Сети передачи данных

Дисциплина: Электротехника
Тип работы: Реферат
Бесплатно: Антиплагиат
Объем: 42 страниц
В избранное:

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

Алматинский институт энергетики и связи

Кафедра “Телекоммуникационные системы”

СЕТИ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

Методические указания к курсовой работе

Выполнил ст. МТСу-99-01-2

Турганбеков А. Б.

Проверила: Елизарова Е. Ю.

Алматы 2004

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время компьютерные сети составляют основу всей информационной структуры многих учреждений и предприятий. Появление компьютерных сетей стало началом новой эры в обработке информации. С момента своего появления сети продолжают играть все возрастающую роль во многих областях.

В настоящее время локальные сети превратились в сети с пропускной способностью и производительностью, достаточной для традиционных форм обработки данных (например, электронного документооборота) и даже для таких требовательных к производительности процессора и сети клиент-приложений, как интерактивные голосовые и видеоконференции в реальном масштабе времени.

Сейчас достаточно трудно представить себе организацию, занимающуюся любым видом деятельности, без локальной сети. В наш век - век информационных технологий и научно-технического прогресса наиболее актуальны такие проблемы, как:

скорость обмена информацией;
дорогостоящее оборудование;
совместное использование внешних устройств;
доступ к информации.

Эффективная обработка информации - одна из наиболее распространенных функций, выполняемых локальной сетью. Передача данных и связь занимает особое место среди перечисленных приложений сетей.

Сеть передачи данных - совокупность средств для передачи данных между ЭВМ (другими оконечными устройствами) .

Сеть передачи данных с пакетной коммутацией (иногда пакетная сеть) - совокупность средств для передачи данных между ЭВМ (другими оконечными устройствами), где информационная связь между абонентами устанавливается коммутацией пакетов.

Целью данной курсовой работы является закрепление знаний по основным положениям курса Сети передачи данных, приобретение практических навыков по проектированию сетей по заданным характеристикам, научить студентов применять на практике теоретические знания, полученные при изучении дисциплины Сети передачи данных.

Методические указания предназначены для студентов специальности 3802 (МТС), но они могут использоваться и студентами других специальностей факультета радиотехники и связи.

1. Состав курсовой работы

Сеть передачи данных служит для передачи сообщений по выделенным и коммутируемым каналам связи. В состав сети передачи данных входят:

программные и аппаратные средства ЭВМ, реализующих протоколы передачи сообщений, пакетов и управления каналом;
различные адаптеры, интерфейсы;
протоколы для подключения ЭВМ в сеть, а также для подключения сетей ЭВМ, специализированных сетей и т. п. ;
программные подсистемы, выполняющие функции центров управления сетью;
программные и аппаратные средства для проведения измерений и сбора статистики в сеть передачи данных, контроля и диагностики средств передачи данных;
специализированная аппаратура защиты.

Базовая СПД, состоящая из узлов и каналов связи, создает возможность ЭВМ устанавливать между собой информационные соединения. Эти возможности реализуются с помощью средств, образующих в семиуровневой модели три нижних уровня управления: физический, канальный, сетевой.

Любая сетевая технология должна обеспечить надежную и быструю передачу дискретных данных по линиям связи. И хотя между технологиями имеются большие различия, они базируются на общих принципах передачи дискретных данных. Эти принципы находят свое применение в методах представления двоичных единиц и нулей с помощью импульсных или синусоидальных сигналов в линиях связи различной физической природы, методах обнаружения и коррекции ошибок, методах коммутации.

Курсовая работа по дисциплине “Сети передачи данных” включает следущие разделы:

Задание
Введение
Основная часть

Описание моделей сети
Сетевые топологии, их особенности, достоинства, недостатки
Описание среды передачи данных. Классификация и применение
Описание методов доступа
Синтез структуры сети. Модели и методы синтеза.
Протоколы и стандарты
Кодирование сигналов на физическом уровне
Разработка и описание функциональной схемы сетевого адаптера
Спецификация оборудования
Схема разводки информационных потоков

Заключение
Список литературы
Приложение

2. Задание на курсовую работу

Ставится задача спроектировать локальную вычислительную сеть с заданной топологией. В задании на курсовую работу указываются метод доступа к среде передачи данных, количество узлов (компьютеров) в сети, метод синтеза структуры сети. Необходимо выбрать среду передачи данных, протокол канального уровня, разработать функциональную схему сетевого адаптера и описать его основные функциональные блоки. Выбор скорость передачи данных в сети остается за студентом (иногда преподаватель может задать и этот параметр), а язык программирования при решении задачи нахождения оптимальной структуры сети.

Например. Вариант № 25. Спроектировать локальную сеть со следующими характеристиками:

1. Топология - звезда.

2. Количество узлов в сети - 40

3. Метод доступа - CSMA/CD.

4. Метод синтеза - МПМ.

5 Описать функциональную схему сетевого адаптера.

Дата выдачи задания « 15 » октября 2002 года

3. Основная часть

3. 1 Описание моделей сети

В курсовой работе необходимо привести краткие сведения о таких моделях сети как ВОС, TCP/IP, SNA (Sistem Network Architecture) фирмы IBM и DNA (Digital Network Architecture) компании Digital. Более подробно необходимо описать модель взаимодействия открытых систем (ВОС) и при этом особенно обратить внимание на функции канального и физического уровней.

Модель взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection - OSI) является международным стандартом для передачи данных. Модель OSI определяет различные уровни взаимодействия систем, дает им стандартные имена и указывает, какие функции должен выполнять каждый уровень.

В модели OSI средства взаимодействия делятся на семь уровней: прикладной, представительный, сеансовый, транспортный, сетевой, канальный и физический. Каждый уровень имеет дело с одним определенным аспектом взаимодействия сетевых устройств.

При продвижении пакета данных по уровням сверху вниз каждый новый уровень добавляет к пакету свою служебную информацию в виде заголовка и трейлера (информации, помещаемой в конец сообщения) . Эта операция называется инкапсуляцией данных верхнего уровня в пакете нижнего уровня.

Итак, пусть приложение обращается с запросом к прикладному уровню. На основании этого запроса программное обеспечение прикладного уровня формирует сообщение стандартного формата. Обычное сообщение состоит из заголовка и поля данных. Заголовок содержит служебную информацию, которую необходимо передать через сеть прикладному уровню машины-адресата, чтобы сообщить ему, какую работу надо выполнить.

После формирования сообщения прикладной уровень направляет его представительному уровню. Протокол представительного уровня на основании информации, полученной из заголовка прикладного уровня, выполняет требуемые действия и добавляет к сообщению собственную служебную информацию - заголовок представительного уровня, в котором содержатся указания для протокола представительного уровня машины-адресата. Полученное в результате сообщение передается вниз сеансовому уровню, который в свою очередь добавляет свой заголовок, и т. д. Наконец, сообщение достигает нижнего, физического уровня, который собственно и передает его по линиям связи машине-адресату.

Когда сообщение по сети поступает на машину-адресат, оно принимается ее физическим уровнем и последовательно перемещается вверх с уровня на уровень. Каждый уровень анализирует и обрабатывает заголовок своего уровня, выполняя соответствующие данному уровню функции, а затем удаляет этот заголовок и передает сообщение вышележащему уровню.

Эта модель описывает функции семи иерархических уровней и интерфейсы взаимодействия между уровнями. Каждый уровень определяется сервисом, который он предоставляет вышестоящему уровню, и протоколом - набором правил и форматов данных для взаимодействия между собой объектов одного уровня, работающих на разных компьютерах.

Прикладной уровень

Прикладной уровень - это в действительности просто набор разнообразных сетевых сервисов (протоколов), с помощью которых пользователи сети получают доступ к разделяемым ресурсам, таким как файлы, принтеры и т. д., а также организуют свою совместную работу, например, с помощью протокола электронной почты. Прикладной уровень управляет общим доступом к сети, потоком данных и восстановлением после сбоев связи.

Представительный уровень

Этот уровень имеет дело с внешним представлением данных (с формой представления передаваемой по сети информации, не меняя при этом ее содержания) . За счет представительного уровня информация, передаваемая прикладным уровнем одной системы, всегда понятна прикладному уровню другой системы. На этом уровне может выполняться шифрование и дешифрование данных, благодаря которому секретность обмена данными обеспечивается сразу для всех прикладных служб.

Сеансовый уровень

Сеансовый уровень позволяет двум приложениям на разных компьютерах устанавливать, использовать и завершать соединение, называемое сеансом. На этом уровне выполняются такие функции, как распознавание имен и защита, необходимые для связи двух приложений в сети. Он редко реализуется в виде отдельных протоколов, хотя функции этого уровня часто объединяют с функциями прикладного уровня и реализуют в одном протоколе.

Транспортный уровень

Транспортный уровень обеспечивает передачу данных между любыми узлами сети с требуемым уровнем надежности. Для этого на транспортном уровне имеются средства установления соединения, нумерации, буферизации и упорядочивания пакетов. Транспортный уровень гарантирует доставку пакетов без ошибок, в той же последовательности, без потерь и дублирования. На этом уровне компьютера-отправителя сообщения переупаковываются: длинные разбиваются на несколько пакетов, а короткие объединяются в один. Это увеличивает эффективность передачи пакетов по сети. На транспортном уровне компьютера-получателя сообщения распаковываются, восстанавливаются в первоначальном виде, и обычно посылается сигнал подтверждения приема.

