Результаты исследования группы Инженеры в учебном проекте Вторая реальность

Название проекта

Вторая реальность

Авторы и участники проекта

Алексей Алисейко

Софья Афонина

Роман Боев

Дeнис Соколов

Тема исследования группы

Компьютерные сети и принципы их организации.

Проблемный вопрос (вопрос для исследования)

• Как создать домашнюю компьютерную сеть?

Учебные вопросы

• Что такое компьютерная сеть?
• Какие бывают сети?
• Как компьютеры в сети находят друг друга?
• Какие открытия повлияли на возникновение Интернет?
• Как устроен Интернет?
• Какое оборудование используется для подключения к Интернет?

Гипотеза исследования

Компьютерные сети обладают сложной структурой и могут быть классифицированы по различным параметрам.

Цели исследования

Разобраться в принципах организации компьютерных сетей. Научиться работать и использовать возможности компьютерных сетей. Научиться организовывать домашнюю сеть.

Задачи исследования

• Провести поиск-исследование на тему технических аспектов организации компьютерных сетей и, в частности, сети Интернет.
• Познакомиться с техническими принципами реализации сети Интернет.
• Пополнить общий сервис закладок ссылками найденных ресурсов (аннотация и ключевые слова обязательны).
• Создать домашнюю компьютерную сеть.
• Нарисовать схему домашней компьютерной сети с помощью сервиса создания ментальных карт
• Составить рекомендации по организации домашней компьютерной сети.
• Создать вики-статью о проделанной работе.

План работы

1. Найти информацию о технических аспектах организации компьютерных сетей и Интернет, добавить ссылки найденных ресурсов
2. Создание домашней компьютерной сети и ее схемы, рекомендации по ее организации
3. Создание вики-статьи о проделанной работе

Результаты исследования

Что такое компьютерная сеть?

Сеть — группа компьютеров и/или других устройств, каким-либо способом соединенных для обмена информацией и совместного использования программ, файлов данных и периферийных устройств.

Сервер — компьютер с установленной на нем серверной операционной системой, предоставляющий свои программные и аппаратные ресурсы пользователям сети.

Пир(peer) — равноправный участник сети, предоставляющий сервисы другим участникам одноранговой сети и сам пользующийся их сервисами.

Магистраль — канал передачи между двумя точками — узлами или коммутаторами.

Интернет — совокупность сетей, связанных друг с другом телекоммуникационной инфраструктурой.

Домен — группа компьютеров, находящихся под единым управлением и имеющих общий сегмент в Интернет-адресе.

IP адрес — 32-битовый адрес протокола Интернет, присвоенный узлу. Адрес IP содержит два компонента: номер узла и номер сети.

Модем — устройство, преобразующее цифровые сигналы в аналоговые для передачи по телефонной линии, а также выполняющее обратное преобразование входящих аналоговых сигналов в цифровые для обработки в компьютере.

Роутер (маршрутизатор) — сетевое оборудование, работающее на сетевом уровне и устанавливающее связь между разными сетями.

Сетевой коммутатор, свич, свитч (жарг. от англ. switch — переключатель) — устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного или нескольких сегментов сети.

Сетевой концентратор или хаб (жарг. от англ. hub — центр деятельности) — сетевое устройство, предназначенное для объединения нескольких устройств Ethernet в общий сегмент сети.

Протокол — стандарт, описывающий правила взаимодействия функциональных блоков при передаче данных.

Пакет — отформатированный блок данных, передаваемых по сети.

Какие бывают сети?

Классификация компьютерных сетей

По территориальной распространенности:

• PAN (Personal Area Network) — персональная сеть, предназначенная для взаимодействия устройств, принадлежащих одному владельцу.
• LAN (Local Area Network) — локальные сети, имеющие замкнутую инфраструктуру до выхода на поставщиков услуг. Доступ к локальным сетям разрешен только ограниченному кругу пользователей.
• CAN (Campus Area Network) — кампусная сеть, объединяет локальные сети близко расположенных зданий.
• MAN (Metropolitan Area Network) — городские сети между учреждениями в пределах одного или нескольких городов.
• WAN (Wide Area Network) — глобальная сеть, покрывающая большие географические регионы, включающие в себя как локальные сети, так и прочие телекоммуникационные сети и устройства.

По типу функционального взаимодействия

• Клиент-сервер — вычислительная или сетевая архитектура, в которой задания или сетевая нагрузка распределены между поставщиками услуг (сервисов), называемыми серверами, и заказчиками услуг, называемыми клиентами.
• Смешанная сеть — архитектура сети, в которой имеется ряд серверов, образующих между собой одноранговую сеть. Конечные пользователи подключаются каждый к своему серверу по схеме «клиент-сервер».
• Одноранговая сеть — это оверлейная компьютерная сеть, основанная на равноправии участников. В такой сети отсутствуют выделенные серверы, а каждый узел (peer) является как клиентом, так и сервером.
• Многоранговая сеть — сеть, в которой имеется ведущий, или «мастер» — контроллер, который координирует работу «ведомых» контроллеров, реально управляющих одной или несколькими точками прохода.

По типу сетевой топологии:

Базовые:

• Шина представляет собой общий кабель (называемый шина или магистраль), к которому подсоединены все рабочие станции. На концах кабеля находятся терминаторы, для предотвращения отражения сигнала.
• Кольцо — это топология, в которой каждый компьютер соединен линиями связи только с двумя другими: от одного он только получает информацию, а другому только передает. На каждой линии связи работает только один передатчик и один приемник.
• Звезда — топология компьютерной сети, в которой все компьютеры сети присоединены к центральному узлу (обычно коммутатор), образуя физический сегмент сети.

Производные:

• Двойное кольцо — это топология, построенная на двух кольцах. Первое кольцо — основной путь для передачи данных. Второе — резервный путь, дублирующий основной.
• Ячеистая — базовая полносвязная топология компьютерной сети, в которой каждая рабочая станция сети соединяется с несколькими другими рабочими станциями этой же сети.
• Решётка — это топология, в которой узлы образуют регулярную многомерную решётку. При этом каждое ребро решётки параллельно её оси и соединяет два смежных узла вдоль этой оси.
• Дерево представляет собой более развитую конфигурацию типа «шина». Присоединение нескольких простых шин к общей магистральной шине происходит через активные повторители или пассивные размножители.
• Fat Tree — топология компьютерной сети для суперкомпьютеров. В утолщенном дереве связи между узлами становятся более производительными по пропускной способности с каждым уровнем по мере приближения к корню дерева.

• 

  Шина

• 

  Кольцо

• 

  Звезда

• 

  Ячеистая

• 

  Дерево

• 

  Fat Tree

По типу среды передачи:

• Проводные (телефонный провод, коаксиальный кабель, витая пара, волоконно-оптический кабель)
• Беспроводные (передачей информации по радиоволнам в определенном частотном диапазоне)

По функциональному назначению:

• Сети хранения данных — архитектурное решение для подключения внешних устройств хранения данных, таким образом, чтобы операционная система распознала подключённые ресурсы как локальные.
• Серверная ферма — это ассоциация серверов, соединенных сетью передачи данных и работающих как единое целое.
• Сети управления процессом — это компьютеризированные системы, способные преобразовывать информацию, производить расчеты, логические операции, с использованием различных видов компьютерных сетей и современных информационных технологий.
• Сети SOHO & Домовая сеть — разновидность локальной вычислительной сети, проложенная в пределах одного здания или объединяющая несколько близлежащих зданий.

По скорости передачи:

• низкоскоростные (до 10 Мбит/с)
• среднескоростные (до 100 Мбит/с)
• высокоскоростные (свыше 100 Мбит/с)

По сетевым ОС:

• На основе Windows
• На основе UNIX
• На основе NetWare

По необходимости поддержания постоянного соединения:

• Пакетная сеть, например Фидонет и UUCP
• Онлайновая сеть, например Интернет и GSM

Как компьютеры в сети находят друг друга?

Каждый компьютер в локальной сети имеет свой уникальный адрес, так же как человек имеет свой почтовый адрес. Именно по этим адресам компьютеры находят друг друга в сети. Двух одинаковых адресов в одной сети быть не должно. Формат адреса стандартный и определен протоколом IP. IP-адрес компьютера записывается в 32 разрядах (4 октета). Каждый октет содержит десятичное число от 0 до 255 (в двоичном виде запись представляет последовательность 0 и 1). IP-адрес представляет собой четыре числа, разделяемых точкой. Например, компьютер с IP-адресом 192.168.3.24. Общее число IP-адресов составляет 4,2 млрд, все адреса уникальны. IP-адрес может быть присвоен не только компьютеру, но и другим сетевым устройствам, например, принт-серверу или маршрутизатору. Поэтому все устройства в сети принято называть узлами или хостами. Одно и то же физическое устройство (компьютер или др.) может иметь несколько IP-адресов. Например, если в компьютер установлено несколько сетевых адаптеров, то каждый адаптер должен иметь свой уникальный IP-адрес. Такие компьютеры используются для соединения нескольких локальных сетей и называются маршрутизаторами. Большую IP-сеть разбивают на несколько подсетей, присвоив каждой из них свой адрес. Подсети — это отдельные, самостоятельно функционирующие части сети, имеющие свой идентификатор. Для адреса подсети, в IP-адресе, выделяется пространство из адреса узла. Для определения адреса сети и подсети используется маска подсети. Формат записи маски подсети такой же, как и формат IP-адреса, это четыре поля, разделяемых точкой. Таким образом, в паре с IP-адресом компьютеров обязательно указывается маска подсети.

Открытия, повлиявшие на возникновение Интернета.

В 1961 г. Defence Advanced Research Agensy (DARPA) по заданию Министерства обороны США приступило к проекту по созданию экспериментальной сети передачи пакетов. Эта сеть, названная ARPANET, предназначалась первоначально для изучения методов обеспечения надежной связи между компьютерами различных типов. Многие методы передачи данных через модемы были разработаны о ARPANET. Тогда же были разработаны и протоколы передачи данных в сети — TCP/IP. TCP/IP — это множество коммуникационных протоколов, определяющих, как компьютеры различных типов могут общаться между собой. Эксперимент с ARPANET был настолько успешен, что многие организации захотели войти в нее с целью использования для ежедневной передачи данных. И в 1975 г. ARPANET превратилась из экспериментальной сети в рабочую сеть. Ответственность за администрирование сети взяло на себя Defence Communication Agency (DCA), в настоящее время называемое Defence Information Systems Agency (DISA), Ho развитие ARPANET на этом не остановилось: протоколы TCP/IP продолжали развиваться и совершенствоваться. Спустя некоторое время TCP/IP был адаптирован в обычный, общедоступный стандарт, и термин Интернет пошел во всеобщее употребление. В 1983 г. из ARPANET выделилась MILNET, которая стала относиться к Defence Data Network (DDN) Министерства обороны США. Термин Интернет стал использоваться для обозначения единой сети. И хотя в 1991 г. ARPANET прекратила свое существование, сеть Интернет существует, ее размеры намного превышают первоначальные, так как она объединила множество сетей во всем мире. Число хостов, подключенных к сети Интернет, с 4 компьютеров в 1969 г. возросло до 3,2 миллионов в 1994 г. На сегодня количество пользователей глобальной Сети составляет порядка 1 миллиарда 20 миллионов человек.

Как устроен Интернет?

В действительности Internet не просто сеть, — она есть структура, объединяющая обычные сети. Internet — это ``Сеть сетей. Что включает Internet? Вопрос непростой. Ответ на него меняется со временем. Вначале ответ был бы достаточно прост: ``все сети, использующие протокол IP, которые кооперируются для формирования единой сети своих пользователей. Это включало бы различные ведомственные сети, множество региональных сетей, сети учебных заведений и некоторые зарубежные сети (за пределами США). Чуть позже привлекательность Internet осознали и некоторые не-IP-сети. Они захотели предоставить ее услуги своим клиентам и разработали методы подключения этих ``странных сетей (например, Bitnet, DECnet и т. д.) к Internet. Сначала эти подключения, названные шлюзами, служили только для передачи электронной почты. Однако, некоторые из них разработали способы передачи и других услуг. Являются ли эти сети частью Internet? И да, и нет. Все зависит от того, хотят ли они того сами.

Что нужно для подключения к сети Интернет?

Для подключения к Интернету необходим поставщик услуг Интернета (ISP) и определенное оборудование. Поставщик услуг Интернета. Поставщик услуг Интернета предоставляет доступ в Интернет. При регистрации вы получаете у поставщика учетную запись аналогично тому, как это делается в телефонной компании или в коммунальных службах. Оборудование. Для высокоскоростных подключений, таких как линия DSL или кабельное подключение, необходим кабельный или DSL-модем. Обычно это оборудование предоставляется поставщиком услуг Интернета при выборе высокоскоростного подключения. Для подключения удаленного доступа необходим модем. Многие компьютеры продаются с уже установленными модемами этого типа.

Эксперимент

Цель

Создать домашнюю беспроводную компьютерную сеть.

Оборудование

• TRENDnet TEW-435BRM/EU (Ver D2.2R)
• ПК, соединенный с роутером витой парой с разъемами 8P8C
• Ноутбук с встроенным Wi-Fi адаптером (Intel(r) Wi-Fi Link) и ОС Windows Vista

Ход эксперимента

1.1

1.3

2.1

2.3

3

1. Настройка роутера
   1. В строке браузера ПК вводим IP адрес точки доступа. В нашем случае 192.168.1.1
   2. Вводим логин/пароль; их можно найти в инструкции к роутеру. В данном случае: admin, 1234
   3. Заходим в подменю Wireless меню Interface Setup(для других роутеров, например, Home) и выставляем следующие настройки:
      • Access Point Settings:
        • Access Point — Activated
        • Остальные по умолчанию
      • Multiple SSIDs Settings:
        • настройки оставлены по умолчанию, однако:
        • SSID — идентификатор сети, являющийся именем конкретной сети. Можно было выбрать любой, например Home
        • Authencation Type — протокол аутенфикации, WPA и WPA2 считаются более надежными чем WEP
      • WPA-PSK/WPA2-PSK Mixed Mode:
        • Encryption — TKIP
        • Pre-Shared Key — ключ доступа к сети.
      • Wireless MAC Adress Filter:
        • Deactivated, однако при необходимости можно запретить ПК с определенными MAC-адресами пользоваться сетью, либо разрешить пользоваться ею только заранее заданным ПК
   4. Теперь настройка роутера завершена и необходимо настроить другое устройство для подключения к созданной сети
2. Подключение другого устройства
   1. Заходим в Центр управления сетями и общим доступом
   2. Выбираем Подключиться к сети
   3. В новом окне выбираем созданную сеть(по SSID)
   4. Вводим ключ сети(Pre-Shared Key)
3. Настройка домашней сети завершена

Результат

Рабочая домашняя сеть, позволяющая нескольким устройствам подключиться и работать в Интернете одновременно

Схема

Выводы

Работая над проектом, мы пришли к выводу, что создать домашнюю компьютерную сеть может каждый. Мы сумели разобраться в принципах организации компьютерных сетей, научились использовать их возможности; сами смогли создать домашнюю сеть. В ходе работы над проектом мы многому научились, в том числе использовать сервисы совместного хранения закладок, построению ментальных карт, воспользовались возможностями документов Google и т.п.

Полезные ресурсы

Wikipedia

Локальная сеть

Рекомендации по организации сетей

LieberBiber

20 фактов о Всемирной Сети WWW

группа на бд-инженеры

группа на бд-общая

Другие документы

Услуги, доступ в Интернет[1]

Рекомендации по организации сетей[2]