Какие виды линий каналов используются для связи компьютеров в локальных сетях

Обновлено: 06.07.2024

- научить выделению различных типов топологий локальных сетей.

Развивающие:

- развивать у учащихся умение обмена файлами в локальной вычислительной сети;

- прививать учащимся основные приемы работы в сети;

- формировать навыки выделения топологии сети: “Звезда”, “Общая шина”, “Кольцо”;

- развивать внимание, логическое мышление, память: формирование информационной культуры и потребности в приобретении знаний.

Воспитательные:

- прививать интерес к предмету;

- формировать навыки самостоятельности и дисциплинированности.

- знать порядок распределения цветовой гаммы проводков (витой пары)

- знать понятие компьютерных сетей, их виды;

- знать понятие локальной сети, её назначение и организацию.

- уметь монтировать разъёмы на кабель «витая пара» методом обжима.

- уметь грамотно определять топологию локальной сети, выявлять недостатки каждой топологии.

Оборудование: Кабель «витая пара», коннектор, клещи для обжима, тестер, компьютер, экран, проектор.

I. Организационный момент – 3 минуты.

II. Актуализация знаний –10 минуты.

III. Объяснение и выполнение практической работы – 50 минут.

IV. Проверь себя – 15 минут.

V. Задание на дом – 2 минута.

VI. Подведение итогов урока и выставление оценок – 5 минут.

I. Организационный момент: Учитель здоровается, знакомит с темой урока, целями и ходом урока, проверка присутствующих.

II. Актуализация знаний:

задаю вопросы студентам (фронтальный опрос)

1в. Что принято называть каналами связи?

(Каналами связи называют технические средства, позволяющие осуществлять передачу данных на расстоянии, прежде всего к ним относят технические средства связи, использующие для передачи данных на расстоянии. В качестве технических средств передачи информации могут использоваться обычные каналы связи (телефонные, телеграфные, спутниковые и т.д.)).

2в. Назовите основные характеристики каналов связи?

3в. Какие сетевые протоколы вы знаете?

(Наиболее известным протоколом является протокол управления передачей/ межсетевой протокол (Transmission Control Protocol / Internet Protocol, TCP\IP) – набор протоколов, разработанный для Интернета и ставший его основой. TCP гарантирует, что каждый посланный байт дойдёт до получателя без потерь. IP присваивает локальные IP-адреса физическим сетевым адресам, обеспечивая тем самым адресное пространство, с которым работают маршрутизаторы).

4в. Топология -это?

(физическое расположение компьютеров сети)

5в. Топология “шина”?

(предполагает подключение всех компьютеров к одному проводнику. На обоих концах такого проводника размещаются специальные согласующие устройства, называемые терминаторами. Основные преимущества данной топологии – дешевизна и простота монтажа. К недостаткам относятся сложность локализация места неисправности и низкая надёжность: повреждение кабеля в любом месте приводит к прекращению обмена)

6в.Топология “кольцо”?

(компьютеры последовательно объединены в кольцо. Передача информации в кольце всегда производится только в одном направлении. Каждый из компьютеров передаёт информацию только одному компьютеру, следующему в цепочке за ним, а получает информацию только от предыдущего в цепочке компьютера.)

7в.Топология “звезда”?

(предусматривает прокладку для каждого компьютера в сети отдельного кабеля, соединяющего все компьютеры сети по специальным соединительным устройствам, называемыми концентратором. Достоинство данной топологии - высокая надёжность работы сети. Обрыв любого проводника отключает только одного абонента.)

III. Объяснение практической работы

1) Смонтировать разъёмы на кабель «витая пара» методом обжима.

Снимем изоляционную оболочку с одного конца кабеля. Для этого вставим конец кабеля в обжимной инструмент, и слегка нажимая круговыми движениями, надрежем оболочку (не повредив изоляцию на проводах). Снимем изоляционную оболочку. Раскрутим пары проводов, расположив их в следующей последовательности:

Расстояние от концов проводов до изоляционной оболочки должна быть равна 12,5 мм. Обрежем избыточную часть проводов.

Расположим коннектор контактами к себе и вставим в него подготовленный кабель. Провода должны войти каждый в свой разъём до упора.

Аккуратно, чтобы не выпали провода, вставим коннектор в обжимной инструмент и сдавим инструмент с усилием до характерного хруста.

Средой передачи информации называются те линии связи (или каналы связи), по которым производится обмен информацией между компьютерами. В подавляющем большинстве компьютерных сетей (особенно локальных) используются проводные или кабельные каналы связи, хотя существуют и беспроводные сети, которые сейчас находят все более широкое применение, особенно в портативных компьютерах.

Но это еще не все. Передача на большие расстояния при любом типе кабеля требует сложной передающей и приемной аппаратуры, так как при этом необходимо формировать мощный сигнал на передающем конце и детектировать слабый сигнал на приемном конце. При последовательной передаче для этого требуется всего один передатчик и один приемник. При параллельной же количество требуемых передатчиков и приемников возрастает пропорционально разрядности используемого параллельного кода. В связи с этим, даже если разрабатывается сеть незначительной длины (порядка десятка метров) чаще всего выбирают последовательную передачу.

К тому же при параллельной передаче чрезвычайно важно, чтобы длины отдельных кабелей были точно равны друг другу. Иначе в результате прохождения по кабелям разной длины между сигналами на приемном конце образуется временной сдвиг, который может привести к сбоям в работе или даже к полной неработоспособности сети. Например, при скорости передачи 100 Мбит/с и длительности бита 10 нс этот временной сдвиг не должен превышать 5—10 нс. Такую величину сдвига дает разница в длинах кабелей в 1—2 метра. При длине кабеля 1000 метров это составляет 0,1—0,2%.

Надо отметить, что в некоторых высокоскоростных локальных сетях все-таки используют параллельную передачу по 2—4 кабелям, что позволяет при заданной скорости передачи применять более дешевые кабели с меньшей полосой пропускания . Но допустимая длина кабелей при этом не превышает сотни метров. Примером может служить сегмент 100BASE-T4 сети Fast Ethernet .

Промышленностью выпускается огромное количество типов кабелей, например, только одна крупнейшая кабельная компания Belden предлагает более 2000 их наименований. Но все кабели можно разделить на три большие группы:

электрические (медные) кабели на основе витых пар проводов (twisted pair), которые делятся на экранированные ( shielded twisted pair, STP ) и неэкранированные (unshielded twisted pair, UTP );
электрические (медные) коаксиальные кабели ( coaxial cable );
оптоволоконные кабели ( fiber optic ).

Каждый тип кабеля имеет свои преимущества и недостатки, так что при выборе надо учитывать как особенности решаемой задачи, так и особенности конкретной сети, в том числе и используемую топологию.

Можно выделить следующие основные параметры кабелей, принципиально важные для использования в локальных сетях:

Полоса пропускания кабеля (частотный диапазон сигналов, пропускаемых кабелем) и затухание сигнала в кабеле. Два этих параметра тесно связаны между собой, так как с ростом частоты сигнала растет затухание сигнала . Надо выбирать кабель, который на заданной частоте сигнала имеет приемлемое затухание . Или же надо выбирать частоту сигнала, на которой затухание еще приемлемо. Затухание измеряется в децибелах и пропорционально длине кабеля.
Помехозащищенность кабеля и обеспечиваемая им секретность передачи информации. Эти два взаимосвязанных параметра показывают, как кабель взаимодействует с окружающей средой, то есть, как он реагирует на внешние помехи, и насколько просто прослушать информацию, передаваемую по кабелю.
Скорость распространения сигнала по кабелю или, обратный параметр – задержка сигнала на метр длины кабеля. Этот параметр имеет принципиальное значение при выборе длины сети. Типичные величины скорости распространения сигнала – от 0,6 до 0,8 от скорости распространения света в вакууме. Соответственно типичные величины задержек – от 4 до 5 нс/м.
Для электрических кабелей очень важна величина волнового сопротивления кабеля. Волновое сопротивление важно учитывать при согласовании кабеля для предотвращения отражения сигнала от концов кабеля. Волновое сопротивление зависит от формы и взаиморасположения проводников, от технологии изготовления и материала диэлектрика кабеля. Типичные значения волнового сопротивления – от 50 до 150 Ом.

В настоящее время действуют следующие стандарты на кабели:

EIA / TIA 568 (Commercial Building Telecommunications Cabling Standard) – американский;
ISO/IEC IS 11801 (Generic cabling for customer premises ) – международный;
CENELEC EN 50173 (Generic cabling systems ) – европейский.

Эти стандарты описывают практически одинаковые кабельные системы, но отличаются терминологией и нормами на параметры. В данном курсе предлагается придерживаться терминологии стандарта EIA / TIA 568.

Отличительные признаки локальной вычислительной сети [1] :

-высокая скорость передачи информации (не менее 10 Мбит/с);

-низкий уровень ошибок передачи (высококачественные каналы связи) - допустимая вероятность ошибок передачи данных - 10 -8 .

высокоэффективный, быстродействующий механизм управления обменом;

-регламентированное количество компьютеров, подключаемых к сети.

