Классификация компьютерных сетей

Вопрос создания и организации локальной сети достаточно объёмный и сложный, но всё больше и больше пользователей пытаются создать свою локальную сеть. Различной информации на эту тему существует огромное множество, однако практически весь материал очень сложен для понимания, поскольку изобилует техническими терминами, спецификациями и стандартами, либо наоборот, сообщает лишь самые общие сведения.

ЧТО ТАКОЕ ЛОКАЛЬНАЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ СЕТЬ?

Способов и средств обмена информации за последние время предложено множество: от простейшего переноса файлов с помощью дискеты, до всемирной компьютерной сети Интернет. Какое же место в это иерархии отводится Локальным сетям?

Чаще всего термин «локальные сети» или «Локальные Вычислительна Сети» понимают буквально, то есть это такие сети которые имеют небольшие, локальные размеры, соединяют близко расположенные компьютеры. Однако достаточно посмотреть на характеристики некоторых современных локальных сетей, чтобы понять, что такое определение не точно. Предельные возможности современных локальных сетей гораздо выше: максимальное число абонентов может достигать тысячи. По сути, компьютеры, связанные локальной сетью, объединяются в один виртуальный компьютер, ресурсы которого могут быть доступны всем пользователям, причём этот доступ не менее удобен, чем к ресурсам входящим непосредственно в каждый отдельный компьютер. Под удобством в данном случае понимается высокая реальная скорость доступа, скорость обмена информацией межу приложениям, практически не заметная для пользователя. Из данного определения следует, что скорость передачи по локальной сети должна приближаться к 100 Мбит/с, но эта скорость удел мечтаний многих. Таким образом, главное отличие локальной сети от любой другой - высокая скорость передачи информации по сети. В частности, принципиально необходим низкий уровень ошибок передачи, вызванных как внутренними, так и внешними факторами. Ведь даже очень быстро переданная информация, которая искажена ошибками, просто не имеет смысла, её придётся передавать ещё раз. Поэтому локальные сети обязательно используют специально прокладываемые высококачественные и хорошо защищённые от помех линии связи. Особое значение имеет и такая характеристика сети, как возможность работы с большими нагрузками, то есть с высокой интенсивностью обмена (или, как ещё говорят с большим трафиком). По локальной сети может передаваться самая разная цифровая информация: данные, изображения, телефонные разговоры, электронные письма и т. д.

Кстати, именно задача передачи изображений, особенно полноцветных динамических, предъявляет самые высокие требования, к быстродействию сети. Чаще всего локальные сети используются для разделения (совместного использования) таких ресурсов, как дисковое пространство, принтеры и выход в глобальную сеть Интернет, но это всего лишь незначительна часть тех возможностей, которые может предоставлять Локальная сеть.

Однако сети имеют довольно существенные недостатки, о которых всегда следует помнить:

Сеть требует дополнительных, иногда значительных материальных затрат, на покупку сетевого оборудования, программного обеспечения.

Сеть требует приёма на работу специалиста (Администратора сети), который будет заниматься контролем работы сети, управлением доступам к ресурсам, устранением возможных неисправностей, защитой информации.

Сеть ограничивает возможности перемещения компьютеров, подключённых к ней, так как при этом может понадобиться перекладка соединительных кабелей.

Сети представляют собой прекрасную среду для распространения компьютерных вирусов, поэтому вопросам защиты от них придётся уделять гораздо больше внимания, чем в случае автономного использования компьютера.

Сеть резко повышает опасность несанкционированного доступа к информации с целью её кражи или уничтожения. Информационная защита требует проведения целого комплекса технических и организационных мероприятий.

Классификация компьютерных сетей

Существует огромное множество классификаций компьютерных сетей, в моей работе мы рассмотрим только 3 самые распространенные классификации сетей.

Сети бывают Глобальные, региональные и локальные. Рассмотрим их более подробно.

Классификация сетей по расстоянию между узлами

Глобальная сеть- сеть, объединяющая компьютеры разных городов, регионов и государств. Самым большим примером можно назвать сеть Интернет, это самая большая из ныне существующих сетей.

Региональная сеть- сеть, соединяющая множество локальных сетей в рамках одного района, города или региона. Примером может служить компьютерная сеть города Петрозаводска SAMPO. RU, в этой сети находиться более двадцати тысяч компьютеров, объединенных в локальную сеть.

Локальная Вычислительная Сеть - небольшая группа компьютеров, связанных друг с другом и расположенных обычно в пределах одного здания или организации. ЛВС это самая распространённая сеть, её развёртывают практически все организации, которые используют компьютеры.

Если посмотреть на все эти определения компьютерных сетей, и связать их в едино, то получается, что глобальная сеть состоит из региональных, которая в свою очередь состоит из локальных сетей. Делаем вывод, что из мелких сетей и состоит Глобальная сеть.

Классификация сетей по типу среды передачи данных.

Существует два основных типа сетей это проводные и беспроводные.

Проводные сети, эти сети работают на основе медного коаксиального провода, витой пары, оптоволоконного кабеля. Об этих проводникам мы познакомимся в следующей главе.

Беспроводные сети, эти сети очень удобны, потому что не требуется прокладывать кабели, значит это дешевле и более эстетично. Беспроводные Сети по своему строению напоминают мобильную связь стандарта GSM.

Классификация сетей по распределению ролей между компьютерами.

Одноранговые

Одноранговые сети это такие сети, где все компьютеры равноправны. Любой компьютер может выступать в роли сервера, значит он может предоставлять свои ресурсы всей сети. Главным преимуществом таких сетей можно назвать легкость в установке и настройке, низкая стоимость всей сети, что бывает главным приоритетом, что не всегда оправдано.

Сети с выделенным сервером

Как правило, такие сети создаются в учреждения или в крупных организациях.

Главным отличием такой сети от одноранговой это то, что в таких сетях развертывается специальная машина, которая выступает в роли сервера. В роли сервера обычно выступает более мощная и надежная машина.

Главным и, наверное, единственным недостатком такой сети является, то, что если сервер выходит из строя, вся сеть практически неработоспособна.

Топология ЛВС

Топология сети описывает схему физического соединения компьютеров. Существуют пять основных типа сетевой топологии:

Общая шина.

При использовании шинной топологии компьютеры соединяются в одну линию, по концам которой устанавливают терминалы. Преимущества шинной топологии заключаются в простоте организации сети и низкой стоимости. Недостатком является низкая устойчивость к повреждениям - при любом обрыве кабеля вся сеть перестает работать, а поиск повреждения весьма затруднителен.

Кольцо.

При такой топологии узлы сети образуют виртуальное кольцо (концы кабеля соединены друг с другом). Каждый узел сети соединен с двумя соседними. Эту топологию активно продвигает фирма IBM (сети Token Ring). Преимуществом кольцевой топологии является ее высокая надежность (за счет избыточности), однако стоимость такой сети достаточно высока за счет расходов на адаптеры, кабели и дополнительные приспособления.

Древовидная

Полносвязная

При использовании топологии "звезда", каждый компьютер подключается к специальному концентратору (хабу). Преимуществом этой топологии является ее устойчивость к повреждениям кабеля - при обрыве перестает работать только один из узлов сети и поиск повреждения значительно упрощается. Недостатком является более высокая стоимость. Но в настоящие время это самый популярный способ соединения компьютеров.

СОЕДИНЕНИЕ КОМПЬЮТЕРОВ

Для того чтобы компьютеры работали в сети нужно иметь специальные материалы для подключения.

Проводники

Коаксиальный кабель.

Коаксиальный кабель похож на кабель для телевизионной антенны, он имеет такую же структуру. Состоит он из передающего медного или алюминиевого провода, изоляции, экранирующей оплётки из медных проводов и защитной изоляции.

Ещё 10-15 лет назад коаксиальный кабель был главным материалом для создания сети.

Сейчас его практически не используют из-за его ненадёжности и за низкую скорость передачи данных.

Витая пара.

В настоящее время это самый распространенный сетевой проводник. По структуре он напоминает многожильный телефонный кабель, имеет 8 медных проводников, перевитых друг с другом, и хорошую изоляцию. Обеспечивает высокую скорость соединения - до 100 Мбит/с или 200 Мбит/с в режиме Full-Duplex.

Витая пара делиться по категориям от 3 до 6, это зависит от шага. Чем меньше шаг, тем выше категория и тем больше скоростей передачи данных можно достичь при его использовании.

Также существует и экранированная витая пара, благодаря слою фольги из меди он очень защищена от электромагнитных излучений, но этот вид витой пары не получил большого распространения, из-за его высокой стоимости и сложностей связанных с установкой.

Оптоволоконный кабель

Отличается от всех видов сетевых проводников, из-за того, что он передаёт не электрические импульсы, а световые сигналы, а значит он не подвержен электромагнитному излучению. Оптоволоконный кабель обладает высокой скоростью передачи данных до 100000 Мбит/сек. Но у него есть свои недостатки: высокая стоимость кабеля, сложна заделка кабеля в коннектор, а так же его хрупкость.

Сетевое оборудование

Сетевая карта

Сетевая карта отвечает за передачу информации между единицами сети. Любая сетевая карта состоит из разъёма для сетевого проводника и микропроцессора, который кодирует (декодирует) сетевые пакеты. Каждая сетевая карта имеет свой МАС адрес – уникальный идентификатор устройства.

SWITCH (коммутатор)

Коммутатор – более интеллектуальное устройство, чем ХАБ, имеет процессор, внутреннюю шину и буферную память. Коммутатор анализирует МАС адреса (откуда и куда отправлен пакет информации) и соединяет компьютеры. Это позволяет увеличить производительность всей сети.

Сетевая архитектура

Ethernet

Архитектура Ethernet фактически объединяет целый набор стандартов, имеющих как общие черты, так и отличия. Архитектура Ethernet был разработан в 1973 году компанией Xerox и развита впоследствии совместно с Intel и Digital Equipment Corp. С тех пор этот стандарт стал международным стандартом организации компьютерных сетей. Стандарт был документирован и развит институтом IEEE и получил известность как спецификация IEEE 802. 3. IEEE представляет собой организацию Международного Комитета по Стандартам (ISO), ответственной за выработку сетевых стандартов. Естественно со временем стандарт претерпел изменения, и стал намного лучше. (См. табл. )

Реализация Скорость передачи Топология Среда передачи Максимальная длина кабеля, м данных, Мбит/с

Ethernet

10Base-5 10 «шина» толстый коаксиальный кабель 500

10Base-2 10 «шина» тонкий коаксиальный кабель 185; реально — до 300

10Base-T 10 «звезда» витая пара 100

lOBase-FL 10 «звезда» оптоволокно 500

(станция-концентратор); 2000 (между концентраторами)

Fast Ethernet

100Base-TX 100 «звезда» витая пара категории 5 100

(используется две пары)

100Base-T4 100 «звезда» витая пара категории 3, 4 или 5100

(используется четыре пары)

100Base-FX 100 «звезда» многомодовое или одномодовое 2000 (многомодовый); 15000 (одномодовый);

оптоволокно реально — до 40 км

Реализация Скорость передачи Топология Среда передачи Максимальная длина кабеля, м данных, Мбит/с

Gigabit Ethernet

1000Base-T 1000 «звезда» витая пара категории 5 или выше100

1000Base-CX 1000 «звезда» специальный кабель типа STP 25

lOOOBase-SX 1000 «звезда» оптоволокно 220-550 (многомодовый), в зависимости от типа

lOOOBase-LX 1000 «звезда» оптоволокно 550 (многомодовый); 5000 (одномодовый);

реально — до 80 км

10 Gigabit Ethernet lOGBase-* 10000 «звезда» оптоволокно 300-40000

(x — набор (в зависимости от типа кабеля и длины волны стандартов) лазера)

Основное достоинство таких сетей это легкость в организации ЛВС и лёгкость в настройке, так же замечу, что практически всё сетевое оборудование работает по этому стандарту. Естественно не обходится и без недостатков. 1 и самый нехороший это то, что

Ethernet работает по методу доступа к среде CSMA/CD, при увеличении количества компьютеров растёт число столкновений, что снижает пропускную способность сети и увеличивает время доставки кадров. Естественно, чем современней оборудование, тем лучше решается это проблема.

ПРОТОКОЛ РАБОТЫ СЕТИ

Стек протоколов TCP/IP

История развития стека TCP/IP началась ещё в конце 60-ч гг. Изначально этот протокол был разработан для военных целей армии США, этим протоколом стали пользоваться госучреждения и военные. Протокол получился настолько удачным, что даже после прекращения финансирования проекта ARPANet, проект продолжал жить и развиваться, создавая основы современного Интернета.

Основное преимущество этого протокола стала его более удобная система сетевой адресации, возможность фрагментации пакетов и очень небольшое количество широковещательных сообщений. Это оказалось решающим фактором в построение глобальных сетей. В результате сегодня протокол TCP/IP практически вытеснил своих конкурентов.

На физическом уровне TCP/IP поддерживает работу с основными технологиями локальных сетей Ethenet, Token Ring, Wi-Fi и т. д.

На сетевом уровне располагаются несколько протоколов

Протоколы:

IP-адрес

IP-адрес – это уникальное 32-разрядная последовательность двоичных цифр, с помощью которых компьютер однозначно индетифицируется в сети IP.

Существует 3 класса IP адресов A,B,C.

Маска подсети

Маска подсети – 32-разрядное число, состоящее из идущих вначале единиц, а затем – нулей.

Без IP-адресс Маска подсети протокол TCP/IP работать не будет.

ЦЕЛИ СОЗДАНИЯ СЕТИ

Какие же возможности открывает ЛВС?

1. Обмен информацией между членами сети: документами, фильмами, играми, музыкой, программами и т. д.

2. Возможность совместного использования оборудования.

3. Совместное использование и оплата канала доступа в Интернет.

4. Распределение вычислений.

5. Сетевые службы.

6. Многопользовательские игры по локальным сетям.

7. IP телефония.

Организация локальной вычислительной сети в МОУ «Державинский лицей»

1985 год

История создания локальной сети Лицея уходит далеко в прошлое - в 1985 год. В этот год в лицей поставили 1 партию компьютеров второго поколения, и назывались эти компьютеры Yamaha (Япония). Естественно возникла необходимость объединения этих компьютеров в сеть. В то время проводником служил толстый коаксиальный кабель. Скорость передачи данных была не велика, всего 1 Мбит/c. Но даже не смотря на то, что эта технология была не безупречна, сеть отработала добрых пятнадцать лет. Такой надёжности можно позавидовать.

1995 год

Спустя десять лет в лицей поставили персональные компьютеры «Макинтош». Проводником в сети служил обычный телефонный кабель, естественно скорость передачи данных была небольшой - 2 Мбит/c.

2002 год

Благодаря президентской программе информатизации в лицей поставили современную компьютерную технику. Одновременно был подключён высокоскоростной Интернет. Естественно возникла необходимость создания современной и надёжной сети стандарта Ethernet. Скорость в такой сети была очень высока. В результате этой современной техникой был оборудован один кабинет, соответственно новая сеть была только в этом кабинете.

2004 год

В 2004 году начала реализовываться федеральная программа по информатизации образования, лицей продолжил получать современные компьютеры. Был оборудован следующий кабинет, который подключили к сети. И вот уже в сети два кабинета и соответственно 18 компьютеров. В это же время появляется первый сервер на базе стационарного компьютера. Были развёрнуты: файловый сервер, почтовый сервер, принт сервер, был создан домен. Каждому ученику и учителю был создан свой профиль. Была проведена огромная работа по отладке и настройке сети. Заметим, что работу этой сети организовывали профессиональные специалисты.

2005 год

В 2005 году возникла необходимость расширения сети по зданию лицея до второго этажа, так как изначально сеть строилась на четвёртом этаже. Современные технологии всё активнее входили в жизнь, администрации лицея понадобился выход в Интернет.

2006 год

Этот год стал знаменательным для Лицея, который стал победителем приоритетного национального проекта «Образование» и получил один миллион рублей на развитие своей материальной базы, повышение квалификации учителей. Благодаря этому миллиону компьютерный «парк» значительно расширился.

Информационно-техническое обеспечение образовательного процесса

Перечень компьютеров, имеющихся в образовательном учреждении

Тип техники Год установки Где установлен Кем используется

(кабинет)

ПК Celeron 1200 (8 штук) 2002 402 Учащиеся/учителя

ПК Pentium D 2. 8 ГГц (1 шт. ) 2006 402 Учителя

ПК Celeron 3. 07 ГГц (1 шт) 2006 401 Учащиеся/учителя

ПК Pentium 4 - 2 ГГц (1 шт) 2002 403 Учителя МО ин. языка

ПК Pentium 4 - 3 ГГц (1 шт) 2004 407 Учителя/сервер

ПК Celeron 2. 2 ГГц (8 штук) 2004 407 Учащиеся/учителя

ПК Pentium 1 (9 штук) 2005 404 Учащиеся

ПК Pentium D 2. 8 ГГц (1 шт. ) 2006 408 Учителя/сервер

ПК Pentium(R) D 2. 8 ГГц (1 шт. ) 2006 409 Учителя/учащиеся

Ноутбук Acer Celeron M 1,78 Ггц (1 шт)

Ноутбук Acer Celeron M 1,78 Ггц (1 шт) 2006 311 Зам. директора по учебно-воспитательной

ПК Celeron 1. 7 ГГц (1 шт) работе

Ноутбук Acer Celeron M 1,78 Ггц (1 шт) 2006 302 Учащиеся/учителя

ПК Pentium 4 - 3 ГГц (1 шт)

2003 304 Учителя МО математики

2006 202 Учащиеся/учителя

ПК Celeron 1. 7 ГГц (1 шт) 2005 207 Учителя МО русского языка, литературы, истории, МХК

ПК Pentium 4 - 3 ГГц (2 шт) Зам. директора по научно-исследовательской

2003 203 деятельности

Секретарь

ПК Celeron 2. 2 ГГц (1 шт)

ПК Celeron 2. 2 ГГц (1 шт) 2005 204

канцелярия Библиотекарь/учителя

ПК Pentium I Учителя МО физики

ПК Intel Celeron (2 шт) 2004 201

ПК Pentium I (1 шт) 2004 208 Диспетчер

Отдел кадров

ПК Pentium I (1 шт) 2002 213 Зам. директора по учебно-воспитательной

1997 506 работе

Ноутбук 2005 604 Учителя МО химии, биологии, географии

Директор

2005 608

2006 205

2007 год

Продолжается расширение сети: идёт подключение третьего, второго, первого этажей, отдельных кабинетов четвёртого этажа. Одновременно с расширением сети постепенно приходит и опыт создания Локальной сети, администрирования сервера силами педагогов и учащихся.

В 2007 году Лицей снова становится победителем приоритетного национального проекта «Образование», выигрывает один миллион рублей. Была закуплена новая техника, а также сервер. Началась трудоёмкая работа по настройке сервера.

Проект создания проводной Локальной сети ещё не закончен, но в настоящее время начата реализация нового проекта - Беспроводные сети – основанного на новой технологии.

Проблемы

Естественно не обошлось и без проблем, как технических, так и организационных. При увеличении сети появились сбои, связанные с большим количеством клиентов (компьютеров), в связи с тем, что у технологии Ethernet есть свои недостатки. Также проблемой были межэтажные перегородки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результатом данной работы стало создание локальной Лицея и организация её работы. Получены навыки администрирования сети и сервера. Планируется развёртывание беспроводной сети Wi-Fi, реорганизация школьного web сервера, улучшение качества связи. Данный проект создания ЛВС ещё не закончен, впереди ещё подключение второго корпуса лицея, хотя беспроводная сеть там уже действует, но скорость передачи данных очень низкая. Планируется ввод новой услуги - IP телефонии.

Проект достаточно перспективный.