Информационные ресурсы. Часть 1. Локальные вычислительные сети

УДК 681.326(075) 

К71 

АННОТАЦИЯ 

Курс лекций предназначен для студентов, обучающихся по 
специальности 0719 и 2202. 

В пособии рассмотрены как аппаратные, так и программные 
составляющие локальных вычислительных сетей (ЛВС); на уровне 
современных технологий описаны схемы, методы и устройства совместного использования информации между пользователями в ЛВС; 
проведен сравнительный анализ архитектуры распространенных сетевых операционных систем Windows, UNIX и особенностей их эксплуатации. 

Курс лекций рекомендуется также использовать при выполнении лабораторных работ и подготовке к экзамену по курсу «Локальные вычислительные сети». 

© Московский государственный 
институт стали и сплавов 
(Технологический университет) 
(МИСиС) 2001 

КОСАРЕВ Виктор Андреевич 
ИГНАТКИН Алексей Анатольевич 

ИНФОРМАЦИОННЫЕ РЕСУРСЫ 
ЧАСТЬ 1 
ЛОКАЛЬНЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СЕТИ 

Курс лекций 
для студентов специальностей 0719 и 2202 

Рецензент проф. Салихов З.Г. 

Редактор Фролова С.В. 

Заказ 
Объем  119 стр.  
Тираж  130 экз. 

Цена “С” 
Регистрационный   № 406 

Московский государственный институт стали и сплавов, 
117936 Москва, Ленинский пр-т, 4 
Отпечатано в типографии издательства «Учеба» МИСиС, ул. Орджоникидзе, 8/9 

СОДЕРЖАНИЕ 
1. Принципы организации компьютерных сетей.......................6 

1.1. Задачи объединения компьютеров в сеть........................6 
1.2. Локальные, территориальные и глобальные сети ..........7 
1.3. Основные схемы объединения компьютеров в сеть ......9 
1.4. Организация взаимодействия между компьютерами в 
сети..........................................................................................12 
1.5. Характеристики локальных сетей..................................14 

2. Сетевые стандарты .................................................................16 

2.1. Проблемы стандартизации сетевых технологий ..........16 
2.2. Сетевая модель OSI .........................................................16 
2.3. Стандарты IEEE 802.х.....................................................20 

3. Среда передачи данных и топология сетей..........................22 

3.1. Кабельные линии связи...................................................22 
3.2. Беспроводные линии связи.............................................27 
3.3. Основные топологии локальных сетей..........................28 

4. Архитектура, стандарты и оборудование сетей Ethernet....30 

4.1. Сети стандарта IEEE 802.3 Ethernet...............................30 
4.2. Метод доступа CSMA/CD к разделяемой среде 
передачи данных....................................................................30 
4.3. Формат кадра сети Ethernet ............................................31 
4.4. Сетевые карты Ethernet ...................................................33 
4.5. Характеристики, 
оборудование 
и 
принципы 
планирования сетей 10Base5 ................................................34 
4.6. Характеристики, 
оборудование 
и 
принципы 
планирования сетей 10Base2 ................................................37 
4.7. Характеристики, 
оборудование 
и 
принципы 
планирования сетей 10BaseT и 100BaseT............................38 
4.8. Оптоволоконные сети 10BaseF ......................................39 

5. Сетевые устройства................................................................41 

5.1. Сетевые устройства и  модель OSI ................................41 
5.2. Повторители, усилители, медиаконвертеры .................41 
5.3. Концентраторы ................................................................42 
5.4. Мосты ...............................................................................45 

5.4.1. Прозрачные мосты....................................................46 
5.4.2. Мосты с маршрутизацией от источника.................47 

5.5. Коммутаторы ...................................................................48 
5.6. Маршрутизаторы .............................................................50 

6. Архитектура, стандарты и оборудование сетей Token 
Ring .........................................................................................51 

3 

6.1. Метод доступа к носителю с помощью кольцевого 
маркера ...................................................................................51 
6.2. Оборудование сети Token Ring ......................................51 

6.2.1. Сетевые карты...........................................................51 
6.2.2. Использование многопортовых повторителей в 
Token Ring............................................................................54 

6.3. Формат кадров в сетях Token Ring .................................57 
6.4. Домен неисправности......................................................59 
6.5. Сети FDDI.........................................................................60 

7. Сетевые протоколы ................................................................61 

7.1. Стек TCP/IP......................................................................61 

7.1.1. IP-адрес......................................................................64 
7.1.2. Протокол IP...............................................................67 
7.1.3. Протокол UDP...........................................................69 
7.1.4. Протокол TCP ...........................................................70 

