Способ взаимодействия компьютеров и характер распространения сигналов по сети есть

Обновлено: 06.07.2024

Кроме трех рассмотренных базовых топологий нередко применяется также сетевая топология дерево (tree), которую можно рассматривать как комбинацию нескольких звезд. Причем, как и в случае звезды, дерево может быть активным или истинным (рис. 1.13) и пассивным (рис. 1.14). При активном дереве в центрах объединения нескольких линий связи находятся центральные компьютеры, а при пассивном — концентраторы ( хабы ).

Рис. 1.14. Топология пассивное дерево. К — концентраторы

Довольно часто применяются комбинированные топологии , среди которых наиболее распространены звездно-шинная (рис. 1.15) и звездно-кольцевая (рис. 1.16).

В звездно-шинной (star-bus) топологии используется комбинация шины и пассивной звезды. К концентратору подключаются как отдельные компьютеры, так и целые шинные сегменты. На самом деле реализуется физическая топология шина, включающая все компьютеры сети. В данной топологии может использоваться и несколько концентраторов, соединенных между собой и образующих так называемую магистральную, опорную шину. К каждому из концентраторов при этом подключаются отдельные компьютеры или шинные сегменты. В результате получается звездно-шинное дерево. Таким образом, пользователь может гибко комбинировать преимущества шинной и звездной топологий , а также легко изменять количество компьютеров, подключенных к сети. С точки зрения распространения информации данная топология равноценна классической шине.

В случае звездно-кольцевой (star-ring) топологии в кольцо объединяются не сами компьютеры, а специальные концентраторы (изображенные на рис. 1.16 в виде прямоугольников), к которым в свою очередь подключаются компьютеры с помощью звездообразных двойных линий связи . В действительности все компьютеры сети включаются в замкнутое кольцо, так как внутри концентраторов линии связи образуют замкнутый контур (как показано на рис. 1.16). Данная топология дает возможность комбинировать преимущества звездной и кольцевой топологий . Например, концентраторы позволяют собрать в одно место все точки подключения кабелей сети. Если говорить о распространении информации, данная топология равноценна классическому кольцу.

В заключение надо также сказать о сеточной топологии (mesh), при которой компьютеры связываются между собой не одной, а многими линиями связи , образующими сетку (рис. 1.17).

Рис. 1.17. Сеточная топология: полная (а) и частичная (б)

В полной сеточной топологии каждый компьютер напрямую связан со всеми остальными компьютерами. В этом случае при увеличении числа компьютеров резко возрастает количество линий связи . Кроме того, любое изменение в конфигурации сети требует внесения изменений в сетевую аппаратуру всех компьютеров, поэтому полная сеточная топология не получила широкого распространения.

Частичная сеточная топология предполагает прямые связи только для самых активных компьютеров, передающих максимальные объемы информации. Остальные компьютеры соединяются через промежуточные узлы. Сеточная топология позволяет выбирать маршрут для доставки информации от абонента к абоненту , обходя неисправные участки. С одной стороны, это увеличивает надежность сети, с другой же – требует существенного усложнения сетевой аппаратуры, которая должна выбирать маршрут.

Многозначность понятия топологии

Топология сети указывает не только на физическое расположение компьютеров, как часто считают, но, что гораздо важнее, на характер связей между ними, особенности распространения информации, сигналов по сети. Именно характер связей определяет степень отказоустойчивости сети, требуемую сложность сетевой аппаратуры, наиболее подходящий метод управления обменом , возможные типы сред передачи (каналов связи), допустимый размер сети (длина линий связи и количество абонентов ), необходимость электрического согласования и многое другое.

Более того, физическое расположение компьютеров, соединяемых сетью, почти не влияет на выбор топологии . Как бы ни были расположены компьютеры, их можно соединить с помощью любой заранее выбранной топологии (рис. 1.18).

Рис. 1.18. Примеры использования разных топологий

Наконец, когда компьютеры расположены в одну линию, они могут соединяться звездой или кольцом. Другое дело, какова будет требуемая длина кабеля.

Строго говоря, в литературе при упоминании о топологии сети, авторы могут подразумевать четыре совершенно разные понятия, относящиеся к различным уровням сетевой архитектуры:

Физическая топология (географическая схема расположения компьютеров и прокладки кабелей). В этом смысле, например, пассивная звезда ничем не отличается от активной, поэтому ее нередко называют просто звездой.
Логическая топология (структура связей, характер распространения сигналов по сети). Это наиболее правильное определение топологии .
Топология управления обменом (принцип и последовательность передачи права на захват сети между отдельными компьютерами).
Информационная топология (направление потоков информации, передаваемой по сети).

Например, сеть с физической и логической топологией шина может в качестве метода управления использовать эстафетную передачу права захвата сети (быть в этом смысле кольцом) и одновременно передавать всю информацию через выделенный компьютер (быть в этом смысле звездой). Или сеть с логической топологией шина может иметь физическую топологию звезда (пассивная) или дерево (пассивное).

Сеть с любой физической топологией , логической топологией , топологией управления обменом может считаться звездой в смысле информационной топологии , если она построена на основе одного сервера и нескольких клиентов , общающихся только с этим сервером . В данном случае справедливы все рассуждения о низкой отказоустойчивости сети к неполадкам центра ( сервера ). Точно так же любая сеть может быть названа шиной в информационном смысле, если она построена из компьютеров, являющихся одновременно как серверами , так и клиентами . Такая сеть будет мало чувствительна к отказам отдельных компьютеров.

Заканчивая обзор особенностей топологий локальных сетей , необходимо отметить, что топология все-таки не является основным фактором при выборе типа сети. Гораздо важнее, например, уровень стандартизации сети, скорость обмена , количество абонентов , стоимость оборудования, выбранное программное обеспечение. Но, с другой стороны, некоторые сети позволяют использовать разные топологии на разных уровнях. Этот выбор уже целиком ложится на пользователя, который должен учитывать все перечисленные в данном разделе соображения.

Понятие топологии сети

Топология - это физическая конфигурация сети в совокупности с ее логическими характеристиками. Топология - это стандартный термин, который используется при описании основной компоновки сети. Если понять, как используются различные топологии, то можно будет определить, какими возможностями обладают различные типы сетей.

Существует два основных типа топологий:

Логическая топология описывает правила взаимодействия сетевых станций при передаче данных.

Физическая топология определяет способ соединения носителей данных.

Термин "топология сети" характеризует физическое расположение компьютеров, кабелей и других компонентов сети. Топология сети обуславливает ее характеристики.

Выбор той или иной топологии влияет на:

состав необходимого сетевого оборудования
характеристики сетевого оборудования
возможности расширения сети
способ управления сетью

Конфигурация сети может быть или децентрализованной (когда кабель "обегает" каждую станцию в сети), или централизованной (когда каждая станция физически подключается к некоторому центральному устройству, распределяющему фреймы и пакеты между станциями). Примером централизованной конфигурации является звезда с рабочими станциями, располагающимися на концах ее лучей. Децентрализованная конфигурация похожа на цепочку альпинистов, где каждый имеет свое положение в связке, а все вместе соединены одной веревкой. Логические характеристики топологии сети определяют маршрут, проходимый пакетом при передаче по сети.

При выборке топологии нужно учитывать, чтобы она обеспечивала надежную и эффективную работу сети, удобное управление потоками сетевых данных. Желательно также, чтобы сеть по стоимости создания и сопровождения получилась недорогой, но в то же время оставались возможности для ее дальнейшего расширения и, желательно, для перехода к более высокоскоростным технологиям связи. Это непростая задача! Чтобы ее решить, необходимо знать, какие бывают сетевые топологии.

Многозначность понятия топологии

Топология сети указывает не только на физическое расположение компьютеров, как часто считают, но, что гораздо важнее, на характер связей между ними, особенности распространения информации, сигналов по сети. Именно характер связей определяет степень отказоустойчивости сети, требуемую сложность сетевой аппаратуры, наиболее подходящий метод управления обменом, возможные типы сред передачи (каналов связи), допустимый размер сети (длина линий связи и количество абонентов) необходимость электрического согласования и многое другое.

Более того, физическое расположение компьютеров, соединяемых сетью, почти не влияет на выбор топологии. Как бы ни были расположены компьютеры, их можно соединить с помощью любой заранее выбранной топологии (Рисунок 12).

В том случае, если соединяемые компьютеры расположены по контуру круга, они могут соединяться, как звезда или шина. Когда компьютеры расположены вокруг некоего центра, их допустимо соединить с помощью топологий шина или кольцо. Наконец когда компьютеры расположены в одну линию, они могут соединяться звездой или кольцом. Другое дело, какова будет требуемая длина кабеля.

физическая топология (географическая схема расположения компьютеров и прокладки кабелей). В этом смысле, например, пассивная звезда ничем не отличается от активной, поэтому ее нередко называют просто звездой.

логическая топология (структура связей, характер распространения сигналов по сети). Это наиболее правильное определение топологии.

топология управления обменом (принцип и последовательность передачи права на захват сети между отдельными компьютерами).

информационная топология (направление потоков информации, передаваемой по сети).

Сеть с любой физической топологией, логической топологией, топологией управления обменом может считаться звездой в смысле информационной топологии, если она построена на основе одного сервера и нескольких клиентов, общающихся только с этим сервером. В данном случае справедливы все рассуждения о низкой отказоустойчивости сети к неполадкам центра (сервера). Точно так же любая сеть может быть названа шиной в информационном смысле, если она построена из компьютеров, являющихся одновременно как серверами, так и клиентами. Такая сеть будет мало чувствительна к отказам отдельных компьютеров.

Воспитательные: воспитывать коммуникативную культуру.

Урок рассчитан на 90 минут.

План урока:

Организационный момент – 3 мин.
Повторение ранее изученного материала – 10 мин.
Решение кроссворда (фронтальная работа) – 12 мин.
Ответы на вопросы теста (самостоятельная работа) – 20 мин.
Практическая работа «Оценка расходов на построение сети» (работа в парах) – 45 мин.
Подведение итогов занятия

ХОД УРОКА

1. Сегодня у нас последний, завершающий урок, посвященный основам компьютерных сетей. В течение довольно длительного времени мы изучали способы и приемы подключения и настройки сетевого оборудования, а также виды сетевых топологий. Применяли полученные знания и умения при выполнении проекта “Школьная компьютерная сеть”. Настало время подвести итоги.

– Давайте вместе вспомним, что же такое сетевые топологии?

2. Для повторения основных понятий изученной нами темы обратимся к презентации (приложение 1).

3. Теперь, когда мы повторили пройденный материал, давайте ответим на вопросы кроссворда

(кроссворд заранее вывешивается на доску, или проецируется на экран с помощью мультипроектора)

Способ объединения компьютеров и сетевого оборудования с помощью кабельной инфраструктуры (физическая топология)
Искажение сигналов, возникающее при одновременной передаче двух или нескольких компьютеров (коллизия)
Небольшой блок данных, постоянно передающийся от компьютера к компьютеру в сетях с топологией «кольцо» (маркер)
Наиболее распространенная в современных сетях топология (дерево)
Специальный резистор, устанавливаемый на концах коаксиального кабеля, чтобы предотвратить отражение сигналов (терминатор)
Сетевая топология, в которой каждое из устройств соединяется с двумя другими, причем от одного получает данные, а другому – передает (кольцо)

4. Теперь каждому из вас предстоит поработать самостоятельно на вопросами теста «Сетевые топологии и способы доступа к среде передачи данных»

(тест заранее готовится для каждого учащегося)

I. Что определяется выбором топологии сети? Выберите все нужные ответы.

стоимость сети
надежность сети
производительность сети
расширяемость сети
управляемость сети

II. Способ взаимодействия компьютеров и характер распространения сигналов по сети есть:

физическая топология
логическая топология
сетевой протокол

III. Отметьте базовые топологии, на основе которых строятся сети (выберите три ответа).

IV. Что является основным недостатком топологии «шина»?

высокая стоимость сети
низкая надежность сети
большой расход кабеля
низкая помехозащищенность сети

V. Что является основным недостатком топологии «кольцо»?

высокая стоимость сети
низкая надежность сети
большой расход кабеля
низкая помехозащищенность сети

VI. Что является основным преимуществом топологии «звезда»?

низкая стоимость сети
малый расход кабеля
хорошая помехозащищенность сети
высокая надежность и управляемость сети

VII. Что является основным недостатком множественного доступа с контролем несущей и обнаружением столкновений (CSMA/CD)?

большое число коллизий
высокая стоимость оборудования
временные задержки

VIII. Что является основным недостатком множественного доступа с контролем несущей и предотвращением столкновений (CSMA/CA)?

высокая стоимость оборудования
большое число коллизий
временные задержки

IX. Что является основным преимуществом метода доступа «передача маркера»?

отсутствие коллизий
простота технической реализации
высокая скорость передачи

X. Какая топология является самой распространенной в современных сетях?

Вопросы

Ответы

5. В заключение нашего обобщающего урока вам предстоит выполнить практическую работу «Оценка расходов на построение сети». Для выполнения этого вида работы вам следует разбиться по парам. В конце практической работы мы выслушаем несколько представленных проектов и определим наиболее экономически выгодный проект.

(для каждой пары учащихся готовится технологическая карта для проведения расчетов проекта)

Цель работы: В этом задании вы должны оценить, какими могут быть расходы на построение сети при использовании топологий «шина» и «звезда».

Условие задачи

Вы являетесь системным администратором небольшой компании, занимающей несколько соседних помещений на одном этаже здания. Компьютеры в офисе этой компании пока работают автономно, однако все чаще ощущается необходимость объединения компьютеров в сеть для совместного использования данных и ресурсов.

Руководитель компании поставил перед вами задачу: проанализировать возможные варианты объединения компьютеров в сеть и оценить расходы на создание этой сети.

При планировании сети следует учесть, что офис компании занимает восемь помещений размером 4 х 4 метра. План офиса представлен на схеме:

I. Оценка стоимости создания сети при использовании топологии «шина».

1. Оцените расходы на кабельную инфраструктуру в сети с топологией «шина», используя следующие расценки:

коаксиальный кабель — 6 руб./м;
BNC-коннектор обжимной — 12 руб./шт.;
BNC-терминатор с заземлением — 18 руб./шт.;
BNC-терминатор без заземления — 15 руб./шт.;
BNC T-коннектор — обычно поставляется в комплекте с сетевым адаптером;
устройство обжимное для кабеля RG-58 — 400 руб.;
инструмент для зачистки коаксиального кабеля — 250 руб.

2. Оцените расходы на сетевое оборудование, используемое для объединения компьютеров в сеть с топологией «шина» (с учетом того, что компьютеры уже оборудованы комбинированными сетевыми адаптерами 10Base-2/10Base-T).

Потребуется ли в данном случае еще какое-либо оборудование, чтобы объединить компьютеры в сеть?___________________________________________________________

3. Оцените общие расходы на сеть. _________________________________________________________

Какой будет окончательная стоимость создания сети в офисе компании? _________________________________________________________

II. Оценка стоимости создания сети при использовании топологии «звезда».

1. Оцените расходы на создание кабельной инфраструктуры при использовании топологии «звезда» и кабеля «витая пара».

Сколько (примерно) кабеля «витая пара» потребуется для объединения компьютеров в сеть, если все компьютеры стоят у наружных стен, в межкомнатных перегородках можно легко просверлить отверстия для прокладки кабеля, а центром «звезды» планируется сделать комнату администратора? __________________________________________________________________________________

2. Оцените расходы на построение кабельной инфраструктуры, используя следующие расценки:

кабель типа «витая пара» категории 5е — 6 руб./м;
коннектор RJ-45 — 5 руб./шт.;
устройство обжимное для кабеля «витая пара» — 600 руб.

3. Оцените расходы на сетевое оборудование, используемое для объединения компьютеров в сеть с топологией «звезда» (с учетом того, что компьютеры уже оборудованы комбинированными сетевыми адаптерами 10Base-2/10Base-T).