При таких свойствах понятно, что глобальные сети отличаются от локальных тем, что они рассчитаны на неограниченное число абонентов. Кроме того, они чаще всего используют не слишком качественные каналы связи и относительно низкую скорость передачи данных, а механизм управления обменом в этих сетях не может быть гарантированно быстрым.

Сегодня достаточно сложно провести четкое разделение между локальными и глобальными сетями - большинство локальных сетей имеет выход в глобальную. Однако характер передаваемой информации, способы организации обмена, режимы доступа к ресурсам внутри локальной сети сильно отличаются от тех, что приняты в глобальной сети. Несмотря на то, что все компьютеры локальной сети включены также и в глобальную сеть, специфики локальной сети это не отменяет. Возможность выхода в глобальную сеть является одним из ресурсов, разделяемых пользователями локальной сети.

По локальной сети может передаваться разнообразная цифровая информация: данные, изображения, голосовой трафик, электронные письма и т.д. Чаще всего локальные сети используются для разделения (совместного использования) таких ресурсов, как дисковое пространство, принтеров и выхода в глобальную сеть, но это всего лишь малая доля тех возможностей, которые предоставляют средства локальных сетей. Например, они позволяют осуществлять обмен информацией между компьютерами разных типов [2] . Полноценными абонентами (узлами) сети могут быть не только компьютеры, но и другие устройства, поддерживающие сетевые технологии - принтеры, плоттеры, сканеры, дисковые массивы. Локальные сети дают также возможность организовать многопроцессорную вычислительную среду на всех компьютерах сети, что ускоряет решение сложных, ресурсоемких задач. С их помощью можно управлять работой технологической системы или исследовательской установки в режиме реального времени с нескольких компьютеров одновременно.

Вместе с тем компьютерные сети имеют и существенные недостатки:

-сеть требует дополнительных, иногда значительных материальных затрат на покупку оборудования, сетевого программного обеспечения, на создание сетевой инфраструктуры и обучение персонала;

-сеть требует приема на работу специалиста (администратора сети), который будет заниматься обеспечением работоспособности сети, ее модернизацией, управлением доступом к сетевым ресурсам, устранением неисправностей, защитой информации, резервным копированием и архивированием данных;

-проводная сеть ограничивает возможности перемещения компьютеров, подключенных к ней, так как в этом случае может понадобиться перекладка соединительных кабелей;

-сеть является средой для распространения компьютерных вирусов, поэтому вопросам защиты от них придется уделять больше внимания, чем в случае автономного использования компьютеров;

-сеть значительно повышает риск несанкционированного доступа к информации (информационная защита требует проведения комплекса, соответствующих организационных и технических мероприятий).

Основные определения и термины

Абонент (узел, хост, станция) - это устройство, подключенное к сети и активно участвующее в информационном обмене. Чаще всего абонентом (узлом) сети является компьютер, но абонентом также может быть сетевой принтер или другое периферийное устройство, имеющее возможность напрямую подключаться к сети.

Сервером называется абонент (узел) сети, который предоставляет свои ресурсы другим абонентам, но сам не использует их ресурсы. Таким образом, он обслуживает сеть. Выделенный сервер - это сервер, занимающийся только сетевыми задачами. Невыделенный сервер может помимо обслуживания сети выполнять и другие задачи пользователей. Специфический тип сервера - это сетевой принтер.

Клиентом называется абонент сети, который только использует сетевые ресурсы, но сам свои ресурсы в сеть не отдает. Компьютер-клиент также называют рабочей станцией.

Под сервером и клиентом понимают не только сами компьютеры, но и работающие на них программные приложения. В этом случае то приложение, которое только отдает ресурс в сеть, является сервером, а то приложение, которое только пользуется сетевыми ресурсами - клиентом.

[1] Кондратенко С., Новиков Ю. Основы локальных сетей [Электронный ресурс]

[2] Бабешко, В.Н. Распределенные информационно-вычислительные системы в туманных вычислительных сетях.

Топология локальной сети

Первое к чему нужно приступать при изучении основ функционирования компьютерных сетей, это топология (структура) локальной сети. Существует три основных вида топологии: шина, кольцо и звезда.

Линейная шина

Кольцо

В данной топологии каждый из компьютеров соединен только с двумя участниками сети. Принцип функционирования такой ЛВС заключается в том, что один из компьютеров принимает информацию от предыдущего и отправляет её следующему выступая в роли повторителя сигнала, либо обрабатывает данные если они предназначались ему. Локальная сеть, построенная по кольцевому принципу более производительна в сравнении с линейной шиной и может объединять до 1000 компьютеров, но, если где-то возникает обрыв сеть полностью перестает функционировать.