7.2. Стек IPX/SPX ...................................................................72 

7.2.1. Протокол IPX ............................................................74 
7.2.2 Протокол SPX ............................................................76 
7.2.3. Протоколы маршрутизации стека IPX/SPX ...........78 

7.3. Стек NetBIOS/SMB..........................................................79 

8. Основные понятия сетевых операционных систем.............82 

8.1. Сетевые операционные системы....................................82 
8.2. Сетевые приложения.......................................................83 
8.3. Сетевое администратирование.......................................84 

9. Классификация сетевых операционных систем ..................86 

9.1. Кластерные операционные системы..............................86 
9.2. Мобильные операционные системы..............................87 
9.3. Сетевая операционная система Novell NetWare ...........91 

9.3.1. Основные характеристики .......................................91 
9.3.2. Файловая система Novell Netware...........................92 

10. Сетевая операционная система Windows NT Server .........94 

10.1. Основные характеристики............................................94 
10.2. Модели организации локальной сети на базе 
Windows NT Server ................................................................95 
10.3. Типы доменных моделей ..............................................96 

11. Система безопасности Windows NT .................................101 

11.1. Стратегия защиты локальных сетей ..........................101 
11.2. Структура системы безопасности Windows NT........102 
11.3. Файловая система NTFS .............................................105 
11.4. Определение прав на доступ и владение...................106 

4 

12. Управление пользователями в Windows NT и Novell 
Netware..................................................................................107 
12.1. Управление пользователями в Windows NT .............107 
12.2. Профили пользователей..............................................108 
12.3. Управление пользователями в Novell Netware .........109 

13. Управление ЛВС.................................................................111 

13.1. Базовая 
архитектура 
системы 
управления 
локальной вычислительной сетью .....................................111 
13.2. Модель управления сетью ISO...................................112 

13.2.1. Управление режимом работы сети .....................112 
13.2.2. Управление конфигурацией ................................113 
13.2.3. Учет 
использования 
ресурсов, 
управление 
неисправностями, управление защитой данных ............113 

13.3. Сравнительный анализ протоколов управления ЛВС 
SNMP и CMIP ......................................................................114 
13.4. Управление cетями Fast Ethernet................................115 

Рекомендуемая литература......................................................118 

5 

1. ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ 
КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ 

1.1. Задачи объединения 
компьютеров в сеть 

Компьютерная сеть – соединение между двумя и более 
персональными компьютерами (ПК), позволяющее им осуществлять совместное использование ресурсов. Часто слово «компьютерная» опускают и используют термин «сеть» для обозначения 
такого рода взаимодействия между компьютерами. 

Компьютерные сети дают возможность использовать все 
имеющиеся в наличии ресурсы для решения поставленных задач и 
управлять загруженностью вычислительной техники. Сети позволяют снизить стоимость использования компьютерной техники и 
увеличить эффективность использования. Снижение затрат происходит за счет совместного использования многими пользователями 
дорогих устройств. Эффективность их использования возрастает в 
результате оптимального управления загруженностью совместно 
используемых распределенных вычислительных ресурсов: электронной информации, процессорного времени, систем ввода–
вывода. 

Сформулируем основные задачи сети. 
1. Совместное использование файлов несколькими пользователями. 
2. Передача файлов от одного пользователя к другому. 
3. Разграничение прав доступа пользователей к информации. 
4. Распределение вычислительной мощности компьютеров. 
5. Совместное использование дорогих периферийных 
устройств. 
6. Электронная почта и общение. 

6 

1.2. Локальные, территориальные и 
глобальные сети 

Выделяют три типа компьютерных сетей: Local Area 
Network (LAN), Municipal Area Network (MAN) и Whide Area 
Network (WAN). В русской литературе этим аббревиатурам соответствуют локальная вычислительная сеть (ЛВС), региональная 
(территориальная, или корпоративная) сеть и глобальная сеть. 
Сравнительный анализ этих сетей проведен в табл. 1.1. 

Таблица 1.1 

Сравнительный анализ локальных, территориальных и глобальных 
сетей 

Критерий 
сравнения 
ЛВС 
Территориальная
Глобальная 

Цель создания сети 

Создается организацией для собственных нужд, порядок в сети поддерживается 
административными 
методами 

Создается одной
организацией 
для 
обслуживания 
клиентов –
других 
организаций 

 Создается множеством 
организаций. 
Порядок в глобальной сети нельзя установить административными 
(запре
тительными) методами 

Технологии 

Ethernet, Token 
Ring 

X.25, Frame 
Relay, FDDI, 
АТМ 

ATM, ISD 
и др. 