В качестве примера транспортных протоколов можно привести протоколы TCP и UDP стека TCP/IP и протокол SPX стека Novell.

Сетевой уровень

Сетевой уровень обеспечивает доставку данных между любыми двумя узлами в сети с произвольной топологией, при этом он не берет на себя никаких обязательств по надежности передачи данных. Проблема выбора наилучшего пути называется маршрутизацией, и ее решение является одной из главных задач сетевого уровня. Исходя из конкретных сетевых условий, приоритета услуги и других факторов здесь определяется маршрут от компьютера-отправителя к компьютеру-получателю. Сетевой уровень решает также задачи согласования разных технологий, упрощения адресации в крупных сетях. Если сетевой адаптер не может передавать большие блоки данных, посланные компьютером-отправителем, на сетевом уровне эти блоки разбиваются на меньшие, а сетевой уровень компьютера-получателя собирает эти данные в исходное состояние.

Примерами протоколов сетевого уровня являются Х25, протокол межсетевого взаимодействия IP стека TCP/IP и протокол IPX стека Novell.

Канальный уровень

На этом уровне осуществляются управление доступом к передающей среде, синхронизация, обнаружение и исправление ошибок. Здесь также определяются форматы, используемые в элементах сообщений. Каждый пакет содержит адреса источника и места назначения, а так же средства обнаружения ошибок.

Канальный уровень может не только обнаруживать ошибки, но и исправлять их за счет повторной передачи поврежденных кадров. Необходимо отметить, что функция исправления ошибок не является обязательной для канального уровня, поэтому в некоторых протоколах этого уровня она отсутствует, например, в Ethernet и Frame Relay.

Кадр состоит из контрольной суммы, адреса источника данных, адреса приемника данных и собственно данных. Адреса, используемые на канальном уровне в локальных сетях, часто называют МАС-адресами. Канальный уровень также отвечает за сборку кадров из потока битов, принятого от физического уровня. Он накапливает в буфере входящие биты до тех пор, пока они не составят полный кадр.

Функции канального уровня реализуются совместными усилиями сетевых адаптеров и их драйверов. Примерами протоколов канального уровня являются протоколы HDLC, Ethernet, Token Ring, FDDI, l00VG-AnyLAN и т. д.

Физический уровень

Этот уровень осуществляет передачу потока битов по физическим каналам связи, таким, например, как коаксиальный кабель, витая пара, оптоволоконный кабель. К этому уровню имеют отношение характеристики физических сред передачи данных, такие как полоса пропускания, помехозащищенность, волновое сопротивление и другие. На этом же уровне определяются характеристики электрических сигналов, передающих дискретную информацию, например, крутизна фронтов импульсов, уровни напряжения или тока передаваемого сигнала, тип кодирования, скорость передачи сигналов. На этом уровне определяется способ соединения сетевого кабеля с платой сетевого адаптера, в частности, количество контактов в разъемах и их функции.

При передачи данных по аналоговым каналам связи последовательность бит на входе канала преобразуется в модемах в аналоговые сигналы, параметры которых согласованы с параметрами физической среды (физического канала) . В случае использования цифровых каналов связи преобразование последовательностей бит в аналоговые сигналы не производится.

Функции физического уровня реализуются во всех устройствах, подключенных к сети. Со стороны компьютера функции физического уровня выполняются сетевым адаптером или последовательным портом.

Примером протокола физического уровня может служить спецификация 10Base-T технологии Ethernet, которая определяет в качестве используемого кабеля неэкранированную витую пару категории 3 с волновым сопротивлением 100 Ом, разъем RJ-45, максимальную длину физического сегмента 100 метров, манчестерский код для представления данных в кабеле, а также некоторые другие характеристики среды и электрических сигналов.

3. 2 Сетевые топологии

Под топологией (структурой) компьютерной сети обычно понимается физическое расположение компьютеров сети друг относительно друга и способ соединения их линиями связи. Важно отметить, что понятие топологии относится прежде всего к локальным сетям, в которых структуру связей можно легко проследить. В глобальных сетях структура связей обычно скрыта от пользователей.

Топология определяет требования к оборудованию, тип используемого кабеля, возможные и наиболее удобные методы управления обменом, надежность работы, возможности расширения сети. И хотя выбирать топологию пользователю сети приходится нечасто, знать об особенностях основных топологий, их достоинствах и недостатках, наверное, надо всем.

