Компьютерные сети

1. Компьютерные сети

2.

Что такое компьютерная сеть?
Компьютерная сеть – это группа компьютеров,
соединённых линиями связи:
электрические кабели
телефонная линия
оптоволоконный кабель (оптическое волокно)
радиосвязь (беспроводные сети, WiFi)
Что приобрели?
совместное использование ресурсов (данные,
программы, внешние устройства)
электронная почта
быстрый обмен информацией между компьютерами
Что потеряли?
финансовые затраты (техника, программное
обеспечение)
снижение безопасности (вирусы, шпионаж)
нужен специалист по обслуживанию (системный
администратор)
2

3.

Обязанности системного администратора
• разграничение прав доступа пользователей к
ресурсам сети
• обеспечение защиты информации
• предотвращение потери данных в случае сбоя
электропитания (рекомендуется использовать
источники бесперебойного питания)
• периодическое копирование и архивирование данных
– для этого используют дополнительные винчестеры
(зеркальные, RAID-массивы), стримеры, DVD
• замена оборудования в случае выхода из строя
сервера или рабочей станции
3

4.

Типы сетей
Локальные (LAN = Local Area Network) –
соединяют компьютеры в одном или нескольких
соседних зданиях.
Корпоративные – соединяют компьютеры одной
фирмы, возможно в разных городах.
Муниципальные (общегородские) – сети органов
управления (милиция, паспортный стол, и т.д.).
Глобальные (общемировые), например, Интернет.
4

5. Типы ЭВМ и виды сетей

Суперкомпьютеры
Мейнфреймы
серверы
рабочие станции
ПК
(Микропроцессорные системы)
локальные сети
сети масштаба предприятия
глобальные сети

6. Основные характеристики различных типов ЭВМ

Характеристики
СуперЭвм
Мэйнфрейм
Количество
одновременно
работающих
пользователей
1 - 10
от 500 до сотен
тысяч
Быстродействие
Сотни терафлоп
(сотни
триллионов
операций в
секунду)
До триллиона
операций в
секунду
МиниЭВМ
от 10
до 500
Десятки
миллиардов
Рабочая
станция
Персональный
компьютер
1-2
1 (или до 10, если
ПК выполняет
функции
терминального
сервера)
Несколько
миллиардов
операций в
секунду
Около миллиарда
операций в секунду
(при тактовой
частоте порядка 3
ГГц)
Количество
процессоров
от сотен до
нескольких
тысяч
Десятки или
сотни
Порядка 10
2-4
1-2
Объем памяти
оперативной
Десятки Тб
Сотни Гб
Десятки Гб
Десятки Гб
Единицы Гб
Объем памяти
постоянной
Не имеет
значения
Не имеет
значения
Не имеет
значения
Сотни Гб
Сотни Гб
Характерные
операционные
системы
Уникальные
OS/390z/OS;
z/VM; Linux for
zSeries
Solaris
HP-UX
MS Windows, Linux.
MacOS
Лидер среди
производителей
Cray Research
IBM
Sun
Microsystems
HP
Compaq, Apple

7.

Характеристики
СуперЭвм
Мэйнфрейм
МиниЭВМ
Количество одновременно работающих
пользователей
1 - 10
от 500 до сотен тысяч
от 10
до 500
Быстродействие
Сотни терафлоп
(сотни
триллионов
операций в секунду)
До триллиона
операций в
секунду
Десятки
миллиар
дов
Рабочая
станция
Персональный
компьютер
1-2
1 (или до 10, если ПК
выполняет
функции
терминально
го сервера)
Несколько
миллиар
дов
операций
в секунду
Около миллиарда
операций в
секунду (при
тактовой
частоте
порядка 3
ГГц)
Количество процессоров
от сотен до
нескольких
тысяч
Десятки или сотни
Порядка 10
2-4
1-2
Объем памяти оперативной
Десятки Тб
Сотни Гб
Десятки Гб
Десятки Гб
Единицы Гб
Объем памяти постоянной
Не имеет значения
Не имеет значения
Не имеет
значения
Сотни Гб
Сотни Гб
Характерные операционные системы
Уникальные
OS/390z/OS; z/VM;
Linux for
zSeries
Solaris
HP-UX
MS Windows, Linux.
MacOS
Лидер среди производителей
Cray Research
IBM
HP
Compaq, Apple
Sun Microsystems

8.

Локальные сети
Локальная сеть - это совокупность
1. ПЭВМ с установленными сетевыми адаптерами
2. Каналов связи , соединяющих ПЭВМ в структуру с
определенной конфигурацией
3. Сетевого программного обеспечения
8

9.

Локальные сети (технологии)
9
1. Одноранговые сети ( до10 компьютеров)
все компьютеры равноправны
Операционные системы:
Windows 3.11 / 95 / 98 / 2000 / XP / Vista
2. Сети с выделенным сервером (более 10 компьютеров)
Сервер – компьютер, предоставляющий свои ресурсы
(файлы, программы, внешние устройства) в общее
использование.
• файловый сервер
• сервер печати
• почтовый сервер
Клиент – компьютер, пользующийся услугами сервера.
Операционные системы для серверов:
Windows NT Server / 2000 Server / 2003 Server,
Linux, UNIX

10.