Протяженность 

В пределах одного 
здания, 
нескольких соседних, где 
расположена 
организация  

Десятки, 
сотни 
километров. 

Тысячи километров 

7 

Методы 
передачи 
сообщений 

В локальных сетях 
используются методы, не требующие 
предварительного соединения. Пакет с данными посылается 
без 
подтверждения 
готовности 
получателя к обмену 

Ориентированы на соединение: до 
начала передачи данных между клиентами 
устанавливается 
надежное 
виртуальное соединение 

Скорость 
обмена 
данными 

10, 100 МБит/с и 
выше 

Обычно 
не 
выше, 
чем 
33, 
56, 
64 Кбит/с, 
но 
может 
достигать 
2,4 Mбит/с 

Количество пользователей 

От 2 до 100 компьютеров в одном 
сегменте сети, 
общее количество 
не превышает 
1000 

50…1000 корпоративных клиентов, имеющих 
собственные 
ЛВС 

Неограниченное 
кол-во 

Услуги 

Файловые службы, печать, передача факсов и др.

Работа с корпоративными приложениями 

Почтовые и файловые услуги 

Базовые 
устройства 

Сетевые адаптеры, 
мосты, концентраторы 

Активные коммутирующие 
устройства 

Маршрутизаторы 

Возможность подключения 
новых узлов или 
масштабируемость 

Существуют ограничения на количество узлов в сети. 

Высокая масштабируемость. Количество узлов не ограничено 

Отказоустойчивость 

Низкая или средняя 
Высокая 
Высокая, иногда 
средняя 

Устойчивость 
к взлому 

Полностью зависит от администрирования 

8 

Стоимость 
защиты 
Низкая 
Высокая 

Возможность предоставления гарантированного качества обслуживания 

Отсутствует 
Существует 

Наличие 
широковещательных рассылок 

Существуют 
Отсутствуют 

1.3. Основные схемы объединения 
компьютеров в сеть 

Существует несколько обобщенных схем развертывания 
локальных сетей. Рассмотрим многотерминальные сети, распределенные сети и сети с централизованным управлением. 

Многотерминальные сети. В многотерминальной сети на 
главном компьютере сосредоточены все вычислительные мощности, используемые всеми пользователями сети (рис. 1.1). Главный 
компьютер должен иметь максимальный объем оперативной памяти, внешних запоминающих устройств, обладать большой вычислительной способностью и работать под управлением сетевой терминальной системы, такой как Unix, NT 4.0 Terminal Server, 
NT 2000 Advaced Server или специализированной, т. е. созданной 
для этого компьютера. Главный компьютер называют терминальным сервером, если используется мощный компьютер с архитектурой ПК (платформы PC, Mac и др.), либо мейнфреймом, если используется компьютер со специализированной архитектурой (производителей IBM, Sun и др.). И терминальный сервер, и мейнфрейм называют сервером – устройством, централизованно обрабатывающим запросы пользователей. Пользователи подключаются 

9 

к серверу с помощью упрощенных персональных компьютеров – 
терминалов. Часто на терминалах отсутствуют внешние накопители данных и жесткие диски. Стоимость терминала может быть 
очень невысокой. 

мэйнфрейм

Терминал 4

Терминал 5

Терминал 6

Терминал 1

Терминал 2

Терминал 3

Удаленное
подразделение
Предприятие

Рис. 1.1. Схема многотерминальной сети с мейнфреймом 

В терминальных сетях все задачи выполняются централизованно на сервере. Эта идея имеет и свои преимущества, и недостатки. 

Преимущества: низкая стоимость терминала, минимальные расходы на обслуживание пользовательских мест, возможность эффективной защиты информации и целевое использование 
вычислительных ресурсов. 

Недостатки: высокая стоимость сервера, которая складывается из стоимости оборудования и программного обеспечения; 
зависимость сети от работоспособности сервера; ограничения на 
количество подключенных терминалов, ограничения на расстояния 
между терминалом и сервером. 

Распределенные сети – сети, основными элементами в которых являются независимые компьютеры. Каждый компьютер 
работает под управлением собственной ОС, а какая-либо общая 
ОС, распределяющая работу между компьютерами отсутствует. 
Данная схема имеет важное преимущество по сравнению с многотерминальными сетями – благодаря высокой автономности программных и аппаратных блоков распределенная сеть имеет неограниченную способность к расширению. Компьютер в распределенной сети может работать независимо даже при отсутствии постоянного подключения к другим компьютерам. Недостатком 

10 

распределенных сетей является увеличение затрат на защиту информации и управление пользователями. 

Распределенная сеть предприятия, все узлы которой обладают примерно равными вычислительными возможностями, и могут, по мере необходимости, выступать как в роли серверов, так и в 
роли рабочих станций, называется одноранговой сетью (peer-topeer network). Каждый из узлов одноранговой сети может обеспечивать доступ других узлов к тем или другим ресурсам.  

Распределенные сети с централизованным управлением. В 
такой сети обязательно присутствует компьютер с сетевой операционной системой, который выполняет административные функции: управление пользователями, централизованное выделение ресурсов, контроль за выполнением правил безопасности в сети. Распределенные сети с централизованным управлением сочетают достоинства как многотерминальных сетей, так и распределенных сетей. Сегодня сети этого типа преобладают при организации локальных вычислительных сетей. В то же время, существуют классы задач, не решаемые в распределенных сетях по следующим 
причинам. В настоящее время не решена задача разработки алгоритма распределенного решения вычислительных  задач, требующих большой мощности, сравнимой с мощностью мейнфреймов в 
многотерминальных сетях. Стоимость обслуживания распределенных сетей выше, чем стоимость обслуживания многотерминальных 
сетей. 

Распределенную сеть с централизованным управлением 
также называют сетью с выделенным сервером. Выделенный сервер – компьютер, на котором установлена сетевая операционная 
система, управляющая взаимодействием пользователей в сети. 

Ниже будут рассмотрены технологии, которые позволяют 
создавать одноранговые сети и сети с выделенным сервером (с 
централизованным управлением), наиболее широко распространенные. Их преимущества и недостатки приведены в табл. 1.2 и 
1.3. 

Таблица 1.2 

Одноранговые сети 

Преимущества 
Недостатки 

Легкая установка и настройка. 

Невозможность применения разных 
уровней безопасности одного ресурса 

11 

Независимость отдельных машин от выделенного 
сервера. 
Недорогая установка и 
эксплуатация, т. к. не нужно специальной ОС. 
Отсутствие необходимости администратора. 
Небольшие 
группы 
пользователей (меньше 10 
человек). 

для разных пользователей. 
Необходимость запоминания всех 
паролей для всех защищенных ресурсов. 
Сложная организация совместного 
использования данных. 
Проблемы с резервным копированием и обновлением информации. 
Падение 
производительности 
при 
одновременном доступе пользователей к 
разделяемому ресурсу. 
Затрудненный поиск нужных данных 
для пользователей. 

Таблица 1.3 

Сети с централизованным управлением 

Преимущества 
Недостатки 

Централизованное 
управление 
учетными записями пользователей, 
безопасностью и доступом, что упрощает сетевое администрирование.
Эффективные правила доступа к 
сетевым ресурсам. 
Единственный пароль для всех 
пользователей для входа в сеть. 

Полная 
зависимость 
исправности сети от исправности 
сервера. 
Высокая квалификация персонала сопровождения. 
Высокая стоимость оборудования и специального программного обеспечения. 

1.4. Организация взаимодействия 
между компьютерами в сети 

Взаимодействие между компьютерами (межкомпьютерное 
взаимодействие) в сети происходит за счет передачи сообщений 
через аппаратное обеспечение: сетевые адаптеры и каналы связи. 
Кроме наличия на соединенных в сеть компьютерах аппаратного 
обеспечения,  на них должны выполняться программы, которые 
постоянно будут находиться в режиме ожидания запросов, поступающих от других пользователей. Такие программы называют серверами. Обратите внимание на то, что этот термин применяется и 
для обозначения компьютера, на котором выполняются эти программы. На каждом компьютере, включенном в сеть, должны быть 
установлены и программы, которые генерируют такие запросы. 

12 

Такие программы называют клиентами. Совместная работа множества служб (серверные и клиентские программы различного целевого назначения) позволяет установить и поддерживать соединение между компьютерами (рис. 1.2). 

Линия связи или среда передачи данных

Прикладные
программы

Серверы

Интерфейсное
оборудование

Протоколы
обмена

Клиенты

Прикладные
программы

Серверы

Интерфейсное
оборудование

Клиенты

ЗАПРОСЫ

Сетевая ОС

Рис. 1.2. Схема взаимодействия между компьютерами в локальной 
сети 

Обмен информацией в сети происходит с помощью пакетов. Пакет – это набор битов, который имеет точно определенную 
структуру. Кроме информационной части в структуре пакета выделяются биты, которые кодируют информацию об адресе отправителя и получателя, о типе пакета и другой служебной информации. 
Базовая схема пакета показана на рис. 1.3. 

Адрес
отправителя

Адрес
получателя

Тип
пакета

Служебная
информация
Данные
CRC

Рис. 1.3. Базовая схема пакета в локальной сети 

13