Дипломная (вкр): Протоколы в локальных и глобальных сетях

Протоколы в локальных и глобальных сетях

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Костанайский социально технический университет им. акад. З. Алдамжар

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

На тему: «Протоколы в локальных и глобальных сетях»

по специальности - «ВТиПО»

Выполнил  Сейтгалиев Д.Е.

Костанай 2011

Содержание

Введение

. Теоретические основы организации компьютерных сетей

.1 Общие сведения о сетях

.2 Топология сетей

. Локальные компьютерные сети

.1 Классификация локальной компьютерной сети

.2 Структура локальных компьютерных сетей

.3 Физическая среда передачи в локальных сетях

.4 Типы локальной компьютерной сети

. Глобальные компьютерные сети

.1 Характеристика глобальных компьютерных сетей

.2 Сеть Internet

.3 Примеры глобальных сетей

3.4 Отличия локальных сетей от глобальных сетей

.5 Тенденция к сближению локальных сетей и глобальных сетей

4. Основные протоколы обмена в компьютерных сетях

.1 Характеристика протокола TCP/IP

.2 Протокол Ethernet

.3 Протокол ARP

.4 Межсетевой протокол IP

.5 Протокол UDP

.6 Протокол TCP

.7 Протоколы прикладного уровня

Заключение

Список использованных источников

Приложение

Введение

Актуальность темы. Вхождение Республики Казахстан в мировое информационное пространство влечет за собой широчайшее использование новейших информационных технологий, и в первую очередь, компьютерных сетей. При этом резко возрастают и качественно видоизменяются возможности пользователя как в деле оказания услуг своим клиентам, так и при решении собственных организационно-экономических задач.

Уместно отметить, что современные компьютерные сети являются системой возможности и характеристики, которые в целом существенно превышают соответствующие показатели простой суммы составляющих элементов сети персональных компьютеров при отсутствии взаимодействия между ними. Достоинства компьютерных сетей обусловили их широкое распространение в информационных системах кредитно-финансовой сферы, органов государственного управления и местного самоуправления, предприятий и организаций.

С развитием компьютерной техники широкое использование приобрели компьютерные сети. По своему размеру, т.е. количеству машин и расстоянию между ними, они делятся на локальные и глобальные. Примерами локальных могут быть сети вуза, предприятия, нескольких фирм, находящихся недалеко друг от друга, глобальных - Internet.

Для передачи данных в сети используются сетевые протоколы передачи данных. Некоторое время назад существовало несколько протоколов несовместимых между собой, что зачастую создавало большие проблемы при объединении сетей. Примером же универсального протокола является семейство TCP/IP. История его возникновения связана с задачей, поставленной после второй мировой войны правительством США. Требовалось создать единую сеть, которая бы могла своими средствами находить маршруты передачи их, а также в случае повреждения некоторых каналов связи перенаправлять поток информации по другим каналам. При реализации этого проекта были созданы отдельные представители семейства протоколов TCP/IP. Сама сеть через некоторое время разрослась до необычайных размеров, её представление сейчас известно всем как Internet.

Протокол управления передачей (Transmission Control Protocol, TCP) является доминирующим протоколом транспортного уровня в Интернет. Согласно исследованиям, от 60% до 90% всего трафика в Интернет, включая трафик службы World Wide Web, передачи файлов (FTP), электронной почты (E-mail) и т.д., передается с помощью протокола TCP.

Столь широкое применение протокола TCP определило пристальное внимание к нему со стороны специалистов, занимающихся проблемами обеспечения качества обслуживания (Quality of Service, QoS) в Интернет. Помимо традиционных измерений и имитационного моделирования, в последнее десятилетие значительное число исследовательских работ было адресовано разработке математических моделей функционирования протокола TCP. В числе авторов, получивших важные результаты в этой области, можно отметить К.Авраченкова, M.Mathis, J.Padhye, N.Cardwell, B.Sikdar и ряд других авторов. В то же время предполагается, что одну из основных составляющих трафика Интернет в ближайшем будущем будут создавать услуги передачи мультимедийной информации: потоковое видео, Интернет-радио и т.п.

В связи с отмеченными особенностями, рассмотрение протоколов локальных и глобальных сетей (протокола передачи пользовательских дейтаграмм (User Datagram Protocol, UDP), протокола TCP, протокола UDP, протокола TFRC и других) является актуальным и необходимым. Таким образом, теоретическая и практическая значимость решаемых в дипломной работе задач определяет ее актуальность.

Цель дипломной работы является изучение протоколов локальных и глобальных сетей.