Звезда

Топология звезда, является оптимальной структурой для построения ЛВС. Принцип работы такой сети заключается во взаимодействии нескольких компьютеров между собой по средствам центрального коммутирующего устройства (коммутатор или свитч). Топология звезда позволяет создавать высоконагруженные масштабируемые сети, в которых центральное устройство может выступать, как отдельная единица в составе многоуровневой ЛВС. Единственный минус в том, что при выходе из строя центрального коммутирующего устройства рушится вся сеть или её часть. Плюсом является то, что, если один из компьютеров перестаёт функционировать это никак не сказывается на работоспособности всей локальной сети.

Что такое MAC-адрес, IP-адрес и Маска подсети?

Прежде чем познакомиться с основными принципами взаимодействия сетевых устройств, необходимо подробно разобрать, что такое IP-адрес, MAC-адрес и Маска подсети.

Маска подсети – специальная запись, которая позволяет по IP-адресу вычислять адрес подсети и IP-адрес компьютера в данной сети. Пример записи маски подсети: 255.255.255.0. О том, как происходит вычисление IP-адресов мы рассмотрим чуть позже.

Что такое ARP протокол или как происходит взаимодействие устройств ЛВС?

Сетевой коммутатор и маршрутизатор (роутер)

Коммутатор содержит таблицу MAC-адресов устройств локальной сети непосредственно подключенных к его портам. Изначально таблица пуста и начинает заполняться при старте работы коммутатора, происходит сопоставление MAC-адресов устройств и портов, к которым они подключены. Это необходимо для того, чтобы коммутатор напрямую пересылал информационные пакеты тем участникам локальной сени, которым они предназначены, а не опрашивал все устройства ЛВС.

Маршрутизатор также имеет таблицу, в которую заносит IP-адреса устройств на основе анализа локальной сети. Роутер может самостоятельно раздавать IP-адреса устройствам ЛВС благодаря протоколу динамического конфигурирования узла сети (DHCP). Таблица маршрутизации позволяет роутеру вычислять наикратчайшие маршруты для отправки информационных пакетов между различными узлами ЛВС. Данные узлы (компьютеры) могут находиться в любом сегменте многоуровневой сети невзирая на архитектуру той или иной подсети. К примеру, маршрутизатор связывает локальную сеть с глобальной (интернет) через сеть провайдера.

Пример маршрутизации

Допустим, в таблице маршрутизации есть такая запись:

Сеть	Маска	Интерфейс
192.168.1.0	255.255.255.0	192.168.1.96

Роутер получает пакет, предназначенный для хоста с IP-адресом 192.168.1.96, после чего начинает обход таблицы маршрутизации и обнаруживает, что при наложении маски подсети 255.255.255.0 на IP-адрес 192.168.1.96 вычисляется сеть с IP-адресом 192.168.1.0. Пройдя строку до конца роутер находит IP-адрес интерфейса 192.168.1.96, на который и отправляет полученный пакет.

Как происходит вычисление IP-адреса сети и компьютера?

Для вычисления IP-адреса сети используется маска подсети. Начнем с того, что привычная для наших глаз запись IP-адреса представлена в десятеричном формате (192.168.1.96). На самом деле, сетевое устройство данный IP-адрес видит, как набор нолей и единиц, то есть в двоичной системе исчисления (11000000.10101000.00000001.01100000). Так же выглядит и маска подсети (255.255.255.0 -> 11111111.11111111.11111111.00000000).

IP-адрес назначения	192.168.1.96	11000000 10101000 00000001 01100000
Маска подсети	255.255.255.0	11111111 11111111 11111111 00000000
IP-адрес сети	192.168.1.0	11000000 10101000 00000001 00000000

Что получается? Какой бы у нас не был IP-адрес назначения (к примеру 192.168.1.96 или 192.168.1.54) при наложении на него маски подсети (255.255.255.0) будет получаться один и тот же результат (192.168.1.0). Происходит это из-за поразрядного (побитного) сравнения записей (1х1 = 1, 1х0 = 0, 0х1 = 0). При этом IP-адрес компьютера берётся из последней группы цифр IP-адреса назначения. Также стоит учитывать, что из общего диапазона адресов, в рамках одной подсети, доступно будет на два адреса меньше, потому что 192.168.1.0 – является IP-адресом самой сети, а 192.168.1.255 – служебным широковещательным адресом для передачи общих пакетов запросов.

Что такое NAT?

Принцип NAT заключается в следующем: при отправке пакета из ЛВС маршрутизатор подменяет IP-адрес локальной машины на свой собственный, а при получении производит обратную замену и отправляет данные на тот компьютер, которому они и предназначались.

Читайте также: