Компьютерные сети

1. Сетевые технологии: понятие, история развития, кла­с­си­фи­ка­ция

2. Локальные сети (ЛВС) на базе ПК: структура, топология, аппаратное и программное обеспечение.

3. Глобальные компьютерные сети: структура, принципы работы и способы подключения.

4. Услуги Интернет.

5. Передача информации в сетях

6. Организация вычислительного процесса (администрирование) в сетях

1 вопрос:

Компьютерной сетью называется система взаимосвязанных на фиксированной территории компьютеров, ориентированная на коллективное использование общих сетевых ресурсов (аппаратных, программных, информационных).

Основное назначение компьютерной сети – обеспечение удобного и надежного доступа пользователя к распределенным на территории общим ресурсам и организация их коллективного использования.

В 60-х гг. появились первые вычислительные сети (ВС) ЭВМ. По сути дела они начали своего рода техническую революцию, сра­в­ни­мую с появ­лением первых ЭВМ, так как была предпринята попытка объединить тех­нологию сбора, хранения, передачи и обработки информации на ЭВМ с техникой свя­зи.

Одной из первых сетей, оказавших влияние на дальнейшее их разви­тие, явилась сеть АРПА, созданная пятьюдесятью университе­тами и фир­мами США. Она охватывала всю территорию США, часть Европы и Азии. Сеть АРПА доказала техническую возможность и экономическую целесообразность разработки больших сетей для более эф­фективного использования ЭВМ и программного обеспечения.

Первые проекты, которые не имели отношения к ARPA, напоминали своей структурой скорее дерево, чем сеть, так как эти сети организовывались по принципу главных и подчинённых компьютеров, стоило только обрубить корень (вывести из строя главный компьютер), и вся сеть переставала функционировать. Такой вид сети не являлся надёжным и был окутан множеством недочётов для построения будущей «всемирной паутины».

В свою очередь разработки ARPA предлагали структуру сети, в которой каждый компьютер будет «сам за себя», и при выходе из строя одного компьютера, остальные смогут передавать данные по оставшимся линиям связи. В такой сети большая ставка была на надёжность, так как ARPA была военной организацией. Данная сеть получила название ARPANet, а первыми компьютерами создавшими эту сеть, стали те самые «первопроходцы» из Стэнфордского и Калифорнийского университетов, к сети ARPANet подключились ещё два компьютера университетов расположенных в других штатах(1969 год). Эту дату можно с уверенностью назвать днём рожденья глобальной сети. Это сеть явилась прообразом интернет.

В 60-х гг. в Европе сначала были разработаны и внедрены междуна­родные сети EIN и Евронет, затем появились национальные сети. В 1972 г. в Вене была внедрена сеть МИПСА, в 1979 г. к ней присоединились 17 стран Европы, СССР, США, Канада, Япония. Она предназначена для про­ведения фундаментальных работ по проблемам энергетики, продовольст­вия, сельского хозяйства, здравоохранения и т.д. Кроме того, благодаря новой технологии сеть позволила всем национальным институтам развивать связь друг с другом.

В 80-х гг. сдана в эксплуатацию система телеобработки статистической информации (СТОСИ), обслуживающая Главный вычислительный центр Центрального статистического управления СССР в Москве и республи­канские вычислительные центры в союзных республиках.

В настоящее время в мире зарегистрировано более 200 глобальных сетей, 54 из которых созданы в США, 16 - в Японии.

С появлением микроЭВМ и персональных ЭВМ возникли локальные вычислительные сети. Они позволили поднять на качественно новую ступень управление производственным объектом, повысить эффективность исполь­зования ЭВМ, улучшить качество обрабатываемой информации, реализовать безбумажную технологию, создать новые технологии. Объединение ЛВС и глобальных сетей открыло доступ к мировым информационным ресурсам.

С появлением сетей удалось решить 2 проблемы:

1. обеспечение неограниченного доступа пользователей к ЭВМ независимо от их расположения;

2. возможность оперативного перемещения больших массивов информации на любые расстояния.

ЭВМ, находящиеся в разных центрах обработки, но принадлежащие к одной сети, связываются между собой автоматически. Каждая ЭВМ в сети должна быть приспособлена как для работы в автономном режиме, под управлением своей ОС, так и для работы в качестве составного звена сети.

Компьютерные сети могут работать в следующих основных режимах: пакетном, запросно-ответном, реального времени, разделения времени, а также в режимах выдачи или сбора информации.

Основными элементами макроструктуры сетей являются узлы сети, т.е. такие пункты системы, которые самостоятельно осуществляют передачу данных и их обработку.

Характеризуя возможности компьютерной сети, следует оценивать ее аппаратное, информационное и программное обеспечение.

Аппаратное обеспечение сети составляют компьютеры различных типов, средства связи и оборудование абонентских пунктов. Основными требованиями, предъявляемыми к АО сетей являются: а) универсальность, т.е. возможность выполнения практически неограниченного круга задач пользователей; б) модульность, т.е. обеспечение возможности изменения конфигурации сетей.

Информационное обеспечение сети представляет собой единый информационный фонд, ориентированный на решаемые в сети задачи и содержащий массивы данных общего применения. В состав ИО входят базы данных, базы знаний, автоматизированные банки данных.

База знаний-это особого рода БД, разработанная для оперирования знаниями(цель БЗ -помочь менее опытным людям найти уже существующее описание способа решения какой-либопроблемы.) Автоматизированные банки данных-это совокупность БД, а также программные, языковые и другие средства

Программное обеспечение сети предназначено для организации:

1. коллективного доступа к ресурсам;

2. динамического распределения и перераспределения ресурсов сети;

3. координации работ основных звеньев сети, проведение техобслуживания;

4. автоматизации программирования.

Развитие компьютерных сетей коренным образом может изменить систему образования, облегчает обмен научными знаниями, поиск информации, усовершенствует распространение печатных материалов, торговлю и т.д. Компьютерные сети не дублируют имеющуюся разветвленную коммутационную сеть телефона и телеграфа. Не смотря на ее гигантские размеры, эта сеть не может справиться с возрастающим информационным потоком.

На современные компьютерные сети ло­жит­ся нагрузка по передаче и обработке дан­ных во многих областях человеческой де­я­те­ль­но­с­ти: производство, управление, ба­н­ков­с­кая деятельность, межправительственные связи, материально-техническое сна­б­же­ние, розыск преступников, резервирование билетов в глобальном масштабе и т.д.

Сети передачи данных обычно характеризуются параметрами, показывающими их возможности (параметры, показывающие возможности сетей передачи данных):

• виды передаваемой информации (речь, данные, изображение);

• эффективность передачи коротких сообщений;

• стоимость передачи единицы инф-ции;

• отсутствие ошибок;

• возможность приоритетного обслуж-ния;

• гарантия неприкосновенности информации и ее секретности.

Стандартизацией функционирования сетей занимается Международный консультативный комитет по телефонии и телеграфии (МККТТ) . С 1995 года этот комитет официально называется ITU-T и Международная организация по стандартизации ISO.

Компьютерные сети могут кла­с­си­фи­ци­ро­ва­ть­ся по нескольким признакам. По степени территориального рассредоточения ра­з­ли­ча­ют:

А) глобальные сети, охватывающие территорию одной или нескольких стран;

Б) региональные, которые расположены в пределах одного региона (района, области);

В) локальные, которые объединяют ЭВМ внутри одного помещения, здания, учреждения и т.д.

По функциональному назначению выделяют сети:

А) информационные (используемые в сфере здравоохранения, научно-технической информации, продажи билетов, библиотеках);

Б) вычислительные;

В) информационно-вычислительные.

По способу хранения и доставки информации сети можно разделить на:

А) имеющие глобальный банк данных;

Б) имеющие локальный банк данных;

В) не содержащие банка данных.

По методу передачи данных различают сети:

А) с коммутацией сообщений;

Б) с коммутационным пакетом сообщений;

В) со смешанной коммутацией.

2 Вопрос:

ЛВС - это совокупность, распределенных на небольшой территории, вычислительных ресурсов, взаимодействие которых обеспечивается специальной системой передачи данных. Local­Area Networks – LAN- компьютерная сеть, покрывающая обычно относительно небольшую территорию или небольшую группу зданий (дом, офис, фирму, институт).

Для ЛВС характерны следующие черты:

1. децентрализация территориального оборудования;

2. возможность реконфигурации и развития сети путем подключения новых терминалов.

3. Наличие контроллеров, являющихся автономными узлами сети, кот-е освобождают ЭВМ от управления сетью.

С появлением ЛВС стали возможными специализация и приближение обработки информации к рабочим местам, где она зарождается, а результаты обработки - к их потребителям.

Локальные сети обеспечивают большую надёжность и лучше обеспечивают потребности пользователей. В них значительно облегчается оптимизация вычислительных процессов, и создаются лучшие условия для интеграции различных видов информации. Кроме того, удешевляется стоимость компьютеров и программного обеспечения.

Физические компоненты сети

Об вом (device- устройство, приспособление).орудование, подсоединенное к сегменту сети, называется сетевым устройством.

Существует четыре категории физических компонентов сети:

1)ПК- устройства конечного пользователя, принимающие и отправляющие данные. Устройства конечного пользователя, которые связывают его с сетью, также называются оконечными узлами или станциями (host).

2) interconnection  [ɪntəkə'nekʃ(ə)n] – соединения, которые состоят из компонентов, обеспечивающих потоки данных из одной точки сети в другую. Это платы сетевого интерфейса (Network Interface Card - NIC), также называемые сетевыми адаптерами, это кабели или среда распространения беспроводных сетей,  connectors(соединители или разъемы, например RJ-45 connector). Каждый адаптер NIC имеет уникальный код, называемый MAC-адресом. это число, которое идентифицирует сетевой адаптер

3) коммутаторы - устройства, которые обеспечивают подключение сети к конечным пользователям и выполняющие интеллектуальную коммутацию данных внутри локальной сети.

4) Маршрутизаторы – служат для соединения сетей между собой и выбора наилучшего пути между ними.

Сетевые топологии

Структура и свойства компьютерных сетей определяются их топологией.

Сетевая топология - способ соединения в одну сеть сетевых устройств, т.е. сетевая топология описывает расположение кабелей и устройств, а также маршруты, служащие для передачи данных.

Топологическая структура оказывает существенное влияние на:

• пропускную способность сети;

• устойчивость сети к отказам АО;

• надежность сети;

• логические возможности;

• стоимость сети.

Сети имеют как физическую, так и логическую топологии. Термин  физическая топология относится к физическому расположению устройств и соединениям передающей среды. Логическая топология определяет, как рабочие станции получают доступ к передающей среде для отправки данных.

Различают следующие топологические структуры компьютерной сети:

1. шинная (магистральная), bus;

2. радиальная (звездообразная); star

3. кольцевая; ring

4. древовидная;

5. полносвязная;

6. смешанная.

Если компьютеры подключены вдоль одного кабеля (сегмента), топология называется "шина". В том случае, когда компьютеры подключены к сегментам кабеля, исходящим из одной точки (или концентратора), топология называется "звезда".

Если кабель, к которому подключены компьютеры, замкнут, то такая топология носит название "кольцо".

Самой распространенной и наиболее простой является шинная топология - подразумевает соединение всех устройств одним кабелем (именуемый магистралью или сегментом), который проходит от одного компьютера к другому (она построена на основе общей магистрали, к которой подключаются разные пользователи).

Главный кабель сети должен заканчиваться специальным терминатором, который поглощает сигнал, когда последний достигает конца линии, иначе электрический сигнал, представляющий данные, отразившись на конце кабеля, вызвал бы наложение сигналов и ошибки в сети.

Взаимодействие компьютеров

В сети с топологией «общая шина» компьютеры адресуют данные конкретному компьютеру, передавая их по кабелю в виде электрических сигналов. Чтобы понять процесс взаимодействия компьютеров по шине, Вы должны уяснить следующие понятия:

• передача сигнала;

• отражение сигнала; терминатор.

Передача сигнала

Данные в виде электрических сигналов передаются всем компьютерам сети; однако информацию принимает только тот, адрес которого соответствует адресу получателя, ' зашифрованному в этих сигналах. Причем в каждый момент времени только один компьютер может вести передачу.

Так как данные в сеть передаются лишь одним компьютером, ее производительность зависит от количества компьютеров, подключенных к шине. Чем их больше, т.е. чем больше компьютеров, ожидающих передачи данных, тем медленнее сеть.

Однако вывести прямую зависимость между пропускной способностью сети и количеством компьютеров в ней нельзя. Ибо, кроме числа компьютеров, на быстродействие сети влияет множество факторов, в том числе:

• характеристики аппаратного обеспечения компьютеров в сети;

• частота, с которой компьютеры передают данные;

• тип работающих сетевых приложений;

• тип сетевого кабеля;

• расстояние между компьютерами в сети.

Шина — пассивная топология. Это значит, что компьютеры только «слушают» передаваемые по сети данные, но не перемещают их от отправителя к получателю. Поэтому, если один из компьютеров выйдет из строя, это не скажется на работе остальных. В активных топологиях компьютеры регенерируют сигналы и передают их по сети.

В сетях шинной топологии один из подключенных компьютеров играет роль сервера. Он обеспечивает доступ к общим файлам, записанным на магистральный диск, а также дорогостоящему сетевому оборудованию. Данная топология характеризуется низкой стоимостью, высокой скоростью передачи данных, гибкостью и возможностью расширения сети путем подключения новых компьютеров.

Недостатком этой топологии является сложность специфических соглашений, которые управляют потоками информации между ПК.

Нарушение целостности сети

Разрыв сетевого кабеля происходит при его физическом разрыве или отсоединении одного из его концов. Возможна также ситуация, когда на одном или нескольких концах кабеля отсутствуют терминаторы, что приводит к отражению электрических сигналов в кабеле и прекращению функционирования сети. Сеть «падает».

Сами по себе компьютеры в сети остаются полностью работоспособными, но до тех пор, пока сегмент разорван, они не могут взаимодействовать друг с другом.

Звездообразная топология широко применяется в учреждениях, в ученических классах и многопользовательных вычислительных системах. Один из наиболее мощных компьютеров образует центр звезды и выполняет функции сервера. Недостатком ее является отсутствие свободы выбора различных маршрутов. Преимущества: простота построения и управления сетью.

Каждая рабочая станция подсоединена к центральному устройству отдельным кабелем, и при возникновении проблем с одним из таких кабелей сеть останется работоспособной в отличие от шинной топологии. Но в то же время центральная точка является и основным уязвимым местом звездообразной топологии. Если выходит из строя центральное устройство, то вся сеть становится неработоспособной.

Кольцевя топология представляет собой замкнутый контур двунаправленных каналов связи. Каждый компьютер кольцевой сети связан только с 2-мя соседними машинами. Доступ компьютера в сеть осуществляется с помощью маркера – это короткая прямая в машинных кодах, которая постоянно циркулирует по кольцу. Передача данных от компьютера в сеть может начаться после того, как к нему подошел маркер. При этом компьютер временно удаляет маркер из кольца, выпускает по сети нужную информацию и вслед за ней снова пускает маркер. Таким образом, выпущенная в кольцо информация достигает получателя и будет изъята раньше, чем маркер обойдет полный круг. Это предотвращает возможность столкновения информации от 2-х разных пользователей. Однако с увеличением количества компьютеров, включаемых в кольцо и с увеличением интенсивности обмена информацией время ожидания маркера возрастает, поэтому недостатком большой кольцевой сети является долгое ожидание маркера.

Древовидная. В сетях с древовидной структурой основной особенностью является легкость наращивания сети.

Только в такой сети нет центрального узла. Вместо этого используется магистральный узел, от которого отходят ветви к другим узлам.

Полносвязная топология является самой надежной и быстродействующей. В ней каждый компьютер связан со всеми остальными компьютерами. Характеризующей особенностью такой сети является высокая стоимость, поэтому они применяются в основном в оборонной промышленности.

Локальные сети используются в следующих областях:

1) делопроизводство

2) автоматизация административной деятельности

3) автоматизация производства и технологических процессов

4) автоматизация проектирования научных исследований и разработок

5) автоматизация обучения, подготовки и переподготовки кадров.

В зависимости от используемого оборудования и функциональных возможностей различают три вида ЛВС:

1. малые ЛВС, элементы которых расположены на небольшой территории, а в качестве средств обработки информации используют ПК

2. средние ЛВС, у которых протяженность каналов связи достигает 1км. В них используется микро ЭВМ, а также оборудования для САПР, АРМ и кассовые аппараты

3. большие ЛВС, в которых используют мини и микро ЭВМ, а протяженность каналов связи достигает 10км.

К основным параметрам, характеризующим ЛВС относятся:

1. территориальная протяженность сети

2. максимальная скорость передачи данных

3. максимальное количество узлов сети

4. топология сети и архитектура

5. максимальное количество каналов связи

6. наличие средств мультимедиа, т.е. возможность передачи видеосигналов, речи, музыки и текста

7. условия работы или эргономическое обеспечение сети

8. возможность процедуры установления приоритетов или методы доступов.

Локальная сеть может быть организована двумя способами. Первый способ заключается в подключении средних или малых ПК в качестве интеллектуальных терминалов к одному мощному серверу. При этом небольшие задачи выполняются на персональных компьютерах, а более сложные передаются на серверы. При этом главный компьютер освобождается от большей части несложных операций, которые выполняются на ПК. Кроме того, происходит значительное удешевление стоимости сети за счёт более низкой стоимости отдельных компьютеров.

Второй способ заключается в объединении нескольких мощных компьютеров, работающих как независимые устройства, в единую локальную сеть. При этом достигается два преимущества:

1) компьютеры получают возможность обмениваться информацией

2)получают доступ к дорогостоящим компьютерным ресурсам.

Другим преимуществом второго способа организации ЛВС является возможность постоянного обмена информацией при выполнении коллективных работ.

Важной проблемой при создании локальных сетей является их стандартизация, которая обеспечивает совместимость ПК с сетями и различных сетей друг с другом. Большинство локальных сетей ориентированы на IBM совместимые компьютеры.

Методы доступа в локальных сетях к общим сетевым ресурсам подразделяются на случайные и детерминированные.

При случайном методе доступа все узлы сети являются равноправными по отношению друг к другу. Этот метод используется только тогда, когда в сети мало узлов и обмен информацией не интенсивный.

При детерминированном методе доступа устанавливаются так называемые приоритеты пользователей, т.е. разграничиваются их права.

Основные задачи, которые решаются с помощью компьютера, работающего в локальной сети, следующие:

1) разделение файлов, что означает одновременную работу многих пользователей с одним и тем же файлом

2) передача файлов, т.е. быстрое копирование информации с одной машины на другую, минуя магнитные носители

4. разделение прикладных программ, которая позволяет нескольким пользователям работать с одной и той же копией программы

5. разделение принтера позволяет нескольким пользователям поочерёдно распечатывать документы на принтере, подключенном к серверу

6. электронная почта

7. средства Internet, которые дают возможность использовать технологии глобальных сетей внутри локальной сети.

Физической средой передачи информации в сетях являются кабельные сегменты с разъемами на концах. В качестве проводов могут использоваться:

1)телефонные кабели

2)коаксиальные кабели

3)оптико-волоконные кабели.

Скорость передачи данных по телефонным кабелям составляет 9600 бит/сек, по коаксиальным 10 Кбит/сек, по оптико-волоконным 100 Мбит/сек.