Урок 24§4.1 Локальные и глобальные компьютерные сети

WAN — особенности, принципы построения сетей

Для классификации компьютерных сетей используются различные признаки, но чаще всего сети делят по территориальному признаку, то есть по величине территории, которую покрывает сеть.

• Глобальные сети — World Area Networks (WAN). Объединяют территориально рассредоточенные компьютеры, которые могут находиться в различных городах и странах. Охватывает большие территории и включает в себя большое число компьютеров.
• Городские сети — Metropolitan Area Networks (MAN). Предназначены для обслуживания территории крупного города — мегаполиса.
• Корпоративные (сети организаций, предприятий) — Enterprise Wide Networks(EWN). Объединяют большое количество компьютеров в территориально распределенных филиалах отдельного предприятия. Корпоративные сети могут быть сложно связаны и покрывать город, регион или даже континент.
• Локальные — Local Area Networks (LAN). К локальным сетям относятся сети компьютеров, сосредоточенные на небольшой территории (обычно в радиусе 1-2 км). В общем случае локальная сеть представляет собой коммуникационную систему, принадлежащую одной организации.
• Персональные — Personal Area Networks (PAN). К персональным сетям относятся сети, предназначенные для взаимодействия устройств, принадлежащих одному владельцу на небольшом расстоянии (обычно до 10м).

Все многообразие компьютерных сетей можно классифицировать по группе признаков: территориальная распространенность;

• ведомственная принадлежность;
• скорость передачи информации;
• тип среды передачи.

По принадлежности различают ведомственные и государственные сети: ведомственные принадлежат одной организации и располагаются на ее территории, используются коммерческими бизнес-приложениями, а государственные сети используются в государственных структурах, используются государственными бизнес-приложениями. Программист бизнес-приложений должен ориентироваться в обоих видах сетей. Программист бизнес-приложений зарабатывает в два раза больше других программистов. Все программисты стремятся стать программистом бизнес-приложений. Поэтому нельзя пренебрегать как ведомственными, так и государственными сетями.

По скорости передачи информации компьютерные сети делятся па низко-, средне- и высокоскоростные.

По типу среды передачи разделяются на сети коаксиальные, на витой паре, оптоволоконные, с передачей информации по радиоканалам, в инфракрасном диапазоне.

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.

Сетевые устройства и термины

Доступны различные сетевые устройства и множество терминов. Давайте узнаем подробней узнаем о них.

Маршрутизатор

Маршрутизатор используется для соединения разных сетей.То есть для соединения двух или более локальных сетей необходим маршрутизатор. Он отвечает за определение пути отправляемых данных. Маршрутизатор рассматривается как устройство третьего уровня из-за того, что он работает на уровне 3 модели связи OSI (Open System Interconnection) и использует IP-адреса на своем интерфейсе.

Коммутатор

Коммутатор отвечает за соединение компьютеров. Коммутатор является основной магистралью локальных сетей. Поскольку он предоставляет возможность для различных компьютеров, которые будут связаны между собой. Известно, что это устройство работает на уровне 2 стандарта связи OSI. Следовательно, это устройство второго уровня. Коммутатор представляет собой улучшенную форму моста.

Беспроводной маршрутизатор

Сегодня почти в каждом доме есть беспроводной маршрутизатор (wi-fi модем). Беспроводной маршрутизатор помогает подключать несколько устройств без проводов.

Обычно известный как сеть Wi-Fi и используется для распределения Интернета на несколько устройств дома, в магазине или в офисе.

Точка доступа

Точка доступа используется вместо коммутатора в беспроводной сети.

Модель OSI

Концепция модели OSI предназначена для стандартизации системы связи между устройствами в сети. Он состоит из семи слоев.

1. Физический
2. Канал передачи данных
3. Сеть
4. Транспорт
5. Сессия
6. Презентация
7. Заявка

Сетевой концентратор

Концентратор также известен как многопортовый ретранслятор из-за его сходства с ретранслятором, хотя существуют определенные устройства, называемые ретрансляторами. Концентратор также использовался для подключения компьютеров и обмена данными между ними, но в настоящее время он в основном используется в качестве повторителя для повторения сигналов с больших расстояний. Концентратор известен как устройство первого уровня (в модели OSI), также как и повторитель.

Ethernet

Ethernet — кабельная система участвующих в работе сети. Сетевые кабели называются кабелями Ethernet и используются для подключения компьютера ко всем другим сетевым устройствам или для подключения компьютера к компьютеру. Наиболее распространенным из которых является разъем RJ45.

В устройствах Cisco порты Ethernet на маршрутизаторе или коммутаторе известны как быстрые порты Ethernet, большинство из которых обозначаются буквами и цифрами в соответствии с их расположением. Например, первый порт Ethernet на маршрутизаторе помечен Fa0 / 0, а порт коммутатора — Fa0 / 1.

IP-адрес

IP означает интернет-протокол.

IP-адрес — это 32-разрядный адрес, назначаемый компьютерам, коммутаторам и маршрутизаторам, чтобы их можно было легко найти с помощью других устройств в сети. Он существует в двух версиях в настоящее время, которые являются IPv4 (IP версия 4) и IPv6 (IP версия 6).

IPv4 является наиболее часто используемым. Он записывается в виде набора из 12 чисел, разделенных точками в трех (трех), например, 192.168.231.254, или его можно записать короче, если первое число равно нулю, т. Е. 010.002.001.001 можно записать как 10.2.1.1.

IPv6 в настоящее время не очень распространен в использовании. Он был разработан, когда необходимо было решить проблему растущего истощения IP-адресов. Он написан в форме 2031: 0000: 130F: 0000: 0000: 09C0: 876A: 130B. Он содержит как цифры, так и алфавиты.

MAC-адрес

MAC-адрес (Media Access Control) — это 64-разрядный адрес производителя, записанный на материнских платах компьютеров, маршрутизаторов и коммутаторов. Каждый компьютер, коммутатор или маршрутизатор имеет уникальный MAC-адрес. Это источник уникальной идентичности для электронных устройств для легкого распознавания. Он так же уникален, как отпечатки пальцев людей.

Маска подсети

Маска подсети помогает определить класс IP-адреса, так как он назначается компьютерам, маршрутизаторам или коммутаторам вместе с IP-адресом для уточнения его класса или сети.

1. Для IP-адреса класса А — маска подсети, записывается как 255.0.0.0
2. Для IP-адреса класса B — маска подсети записывается как 255.255.0.0
3. Для IP-адреса класса C — маска подсети записывается как 255.255.255.0

Служба доменных имен (DNS)

DNS — это служба перевода или преобразования понятных человеку имен в IP-адреса и наоборот. Вы можете использовать поиск записей DNS, чтобы узнать доступный IP-адрес.

Протокол динамического конфигурирования хоста (DHCP)

DHCP — это служба автоматического назначения IP-адресов хост-устройствам, таким как компьютеры. Эта функция выполняется маршрутизатором (только если он настроен для этого).

Виртуальная локальная сеть (VLAN)

VLAN — это метод логического разделения локальной сети и создания в ней разных сетей. Физически это одна сеть, но логически это разные сети. Он делается с помощью переключателя (только если он настроен).

Wi-Fi — это метод подключения компьютеров к сети без использования кабелей,то есть беспроводных сетей, который включает использование компьютеров с поддержкой Wi-Fi, точек доступа, беспроводных маршрутизаторов и т.д.

Масштабируемость

Это способность сети расширяться так, чтобы она давала место для подключения большего количества устройств и их интеграции в сеть без каких-либо серьезных изменений во всей сети.

Можно ли объединить несколько сетей в одну?

Да, можно объединить несколько сетей в одну, но между ними необходим концентратор или маршрутизатор. Если вы подключите достаточно сетей такого типа, вы получите нечто магическое под названием Интернет.

Интернет — это не что иное, как такие сети, соединенные вместе, и по этой причине Интернет не существует с физической точки зрения.

Как создают компьютерную сеть?

Компьютерные сети состоят из узлов, которыми могут быть компьютер, принтер или другое устройство, связанное с сетью. Компьютеры разделяют на два типа: рабочие станции, на которых работают пользователи, и серверы, обслуживающие эти станции.

Компьютерная сеть — это совокупность компьютеров и других устройств, соединенных каналами передачи данных. В компьютерных сетях используются кабельные (с помощью телефонных линий, оптоволоконных каналов, сетевых кабелей) или беспроводные каналы (с помощью сотовой, спутниковой связи, Wi-Fi, радиоволны и т.п.).

Компьютеры в сети могут иметь различное назначение. Например, к компьютеру, входящему в сеть, могут быть присоединены периферийные устройства. Для того чтобы использовать одно из них, указанному компьютеру направляется запрос. В ответ на эти запросы компьютеры предоставляют услуги по доступу к собственным или сетевым ресурсам.

Сетевое взаимодействие заключается в передаче запросов от одних компьютеров сети к другим компьютерам и устройствам и получении в ответ доступа к определенным ресурсам сети. Те компьютеры, которые предоставляют доступ к собственным и сетевых ресурсов другим компьютерам, называют серверами, а те, что пользуются услугами серверов, — клиентами или клиентскими компьютерами.

Основными компонентами аппаратной составляющей компьютерной сети есть рабочие станции, серверы, сетевые платы, оборудование для обеспечения передачи данных по различным каналам связи.

Серверы используются для объединения и распределения ресурсов компьютерной сети между клиентами (рабочими станциями).

Как мы уже писали, компьютеры, которые одновременно могут выполнять функции сервера и рабочей станции при работе в сети, образуют одноранговую компьютерную сеть, то есть такую, где всем узлам сети предоставлен одинаковый приоритет, при этом ресурсы каждого узла доступны другим узлам сети.

В компьютерных сетях сервер может быть выделен (если он выполняет только функции сервера). Сеть типа «клиент-сервер» — это сеть, в которой одни компьютеры выполняют функцию серверов, а другие — клиентов.

Для работы в компьютерной сети каждому узлу сети необходима сетевая плата (сетевой адаптер), к которой подсоединяют сетевой кабель.

Сетевая плата

Сетевая плата — это плата расширения, которая вставляется в разъем материнской платы компьютера. Все чаще сетевые платы интегрируются в материнскую плату. Также распространены беспроводные сетевые карты, обеспечивающие соединения компьютеров в сеть WLAN (беспроводная локальная компьютерная сеть) по стандарту Wi-Fi (IEEE 802.11).

Функции сетевой платы:

• подготовка данных, поступающих от компьютера, к передаче с помощью сетевого кабеля;
• передача данных на другой компьютер;
• управления потоком данных между компьютером и средой передачи;
• прием данных с кабеля и перевод в форму, понятную для центрального процессора компьютера.

Данные в сетях передаются по каналам связи. Канал связи — это оборудование, с помощью которого осуществляется соединение компьютеров в сеть. Соединение может быть образовано с использованием кабелей для передачи сигналов или с помощью беспроводных средств. От вида каналов связи зависит скорость обмена данными в сети.

Каналы связи можно сравнивать с транспортными системами грузовых или пассажирских перевозок. Транспортировка пассажиров может осуществляться по воздуху (самолетами, аэростатами и другими воздушными средствами), железной дорогой или по воде (лодки, теплоходы и т.д.), по суше (автомобили, поезда, конные экипажи, верблюжьи караваны и т.д.). В зависимости от среды транспортировки подбирают и подходящее средство передвижения.

Компьютеры внутри локальной сети соединяются с помощью кабелей, передающих сигналы. Кабели классифицируются в зависимости от возможных значений скорости передачи данных и частоты возникновения сбоев и ошибок. Чаще всего используются кабели трех основных категорий:

• витая пара;
• коаксиальный кабель;
• оптоволоконный кабель.

Для построения локальных сетей сейчас наиболее широко используется витая пара. Внутри такой кабель состоит из двух или четырех пар медного провода, скрученных между собой. Витая пара подключается к компьютеру с помощью разъема, который очень напоминает телефонный разъем. Витая пара способна обеспечивать работу сети на скоростях 1, 10, 100, 1000 Мбит/с.

Самый простой коаксиальный кабель состоит из медной жилы, изоляции, ее окружает, экрана в виде металлической оплетки и внешней оболочки. По центральному проводу кабеля передаются сигналы, в которые предварительно были преобразованы данные. Такой провод может быть как моно-, так и многожильным.

В основе оптоволоконного кабеля содержатся оптические волокна, данные по которым передаются в виде импульсов света. Электрические сигналы по оптоволоконному кабелю не передаются, он не распространяет электромагнитное излучение, поэтому сигнал нельзя перехватить, что практически исключает несанкционированный доступ к данным. Оптоволоконный кабель используют для транспортировки больших объемов данных на максимально доступных скоростях. Сейчас широко используется скорость 1000 Мбит/с, приобретает все большее распространение скорость 10 Гбит/с и выше. Главным недостатком такого кабеля является его хрупкость: его легко повредить, а монтировать и соединять можно только с помощью специального оборудования.

Аппаратное и программное обеспечение сетей

Конструктивно компьютерная сеть представляет собой совокупность компьютеров, которые объединены каналами связи и обеспечена аппаратным и программным сетевым оборудованием. На каждом клиенте сети устанавливается программа-клиент. На серверах сети устанавливают программу-сервер, которая предоставляет услуги программам-клиентам.

Проще всего построить локальную сеть из двух компьютеров (прямое соединение). Для этого нужен специальный кабель ( «патч-корд», максимальная длина до 100 м), чтобы соединить их сетевые адаптеры (карты), и соответствующие настройки на обоих компьютерах.

Чтобы построить локальную сеть с большим количеством компьютеров, нужно специальное устройство — сетевой коммутатор («свитч») или сетевой концентратор («хаб»). К нему (а следовательно, и к локальной сети) подсоединяют компьютеры и другие сетевые устройства, которые укомплектованы сетевыми адаптерами: принтеры, сканеры и т.п. Внешние устройства, в составе которых нет сетевых карт, подсоединяют к сети через компьютер.

Для построения локальной сети или для передачи данных между различными локальными сетями и их подключения к Интернету используют также маршрутизаторы (роутеры).

Подключение компьютеров к сети

Устройства глобальной сети

Когда мы говорили о локальной сети, то упоминали, что в нее могут входить компьютеры, планшеты, смартфоны, плееры и вообще все то, что только может подключиться к Wi-Fi.

Что же касается глобальной сети, то устройства здесь те же самые, только находятся они не в одной комнате и даже не в одном помещении, а на огромном расстоянии друг от друга.

А также к ним добавляются серверы, маршрутизаторы, рабочие станции и многое другое.

Что касается того же роутера, то на нем очень легко заметить порт WAN. Он обычно обозначен синим цветом. К нему подключается обычный кабель с наконечником RJ45.

Рис. 3. Роутер и подключенный к нему LAN кабель RJ45

Итак, из всего вышесказанного мы можем сделать несколько промежуточных выводов и выделить важные моменты:

Пока что все достаточно просто. Но мы не будем на этом останавливаться и постараемся углубиться в структуру WAN.

Полезные ссылки:

Адрес колледжа:
Республика Беларусь
223610, Минская обл.
г. Слуцк, ул. Виленская, 45
Телефон/факс
8 (01795) 2 09 33
E-mail:
SGMK@Slutskmedkol.by

Отличия между локальными и глобальными сетями

• Протяженность, расстояние между узлами. Для ЛКС – от нескольких метров до десятков километров; применяются проводные и беспроводные линии связи (Wi-Fi). Коммуникации монтируются с нуля. Для ГКС расстояния могут исчисляться тысячами километров, в основном задействуют существующие коммуникации.
• Сложность алгоритмов обмена информацией. Из-за низкой надёжности WAN требуют дополнительное оборудование и методы обработки сигналов: модуляция, проверка целостности, повторная отправка повреждённых кадров.
• Пропускная способность. Скорость в локальных сетях достигает 100 Мбит, 1 и 10 Гбит в секунду, для глобальных – 100, реже 200-300 Мбит при использовании оптоволоконных линий связи. Для беспроводных соединений ширина канала исчисляется десятками мегабит.
• Задержки – оперативность реакции на запросы в LAN – несколько миллисекунд, в WAN – десятки-сотни мс.
• Масштабируемость – глобальным структурам присуща хорошая масштабируемость, расширить «локалку» сложно и дорого.

Для локальной сети не характерно объединение компьютеров, разнесённых на значительное расстояние. У неё всегда есть владелец. Глобальная предоставляет больший перечень услуг и возможностей. За подключение к ней необходимо платить.