Компьютерные сети

Связь между компьютерами. Компьютерные сети.

На сегодняшний день в мире существует более 130 млн. компьютеров и более 80 % из них объединены в различные информационно-вычислительные сети - от малых локальных сетей в офисах до глобальных сетей.

Компьютерная сеть - объединение нескольких ЭВМ для совместного решения информационных, вычислительных, учебных и других задач.

Компьютерные сети передачи данных являются результатом информационной революции и в будущем смогут образовать основное средство коммуникации. Всемирная тенденция к объединению компьютеров в сети обусловлена рядом важных причин, таких, как:

ускорение передачи информационных сообщений

возможность быстрого обмена информацией между пользователями, получение и передача сообщений (факсов, E-mail писем, электронных конференций и т.д.) не отходя от рабочего места

возможность мгновенного получения любой информации из любой точки земного шара обмен информацией между компьютерами разных фирм

производителей, работающих под разным программным обеспечением.

Преимущества, получаемые при сетевом объединении персональных компьютеров, перечислены ниже.

Разделение ресурсов позволяет экономно использовать ресурсы, например, управлять периферийными устройствами, такими, как печатающие устройства, внешние устройства хранения информации, модемы и т.д. со всех подключенных рабочих станций.

Разделение данных предоставляет возможность доступа и управления базами данных с периферийных рабочих мест, нуждающихся в информации.

Разделение программных средств предоставляет возможность одновременного использования централизованных, ранее установленных программных средств.

Разделение ресурсов процессора, обеспечивающее использование вычислительных мощностей для обработки данных другими системами, входящими в сеть. Предоставляемая возможность заключается в том, что на имеющиеся ресурсы не «набрасываются» моментально, а только лишь через специальный процессор, доступный каждой рабочей станции.

Многопользовательский режим - одновременное использование централизованных прикладных программных средств, обычно заранее установленных на сервере приложения.

Практически все услуги сети построены на принципе клиент-сервер.

При организации связи между двумя компьютерами за одним компьютером

закрепляется роль поставщика ресурсов (программ, данных и т.д.), а за другим — роль пользователя этих ресурсов. В этом случае первый компьютер называется сервером, а второй

— клиентом или рабочей станцией. Работать можно только на компьютереклиенте под управлением специального программного обеспечения.

Сервер (англ. serve — обслуживать) — это высокопроизводительный компьютер с большим объѐмом внешней памяти, который обеспечивает обслуживание других компьютеров путем управления распределением дорогостоящих ресурсов совместного пользования (программ, данных и периферийного оборудования).

Клиент (иначе, рабочая станция) — любой компьютер, имеющий доступ к услугам сервера.

Например, сервером может быть мощный компьютер, на котором размещается центральная база данных, а клиентом

— обычный компьютер, программы которого по мере необходимости запрашивают данные с сервера. В некоторых случаях компьютер может быть одновременно и клиентом, и сервером. Это значит, что он может

предоставлять свои ресурсы и хранимые данные другим компьютерам и одновременно использовать их ресурсы и данные.

Клиентом также называют прикладную программу, которая от имени пользователя получает услуги сервера. Соответственно, программное обеспечение, которое позволяет компьютеру предоставлять услуги другому компьютеру, называют сервером — так же, как и сам компьютер.

Для работы с сетью необходимо наличие специального сетевого программного обеспечения, которое обеспечивает передачу данных в соответствии с заданным протоколом.

Топология сетей

Компьютеры могут объединяться в сеть разными способами.

Способ соединения компьютеров в сеть называется еѐ топологией.

Наиболее распространенные виды топологий сетей:

Линейная сеть. Содержит только два оконечных узла, любое число промежуточных узлов и имеет только один путь между любыми двумя узлами.

Кольцевая сеть. Сеть, в которой к каждому узлу присоединены две и только две ветви.

Древовидная сеть. Сеть, которая содержит более двух оконечных узлов и по крайней мере два промежуточных узла, и в которой между двумя узлами имеется только один путь.

Звездообразная сеть. Сеть, в которой имеется только один промежуточный узел.

Ячеистая сеть. Сеть, которая содержит по крайней мере два узла, имеющих два или более пути между ними.

Полносвязанная сеть. Сеть, в которой имеется ветвь между любыми двумя узлами.

Канал связи

Информация передаѐтся по линиям связи. Одна линия связи может соединять множество компьютеров. В общем случае линия связи между компьютерами, особенно удалѐнными друг от друга на значительное расстояние, образуется из отдельных промежуточных линий связи, которые могут резко отличаться друг от друга как типом, так и своими характеристиками. Например, чтобы написать письмо, мы можем соединить ноутбук с интернетом посредством беспроводной линии связи wi-fi, затем сигнал будет передаваться по проводной линии связи, выйдя на широкую линию связи района, которая будет передавать информацию от нескольких сотен компьютеров, а затем, путешествуя по интернету, наш сигнал может попасть в магистральную линию связи, которая проходит между континентами и передаѐт десятки тысяч информационных сообщений одновременно. Получается, что линия связи может быть не постоянной, а создаваемой на время взаимодействия компьютеров между собой и в нашем случае она будет состоять из участка беспроводной связи, участка сети связи района и участка глобальной сети связи.

В общем случае одна линия связи (например, один кабель) соединяет множество различных компьютеров между собой. Каждый компьютер взаимодействует с другим посредством своего уникального канала связи.

Канал связи – это среда распространения сигналов (например,

беспроводная среда, радиоволны или кабель) и набор технических средств,

обеспечивающих это распространение. Получается, что одна линия связи может содержать в себе несколько каналов связи – от двух до многих тысяч – обеспечивая взаимодействие множества компьютеров. Рассмотрим, какие бывают физические характеристики у реальных каналов и линий связи.

Первая характеристика называется предложенной нагрузкой, которая

характеризует поток данных, поступающий от пользователя в сеть. Этот поток данных измеряется в битах, переданных за секунду времени (бит/с).

Вторая важная характеристика– это скорость передачи данных. Скорость передачи данных – это фактическая скорость потока всех данных, прошедших через данную линию связи.

Представьте, что в сети наши данные потерялись и нам потребовалось передавать одно и то же 2 раза. В этом случае скорость передачи данных будет меньше, чем предложенная нагрузка, так как фактически мы передали не два, а одно информационное сообщение (порцию информации).

Третья характеристика – это пропускная способность канала связи.

Пропускная способность канала связи – это максимально возможная скорость передачи информации по этому каналу.

Нередко бывает так, что канал связи позволяет передавать информацию быстрее, чем это может делать сетевая плата компьютера. В этом случае пропускная способность такого канала связи будет больше пропускной способности сетевой карты.

Также пропускная способность канала связи определяется и способом кодирования информации, в зависимости от которого она может быть больше или меньше, поэтому эта величина во многом условная.

Последней характеристикой, которую мы рассмотрим, будет характеристика направления передачи данных. Передача данных может осуществляться в

одно время только в одном направлении. В этом случае такой канал связи будет называться симплексным каналом связи.

Если передача данных осуществляется в 2 направления одновременно, то такой канал будет носить название дуплексного канала связи.

А если передача данных осуществляется одновременно, но выходной и входной сигнал передаются на разных частотах, чтобы друг другу не мешать (например, при разговоре по мобильному телефону), канал связи

будет носить название полудуплексного канала.

Классифицировать компьютерные каналы связи можно так:

по способу кодирования: цифровые и аналоговые; по способу коммуникации: выделенные (постоянное соединение) и коммутируемые (временное соединение);

по способу передачи сигнала: проводные и беспроводные.

1)Проводные (передача по коаксиальному кабелю, витой паре, оптоволоконному кабелю, телефонным проводам, проводам бытовых электросетей).

Телефонная сеть — самый популярный канал связи для подсоединения к серверу глобальной сети. Скорость передачи данных зависит от типа модема, качества телефонной линии от телефонной розетки пользователя до узла АТС (Автоматической Телефонной Станции) и от типа самой АТС. Скорость передачи аналогового модема находится в пределах от 14 Кбит/с до 56 Кбит/c, скорость передачи цифрового модема достигает нескольких Мбит/с.

Коаксиальный кабель был изобретѐн намного раньше витой пары. Он состоит из одной толстой медной жилы и проводящей оболочки (например, медной трубки), которая находится от неѐ на некотором расстоянии через слой диэлектрика (непроводящего материала). Внешняя оболочка играет двоякую роль, передавая информационные сигналы и играя роль экрана от

электромагнитных полей для внутренней жилы. Сама проводящая внешняя оболочка покрыта обычной пластиковой изолирующей оболочкой, так что внешне этот кабель не отличается от других. Типичным примером коаксиального кабеля является антенный кабель телевизора или так называемые тюльпаны для передачи звука и подключения колонок и изображения к источнику звукового и видеосигнала.

До 2000 года данный вид кабеля очень широко применялся в локальных сетях, но в настоящее время в них уже практически не используется.

Коаксиальный кабель обеспечивает скорость передачи данных в 10 Мбит/с (стандарт Ethernet).

Витая пара – это общее название для целого вида кабелей, которые состоят из скрученной пары или нескольких скрученных пар проводов.

Витая пара является самым популярным типом кабеля, и именно она используется практически во всех зданиях в качестве внутренней и внешней линии связи. Благодаря скручиванию кабелей добиваются существенного уменьшения влияния внешних и взаимных помех на полезные сигналы, передаваемых по кабелю.

Кабель витой пары состоит из медных проводов, покрытых изоляцией, которые проходят в общей полихлорвиниловой оболочке. В этом случае такой кабель называется неэкранированной витой парой (UTP), которая используется почти во всех проводных локальных сетях внутри здания. Если кабель содержит в своѐм составе также металлическую сетку-экран, которую нужно заземлять, такая пара называется экранированной (STP). Возможности экранированной витой пары намного больше возможностей неэкранированной, поскольку влияния помех в ней оказывается существенно меньшим, но используется она довольно редко из-за своей относительной дороговизны.

Витая пара обеспечивает скорость передачи данных до 1000 Мбит/с (стандарт Gigabit Ethernet).

Оптоволоконный кабель

Волоконно-оптический кабель состоит из тонких гибких стеклянных волокон – волоконных световодов – по которым распространяются световые сигналы.

Волоконно-оптический тип кабеля позволяет передавать

данные с очень большими скоростями (10 Гбит/с и выше), так как скорость распространения световых волн самая высокая и, кроме того, эти сигналы меньше всего подвержены внешним помехам. Для прокладки оптического волокна используется сравнительно дорогое технологичное оборудование, передатчики и приѐмники стоят дороже, чем их аналоги для передачи по другим линиям связи. Также волоконно-оптический кабель легче вывести из строя, он больше всех других проводных линий связи подвержен порче вследствие изгибов или вмятин и сложнее поддаѐтся ремонту. Несмотря на эти недостатки, волоконно-оптические линии связи очень широко применяются на магистральных линиях связи и на различных промежутках, соединяющих дома, районы и города. Волоконно-оптические линии связи начинают всѐ больше и больше применяться и в локальных сетях.

Каждый световод волоконно-оптического кабеля состоит из центрального проводника света – сердцевины – стеклянного волокна, а также из стеклянной оболочки, которая не выпускает идущий по сердцевине луч света. Ввиду своего строения оптоволоконный кабель нельзя гнуть больше установленного для этого кабеля некоторого предельного угла.

Обычная бытовая электрическая сеть может быть использована для организации компьютерной локальной сети. Для передачи данных применяют специальные устройства (например, устройства стандарта HomePlug). Основные достоинства такой сети: нет необходимости в проводке специальных сетевых коммуникаций, компьютеры не ―привязаны‖ к сетевым разъемам, их можно разместить в любом месте, где есть розетка электропитания.

Скорость передачи данных для устройств HomePlug составляет от 14 Мбит/с (для HomePlug 1.0) до

200 Мбит/с (для HomePlug AV). Дальность — до 10 км.

2)Беспроводные (передача в диапазоне радиоволн или инфракрасном диапазоне).

Спутниковый радиоканал связи обеспечивает передачу данных со скоростью до 5 Мбит/с.

Среди беспроводных сетей в последнее время популярны технологии Wi-Fi и

BlueTooth.

Технология Wi-Fi (от Wireless Fidelity, дословно переводится как ―беспроводная точность воспроизведения‖). Передача данных по радиоканалу на частоте около 2,4 ГГц. Скорость передачи данных составляет от 10 до 50 Мбит/с. Зона покрытия каждого узла Wi-Fi-сети (такие узлы называют хотспотами, hotspot буквально переводится как ―горячая точка‖)

— от нескольких десятков метров в помещении и до нескольких сотен метров (иногда больше) на открытом пространстве.

Чтобы пользователь оказался в сети Wi-Fi, ему достаточно просто попасть в радиус ее действия. Все настройки, как правило, производятся автоматически (для подключения к защищенным сетям Wi-Fi требуется знать соответствующий ключ или пароль). Сегодня существует множество устройств, поддерживающих Wi-Fi. Прежде всего — ноутбуки и карманные компьютеры (КПК).

Технология Bluetooth (дословно с английского — ―синий зуб‖). Обеспечивает низкое по стоимости и энергопотреблению, надежное, защищенное сетевое соединение для передачи данных со скоростью до 1 Мбита/с, в радиусе 10 метров (появляются устройства, работающие на расстоянии до 100 метров). Работа ведется на радиочастоте около 2,45 ГГц. Сегодня эта технология популярна для создания локальных сетей в пределах дома, офиса, а также для беспроводной коммуникации различных электронных устройств (например, компьютера с клавиатурой, мышью, принтером, цифровой камерой, мобильным телефоном, МР3-плеером и даже микроволновой печью и холодильником).

Информационная защищенность соединения обеспечивается специальным шифрованием передачи. ―Понять‖ друг друга могут только те устройства, которые настроены на один и тот же шаблон связи, посторонние приборы воспримут переданную информацию как обычный шум.

Территория распространенности сетей

По территориальной распространенности сети можно разделить на:

·локальные вычислительные сети (ЛВС, LAN — Local Area Network);

·глобальные вычислительные сети (ГВС, WAN — Wide Area Network). Локальная сеть объединяет компьютеры (и другие устройства, например, принтеры, факсы, накопители информации) на небольшой территории. Небольшая территория позволяет прокладывать дорогие кабельные каналы связи, обладающие высокой скоростью передачи информации: кабели ―витая пара‖ (скорости передачи по разным стандартам: Ethernet — 10 Мбит/с, Fast

Ethernet — 100 Мбит/с, Gigabit Ethernet —1000 Мбит/с), оптоволоконные кабели (скорость передачи в стандарте 10G Ethernet достигает значения в 10 Гбит/с).

Эти скорости значительно превышают величину, необходимую для передачи звуковой информации без компрессии (около 1,5 Мбит/c) и полноэкранного видео в формате MPEG2 (около 4,5 Мбит/c). Таким образом, через локальную сеть можно комфортно (без задержек) работать с данными, расположенными на другом компьютере, например, просматривать по сети видеоролики. Такой способ работы называется режимом онлайн (on-line, на линии), в отличие от режима офлайн (off-line, с отключенной линией), при котором данные сначала копируются по сети на компьютер, а затем сеть отключается, и данные используются автономно.

Локальная сеть может быть расположена как внутри одной комнаты, так и на площади нескольких десятков квадратных километров.

Глобальная сеть охватывает значительные географические территории и связывает между собой компьютеры и сети компьютеров, расположенные в разных городах и странах.

Прокладка дорогих скоростных каналов связи не всегда экономически оправданна, особенно на больших расстояниях. Для связи между компьютерами часто используют телефонные линии (56 Кбит/с при аналоговой передаче, несколько Мбит/с при цифровой) и спутниковую радиосвязь (до 5 Мбит/с).

Обычной является ситуация, когда локальная сеть входит в состав глобальной. В этом смысле граница между локальными и глобальными сетями довольно условна.