Система связанных между собой локальных сетей. Общие принципы организации локальных сетей

Тема урока: Локальные компьютерные сети.

Цели урока:

Освоить виды локальных компьютерных сетей;
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:

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

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

План урока:

Организационный момент – 2 мин.
Объяснение новой темы – 25 мин.
Закрепление нового материала – 8 мин.
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:

широковещательная конфигурация (каждый компьютер передает информацию, которая может восприниматься. всеми остальными компьютерами данной сети);
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:

Информатика и ИКТ 8. Учебник для 8 класса. Угринович Н.Д. – М.: БИНОМ, 2008;
Практикум по информатике и информационным технологиям: Учебное пособие. / Угринович Н.Д. и др. – М.:БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007.
Преподавание курса «Информатика и ИКТ». Угринович Н.Д. Методическое пособие- 4 изд., испр.- М.: БИНОМ, 2007;
Симонович С.В., Евсеев Г.А., Алексеев А.Г. Общая информатика: Учебное пособие для средней школы. – М.: Аст-пресс, Информком-пресс, 2001. – 592 с.
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:

Ethernet.
Arcnet.
Token ring.
FDDI.

Сеть - это группа компьютеров, соединенных друг с другом каналом связи. Канал обеспечивает обмен данными внутри сети (то есть обмен данными между компьютерами данной группы). Сеть может состоять из двух-трех компьютеров, а может объединять несколько тысяч ПК. Физически обмен данными между компьютерами может осуществляться по специальному кабелю, телефонной линии, волоконно-оптическому кабелю или по радиоканалу.

Компьютеры в сети можно соединять:

· непосредственно друг с другом (так называемое двухточечное соединение);
· через промежуточные узлы связи .

Компьютеры, подключенные к сети, могут выполнять две функции: они могут быть рабочими станциями или серверами.

Рабочая станция - это любой рабочий компьютер в сети, не являющийся сервером, как правило, за ними работают пользователи. Требования к рабочим станциям определяются кругом задач станции. Обычно главными требованиями являются требования к быстродействию и к объему оперативной памяти.

Серверы - это компьютеры, которые управляют всей сетью и накапливают у себя все данные рабочих станций. Серверы могут работать в автоматическом режиме - они стоят без клавиатуры и иногда даже без монитора, но в любом случае серверы осуществляют функции управления сетью и концентрации данных. Администратор сети - лицо, в обязанности которого входят все вопросы, связанные с установкой и эксплуатацией сети, а также решение всех проблем, связанных с правами и возможностями пользователей сети.

Обычно в качестве сервера выбирается самый большой и мощный компьютер в сети. Однако развитие компьютерной техники явно ведет к уменьшению внутренних компонентов - компьютер становится быстрее и экономичнее. Поэтому за короткий срок сервер может устареть быстрее, чем обычные компьютеры, к которым не предъявляются такие высокие требования.

Принято различать локальные и глобальные сети. В сущности, главная разница между ними понятна уже по названиям, но есть и некоторые существенные технологические отличия.

Локальные сети (от английского local - местный) - это сети, состоящие из близко расположенных компьютеров, чаще всего находящихся в одной комнате, в одном здании или в близко расположенных зданиях. Локальные компьютерные сети, охватывающие некое предприятие или фирму и объединяющие разнородные вычислительные ресурсы в единой среде, называют корпоративными (от английского corporate - корпоративный, общий). Примеры: банковская сеть, сеть учебного заведения.

Важнейшей характеристикой локальных сетей является скорость передачи данных, поэтому компьютеры соединяются с помощью высокоскоростных адаптеров со скоростью передачи данных не менее 10 Мбит/с. В локальных сетях применяются высокоскоростные цифровые линии связи. Кроме того, локальные сети должны легко адаптироваться, обладать гибкостью: пользователи должны иметь возможность располагать компьютеры, подключенные к сети там, где понадобится, добавлять или перемещать компьютеры или другие устройства, а также по необходимости отключать их без прерываний в работе сети.

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.

Топология локальных сетей

Топология - это конфигурация сети, способ соединения элементов сети (то есть компьютеров) друг с другом. Чаще всего встречаются три способа объединения компьютеров в локальную сеть: «звезда», «общая шина» и «кольцо» .

Соединение типа «звезда» (рис. 1). Каждый компьютер через специальный сетевой адаптер подключается отдельным кабелем к объединяющему устройству. При необходимости можно объединить вместе несколько сетей с топологией «звезда», при этом конфигурация сети получается разветвленной.

Достоинства: При соединении типа «звезда» легко искать неисправность в сети.

Недостатки: Соединение не всегда надежно, поскольку выход из строя центрального узла может привести к остановке сети.

Соединение «общая шина» (рис. 2). Все компьютеры сети подключаются к одному кабелю; этот кабель используется совместно всеми рабочими станциями по очереди. При таком типе соединения все сообщения, посылаемые каждым отдельным компьютером, принимаются всеми остальными компьютерами в сети.

Достоинства: в топологии «общая шина» выход из строя отдельных компьютеров не приводит всю сеть к остановке.

программный файловый операционный драйвер

Недостатки: несколько труднее найти неисправность в кабеле и при обрыве кабеля (единого для всей сети) нарушается работа всей сети.

Соединение типа «кольцо» (рис. 3). Данные передаются от одного компьютера к другому; при этом если один компьютер получает данные, предназначенные для другого компьютера, то он передает их дальше (по кольцу).

Достоинства: балансировка нагрузки, возможность и удобство прокладки кабеля.

Недостатки: физические ограничения на общую протяженность сети.

От схемы зависит состав оборудования и программного обеспечения. Топологию выбирают, исходя из потребностей предприятия. Если предприятие занимает многоэтажное здание, то в нем может быть применена схема «снежинка» (рис. 4), в которой имеются файловые серверы для разных рабочих групп и один центральный сервер для всего предприятия.

Локальной сетью можно считать соединение двух и более устройств с помощью кабеля, радиоволн или оптических сигналов, при котором становится возможен обмен данными между ними. Устройства, расположенные в одном помещении или здании и связанные между собой, называют локальной компьютерной сетью (LAN - Local Area Network). Количество устройств, подключенных к такой сети, ограничивается возможностями применяемой кабельной системы и сетевого оборудования.

Соединение между устройствами может быть непосредственным или с использованием дополнительных узлов связи.

Сети представляют собой магистральные информационные структуры, состоящие из логического и физического уровней или составляющих, основным назначением которых является обмен информацией.

Физический уровень представлен компонентами сети, обеспечивающими физическое соединение между компьютерами. Такими компонентами, как правило, являются: сетевой интерфейс (сетевая карта или плата сетевого адаптера, стандартный или расширенный коммуникационный или параллельный порт или мультипортовая плата), сетевая среда передачи данных (кабель коаксиальный, двухпроводный т.н. витая пара или оптоволоконный) и узловые элементы (маршрутиризаторы, концентраторы, повторители (репитеры, хабы (hub)), переключатели (switch)) и конечные элементы (терминаторы, коннекторы, разъемы, заглушки).

В настоящее время наблюдается четкое структурирование сетей на локальные и глобальные, процесс интегрирования первых во вторые, где сети с числом компьютеров в несколько сотен все еще считаются локальными, а глобальные насчитывают десятки тысяч подключенных компьютерных систем. Скорость обмена информацией достигает 200 Мбит/с, а 10Мбит/с - считается базовой начальной и низкостоимостной конфигурацией. Теперь компьютерные сети позволяют не только передать или принять информацию в прямом смысле этого понятия, но и дают множество сервисных возможностей, перечень которых постоянно расширяется. Это и удаленное администрирование, распределенные файловые системы, удаленное выполнение программ, электронная почта, удаленная печать, распределенные базы данных, системы удаленного доступа и распределенные системы управления, поисковые системы, телеконференции и многое другое.

Устройства, использующиеся и в качестве управляющих центров в сети и как накопители информации, называют серверами. Если устройства расположены сравнительно недалеко друг от друга и соединены с помощью высокоскоростных сетевых адаптеров, то такие сети называются локальными. При использовании локальной сети устройства, как правило, расположены в пределах одной комнаты, здания или в нескольких близко расположенных домах. Локальная компьютерная сеть, как правило, объединяет не более сотни компьютерных систем, принадлежащих какой-либо одной структуре, и носит корпоративный характер, как по ее эксплуатации, так и по характеру системного программного обеспечения.

Принципы организации и протоколы программного обеспечения локальных и глобальных компьютерных систем могут быть как различными, так и абсолютно одинаковыми. Поэтому, нельзя относить сеть к локальной или глобальной только по признаку типа сетевого взаимодействия и базового программного обеспечения.