н.Д. и др. – М.:БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007.
3. Преподавание курса «Информатика и ИКТ». Угринович Н.Д. Методическое пособие- 4 изд., испр.- М.: БИНОМ, 2007;
4. Симонович С.В., Евсеев Г.А., Алексеев А.Г. Общая информатика: Учебное пособие для средней школы. – М.: Аст-пресс, Информком-пресс, 2001. – 592 с.
5. Методика преподавания информатики: Учеб. пособие для студ. пед. вузов / М.П. Лапчик, И.Г. Семакин, Е.К. Хеннер; Под общей ред. М.П. Лапчика. – М.: Издательский центр "Академия", 2001. – 624 с.

Тема 1.3: Открытые системы и модель OSІ

Тема 1.4: Основы локальных сетей

Тема 1.5: Базовые технологии локальных сетей

Тема 1.6: Основные программные и аппаратные компоненты ЛВС

Локальные сети

1.4. Основы локальных сетей

1.4.1. Основные понятия ЛВС

Классификацию ЛВС

Компьютерная сеть – это совокупность компьютеров, объединенных каналами передачи данных. В зависимости от расстояния между компьютерами различают следующие вычислительные сети:

• локальные вычислительные сети - LAN;
• территориальные вычислительные сети, к которым относятся региональные MAN и глобальные WAN сети;
• корпоративные сети.

Локальная сеть - это ЛВС, в которой ПК и коммуникационное оборудование находится на небольшом расстоянии друг от друга. ЛВС обычно предназначена для сбора, хранения, передачи, обработки и предоставления пользователям распределенной информации в пределах подразделения или фирмы. Кроме того, ЛВС, как правило, имеет выход в Интернет.

Локальные сети можно классифицировать по:

• уровню управления;
• назначению;
• однородности;
• административным отношениям между компьютерами;
• топологии;
• архитектуре.

Рассмотрим более подробно классификацию ЛВС

По уровню управления выделяют следующие ЛВС:

• ЛВС рабочих групп, которые состоят из нескольких ПК, работающих под одной операционной системой. В такой ЛВС, как правило, имеется несколько выделенных серверов: файл-сервер, сервер печати;
• ЛВС структурных подразделений (отделов). ДанныеЛВС содержат несколько десятков ПК и серверы типа: файл-сервер, сервер печати, сервер баз данных;
• ЛВС предприятий (фирм). Эти ЛВС могут содержать свыше 100 компьютеров и серверы типа: файл-сервер, сервер печати, сервер баз данных, почтовый сервер и другие серверы.

По назначению сети подразделяются на:

• вычислительные сети, предназначенные для расчетных работ;
• информационно-вычислительные сети, которые предназначены, как для ведения расчетных работ, так и для предоставления информационных ресурсов;
• информационно-советующие, которые на основе обработки данных вырабатывают информацию для поддержки принятия решений;
• информационно-управляющие сети, которые предназначены для управления объектов на основе обработки информации.

По типам используемых компьютеров можно выделить:

• однородные сети, которые содержат однотипные компьютеры и системное программное обеспечение;
• неоднородные сети, которые содержат разнотипные компьютеры и системное программное.

По административным отношениям между компьютерами можно выделить:

• ЛВС с централизованным управлением (с выделенными серверами);
• ЛВС без централизованного управления (децентрализованные) или одноранговые (одноуровневые) сети.

По топологии (основным топологиям) ЛВС делятся на:

• топологию "шина";
• топологию "звезда";
• топологию "кольцо".

По архитектуре (основным типам архитектур) ЛВС делятся на:

1. Ethernet.
2. Arcnet.
3. Token ring.
4. FDDI.