Топологии сетей можно описывать как с физической, так и с логической точки зрения. Физическая топология - конфигурация связей, образованных отдельными частями кабеля (т. е. она описывает геометрическое расположение компонентов сети), а логическая - конфигурация информационных потоков между компьютерами сети.

Существует большое количество вариантов сетевых топологий: сетка (Mesh), шина (магистраль, Bus), кольцо (Ring), звезда (Star), дерево (Tree) и ячеистая (гибридная) . На практике нередко используют и комбинации базовых топологий, но большинство сетей ориентированы на три основных топологии сети: шина, звезда и кольцо.

Шинная топология

В шинной топологии все сетевые узлы соединены между собой с помощью одного кабеля. Все сигналы, передаваемые любым компьютером в сеть, идут по шине в обоих направлениях ко всем остальным компьютерам. Данные, передаваемые любой станцией, одновременно становятся доступными для всех других станции, подключенных к этой среде передачи данных. Оба конца кабеля должны оканчиваться резистором-терминатором. Эти резисторы предназначены для предотвращения отражения сигналов.

В ЛВС с прямой (не модулируемой) передачей информации всегда может существовать только одна станция, передающая информацию. Для предотвращения коллизий в большинстве случаев применяется временной метод разделения, согласно которому для каждой подключенной рабочей станции в определенные моменты времени предоставляется исключительное право на использование канала передачи данных.

В ЛВС с модулированной широкополосной передачей информации различные рабочие станции получают, по мере надобности, частоту, на которой эти рабочие станции могут отправлять и получать информацию. Пересылаемые данные модулируются на соответствующих несущих частотах, т. е. между средой передачи информации и рабочими станциями находятся модемы для модуляции и демодуляции. Техника широкополосных сообщений позволяет одновременно транспортировать в коммуникационной среде довольно большой объем информации.

Шинную топологию целесообразно использовать лишь в небольших локальных сетях.

Кольцевая топология

В первоначальной кольцевой топологии использовались одноранговые соединения между рабочими станциями локальной сети. Рабочие станции связаны одна с другой по кругу. Каждая сетевая рабочая станция соединялась с двумя ближайшими соседями. Данные передавались по кольцу в одном направлении. Каждая рабочая станция функционировала как повторитель, принимая и отвечая на адресованные ей пакеты и передавая остальные пакеты следующей рабочей станции в кольце. Основная проблема при кольцевой топологии заключается в том, что в случае выхода из строя хотя бы одной из них вся сеть парализуется.

Специальной формой кольцевой топологии является логическая кольцевая сеть. Физически она монтируется как соединение звездных топологий. Таким образом первоначальные примитивные версии кольцевой архитектуры были вытеснены новой архитектурой IBM Token Ring, стандартизованной впоследствии в спецификации IEEE 802. 5. Token Ring отошла от одноранговых соединений в пользу концентратора. Устранение конструкции однорангового кольца повысило устойчивость всей сети к отказам отдельных рабочих станций. Несмотря на свое название, сети Token Ring используют звездообразную топологию и маркерный метод доступа. Несмотря на то, что с технической точки зрения все устройства подключены к одному концентратору, маркер доступа в циклической последовательности обходит все сетевые устройства.

Топология «звезда»

«Звезда» - это топология с явно выделенным центром, к которому подключаются все остальные абоненты. Весь обмен информацией идет исключительно через центральный компьютер. Как правило, именно центральный компьютер является самым мощным, и именно на него возлагаются все функции по управлению обменом.

Существует как активная так и пассивной звезда, которая только внешне похожа на звезду. В настоящее время она распространена гораздо больше, чем активная звезда. Достаточно сказать, что она используется в самой популярной на сегодняшний день сети Ethernet. В центре сети с данной топологией помещается не компьютер, а концентратор или хаб (hub) . Концентратор транслирует сигналы, поступающие на любой из его портов, на все остальные порты.

Большое достоинство звезды (как активной, так и пассивной) состоит в том, что все точки подключения собраны в одном месте. Это позволяет легко контролировать работу сети, локализовать неисправности сети путем простого отключения от центра тех или иных абонентов, а также ограничивать доступ посторонних лиц к жизненно важным для сети точкам подключения. Никакие конфликты в сети с топологией «звезда» в принципе невозможны, так как управление полностью централизовано.

Общим недостатком для всех топологий типа «звезда» является значительно больший, чем при других топологиях, расход кабеля, особенно когда центральный узел географически расположен не в центре топологии. Кроме того, при расширении вычислительных сетей не могут быть использованы ранее выполненные кабельные связи (к новому рабочему месту необходимо прокладывать отдельный кабель из центра сети), высокая стоимость сетевого оборудования из-за необходимости приобретения концентратора.

... продолжение

Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.