Попов Ф.А., Гондурова Ю.В. Локальные вычислительные сети

Подождите немного. Документ загружается.

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Алтайский государственный технический университет

им. И.И. Ползунова»

Бийский технологический институт (филиал)

Ф.А. Попов, Ю.В. Гондурова

ЛОКАЛЬНЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СЕТИ

Учебное пособие

по части курса «Вычислительные машины, сети и системы

телекоммуникаций» для студентов специальности 351400

Авторы: к.т.н., профессор Ф.А. Попов

ассистент Ю.В. Гондурова

Зав. кафедрой ИУС Б.И. Ворожцов

Заместитель МКФ С.А. Тараненко

Ответственный за

стандартизацию кафедры С.А. Тараненко

Зав. библиотекой Л.В. Волкова

Инженер по

стандартизации Л.И. Идт

Проректор

по УР В.А. Харитонов

Бийск 2005

УДК 577:54

Попов Ф.А., Гондурова Ю.В. Локальные вычислительные

сети: Учебное пособие по части курса «Вычислительные машины,

сети и системы телекоммуникаций» для студентов специальности

351400.

Алт. гос. техн. ун-т., БТИ. – Бийск:

Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2005. – 83 с.

Учебное пособие по части курса предназначено для студентов

специальности 351400 технических вузов, изучающих основы

построения локальных вычислительных сетей в рамках курса

«Вычислительные машины, сети и системы телекоммуникаций»,

и содержит в сжатом виде комплекс сведений, необходимых для

наилучшего понимания данного предмета.

Рассмотрено и одобрено на заседании

кафедры информационных

управляющих систем

Протокол № от 2005 г

Рецензент: к.ф-м.н., проректор по информатизации АГУ

Максимов А.В.

Содержание

Содержание………………………………………………………. 3

Введение.................................................................................…… 4

1 Общие положения..........................................................………. 5

2 Виды локальных вычислительных сетей..........................….... 8

3 Стандарты протоколов..........................................….....…….... 11

3.1 Стандарт ISO "Взаимодействие открытых систем"…….… 12

3.2 Стандарты физического и канального уровней…………… 18

3.3.Протоколы верхних уровней………..……………………… 34

4 Сетевые операционные системы............................................... 50

4.1 Определение операционных систем……..………..………. 50

4.2 Операционная система Novell Netware ................................. 56

4.3 Семейство операционных систем UNIX…….....………….. 78

Литература.........................……..................................................... 83

ВВЕДЕНИЕ

Благодаря тому огромному влиянию, которое оказывают на

общество в настоящее время ЭВМ и сети ЭВМ, данный исторический

период принято называть "информационным веком". С помощью этих

революционных средств были значительно увеличены

производительность труда и экономическая эффективность как целых

организаций, так и отдельных людей, на их основе были созданы

принципиально новые технологии обработки данных и

информационного обмена.

В данном пособии рассмотрен широкий круг вопросов,

непосредственно связанных с проблемами построения локальных сетей

ЭВМ, при этом наряду с основными теоретическими положениями

уделено внимание также конкретным сетевым разработкам.

В пособии приводятся основные сведения, необходимые для

понимания принципов построения и функционирования локальных

сетей, для осознанного выбора их структуры и оборудования. В нем

содержится простое и понятное описание наиболее распространенных

протоколов различных уровней локальных сетей, рассмотрены

назначение и основные возможности сетевых операционных систем

Novell NetWare 4.1 и Unix. Особое внимание при этом уделено

семейству протоколов TCP/IP, используемых для интеграции

возможностей Novell NetWare и Unix, для обеспечения взаимодействия

локальных сетей с глобальными сетями ЭВМ.

1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Определим сеть ЭВМ как совокупность средств

вычислительной техники, объединенных физической средой и

программными средствами в единую систему, обеспечивающую

многочисленным пользователям доступ к распределенным по ней

вычислительным и информационным ресурсам.

Сети ЭВМ делятся на локальные и глобальные. Сеть в

пределах здания или территории предприятия - локальная

вычислительная сеть, или ЛВС (Local Area Network - LAN).

Глобальные сети (Wide Area Network - WAN) объединяют

территориально рассредоточенные компьютеры, которые могут

находиться в различных городах и странах. Связь в сетях

осуществляется через специальные кабели, телефонные и телеграфные

каналы общего назначения, каналы специальной связи. Широко

используется беспроволочная связь (радиосвязь, микроволновая,

инфракрасное излучение).

Главным отличием ЛВС от глобальных сетей является

наличие высокоскоростного канала обмена данными между

компьютерами, скорость которого сравнима со скоростью работы

периферийных устройств ЭВМ - дисков, мониторов и т. п.

Для передачи данных в локальных сетях применяется метод

коммутации пакетов, при котором любая передаваемая по сети

информация разбивается на короткие порции – пакеты данных (data

packets) или кадры (frames). Пакеты независимо передаются между

узлами сети, а затем собираются в исходное сообщение в конечном

узле.

В глобальных сетях используется как метод коммутации

пакетов, так и метод коммутации сообщений, в основе которого и

лежит принцип "запомнить и послать" (сообщение запоминается,

анализируется и передается следующему узлу сети или

непосредственно терминалу пользователя).

Любая сеть ЭВМ представлена аппаратной частью и

программным обеспечением. При этом в ее структуре можно выделить

основные составляющие: серверы, сетевое коммуникационное

оборудование, рабочие станции.

Серверы - разделяемые (совместно используемые)

компоненты сети. Сервер содержит некоторый ресурс, который он

предоставляет пользователю. Самый общий тип сервера - файловый.

Серверы могут быть как выделенными, узкоспециализированными, так

и невыделенными, обеспечивающими совмещение различных функций

на одном компьютере. В случае, если каждый сервер ЛВС является

также и рабочей станцией, речь идет об одноранговой сети. В

двухранговых ЛВС серверы не предназначены для непосредственной

работы с ними пользователей, они только предоставляют свои ресурсы

(диски, файлы и т. п.) пользователям, работающим за рабочими

станциями.

Сетевые коммуникационные системы для ЛВС - это

сетевые адаптеры (Network adapter) или карты сетевого интерфейса

(Network Interface Card - NIC), установленные в каждом компьютере

сети и соединяющие их кабели. В случае, если при связи используются

аналоговые телефонные каналы (в глобальных сетях, в локальных для

доступа с удаленных рабочих станций), применяются модемы,

обеспечивающие МОДуляцию - ДЕМодуляцию информационных

сигналов (преобразования потоков битов в аналоговые сигналы и

обратные преобразования принимаемых аналоговых сигналов в

цифровую форму). Кроме того, для объединения сетей используются

мосты (Bridges), маршрутизаторы (Routers) и шлюзы (Gateways), в

качестве которых могут выступать как специализированные

устройства, так и компьютеры со специальным программным

обеспечением. При этом мосты применяются для связи сетей с

одинаковыми коммуникационными системами, маршрутизаторы

объединяют сети разных типов и могут преобразовывать пакеты

данных из одного формата в другой. Шлюзы сочетают в себе функции

маршрутизации с рядом дополнительных функций, таких, например,

как проверка полномочий пользователей и учет использования

ресурсов.

Рабочая станция - компьютер с необходимыми

периферийными устройствами, обеспечивающий доступ конечного

пользователя к сетевым ресурсам.

В общем случае различают два вида распределения функций

по обработке данных в сети:

-рабочая станция выполняет программы, сервер доставляет

эти программы на рабочую станцию;

-рабочая станция и сервер делят между собой задачи

обработки данных с целью повышения производительности системы

(системы "клиент - сервер").

2 ВИДЫ ЛОКАЛЬНЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ

Основные требования, которым должны удовлетворять ЛВС,

были сформулированы в 1981 году комитетом института IEEE (Institute

of Electrical and Electronic Engineers) США. Позже они были уточнены

и дополнены.

Все известные в настоящее время сети разработаны с учетом

этих требований, что обеспечило им функциональную полноту,

возможность развития, возможность использования различных

устройств, надежность соединений и достоверность передаваемой

информации.

К наиболее важным характеристикам локальных сетей,

отличающим их друг от друга, относятся конфигурация (топология)

сети, тип передающего физической среды, скорость передачи

сигналов, метод доступа станций к среде, архитектура (конкретный

стандарт сети), сетевая операционная система.

Конфигурация, или топология сети, определяет способ

соединения станций между собой. Различают шинную, кольцевую,

звездообразную и гибридную конфигурации.

Шинная топология характеризуется использованием

разомкнутого сегмента кабеля, к которому с некоторыми интервалами

подключены станции. Передаваемая информация может

распространяться в обе стороны. Применение общей шины снижает

стоимость проводки, унифицирует подключение различных модулей,

обеспечивает возможность широковещательного обращения. Общий

кабель является "узким" местом как по производительности, так и по

надежности. Кроме того, в нем сложно проводить поиск

неисправностей.

В сетях с кольцевой конфигурацией сигналы передаются по

кольцу от одной станции к другой, как правило, в одном направлении.

Если станция не распознает пакет как "свой", то она передаст его

следующей в кольце станции. В сети с кольцевой топологией

необходимо принимать специальные меры, чтобы в случае выхода из

строя или отключения какой-либо станции не прервался канал связи

между остальными.

Звездообразная конфигурация локальных сетей возникла на

основе учрежденческих телефонных станций с коммутатором в центре

сети. В локальной сети с такой конфигурацией в центре звезды

находится концентратор, в функции которого входит обеспечение

доступа станций к среде передачи данных.

Три основные топологии сетей могут объединяться в общую

сеть с гибридной топологией. При этом для объединения отдельных

сегментов используются концентраторы информации, аналогичные

используемым в звездообразных сетях. Результирующая сеть имеет,

как правило, древовидную иерархическую структуру с

концентраторами - "ветвями" и станциями - "листьями".

В качестве физической среды в локальных сетях

используются: коаксиальный кабель, (Coaxial Cable), неэкранированная

(UTP) и экранированная (STP) витые пары, оптоволоконный кабель

(Fiber-Optic Cable).

По методу доступа к физической среде сети делятся на сети

со случайным доступом и сети с маркерным доступом. В сетях со

случайным доступом каждая станция пытается "захватить" среду в

свое распоряжение в случайные моменты времени в зависимости от

своих внутренних потребностей. Конфликты, возникающие при

одновременном требовании доступа несколькими станциями,

разрешаются на основании определенных правил. В сетях с маркерным

методом доступа право на доступ к среде - маркер - передается

циклически от станции к станции по логическому кольцу.

Необходимо различать топологию физических соединений

сети и топологию логических связей станций. В настоящее время

наиболее популярной является топология физических связей

древовидного типа с соединениями "точка - точка", обеспечиваемыми

различными концентраторами. В такой сети могут использоваться

различные методы доступа - как с маркерным логическим "кольцом",

так и случайный метод доступа, при котором отдельные отрезки кабеля

представляются логическим "моноканалом". Преобразование

физической топологии в логическую осуществляют концентраторы,

которые для маркерного доступа обеспечивают передачу маркера от

станции к станции в нужной последовательности, а для случайного

метода доступа распространяют сигналы по всем отрезкам кабеля,

делая их моноканалом.

Под архитектурой сети понимается ее разбиение на

функциональные уровни и используемые на каждом уровне протоколы

обмена информацией. Эти аспекты сетей подробно рассматриваются в

разделе 3.

Используемые в локальных сетях сетевые операционные

системы реализуют наряду с аппаратурой основные функции сетей по

обслуживанию конечных пользователей.

Признанным лидером в области сетевых операционных

систем является фирма Novell. Ее сетевые операционные системы

семейства NetWare доминируют на мировом и российском рынке. Эти

системы сочетают большие функциональные возможности с

умеренными требованиями к характеристикам компьютеров,