Поставленная цель достигается путем решения следующих задач:

исследовать теоретические основы организации компьютерных сетей;

изучить классификацию, принцип построения локальной компьютерной сети;

дать характеристику глобальных компьютерных сетей, рассмотреть отличия локальных сетей от глобальных сетей;

рассмотреть основные протоколы обмена в компьютерных сетях, дать им характеристику;

подведение итогов работы и внесение предложений по данной теме.

Методы исследования. Проведенные в дипломной работе исследования основываются на теории вероятностей, теории восстановления, математической статистике и высшей алгебре.

Научная новизна. В дипломной работе предпринята попытка изложить основные принципы построения компьютерных сетей, основные протоколы локальных компьютерных сетей и глобальных компьютерных сетей.

Практическая ценность. Материалы дипломной работы могут быть использованы в качестве учебных материалов об особенностях локальных и глобальных сетей, протоколов сетей для студентов, обучающихся по специальностям «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети», «Автоматизированные машины, комплексы, системы и сети», «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем», для студентов, которые хотели бы получить базовые знания

Структура дипломной работы состоит из введения, основной части, состоящей из 4 разделов, заключение, списка использованных источников и приложения. В дипломной работе рассмотрены протоколы, используемые в локальных и глобальных компьютерных сетях, протоколы семейства TCP/IP. В связи с особенностями протоколов TCP/IP - широкая, реализация практически во всех современных операционных системах, можно смело говорить об их универсальности.

1. Теоретические основы организации компьютерных сетей

1.1 Общие сведения о сетях

Современное производство требует высоких скоростей обработки информации, удобных форм ее хранения и передачи. Необходимо также иметь динамичные способы обращения к информации, способы поиска данных в заданные временные интервалы; реализовывать сложную математическую и логическую обработку данных. Управление крупными предприятиями, управление экономикой на уровне страны требуют участия в этом процессе достаточно крупных коллективов. Такие коллективы могут располагаться в разных районах города, в различных регионах страны и даже в различных странах. Для решения задач управления, обеспечивающих реализацию экономической стратегии, становятся важными и актуальными скорость и удобство обмена информацией, а также возможность тесного взаимодействия всех участвующих в процессе выработки управленческих решений.

Принцип централизованной обработки данных не отвечал высоким требованиям к надежности процесса обработки, затруднял развитие систем и не мог обеспечить необходимые временные параметры при диалоговой обработке данных в многопользовательском режиме. Кратковременный выход из строя централизованной ЭВМ приводил к роковым последствиям для системы в целом, так как приходилось дублировать функции центральной ЭВМ, значительно увеличивая затраты на создание и эксплуатацию систем обработки данных.

Появление малых ЭВМ, микроЭВМ и персональных компьютеров потребовало нового подхода к организации систем обработки данных, к созданию новых информационных технологий. Возникло логически обоснованное требование перехода от использования отдельных ЭВМ в системах централизованной обработки данных к распределенной обработке данных, т.е. обработке, выполняемой на независимых, но связанных между собой компьютерах, представляющих распределенную систему.

Для реализации распределенной обработки данных были созданы многомашинные ассоциации, структура которых разрабатывается по одному из следующих направлений:

многомашинные вычислительные комплексы (МВК) - группа установленных рядом вычислительных машин, объединенных с помощью специальных средств сопряжения и выполняющих совместно информационно-вычислительный процесс;

компьютерные (вычислительные) сети - совокупность компьютеров и терминалов, соединенных с помощью каналов связи в единую систему, удовлетворяющую требованиям распределенной обработки данных[1, с.12].

Компьютерные сети являются высшей формой многомашинных ассоциаций. Выделяют основные отличия компьютерной сети от многомашинного вычислительного комплекса.

Первое отличие - размерность. В состав многомашинного вычислительного комплекса входят обычно две, максимум три ЭВМ, расположенные преимущественно в одном помещении. Вычислительная сеть может состоять из десятков и даже сотен ЭВМ, расположенных на расстоянии друг от друга от нескольких метров до тысяч километров.

Второе отличие - разделение функций между ЭВМ. Если в многомашинном вычислительном комплексе функции обработки данных, передачи и управления системой могут быть реализованы в одной ЭВМ, то в вычислительных сетях эти функции разделены между различными ЭВМ.

Третье отличие - необходимость решения в сети задачи маршрутизации сообщений. Сообщение от одной ЭВМ к другой может быть передано по различным маршрутам в зависимости от состояния каналов связи, соединяющих ЭВМ друг с другом[2, с.36].

Компьютерная сеть - это совокупность компьютеров и различных устройств, обеспечивающих информационный обмен между компьютерами в сети без использования каких-либо промежуточных носителей информации. Все многообразие компьютерных сетей можно классифицировать по группе признаков:

) Территориальная распространенность;

) Ведомственная принадлежность;

) Скорость передачи информации;

) Тип среды передачи;

В зависимости от территориального расположения абонентских систем вычислительные сети можно разделить на три основных класса:

- глобальные сети (WAN - Wide Area Network);

локальные сети (LAN - Local Area Network).

Локальные - это сети, перекрывающие территорию не более 10 м2, региональные - расположенные на территории города или области, глобальные на территории государства или группы государств, например, всемирная сеть Internet.

По принадлежности различают ведомственные и государственные сети. Ведомственные принадлежат одной организации и располагаются на ее территории. Государственные сети - сети, используемые в государственных структурах.

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

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

В классификации сетей существует два основных термина: LAN и WAN. LAN (Local Area Network) - локальные сети, имеющие замкнутую инфраструктуру до выхода на поставщиков услуг. Термин «LAN» может описывать и маленькую офисную сеть, и сеть уровня большого завода, занимающего несколько сотен гектаров. Зарубежные источники дают даже близкую оценку - около шести миль (10 км) в радиусе; использование высокоскоростных каналов. (Wide Area Network) - глобальная сеть, покрывающая большие географические регионы, включающие в себя как локальные сети, так и прочие телекоммуникационные сети и устройства. Пример WAN - сети с коммутацией пакетов (Frame Relay), через которую могут «разговаривать» между собой различные компьютерные сети.

Термин «корпоративная сеть» также используется в литературе для обозначения объединения нескольких сетей, каждая из которых может быть построена на различных технических, программных и информационных принципах[3, с.26].

Рассмотренные выше виды сетей являются сетями закрытого типа, доступ к ним разрешен только ограниченному кругу пользователей, для которых работа в такой сети непосредственно связана с их профессиональной деятельностью. Глобальные сети ориентированы на обслуживание любых пользователей.

На рисунке 1, рассмотрим способы коммутации компьютеров и виды сетей

Рисунок 1 - Способы коммутации компьютеров и виды сетей.

1.2 Топология сетей

Компьютеры могут соединяться кабелями, образуя различную топологию сети (звездная, шинная, кольцевая и др.). Следует различать компьютерные сети и сети терминалов (терминальные сети). Компьютерные сети связывают компьютеры, каждый из которых может работать и автономно. Терминальные сети обычно связывают мощные компьютеры (майнфреймы), а в отдельных случаях и ПК с устройствами (терминалами), которые могут быть достаточно сложны, но вне сети их работа или невозможна, или вообще теряет смысл. Например, сеть банкоматов или касс по продажи авиабилетов. Строятся они на совершенно иных, чем компьютерные сети, принципах и даже на другой вычислительной технике.

Топология сети определяется размещением узлов в сети и связей между ними. Из множества возможных построений выделяют следующие структуры[4, с.17].

Топология «звезда». Каждый компьютер через сетевой адаптер подключается отдельным кабелем объединяющему устройству. Все сообщения проходят через центральное устройство, которое обрабатывает поступающие сообщения и направляет их к нужным или всем компьютерам (рис.1).

Звездообразная структура чаще всего предполагает нахождение в центральном узле специализированной ЭВМ или концентратора.

Достоинства «звезды»:

простота периферийного оборудования;

каждый пользователь может работать независимо от остальных пользователей;

высокий уровень защиты данных;

легкое обнаружение неисправности в кабельной сети.

Недостатки «звезды»:

выход из строя центрального устройства ведет к остановке всей сети;

высокая стоимость центрального устройства;

уменьшение производительности сети с увеличением числа компьютеров, подключенных к сети.

Топология «кольцо». Все компьютеры соединяются друг с другом в кольцо. Здесь пользователи сети равноправны. Информация по сети всегда передается в одном направлении (рис.2). Кольцевая сеть требует специальных повторителей, которые, приняв информацию, передают ее дальше как бы по эстафете; копируют в свою память (буфер), если информация предназначается им; изменяют некоторые служебные разряды, если это им разрешено. Информацию из кольца удаляет тот узел, который ее послал.

Достоинства «кольца»:

отсутствие дорогого центрального устройства;

легкий поиск неисправных узлов;

отсутствует проблема маршрутизации;

пропускная способность сети разделяется между всеми пользователями, поэтому все пользователи гарантированно последовательно получают доступ к сети;

простота контроля ошибок.

Недостатки «кольца»:

трудно включить в сеть новые компьютеры;

каждый компьютер должен активно участвовать в пересылке информации, для этого нужны ресурсы, чтобы не было задержек в основной работе этих компьютеров;