Способы организации и передачи данных в сети интернет

Министерство образования  и науки РФ

Государственное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ  ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

__________________________________________________________________

 

Факультет - Автоматики и вычислительной техники

Кафедра - Оптимизации систем управления

Специальность - Прикладная информатика (в экономике)

 

 

СПОСОБЫ ОРГАНИЗАЦИИ И ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В СЕТИ ETHERNET

(Тема  курсовой работы)

 

 

 

курсовая работа

 

 

Выполнил студент гр. 8592                                    Л.С. Ковина

 

Принял доцент кафедры  КСУП, к.т.н.                                  В. П. Коцубинский

 

 

 

Томск 2011 
Министерство образования и науки РФ

Государственное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ  ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

__________________________________________________________________

 

 

 

ЗАДАНИЕ

по выполнению курсовой работы

 

Вариант 23

Выдано студентке Ковиной  Любови Сергеевне, группы  8592

1. Тема задания: Способы организации и передачи данных в сети Ethernet.
2. Основная задача работы: изучить и закрепить знания об организации и передачи данных в сети Ethernet.
3. Содержание пояснительной записки (перечень, подлежащих разработке вопросов):

• Введение в структуру сети Ethernet
• Способы организации сети Ethernet(топология, спецификация, оборудование)
• Передача данных в сети Ethernet

4. Дата выдачи задания 15.04.11

5. Срок сдачи студентом законченной работы 1.06.11

 

 

Руководитель:

В. П.Коцубинский

(подпись, дата)

 

Задание приняла к исполнению:

Л.С.Ковина

(подпись,дата)

 

 

Оглавление

Введение ………………………………………………………………………………… стр. 4 
Принятые сокращения ............................................................................................... стр.5 
Глоссарий ……………………………………………………………..………………. стр.6

1.  Определение локальных сетей

1. Общие понятия ЛВС ………………………………………...……………………. стр. 8
2. Место и роль ЛВС ………………………………………………………...………. стр. 9

2. Сеть Ethernet – создание, развитие, модификации и стандарты

1. История создания сети Ethernet ………………………………………………... стр.11
2. Эволюция сети Ethernet. Стандарты ………..…………………………….……. стр.12
3. Самая распространенная технология сетей Ethernet - 10 Base T …...…………стр.14
4. Технология Fast Ethernet и его стандарты ………..……………………...……. стр.15
5. Технология Gigabit Ethernet и его стандарты ………..…………………..……. стр.16
6. Коммутируемый Ethernet ………..………………………………………..……. стр.18

3. Организация сети Ethernet

1. Топология сети Ethernet  ………..…………………………………………...…. стр.19
2. Спецификация физических сред  ………..………………………………...……. стр.21

4. Передача данных в сети Ethernet

1. Основные принципы передачи данных ……………………....…………………. стр.23
2. Форматы кадров ………..………………………………………………...………. стр.24
3. Определение типа кадра ………..……………………………………………..…. стр.25
4. Процедура передачи кадра ………..………………………………………..……. стр.26
5. Мас – адрес ………..…………………………………………………...…………. стр.27

5. Методы доступа в сети Ethernet. Метод CSMA/CD

1. Метод доступа CSMA/CD  - общие сведения ………..…………………….…. стр. 28
2. Возникновение коллизий и методы борьбы с ними………..…………………. стр. 29

6. Схемы и оборудование сетей Ethernet

1. Стандарт 10 Base T ………..…………………………………………………..….стр. 30
2. Стандарт 10 Base FL………..……………………………………………………. стр.32

Заключение  ………..……………………………………………………….…………. стр.33

Список использованных источников ………..……………………………….. стр.35

Введение

Локальные сети в последнее  время из модного дополнения к  компьютерам превратились в обязательную принадлежность любой компании, имеющей  больше одного компьютера. Больше нет необходимости скакать с флэшкой по офису, чтобы распечатать документ или отчет.

Можно с уверенностью сказать, что компьютерные сети прочно вошли  в нашу в жизнь  и являются таким  же повседневным явлением в нашей  жизни, как транспорт, мобильная  связь, реклама на TV…

Компьютерные сети сегодня  – это неотъемлемая часть жизни  современного человека. С помощью  сети у нас есть возможность общаться с друзьями и близкими нам людьми, которые находятся в разных городах  и частях света. При помощи компьютерных сетей мы можем передавать разнообразную  информацию другим людям, не выходя из дома или рабочего офиса. Многие современные  компании налаживают и поддерживают партнерские отношения с другими  организациями, находят новых клиентов, совершают дистанционно банковские транзакции и т.д.

 

 Сегодня мало кто  из нас может себе вообразить, что, скажем, менее полувека назад  люди и не представляли, что  такое в принципе вообще возможно. Начало развитию компьютерных сетей было положено в 60-е годы, когда к мощным компьютерам стали подключать несколько удаленных абонентских терминальных устройств, расположенных как в одном здании, так и на больших расстояниях. Здесь для соединения использовались либо местные коаксиальные линии, либо телефонная сеть и модемы. С появлением мини ЭВМ и персональных компьютеров в 70-е – 80-е годы их стали объединять для совместной работы. Тогда появилась и утвердилась такая технология   локальных сетей как Ethernet.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Принятые сокращения

СПД	Сеть передачи данных
ЛВС	Локальная вычислительная сеть
ЭВМ	Электронная вычислительная машина
ЭМВОС	Эталонная модель взаимодействия открытых систем
ВОЛС	Волоконно-оптические линии связи

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глоссарий

Для того чтобы начать исследование, необходимо ознакомиться с основными определениями и терминами:

Сеть  передачи данных – выделенная или наложенная система телекоммуникаций, которая через узлы маршрутизации (коммутации) и сеть доступа позволяет абонентам обмениваться различной информацией, представленной в цифровой форме в виде последовательного набора фрагментов сообщения (пакетов). Другое определение сети является более узким и направлено только на вычислительные способности распределенных систем.

Компьютерная  сеть – система распределенной обработки информации, состоящая из территориально разнесенных компьютеров, взаимодействующих между собой с помощью средств связи.

Сеть  доступа – набор технических и программных средств (мультиплексоры, модемы, линии связи, протоколы и др.), обеспечивающих абонентам выход в СПД.

Узел  коммутации или сетевой узел – элемент сети, где происходит перераспределение потоков данных по различным направлениям. При этом не конкретизируется на базе каких протоколов и аппаратных средств (хаб, коммутатор, маршрутизатор и т.п.) это реализуется.

Маршрутизатор (узел маршрутизации) – router узел, управляющий пересылкой данных по сети с использованием системы адресов третьего сетевого уровня семиуровневой эталонной модели взаимодействия открытых систем (ЭМВОС).

Протокол – набор правил для одной из коммутационных функций. Например PPP-Point to Point Protocol – протокол для организации канала передачи данных в режиме «точка-точка», а IP- Internet Protocol – набор правил для маршрутизации данных.

Стек  протоколов – набор организованных по уровням ЭМВОС протоколов, которые, работая совместно, позволяют прикладным процессам обмениваться данными. Например, стеком протоколов являются PPP, IP, TСP.

Пакет или элемент данных протокола – передающийся по сети форматированный элемент данных, который включает в себя полезную и служебную информацию.

Хост – компьютер, который выполняет как приложения, так и сетевые функции и является конечной точкой сетевой коммутации. Как персональные компьютеры, так и мини ЭВМ и большие ЭВМ попадают под определение хоста.

IPG (Interpacket Gap) – минимальное расстояние между пакетами. Для Ethernet – это 9,6 мкс.

BT (Bit Time) – время передачи одного бита (100 нс для Ethernet).

PDV (Path Delay Value) – удвоенное значение времени прохождения сигнала между двумя узлами.

Окно  коллизий – максимальное значение PDV для данного сегмента сети.

Slot time (время канала) – максимально допустимое окно коллизий для сегмента (512BT). 
Asynchronous Transfer Mode (ATM) - Тип коммутационной технологии, при котором по сети передаются небольшие ячейки фиксированного размера.

Bridge - мост. Мосты обеспечивают фильтрацию пакетов между ЛВС на основе простых правил и позволяют разделить сеть на несколько сегментов или связать вместе несколько сетей.

Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) - Метод доступа, определенный в спецификации 802.3 для сетей Ethernet. Используя CSMA/CD, каждая станция может получить доступ к среде передачи (кабелю).

Collision - коллизия, конфликт. Попытка двух или нескольких станций одновременно начать передачу данных. В сетях Ethernet коллизии являются нормальным явлением и для их разрешения используется метод CSMA/CD, позволяющий быстро восстановить работоспособность сети после возникновения коллизии.  
IEEE 802.3 - Спецификация Ethernet, подготовленная IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers). 802.3 содержит правила организации и конфигурирования ЛВС Ethernet, описывает типы используемых кабелей и способы взаимодействия элементов сети.  
Intelligent Hub - интеллектуальный концентратор. Интеллект концентраторов состоит в том, что они могут выполнять операции мониторинга и управления сетью.  
Local Area Network (LAN, ЛВС) - Сеть, объединяющая компьютеры и другие устройства для объединения ресурсов и совместного использования данных.  
Manageable Hub - управляемый концентратор. Еще одно название для интеллектуальных хабов. Каждый порт управляемого концентратора можно независимо конфигурировать, включать или выключать, а также организовать его мониторинг.  
Modular hub - модульный концентратор. В основе модульного хаба лежит шасси, в которое помещаются специальные платы или модули. Каждый из модулей функционирует подобно автономному концентратору, а модули взаимодействуют друг с другом через шину шасси. Высокоскоростная внутренняя шина модульного концентратора обеспечивает возможность эффективного обмена между модулями.  
Network Interface Card (NIC, сетевой адаптер) - Специальное устройство (плата), обеспечивающее возможность подключения компьютера к сети. Адаптер устанавливается в слот расширения компьютера или подключается к одному из внешних портов (PCMCIA, LPT).  
Packet - пакет. В сети с разделяемой средой пакеты используются для передачи информации от одной станции к другой. Кроме передаваемых между станциями данных пакет содержит информацию об адресах получателя и отправителя пакета.  
Router - маршрутизатор. Маршрутизатор представляет собой устройство, способное передавать пакеты между сетями на основе определенных правил. Для принятия решения о передаче пакета маршрутизаторы используют информацию сетевого уровня.  
Shared Media - разделяемая среда. При использовании технологии с разделяемой средой все станции подключаются к одной передающей среде (кабелю). Доступ станций к общей среде регулируется специальными протоколами (например, CSMA/CD).  
Stackable hub - стековый хаб. Стековые хабы действуют как автономные устройства с единственным отличием: они позволяют организовать стек - группу концентраторов - работающих как одно логическое устройство. С точки зрения сети стек концентраторов является одним хабом.  
Stand-alone hub - автономный хаб. Устройство с несколькими (обычно от 4 до 32) портами, способное функционировать независимо. Обычно автономные концентраторы поддерживают тот или иной способ наращивания числа портов (соединение через порт 10BASE-5 или 10BASE-2, каскадирование).  
10BASE-T - Спецификация Ethernet для организации сети на базе кабеля UTP ("витая пара").  
Token Ring - Одна из ведущих современных сетевых технологий. Спецификации Token Ring определены в стандарте IEEE 802.5. Подобно Ethernet, протоколы Token Ring обеспечивают функционирование физического и канального уровней модели OSI. В сетях Token Ring поддерживается скорость 4 или 16 Мбит/сек.  
Unshielded twisted pair (UTP) - Кабель на основе скрученных пар.

 

 

1. Определение локальных сетей 

1. . Общие понятия ЛВС

Локальная вычислительная сеть (ЛВС) – это коммуникационная система, поддерживающая в пределах здания или  группы зданий один или несколько  высокоскоростных каналов передачи цифровой информации, подключенных к  устройствам (ЭВМ) кратковременно .

 

ЛВС появились в связи  с развитием элементной базы РЭА, а также благодаря усовершенствованиям  архитектуры и технологии производства ЭВМ. На некотором этапе закон  Гроша (производительность ЭВМ равна  квадрату его стоимости), который  был

справедлив для первых суперкомпьютеров, перестал действовать.

 

Другими словами суперкомпьютеры  перестали удовлетворять пользователей, как по скорости обработки информации, так и по удобству обращения с  ними. Появилась необходимость осуществления  взаимодействия ЭВМ: разделение вычислительных и информационных ресурсов. Первые разработки в области ЛВС появились  в начале 70-х годов, а пик их развития пришелся на середину/конец 80-х. Новое дыхание технике ЛВС  придали технологии коммутации (начало 90-х) и более высокоскоростные версии

ЛВС (Fast Ethernet, Gigabit Ethernet).

 

В настоящее время ЛВС  применяются для объединения ЭВМ в различных масштабах: от рабочих групп, до сетей предприятия и кампусных сетей. Таким образом, локальные сети позволяют строить масштабируемые сети в узком смысле этого слова. Локальные сети обеспечивают взаимодействие ЭВМ, что необходимо для работы распределенных приложений обеспечения электронного документооборота, исследовательских сетей с параллельными вычислениями, групп разработчиков и т.д.

 

При разработке ЛВС предполагалось, что наиболее важным аспектом этих сетей будет стоимость аппаратуры и линий связи, поэтому в качестве среды взаимодействия многих станций  используется некий общий разделяемый  ресурс, который используется всеми  станциями совместно в режиме разделения времени (TDMA). Данные требования привели к использованию следующих  типов топологий:

• Шина (bus)

• Кольцо (ring)

• Звезда (star)

По методу доступа, различают сети с:

• Случайным (стохастическим) доступом (Ethernet)

• Пропорциональным (маркерным) доступом (Token Ring)

 

Метод доступа к среде  обуславливает характеристики того или иного типа ЛВС: нагрузочная  способность, прогнозируемость задержек и т.д.

 
        Функционирование происходит на двух нижних уровнях модели ЭМВОС (рис 1.3.1): физическом и канальном. Спецификации на ЛВС определяют разделение канального уровня на два подуровня: