Локально вычислительные сети

   Введение

   Информационные  технологии с применением автономно  работающей ПЭВМ значительно расширяют  интеллектуальные возможности пользователя. Однако более значительный эффект от использования ПЭВМ можно получить при объединении отдельных ПЭВМ организации, предприятия, фирмы и др. в локальную компьютерную сеть, которая обеспечивает функционирование фирмы как единой слаженной системы.

   Локальные сети объединяют все службы фирмы, ускоряют документооборот, хранят необходимую  информацию и предоставляют ее работникам фирмы и др.

   Естественным  продолжением тенденции развития информационных технологий являются компьютерные телекоммуникации и глобальные сети, обеспечивающие доступ пользователей к информационным ресурсам всей страны и выход в  мировое информационное пространство. Глобальные сети объединяют правительственные учреждения, промышленные корпорации, университеты и колледжи, исследовательские центры, коммерческие компании и общественные организации.

   Сейчас  важнейшая роль в мировых телекоммуникациях  принадлежит, конечно же, Internet которая охватывает практически все страны, содержит информацию обо всех сторонах человеческой деятельности, не знает пограничных и цензурных ограничений. В настоящее время компьютерные технологии получили широкое распространение практически во всех областях деятельности человека.

   Совместное  функционирование многих компьютеров  в системе одного учреждения достигается  монтажом локальной вычислительной сети (ЛВС; Local Area Network, LAN). Разумное планирование ЛВС помогает оптимально распределить вычислительные мощности.

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

   Соединение  компьютеров в сеть обеспечивает следующие основные возможности:

• Объединение ресурсов – возможность резервировать вычислительные мощности и средства передачи данных на случай выхода из строя отдельных из них с целью быстрого восстановления нормальной работы сети;
• Разделение ресурсов – возможность стабилизировать и повысить уровень загрузки компьютеров и дорогостоящего периферийного оборудования, управлять периферийными устройствами;
• Разделение данных – возможность создавать распределенные базы данных, размещаемые в памяти отдельных компьютеров, и управлять ими с периферийных рабочих мест;
• Разделение программных средств – возможность совместного использования программных средств;
• Разделение вычислительных ресурсов – возможность организовать параллельную обработку данных; используя для обработки данных другие системы, входящие в сеть;
• Многопользовательский режим.

   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.

   Подключив ЛВС к  Интернету, вы сможете:

• просматривать серверы Интернета и искать на них любую информацию;
• обмениваться сообщениями электронной почты с другими пользователями Интернета;
• публиковать собственную информацию на собственных страницах в Интернете.

   Локальная сеть представляет собой набор компьютеров, периферийных устройств (принтеров  и т. п.) и коммутационных устройств, соединенных кабелями. Локальные  сети делятся на учрежденческие (офисные  сети фирм, сети организационного управления и другие сети, отличающиеся по терминологии, но практически одинаковые по своей идеологической сути) и сети управления технологическими процессами на предприятиях.

   Локальные сети характерны тем, что расстояния между компонентами сети сравнительно невелики, как правило, не превышают нескольких километров.

   Локальные сети различаются по роли и значению ПЭВМ в сети, структуре, методам доступа  пользователей к сети, способам передачи данных между компонентами сети и  др. Каждой из предлагаемых на рынке сетей присуши свои достоинства и недостатки. Выбор сети определяется числом подключаемых пользователей, их приоритетом, необходимой скоростью и дальностью передачи данных, требуемыми пропускной способностью, надежностью и стоимостью сети.

   В настоящее время Международная  организация стандартов разработала  более 25 стандартов на локальные сети. Рассмотрим основные требования стандартов к учрежденческим сетям:

• возможность подключения современных, ранее разработанных и перспективных ПЭВМ и периферийных устройств;
• скорость передачи данных должна быть не менее 1 Мбит/с; отключение и подключение компонентов сети не должно нарушать общую работу сети более чем на 1 с;
• средства обнаружения ошибок, имеющиеся в сети, должны выявлять все сообщения, содержащие 4 и более искаженных битов;
• надежность сети должна обеспечивать не более 20 мин простоя сети в год.

   Международные стандарты предъявляют высокие  требования к локальным сетям. Поэтому  требования международных стандартов удовлетворяют лишь ряд сетей, выпускаемых ведущими электронными фирмами мира.

   Компонентами  сети являются рабочие ПЭВМ (рабочие  станции) и серверы.

   Сервер - это специально выделенная в сети ПЭВМ, в задачу которой входит управление всей сетью или частью сети (например, в комбинированных сетях), прием, хранение, обновление и выдача пользователям общей информации, управление высококачественными принтерами и графопостроителями. Поэтому к серверу предъявляются более высокие требования по производительности, объему памяти и надежности.

   Рабочие станция (клиенты, абоненты) - это менее  мощные ПЭВМ, которые могут использовать ресурсы (например, дисковое пространство) сервера.

   Достоинства сети:

• более эффективное централизованное управление сетью;
• рабочие станции могут быть достаточно простыми и дешевыми;
• операционная система, поддерживающая работу сети (например, Windows 95/98), может устанавливаться только на сервере.

   Недостатки:

• более высокая стоимость установки;
• сложная настройка системы.
 

1. Анализ объектной области. 
   

   1.1. Планирование

   Обычно  планирование ЛВС происходит по следующим  этапам:

• Предварительно производиться сбор информации о необходимости и трудности данной сети. 
• Далее выбирается топология сети, по которой будет строиться сеть.
• Выбирается класс IP адресов и как они будут распределяться.

   При таких действиях можно легко  построить сеть для предприятия. При планирование сети нужно учитывать уйму мелочей. В данной курсовой работе я использовал топологию сети «Звезда». Т.к. в сети имеется 5 сегментов ЛВС и по 8 компьютеров в сегменте использовалось автоматическое присвоение IP адресов в сегментах сети. 

   1.1.1. IP – адрес класс  В.

     IP-адрес имеет длину 4 байта и обычно записывается в виде четырех чисел, представляющих значения каждого байта в десятичной форме, и разделенных точками, например:

   128.10.2.30 - традиционная десятичная форма  представления адреса,

   10000000 00001010 00000010 00011110 - двоичная форма представления  этого же адреса.

   Если  первые два бита адреса равны 10, то сеть относится к классу В и является сетью средних размеров с числом узлов 2⁸ - 2¹⁶. В сетях класса В под адрес сети и под адрес узла отводится по 16 битов, то есть по 2 байта.

   IP-адреса класса В предназначены для адресации отдельных узлов и отдельных сетей. Такие адреса состоят из двух частей – номера сети и номера узла. Такая схема аналогична схеме почтовых индексов – первые три цифры кодируют регион, а остальные – почтовое отделение внутри региона.

   Преимущества  двухуровневой схемы очевидны: она  позволяет, во-первых, адресовать целиком  отдельные сети внутри составной сети, что необходимо для обеспечения маршрутизации, а во-вторых – присваивать узлам номера внутри одной сети независимо от других сетей. Естественно, что компьютеры, входящие в одну и ту же сеть должны иметь IP-адреса с одинаковым номером сети. (см рис. 1.1) 
 
 
 
 

   Объединенная  сеть. Номера узлов и номера сетей

   

   Рис.1.1 

   1.1.2. Отображение IP-адресов  на локальные адреса

   Одной из главных задач, которая ставилась  при создании протокола IP, являлось обеспечение совместной согласованной  работы в сети, состоящей из подсетей, в общем случае использующих разные сетевые технологии. Непосредственно с решением этой задачи связан уровень межсетевых интерфейсов стека TCP/IP. На этом уровне определяются уже рассмотренные выше спецификации упаковки (инкапсуляции) IP-пакетов в кадры локальных технологий. Кроме этого, уровень межсетевых интерфейсов должен заниматься также крайне важной задачей отображения IP-адресов в локальные адреса.

   Для определения локального адреса по IP-адресу используется протокол разрешения адреса (Address Resolution Protocol, ARP). Протокол ARP работает различным образом в зависимости от того, какой протокол канального уровня работает в данной сети - протокол локальной сети (Ethernet, Token Ring, FDDI) с возможностью широковещательного доступа одновременно ко всем узлам сети или же протокол глобальной сети (Х.25, frame relay), как правило не поддерживающий широковещательный доступ. Существует также протокол, решающий обратную задачу - нахождение IP-адреса по известному локальному адресу. Он называется реверсивным ARP (Reverse Address Resolution Protocol, RARP) и используется при старте бездисковых станций, не знающих в начальный момент своего IP-адреса, но знающих адрес своего сетевого адаптера.

   Необходимость в обращении к протоколу ARP возникает каждый раз, когда модуль IP передает пакет на уровень сетевых интерфейсов, например драйверу Ethernet. IP-адрес узла назначения известен модулю IP. Требуется на его основе найти МАС - адрес узла назначения.

   Работа  протокола ARP начинается с просмотра так называемой АКР - таблицы. Каждая строка таблицы устанавливает соответствие между IP-адресом и МАС - адресом. Для каждой сети, подключенной к сетевому адаптеру компьютера или к порту маршрутизатора, строится отдельная ARP-таблица.

   Пример ARP-таблицы.

   192.168.1.1 08:10:29:00:2F:C3

   192.168.1.2 08:30:39:00:2F:C4

   Слева – IP-адреса, справа – MAC-адреса.

   В глобальных сетях администратору сети чаще всего приходится вручную формировать ARP-таблицы, в которых он задает, например, соответствие IP-адреса адресу узла сети Х.25, который имеет для протокола IP смысл локального адреса. В последнее время наметилась тенденция автоматизации работы протокола ARP и в глобальных сетях. Для этой цели среди всех маршрутизаторов, подключенных к какой-либо глобальной сети, выделяется специальный маршрутизатор, который ведет ARP-таблицу для всех остальных узлов и маршрутизаторов этой сети. При таком централизованном подходе для всех узлов и маршрутизаторов вручную нужно задать только IP-адрес и локальный адрес выделенного маршрутизатора. Затем каждый узел и маршрутизатор регистрирует свои адреса в выделенном маршрутизаторе, а при необходимости установления соответствия между IP-адресом и локальным адресом узел обращается к выделенному маршрутизатору с запросом и автоматически получает ответ без участия администратора. Работающий таким образом маршрутизатор называют ARP-сервером.

   Итак, после того как модуль IP обратился  к модулю ARP с запросом на разрешение адреса, происходит поиск в ARP-таблице  указанного в запросе IP-адреса. Если таковой адрес в ARP-таблице отсутствует, то исходящий IP-пакет, для которого нужно было определить локальный адрес, ставится в очередь. Далее протокол ARP формирует свой запрос (ARP-запрос), вкладывает его в кадр протокола канального уровня и рассылает запрос широковещательно.

   Все узлы локальной сети получают ARP-запрос и сравнивают указанный там IP-адрес  с собственным. В случае их совпадения узел формирует ARP-ответ, в котором  указывает свой IP-адрес и свой локальный адрес, а затем отправляет его уже направленно, так как в ARP-запросе отправитель указывает свой локальный адрес. ARP-запросы и ответы используют один и тот же формат пакета.