10
Технология «клиент-сервер»
Клиент
рабочая
• посылает запрос с заданием
станция
• выводит на экран ответ, полученный
запрос
от сервера
Сервер
• принимает запросы от клиентов и
ответ
ставит их в очередь
• выполняет задание
• посылает ответ с результатами
сервер
вся обработка данных – на сервере, РС могу быть
маломощными
дешевле модернизация
меньше нагрузка на сеть (передаются только нужные данные)
защита устанавливается на сервере (в одном месте)
финансовые затраты (техника, программное
обеспечение)
сложная настройка сервера

11.

Локальные сети (топологии)
1. Топология сети - это способ организации физических
компьютеров и других сетевых компонентов.
Определяет
• состав сетевого оборудования
• возможности расширения
• способ управления сетью
2. Существуют
• 4 базовых топологий ( общая шина, звезда, кольцо,
ячеистая)
• их комбинации.
11

12.

12
Топология «общая шина»
Рабочая
Станция
сервер
РС
РС
РС
РС
терминатор
шина
простота, малый расход кабеля
легко подключать рабочие станции
при выходе из строя РС сеть работает
при разрыве шины сеть выходит из строя
низкий уровень безопасности
один канал связи, передача по очереди
возможны конфликты (одновременная передача данных)
сложно искать неисправности (непонятно, кто "завесил" сеть)
длина шины ограничена (затухание сигнала)

13.

Терминатор
13
1. Терминатор - устройство для гашения сигналов на
концах кабеля Электрические сигналы распространяются
по всему кабелю – от одного конца к другому. Сигналы,
достигшие концов кабеля, отражаются от них. Возникает
наложение сигналов, находящихся в разных фазах
искажение и ослабление сигналов.
2. При разрыве кабеля или отсутствии терминаторов
функционирование сети прекращается. Сеть падает.

14.

14
Топология «звезда»
сервер
РС
РС
РС
РС
РС
единый центр управления, конфликты невозможны
высокий уровень безопасности (всё идет через сервер)
на каждой линии только 2 компьютера – проще обмен данными
обрыв кабеля и выход из строя РС не влияет на работу сети
все точки подключение собраны в одном месте (проще ремонт)
если сервер вышел из строя, сеть не работает
большой расход кабеля
ограничение количества клиентов (8 или 16)
размер ограничен

15.

15
Пассивная «звезда»
РС
РС
хаб
(свитч)
сервер
РС
РС
обрыв кабеля и выход из строя РС не влияет на работу сети
все точки подключение собраны в месте (проще ремонт)
можно наращивать размер (цепочка хабов)
нет центрального компьютера (безопасность???)
если хаб вышел из строя, сеть не работает
большой расход кабеля
!
Обладает свойствами звезды и общей шины.

16.

Концентратор (hub)
16
1.Концентратор - устройство для объединения
компьютеров в сеть
при увеличения числа узлов снижение пропускной способности сети
узлы не изолированы друг от друга на канальном уровне , все они
будут работать со скоростью передачи данных самого худшего узла
вещание сетевого трафика во все порты, что снижает уровень
сетевой безопасности и даёт возможность подключения (прослушка)
для перехвата и последующего анализа
2.В настоящее время вытеснены сетевыми
коммутаторами
Количество портов (разъёмов для подключения сетевых линий): 4,
5, 6, 8, 12, 16, 24, 48.
Скорость передачи данных: 10 и/или 100 Mбит/c..
Скорость может переключаться автоматически
Наличие портов для подключения кабелей Ethernet других типов коаксиальных или оптических.

17.

17
Схема «кольцо»
РС
РС
сервер
РС
РС
РС
размер сети до 20 км
каждый компьютер выступает в роли репитера,
усиливая сигналы и передавая их следующему
при выходе из строя любого компьютера или
разрыве линии сеть не работает
низкая безопасность
скорость передачи данных падает при увеличении
размеров сети
сложно подключать новую РС

18.

18
Смешанные схемы
Звездно-шинная
хаб
Звездно-кольцевая
хаб
хаб

19.

Аппаратура для построения сетей
• Хабы (концентраторы) – дублируют полученные
данные на все порты.
• Свитчи (коммутирующие хабы, коммутаторы) –
передают полученные данные только адресату.
19

20.

20
Аппаратура для построения сетей
• Сетевые карты (сетевые адаптеры)
• Сетевые кабели
o коаксиальный
изоляция
проводник
проводник (медь)
o "витая пара"
оболочка (стекло)
o оптоволоконный
оболочка
(пластик)
основное
волокно (стекло)

21.

Сетевые карты
Сетевые карты – обеспечивают физическое подключение
компьютера в сеть через кабель.
Требования к карте:
• соответствовать архитектуре шины данных компьютера
• иметь соответствующий соединитель, подходящий к типу
кабельной системы и топологии сети
Пример. Плата, которая нормально работает в компьютере
Apple Macintosh в сети с топологией шина, не будет
работать в компьютере IBM в сети с топологией кольцо:
Сеть топологии кольцо требует плату, которая физически отличается от
применяемой в сети топологии шина
Apple использует другой метод сетевого взаимодействия.
21

22.

Сетевые кабели
22
Сетевые кабели – основное физическое средство связи в
локальных сетях
Основные характеристики
a) скорость передачи (бит/c, Килобит/c, Mегабит/c)
b) расстояние
Группы кабелей
1. Коаксиальный.
тонкий – для любого типа сети. Расстояние - 185 м, средняя скорость
толстый (стандартный Ethernet) - используют в качестве магистрали,
соединяющей несколько небольших сетей. Расстояние - 500 м.
2. «Витая пара»
неэкранированная. – Расстояние - 100 м, скорость 1 Mбит/c
экранированная. Расстояние – 150 м, скорость 10 Mбит/c - 100 Mбит/c
3. Оптоволоконный цифровые данные распространяются
по оптическим волокнам в виде модулированных световых
импульсов. Расстояние – многие километры, скорость 100 Mбит/c – 200
Мбит/с

23.

23
Беспроводные сети
Каналы связи:
• радиосвязь, обычно до 100 м (11 Мбит/c, 54 Мбит/с)
• инфракрасное излучение (5-10 Мбит/с)
• инфракрасные лазеры (до 100 Мбит/с)
не нужно прокладывать кабель
удобно для пользователей с ноутбуками
дальняя связь – до нескольких тысяч километров
проблемы совместимости с другими радиоисточниками
низкая безопасность обмена данными
слабая помехозащищенность
Технология WiFi (Wireless Fidelity)
точка доступа
до 50 компьютеров

24.

Дальняя беспроводная связь
Точка-точка – объединение двух сегментов сети с
помощью радиосвязи (направленные антенны).
Звезда – объединение нескольких сегментов сети
центр
24

25.

25
Сетевые стандарты
Основная задача при создании сети – обеспечение совместимости :
оборудования по электрическим и механическим характеристикам
информационного обеспечения (программ, данных) по системе
кодирования и формату данных
Решение – создание стандартов (модель OSI/ISO)
на основе семиуровневого представления архитектуры сети
На каждом уровне действуют специальные стандарты - протоколы
Виды
протоколов
Назначение
Аппаратный
определяет характер
интерфейсы
взаимодействия оборудования аппаратных устройств
Программный определяет характер
взаимодействия программ и
данных
Исполнители
программы

26.

26
Сетевые стандарты
Модель OSI описывает системные средства взаимодействия,
реализуемые операционной системой, системными утилитами и
аппаратными средствами
Протоколы
нижних
уровней
программных и аппаратных средств.
реализуются
комбинацией
Протоколы верхних уровней чисто программными средствами.
Программный модуль, реализующий некоторый протокол, также
называют протоколом.
Компьютеры локальной сети
протоколов для всех участников
используют
единый
комплект

27.

27
Связи между сетями
Мост (bridge) соединяет две локальные сети,
использующие одинаковые протоколы. Работает как
свитч, но имеет свой процессор.
мост
Вариант: компьютер с двумя сетевыми картами.
Маршрутизатор (router) пересылает пакеты по
специальным правилам – таблицам маршрутизации
(из локальной сети в Интернет). Определение
кратчайшего пути, обход поврежденных участков.
… или компьютер

28.

28
Связи между сетями
Шлюз (gateway) – служит для соединения сетей с разными
протоколами (сеть персональных компьютеров и
аппаратура).
промышленная сеть
шлюз

29.

Основные уровни программных
протоколов
29
1. Нижний (канальный и физический) - драйверы сетевых
адаптеров
2. Средний (сетевой, транспортный, сеансовый ) - в
большинство сетевых ОС встроена поддержка протоколов
IPX/SPX – в ЛВС под управлением ОС NetWare
NetBEUI – в небольших ЛВС, поддерживается
большинством сетевых ОС (кроме Unix)
TCP/IP – базовый протокол для сети Интернет,
используются в ЛВС, поддерживается
большинством сетевых ОС (Windows, Unix)
3. Верхний (прикладной, представления) - протоколы
передачи файлов (FTP);
передачи гипертекста (HTTP);
электронной почты (SMTP)

30.

30
Обмен данными в сетях
В сетях, подключенных к Интернету – протокол
TCP/IP(Transmission Control Protocol / Internet
Protocol)
Разбивка на пакеты (до 1,5 Кб):
Адрес
получателя
Адрес
отправителя
Длина пакета
Данные
Контрольная
сумма
Контрольная сумма: вычисляется по данным с
помощью специального алгоритма.
CRC = Cyclic Redundancy Check