Потребуется ли в данном случае еще какое-либо оборудование, чтобы объединить компьютеры в сеть? ___________________________________________________________________________

4. Оцените расходы на сетевое оборудование, используя следующие расценки:

коммутатор Fast Ethernet 16x10/100Base-TX — 1500 руб.;
коммутатор Gigabit Ethernet 16x10/100/1000Base-T — 10000 руб.

5. Оцените общие расходы на сеть при использовании коммутаторов различных типов.

Какой будет окончательная стоимость создания сети в офисе компании при использовании коммутатора Fast Ethernet? ________________________________________________________

Какой будет стоимость сети при использовании коммутатора Gigabit Ethernet? ______________________________________________________

6. Подведение итогов занятия. Рефлексия

Итак, позади не одна неделя упорного труда. Посмотрим, как вы справились с поставленной задачей.

1. Сеть, объединяющая равноправные компьютеры. (одноранговая сеть) 2. Сеть, в которой выделенный компьютер содержит информацию и ресурсы, предоставляя к ним доступ. (сеть клиент-сервер) 3. Группа компьютеров, соединенных каким-либо способом так, чтобы пользователи могли обмениваться информацией и совместно использовать оборудование. (сеть) 4. Самая известная и большая в мире компьютерная сеть, объединяющая миллионы компьютеров в одну огромную сеть сетей. (Интернет) 5. Работающая на сервере программа, которая обрабатывает запросы клиентов. (служба) 6. Человек, обладающий полномочиями управления сетью. (администратор)

1 Сети нужны для совместного использования таких ресурсов, как принтеры и файлы? - да

2 Сеть крупного города можно назвать глобальной? - нет

3 Сети на основе сервера также называются рабочими группами? - нет

4 Одноранговая сеть требует установки на компьютерах серверной операционной системы? - нет

5 Если вопрос защиты данных является для предприятия важным, необходимо выбрать сеть на основе сервера? - да

6 Одноранговые сети рекомендуются, когда число компьютеров более10? - нет

7 Клиентские приложения получают доступ к совместно используемым ресурсам? - да

8 Сервер предоставляет доступ к совместно используемым реурсам? - да

9 Компьютер в одноранговой сети может функционировать только как клиент? - нет

10 В сети на основе сервера управление доступом к данным осуществляется централизованно, что облегчает их поиск и поддержку? - да модуль 2

Набор процедур, определяющий правила взаимодействия компьютеров в сети - сетевой протокол

Логическое соединение компьютеров с помощью протокола высокого уровня - сеанс

Соединение сетевых устройств, установленное на физическом уровне - связь

Блок информации, формирующийся на канальном уровне - кадр

Блок информации, формирующийся на транспортном уровне - пакет тест:

1 Согласно модели Osi, передача информации между уровнями внутри компьютера осуществляется:

2 Согласно модели OSI, протоколы высоких уровней логически взаимодействуют: по горизонтали, виртуально

3 Согласно модели OSI, верхний уровень пользуется услугами нижележащего уровня, передавая ему:

данные, пакеты, кадры

4 Какую информацию, согласно модели OSI, нижний уровень добавляет к данным, полученным от верхнего уровня?:

5 Какой уровень OSI отвечает за передачу неструктурированного потока битов?:

6 Какой уровень в модели OSI добавляет к передаваемым данным информацию о физических адресах (MAC-адресах) отправителя и получателя и формирует кадры?: канальный

8 Какой уровень в модели OSI может гарантировать приложению высокого уровня безошибочную доставку больших блоков данных, например, файлов? транспортный

9 Какой уровень в модели OSI отвечает за кодирование, сжатие и шифрование данных? представительский

10 Какой уровень в модели OSI предоставляет службы, напрямую поддерживающие приложения пользователя? прикладной тест 3

1. Что определяется выбором топологии сети? стоимость, надежность, производительность, расширяемость, управляемость

2. Способ взаимодействия компьютеров и характер распространения сигналов по сети есть:

3. Отметьте базовые топологии, на основе которых строятся сети (3 ответа)

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: