Компьютерные сети

Оглавление

Компьютерные сети 1

Преимущества работы в локальной сети 19

Производительность сети 25

Поскольку плата сетевого адаптера оказывает существенное влияние на передачу данных, естественно она влияет и на производительность всей сети. К факторам, от которых зависит скорость передачи данных, относятся следующие: 25

Прямой доступ к памяти. Данные напрямую передаются из буфера платы сетевого адаптера в память компьютера, не затрагивая при этом центральный процессор. 25

Разделяемая память адаптера. Плата сетевого адаптера имеет собственную оперативную память. Компьютер воспринимает эту память как часть собственной. 25

Разделяемая системная память. Процессор платы сетевого адаптера использует для обработки данных часть памяти компьютера. 25

Управление шиной. К плате сетевого адаптера временно переходит управление шиной компьютера, и, минуя центральный процессор, плата передает данные непосредственно в память компьютера. 25

Буферизация. Для большинства плат сетевого адаптера современные скорости передачи данных по сети слишком велики. Поэтому на плате сетевого адаптера устанавливается буфер  с помощью микросхем памяти. В случае, когда плата принимает данных больше, чем способна обработать, буфер сохраняет данные до тех пор, пока они не будут обработаны адаптером. 25

Встроенный микропроцессор. С таким микропроцессором плате сетевого адаптера для обработки данных не требуется помощь компьютера. 26

Серверы должны быть оборудованы платами сетевого адаптера с наибольшей производительностью. 26

Работа сети заключается в передаче данных от одного компьютера к другому. В этом процессе можно выделить несколько отдельных задач: 26

распознать данные; 26

разбить данные на управляемые блоки; 26

добавить информацию к каждому блоку, чтобы: 26

указать местонахождение данных; 26

указать получателя; 26

добавить информацию синхронизации и информацию для проверки ошибок; 26

поместить данные в сеть и отправить их по заданному адресу. 26

Сетевая операционная система при выполнении всех задач следует строгому набору процедур. Эти процедуры называются протоколами или правилами поведения. Протоколы регламентируют каждую сетевую операцию. 26

Стандартные протоколы позволяют программному и аппаратному обеспечению различных производителей нормально взаимодействовать. Существует два главных наборов стандартов: модель OSI и ее модификация Project 802. 26

Модель OSI (Open System Interconnection)  широко распространенный метод описания сетевых сред. Являясь многоуровневой системой, она отражает взаимодействие программного и аппаратного обеспечения при осуществлении сеанса связи, а также помогает решить разнообразные проблемы. 26

Многоуровневая архитектура 26

В модели OSI сетевые функции распределены между семью уровнями. Каждому уровню соответствуют различные сетевые операции, оборудование и протоколы. 26

7. Прикладной уровень 26

6. Представительский уровень 26

5.Сеансовый уровень 26

4. Транспортный уровень 27

3. Сетевой уровень 27

2. Канальный уровень 27

1. Физический уровень 27

В этой таблице представлена многоуровневая архитектура модели OSI. На каждом уровне выполняются определенные сетевые функции, которые взаимодействуют с функциями соседних уровней, вышележащего и нижележащего. Чем выше уровень, тем более сложную задачу он решает. 27

Взаимодействие уровней модели OSI 27

Задача каждого уровня предоставление услуг вышележащему уровню, “маскируя” детали реализации этих услуг. При этом каждый уровень на одном компьютере работает так, будто он напрямую связан с таким же уровнем на другом компьютере. Однако в действительности связь осуществляется между смежными уровнями одного компьютера  программное обеспечение, работающее на каждом уровне, реализует определенные сетевые функции в соответствии с набором протоколов. 27

Перед подачей в сеть данные разбиваются на пакеты. Пакет  это единица информации, передаваемая между устройствами сети как единое целое. Пакет проходит последовательно через все уровни программного обеспечения. На каждом уровне к пакету добавляется некоторая информация, форматирующая или адресная, которая необходима для успешной передачи данных по сети. 27

На принимающей стороне пакет проходит все уровни в обратном порядке. Программное обеспечение на каждом уровне читает информацию пакета, затем удаляет информацию, добавленную к пакету на этом же уровне отправляющей стороной, и передает пакет следующему уровню. Когда пакет дойдет до Прикладного уровня, вся адресная информация будет удалена, и данные примут свой первоначальный вид. 27

Таким образом, за исключением самого нижнего уровня сетевой модели, никакой иной уровень не может непосредственно послать информацию соответствующему уровню другого компьютера. Информация на компьютере-отправителе должна пройти через все уровни. Затем она передается по сетевому кабелю на компьютер-получатель и опять проходит сквозь все слои, пока не достигнет того же уровня, с которого она была послана на компьютере-отправителе. Например, если Сетевой уровень передает информацию с компьютера А она спускается через Канальный и Физический уровень в сетевой кабель, далее по нему попадает в компьютер В, где поднимается через Физический и Канальный уровни и достигает Сетевого уровня. 27

В клиент-серверной среде примером информации, переданной Сетевым уровнем компьютера А Сетевому уровню компьютера В, мог бы служить адрес и, очевидно, информация контроля ошибок, добавленные к пакету. Взаимодействие смежных уровней осуществляется через интерфейс. Интерфейс определяет услуги, которые каждый нижний уровень предоставляет верхнему, и способ доступа к ним. Поэтому каждому уровню одного компьютера “кажется”, что он непосредственно взаимодействует с таким же уровнем другого компьютера. 28

Далее описывается каждый из семи уровней модели OSI 28

Прикладной уровень 28

Уровень 7, Прикладной,  самый верхний уровень модели OSI. Он представляет собой окно для доступа прикладных процессов к сетевым услугам. Этот уровень обеспечивает услуги, напрямую поддерживающие приложения пользователя, такие, как программное обеспечение для передачи файлов, доступа к базам данных и электронная почта. Нижележащие уровни поддерживают задачи, выполняемые на Прикладном уровне. Прикладной уровень управляет общим доступом к сети, потоком данных и обработкой ошибок. 28

Представительский уровень 28

Уровень 6, Представительский определяет формат, используемый для обмена данными между сетевыми компьютерами. Этот уровень можно назвать переводчиком. На компьютере-отправителе, данные, поступившие от Прикладного уровня, на этом уровне переводятся в общепонятный промежуточный формат. На компьютере-получателе на этом уровне происходит из промежуточного формата в тот, который используется Прикладным уровнем данного компьютера. Представительский уровень отвечает за преобразование протоколов, трансляцию данных, их шифрование, смену или преобразование применяемого набора символов. Представительский уровень, кроме того, управляет сжатием данных для уменьшения передаваемых битов. 28

На этом уровне работает утилита, называемая редиректором. Ее назначение  переадресовать операции ввода/вывода к ресурсам сервера. 28

Сеансовый уровень 28

Уровень 5, Сеансовый, позволяет двум приложениям на разных компьютерах устанавливать, использовать и завершать соединение, называемое сеансом. На этом уровне выполняются такие функции, как распознавание имен и защита, необходимые для связи двух приложений в сети. 28

Сеансовый уровень обеспечивает синхронизацию между пользовательскими задачами посредством расстановки в потоке данных контрольных точек. Таким образом, в случае сетевой ошибки, потребуется передать заново только данные, следующие за последней контрольной точкой. На этом уровне выполняется управление диалогом между взаимодействующими процессами, т.е. регулируется, какая из сторон осуществляет передачу, когда, как долго и т.д. 29

Транспортный уровень 29

Уровень 4, Транспортный, обеспечивает дополнительный уровень соединения  ниже Сеансового уровня. Транспортный уровень гарантирует доставку пакетов без ошибок, в той же последовательности, без потерь и дублирования. На этом уровне сообщения переупаковываются: длинные разбиваются на несколько пакетов, а короткие объединяются в один. Это увеличивает эффективность передачи пакетов по сети. На Транспортном уровне компьютера-получателя сообщения распаковываются, восстанавливаются в первоначальном виде, и обычно посылается сигнал подтверждения приема. 29

Транспортный уровень управляет потоком, проверяет ошибки и участвует в решении проблем, связанных с отправкой и получением пакетов. 29

Сетевой уровень 29

Уровень 3, Сетевой, отвечает за адресацию сообщений и перевод логических адресов и имен в физические адреса. Здесь определяется маршрут откомпьютера-отправителя к компьютеру-получателю. На этом уровне решаются проблемы, связанные с коммутацией пакетов, маршрутизацией и перегрузкой. 29

Канальный уровень 29

Уровень 2, Канальный, осуществляет передачу кадров данных от Сетевого уровня к Физическому. Кадры  это логически организованная структура, в которую можно помещать данные. Канальный уровень компьютера-получателя упаковывает “сырой” поток битов, поступающих от Физического уровня, в кадры данных. 29

На рис. ниже представлен простой кадр данных, где идентификатор отправителя  адрес компьютера отправителя, а идентификатор получателя  адрес компьютера-получателя. Управляющая информация используется для маршрутизации, а также указывает на тип пакета и сегментацию. Данные  собственно передаваемая информация. CRC (остаток избыточной циклической суммы)  это сведения, которые помогут выявить ошибки, что, в свою очередь, гарантирует правильный прием информации. 29

30

Физический уровень 30

Уровень 1, Физический,  самый нижний в модели OSI. Этот уровень осуществляет передачу неструктурированного, "сырого" потока битов по физической среде (например, по сетевому кабелю). Здесь реализуются электрический, оптический, механический и функциональный интерфейсы с кабелем. Физический уровень также формирует сигналы, которые переносят данные, поступившие от всех вышележащих уровней. 30

На этом уровне определяется способ соединения сетевого кабеля с платой сетевого адаптера, в частности, количество контактов и их функции. Кроме того, здесь определяется способ передачи данных по кабелю. 30

Физический уровень предназначен для передачи битов (нулей и единиц) от одного компьютера к другому. Содержание самих битов на данном уровне значения не имеет. Этот уровень отвечает за кодирование данных и синхронизацию битов, гарантируя, что переданная единица будет воспринята именно как единица, а не как ноль. Наконец, Физический уровень устанавливает длительность каждого бита и способ перевода бита в соответствующие электрические или оптические импульсы, передаваемые по сетевому кабелю. 30

Работа протоколов 31

Подсети и маршрутизаторы 35

Большая часть архитектуры интерсети строится, исходя из принципа, что ПК А, В, С могут непосредственно взаимодействовать друг с другом, а машины F, G, H  передавать информацию между собой, но компьютеры А, В, С не в состоянии обмениваться данными с F, G, H без помощи машины, оснащенной платами Ethernet D и E. Машина D/E будет функционировать как маршрутизатор  устройство, обеспечивающее коммутацию между различными сетевыми сегментами. Поэтому подсеть  совокупность машин, взаимодействующих друг с другом без помощи маршрутизации. 35

Подробнее о маршрутизации 36

Множественный доступ с контролем несущей и предотвращением коллизий 40

Доступ с передачей маркера 40

Когда какой-либо компьютер “наполнит” маркер своей информацией и пошлет его по сетевому кабелю, другие компьютеры уже не могут передавать данные. Так как в каждый момент времени только один компьютер будет использовать маркер, то в сети не возникнет ни коллизии, ни временных пауз. 41

Доступ по приоритету запроса 41

Доступ по приоритету запроса  относительно новый метод доступа, разработанный для стандарта сети Ethernet со скоростью передачи 100 Мбайт/с  100VG-Any LAN. 41

Рис. Сеть 100VG-Any LAN топологии “звезда-шина” использует метод доступа по приоритету запроса 42

Состязание приоритетов запросов 42

Ethernet 44

Ethernet самая популярная в настоящее время архитектура. Она использует узкополосную передачу со скоростью 10 Мбит/с, топологию “шина”, а для регулирования трафика в основном сегменте кабеля  CSMA/CD. 44

Среда (кабель) Ethernet является пассивной, т. е. получает питание от компьютера. Следовательно, она прекратит работу из-за физического повреждения или неправильного подключения терминатора. 44

Сеть Ethernet имеет следующие характеристики: 44

Формат кадра 44

Ethernet разбивает данные на пакеты (кадры), формат которых отличается от формата пакетов, используемого в других сетях. Кадры представляют собой блоки информации, передаваемые как единое целое. Кадр Ethernet может иметь длину от 64 до 1518 байтов, но сама структура кадра Ethernet использует, по крайней мере, 18 байтов, поэтому размер блока данных Ethernet  от 46 до 1500 байтов. Каждый кадр содержит управляющую информацию и имеет общую с другими кадрами организацию. 45

Например, передаваемый по сети кадр Ethernet II используется для протокола TCP/IP. Кадр состоит из частей, которые перечислены в таблице. 45

Поле кадра 45

Описание 45

Преамбула 45

Отмечает начало кадра 45

Местонахождение и источник 45

Указывает адрес источника и приемника 45

Тип 45

Используется для идентификации 45

протокола Сетевого уровня (IP или IPX) 45

Циклический избыточный код 45

Поле информации для проверки ошибок 45

Ethernet работает с большинством популярных операционных систем, в их числе: 45

Microsoft Windows 95; 45

Microsoft Windows NT Workstation; 45

Microsoft Windows NT Server; 45

Novell NetWare. 45

Token Ring 45

От других сетей Token Ring отличает не только кабельная система, но и использование доступа с передачей маркера. 45

46

Рис. Физически звезда, логически  кольцо 46

Сеть Token Ring имеет следующие характеристики: 46

топология 46

 звезда-кольцо; 46

метод доступа 46

 с передачей маркера; 46

кабельная система 46

 экранированная и неэкранированная витая пара 46

скорость передачи данных 46

4 и 16 Мбит/c 46

тип передачи 46

 узкополосная 46

Архитектура 46

Топология типичной сети Token Ring  “кольцо”. Однако в версии IBM это топология “звезда-кольцо”: компьютеры в сети соединяются с центральным концентратором, маркер передается по логическому кольцу. Физическое кольцо реализуется в концентраторе. Пользователи  часть кольца, но они соединяются с ним через концентратор. 46

Формат кадра 46

Основной формат кадра Token Ring показан на рисунке ниже и описан в следующей таблице. Данные составляют большую часть кадра. 46

47

Рис. Кадр данных Token Ring 47

Поле кадра 47

Описание 47

Стартовый разделитель 47

Сигнализирует о начале кадра 47

Управление доступом 47

Указывает на приоритет кадра и на то, что передается  кадр маркера или кадр данных 47

Управление кадром 47

Содержит информацию Управления доступом к среде  для всех компьютеров или информацию “конечной станции”  только для одного компьютера 47

Адрес приемника 47

Адрес компьютера-получателя 47

Адрес источника 47

Адрес компьютера-отправителя 47

Данные 47

Передаваемая информация 47

Контрольная последовательность кадра 47

CRC 47

Конечный разделитель 47

Сигнализирует о конце кадра 47

Статус кадра 47

Сообщает, был ли распознан и скопирован кадр (доступен ли адрес приемника) 47

Функционирование 47

Когда в сети Token Ring начинает работать первый компьютер, сеть генерирует маркер. Маркер проходит по кольцу от компьютера к компьютеру, пока один их них не сообщит о готовности передать данные и не возьмет управление маркером на себя. Маркер  это предопределенная последовательность битов (поток данных), которая позволяет отправить данные по кабелю. Когда маркер захвачен каким-либо компьютером, другие компьютеры передавать данные не могут. 47

Захватив маркер, компьютер отправляет кадр данных в сеть (как показано на рис. ниже). Кадр проходит по кольцу, пока не достигнет узла с адресом, соответствующим адресу приемника в кадре. Компьютер-приемник копирует кадр в буфер приема и делает пометку в поле статуса кадра о получении информации. 48

Кадр продолжает передаваться по кольцу, пока не достигнет отправившего его компьютера, который и удостоверяет, что передача прошла успешно. После этого компьютер изымает кадр из кольца и возвращает туда маркер. 48

48

Рис. Маркер обходит логическое кольцо по часовой стрелке 48

В сети одномоментно может передаваться только один маркер, причем только в одном направлении. 48

Передача маркера  детерминистический процесс, это значит, что самостоятельно начать работу в сети (как, например, в среде CSMA/CD) компьютер не может. Он будет передавать данные лишь после получения маркера. Каждый компьютер действует как однонаправленный репитер, регенерирует маркер и посылает его дальше. 48

Мониторинг системы 48

Компьютер, который первым начал работу, наделяется системой Token Ring особыми функциями: он должен осуществлять текущий контроль за работой всей сети. Он проверяет корректность отправки и получения кадров, отслеживая кадры, проходящие по кольцу более одного раза. Кроме того, он гарантирует, что в кольце одномоментно находится лишь один единственный маркер. 48

Распознавание компьютера 49

После появления в сети нового компьютера система Token Ring инициализирует его таким образом, чтобы он стал частью кольца. Этот процесс включает: 49

проверку уникальности адреса; 49

уведомление всех сети о появлении нового узла. 49

50

Рис. Добавляемые концентраторы не нарушают логического кольца 50

Интернет  это всемирное объединение сетей, шлюзов (шлюзы обеспечивают связь между различными архитектурами и средами. Они переупаковывают и преобразуют данные, передаваемые из одной среды в другую, чтобы каждая среда могла понимать данные других сред), серверов и компьютеров, использующее для связи единый набор протоколов. Интернет предоставляет глобальный доступ к информации и ресурсам. Сервис в Internet построен на основе модели “клиент-сервер”. Сервер является программой, поддерживающей определенную услугу сети. Доступ пользователей других узлов сети к этой услуге реализуется через программу-клиент. Рассмотрим наиболее известные услуги, предоставляемые серверами сети Интернет. 51

Услуги Интернет 51

К наиболее известным услугам Интернет относятся: 51

World Wide Web 51

Гипертекст  это прежде всего система документов (как правило, очень объемных) с перекрестными ссылками. Поскольку система WWW позволяет включать в эти документы не только тексты, но и графику, звук и видео, гипертекстовый документ превратился в гипермедиа-документ. Документы, на которые сделаны ссылки, могут находиться на удаленных компьютерах. По ссылкам можно значительно удалится от первоначального источника информации, но к нему можно легко вернуться. Гипермедиа-документы хранятся на WWW-серверах сети Internet. Для работы с гипермедиа-документами разработано много различных программ-клиентов, называемых программами просмотра WWW, или броузерами (browsers). Программы просмотра позволяют по известному точному адресу вызывать нужные вам документы, накапливать их, сортировать, редактировать, печатать. 51

Наиболее популярными программами просмотра являются Netscape Navigator, Mosaic, Microsoft Internet Explorer. Все эти броузеры имеют много общего. Если точный адрес интересующего вас документа неизвестен, необходимо обратится к программам поиска. Для поиска информации в WWW имеются программные системы Lycos, Yahoo, Web-Crawler, Infoseek, Alta Vista. В настоящее время Web–серверы разработаны многими фирмами и университетами. 52

Получение Web-документа и других информационных ресурсов Internet не вызывает затруднений, если вы знаете его точный адрес. Однако далеко не всегда известен адрес не только документа, но и сервера, содержащего информацию по интересующей теме. Для поиска адресов нужных документов в Web-системе разработано большое количество поисковых программ. Основой поиска в них являются задаваемые ключевые слова и их комбинации, разделяемые некоторыми логическими связками. Причем для получения результата достаточно ввести в окно (для ввода ключевых слов) слова, определяющие темы ваших интересов, и нажать кнопку Search (Поиск), размещаемую, как правило, рядом с окном. 52

Программа поиска для выбора нужных адресов обращается к серверам поиска, доступных через интерфейс Web. Основной функцией этих серверов является обработка информации из документов различных серверов, занесение ее в базу данных и предоставление адресов этой информации по запросам пользователей поисковых программ. Системы поиска предоставляют возможность ограничить круг поиска выбранным географическим районом, предметной областью и т. п. Однако, несмотря на доступность многочисленных средств поиска, решение задачи эффективного поиска остается не простым. Для того, чтобы поиск приносил удовлетворительные результаты, нужно хорошо изучить возможности выбранной программы поиска, правила формулирования запросов. Слова запроса должны точно, полно и кратко характеризовать предмет вашего поиска. Очевидно, чем больше слов использовано в запросе, тем больше сужается поиск. 52

File Transfer Protocol 52

С электронной почты началось создание Интернет и она остается самым популярным видом деятельности в ней. К преимуществам электронной почты относятся: скорость и надежность доставки корреспонденции; относительно низкая стоимость услуг; возможность быстро ознакомить широкий круг корреспондентов с сообщением; посылка не только текстовых сообщений, но и программ, графики, аудифайлов. 53

Рассмотрим принципиальную схему, лежащую в основе различных систем электронной почты. Для посылки сообщения с помощью вашего компьютера вы вызываете почтовую программу, указываете получателя сообщения, создаете сам текст сообщения и даете указание программе, чтобы она выполнила его отправку. По сигналу на передачу сообщения устанавливается связь вашего компьютера с почтовым хостом-компьютером (ведущим компьютером), непосредственно включенным в ту или иную глобальную сеть. Сообщение, попадая на хост-компьютер отправителя, далее передается по каналам связи на машину получателя и там помещается в область дисковой памяти, принадлежащую адресату и называемую почтовым ящиком. Пользователь-получатель забирает поступившую почту из почтового ящика на свой компьютер и обрабатывает ее. 53

Любая электронная почта состоит из двух главных подсистем: 53

У почтового сообщения следующая структура: 54

Заголовок включает в себя: адрес получателя письма (поле To); ваш обратный адрес (поле From); тему письма (поле Subject; оно должно быть кратким и информативным); дату и время отправки письма (поле Date); адресаты, которые получат копию письма (поля Сс и Всс, различия между этими полями заключаются в том, что адресаты, перечисленные в поле Всс, не появятся в заголовке письма в поле получателей, это поле называется полем скрытых копий); список файлов, посылаемых вместе с письмом. 54

Адрес электронной почты в общем случае имеет следующий вид: 54

имя-пользователя@хост-компьютер.поддомен.домен-верхнего-уровня 54

Адрес состоит из двух частей: имени пользователя и адреса почтового хост-компьютера, на котором зарегистрирован этот пользователь. Две части адреса разделяются знаком @. 54

Конкретный адрес пользователя может выглядеть, например, так: 54

lina@main.uef.ru. 54

Часть адреса, стоящая справа от знака @, обозначает: ru  Россия, uef  Санкт-Петербургский университет экономики и финансов, main  имя хост-компьютера, на котором зарегистрирован пользователь lina (или установлен почтовый ящик с таким именем. Например, электронный адрес президента Соединенных Штатов Америки выглядит так: 54

president@whitehouse.gov. Последние три буквы означают, что адрес зарегистрирован на домене Интернета, который оплачивается правительством. 54

Заголовок отделяется от текста сообщения пустой строкой. В конце текста может стоять signatyre  электронная подпись, но не обязательно. 54

Новости 54

Gopher 55

Система Gopher осуществляет поиск файлов на указанном Gopher-сервере по содержанию, а не по адресу, доменному имени и имени файла. Содержание предоставляется этой программой в виде меню. Обычное главное меню содержит пункты, характеризующие активный Gopher-сервер, и среди этих пунктов имеется пункт, который позволяет перейти к поиску на других серверах. Сами Gopher-сервера имеют имена, которые позволяют определить тематику, предоставляемую сервером, а также его местонахождение. Число Gopher-серверов мира составляет несколько тысяч. С помощью распределенных индексов они связаны в единую поисковую систему, называемую Gopherspaсe. Поиск в этом пространстве осуществляется с помощью нескольких разновидностей поисковых систем. Наиболее известна среди них система Veronica, позволяющая проводить широкий поиск по ключевым словам. 55

Telnet 56

Получить услуги сети Internet, используя услуги удаленного компьютера, позволяет Telnet  протокол удаленного терминального доступа к сети. С помощью Telnet вы можете работать на своем компьютере так, как будто сидите за терминалом удаленной системы. Все вводимые на вашем компьютере команды выполняются системой удаленного компьютера. 56

Работая на удаленном компьютере с помощью Telnet, можно запускать любые имеющиеся на нем программы-клиенты, которые позволят получить нужную услугу. Microsoft Windows NT и Windows 95 устанавливают программу Telnet как часть пакета утилит TCP/IP. 56

реализуется системой IRC (Internet Relay Chart). Эта система предназначена для бесед “в прямом эфире” и существует благодаря высокой скорости передачи информации в сети Internet. В реальном времени могут общаться сразу группа пользователей. 56

Узлы Интернета 56

Поиск ресурсов 56

Имена в Интернете 56

Доменная система имен 57

org  для некоммерческих организаций. 57

Модем (modem) это устройство, которое позволяет компьютерам обмениваться данными по телефонным линиям. 58

Когда компьютеры расположены слишком далеко друг от друга, и их нельзя соединить стандартным сетевым кабелем, связь между ними устанавливается с помощью модема. В сетевой среде модемы служат средством связи между отдельными сетями или между ЛВС и остальным миром. 58

Осуществлять связь по телефонным линиям компьютеры не могут, так как обмениваются данными с помощью цифровых электронных импульсов, а по телефонным линии можно передавать только аналоговые сигналы (звуки). 58

Цифровой сигнал (синоним двоичного) может принимать лишь два значения: 0 или 1. Аналоговый сигнал — это плавная кривая, которая может иметь бесконечное множество значений. 58

Модем на передающей стороне преобразует цифровые сигналы компьютера в аналоговые и посылает их по телефонной линии. Модем на принимающей стороне преобразует входящие аналоговые сигналы в цифровые для компьютера-получателя. 58

Аппаратное обеспечение модемов 59

Внешний модем представляет собой небольшую коробочку, подключаемую к компьютеру с помощью последовательного (RS-232) кабеля. Этот кабель соединяет последовательный порт компьютера с тем разъемом модема, который предназначен для связи с компьютером. Для подключения модема к телефонной сети используется кабель с разъемом RJ-11. 59

59

Рис. Внешний модем подключается к последовательному порту компьютера кабелем RJ-232 59

Современные модемы имеют скорость передачи данных до 76800 бит/c. 59

Типы модемов 60

Асинхронная связь 60

При асинхронном методе данные передаются последовательным потоком. 60

Сжатие уменьшает время, необходимое для передачи данных за счет удаления избыточных элементов или пустых участков. 61

Для контроля ошибок при асинхронной связи может использоваться специальный бит  бит четности. При контроле четности количество посланных и принятых единичных битов должно совпадать. 61

Синхронная связь 61

В случае ошибки синхронная схема распознавания и коррекции ошибок просто повторяет передачу кадра. Синхронная связь используется практически во всех цифровых системах связи и сетях. Из-за высокой стоимости и сложности синхронные модемы для домашних условий, как правило, не предлагаются. 61

Связь через модем осуществляется по какому-либо кабелю или коммуникационной линии. Тип кабеля, а также коммуникационная компания, предоставляющая линию связи и соответствующие услуги, определяют различия в производительности и стоимости канала связи. Общая закономерность такова: чем быстрее и на большие расстояния передавать данные, тем задача сложнее, тем выше ее стоимость. 62

Телефонные линии 62

Существует два типа телефонных линий, по которым может осуществляться модемная связь. 62

Удаленный доступ 62

Обозначение 66

Система 66

передачи 66

Число 66

каналов Т-1 66

Число речевых каналов 66

Скорость передачи данных (Мбит/с) 66

Функции 67

Почтовые ящики 67

Извещение 68

Подтверждение приема 68

Присоединенные файлы 68

Каталоги 68

Поддержка 69

Стандарты 69

Кратко обсудим некоторые перспективы развития вычислительной техники и различных средств передачи данных. 71

Историю развития вычислительных машин принято делить на несколько поколений, подразумевая под этим модели ЭВМ, характеризуемые одинаковыми технологически-программными решениями (элементная база, логическая архитектура, программное обеспечение). 71

2.Активные сети 72

За прошедшие годы концепция активных сетей впитала в себя множество авторских идей, фактически превратившись в обобщающее название группы различных технологий. Эти технологии объединяет стремление значительно увеличить интеллектуальность глобальных сетей, подняв ее на качественно новый уровень. 72

Концепция активных сетей предлагает принципиально иной взгляд на обработку трафика, которая должна учитывать запросы приложений и быстро меняющееся состояние сети. Функции динамического управления можно реализовать путем загрузки в сетевые устройства специального программного обеспечения с возможностью его оперативной модификации перенастройки (отсюда еще одно название  программируемые сети). Главная проблема здесь заключается в выборе конкретного способа доставки ПО в сетевые узлы. Основные варианты ее решения можно условно разбить на две большие группы. В первом случае загрузка ПО выполняется заранее, а поступающий трафик осуществляет лишь переключение на тот или иной сценарий обработки. Во втором исполняемые коды встраиваются непосредственно в пакеты данных. 73

В качестве примера первого подхода рассмотрим архитектуру активных сетей, которая разработана в Технологическом институте шт. Джорджия не в последнюю очередь с ориентацией на построение самоорганизующихся КЭШей в глобальных сетях. 74

24. 3. Новое поколение радиосредств 76

3. Технологии и компоненты передачи данных по линиям электропитания 76

Базовые компоненты 77

24.4. Мобильная спутниковая связь 78

24. 5. Компьютеры + ТВ 78

В будущем интерактивность телерадиовещания будет играть ключевую роль. Это становится очевидным при обращении к Web-страницам новостей. Интерактивность обеспечивает связь между пользователем и создателем программ или поставщиком услуг, позволяя первому быстрее и точнее выбирать желаемое. Благодаря интерактивности телерадиовещание из средств потребления массовой информации превращается в новый вид мультимедиа-связи. План конвергенции ТВ и компьютеров предложенный Форумом современных телевизионных систем содержит описание средств создания программ и их доставки как на телевизионные приемники, так и непосредственно на вход персонального компьютера. Согласно этому плану, телевизионный сигнал повышенного качества в интерактивной системе состоит из трех основных компонентов: извещения для приемника о том, что в сигнале имеются данные повышенного качества, самого программного содержания повышенного качества и пусковых сигналов, указывающих приемнику, в какой момент отображать те или иные элементы данных. 78

24.6. Интегрированные услуги нового поколения Internet 78

Эволюция сетевых технологий 78

Телефонные сети 78

Сети АТМ 79

Появление концепции СИС 80

Экономическая информатика: Учебник для вузов /Под ред. В.В. Евдокимова.  СПб.: Питер, 1997. 81

В.З. Аладьев, Ю. Я. Хунт, М. Л. Шишаков. Основы информатики.  М.: Филинъ, 1998. 81

Чарльз Перкинс, Мэттью Стриб. NT Workstation.  М.: Издательство "Лори", 1997. 81

Компьютерные сети. Учебный курс.  Вашингтон.: Русская редакция, 1995. 81

В. Гук. Аппаратные средства PC.  СПб.: Питер, 1995. 81

Марк Майнези, Криста Андерсон, Элизабет Криган. Введение в Windows NT Server 4.  М.: Издательство "Лори", 1995. 81

Б. С. Богумирский. Руководство пользователя ПЭВМ, часть 1.  СПб.: Ассоциация "OILO", 1992. 81

Билл Игер. Работа в Internet.  М.: "Мир",1990. 81

Ноэль Истабрук. Освой самостоятельно Internet за 24 часа.  М.:Бином,1998. 81

Луис Кан, Лаурс Логан. Мой узел Web. Microsoft Press. Русская редакция, 1996. 81

Ф. Бауэр, Г. Гооз. Информатика.  М.: "Мир",1990. 81

Тема 1. Типовые структуры, программное обеспечение, режимы работы, функционирование, классификация и архитектура вычислительных сетей. Техническое, информационное и программное обеспечение сетей

Лекция 1.Типовые структуры, программное обеспечение, классификация и архитектура вычислительных сетей

Компьютерной сетью называется совокупность взаимосвязанных через каналы передачи данных компьютеров, обеспечивающих пользователей средствами обмена информацией и коллективного использования ресурсов сети: аппаратных, программных и информационных.

Объединение компьютеров в сеть позволяет совместно использовать дорогостоящее оборудование диски большой емкости, принтеры, основную память, иметь общие программные средства и данные. Основным назначением сети является обеспечение простого, удобного и надежного доступа пользователя к распределенным общесетевым ресурсам и организация их коллективного использования при надежной защите от несанкционированного доступа, а также обеспечение удобных и надежных средств передачи данных между пользователями сети.

Существует множество задач, нуждающихся в централизованных общих данных, удаленном доступе к базам данных, передаче данных на расстоянии и их распределенной обработке. Примерами являются банковские и другие финансовые структуры; коммерческие системы, отражающие состояние рынка (“спрос-предложение”); системы социального обеспечения; налоговые службы; дистанционное компьютерное обучение; системы резервирования авиабилетов; дистанционная медицинская диагностика; избирательные системы.

Классификация сетей

Существуют два основных типа сетей: одноранговые сети и сети на основе сервера (многоранговые сети).

Все сети имеют некоторые общие компоненты, функции и характеристики. В их числе:

• серверы (server)компьютеры, предоставляющие свои ресурсы сетевым пользователям;

• клиенты (client)компьютеры, осуществляющие доступ к сетевым ресурсам, предоставляемым сервером;

• среда (media)способ соединения компьютеров;

• совместно используемые данные файлы, предоставляемые серверами по сети;

• совместное использование периферийные устройства, например, принтеры, библиотеки CD-ROMи т.д.,ресурсы, предоставляемые серверами;

• ресурсы файлы, принтеры и другие элементы, используемые в сети.

Различия между одноранговыми сетями и сетями на основе сервера имеют принципиальное значение, поскольку определяют разные возможности этих сетей. Выбор типа сети зависит от многих факторов:

• размера предприятия;

• необходимого уровня безопасности;

• вида бизнеса;

• уровня доступности административной поддержки;

• объема сетевого трафика;

• потребностей сетевых пользователей;

• финансовых затрат.

В одноранговой сетивсе компьютеры равноправны: нет иерархии среди компьютеров и нет выделенного (dedicated) сервера. Как правило, каждый компьютер функционирует и как клиент, и как сервер; иначе говоря, нет отдельного компьютера, ответственного за администрирование всей сети. Все пользователи самостоятельно решают, какие данные на своем компьютере сделать общедоступными по сети.

Одноранговые сети называют также рабочими группами. Рабочая группа это небольшой коллектив, поэтому в одноранговых сетях чаще всего не более 10 компьютеров. Одноранговые сети относительно просты. Каждый компьютер является одновременно клиентом и сервером, и нет необходимости в мощном центральном сервере. Одноранговые сети обычно дешевле сетей на основе сервера, но требуют более мощных (и дорогих) компьютеров.

В такие операционные системы, как MicrosoftWindowsNTWorkstation,MicrosoftWindows95 встроена поддержка одноранговых сетей. Поэтому, чтобы установить одноранговую сеть, дополнительного программного обеспечения не требуется.

Одноранговая сеть вполне подходит там, где:

• количество пользователей не превышает 10 человек;

• пользователи расположены компактно;

• вопросы защиты данных не критичны;

• в обозримом будущем не ожидается значительного расширения фирмы и, следовательно, сети.

В одноранговой сети системный администратор, контролирующий сеть не выделяется. Каждый пользователь сам администрирует свой компьютер.

Компьютерные сети можно классифицироватьпо степени территориальной распределенности. При этом различают: глобальные, региональные и локальные сети.

Глобальные сетиобъединяют пользователей, расположенных по всему миру, и часто используют спутниковые каналы связи, позволяющие соединять узлы сети связи и ЭВМ, находящиеся на расстоянии 10-15 тыс. км друг от друга.

Региональные сетиобъединяют пользователей города, области, небольших стран. В качестве связи часто используют телефонные линии. Расстояния между узлами сети составляют 10-1000 км.

Локальные сетиЭВМ связывают абонентов одного ил нескольких близлежащих зданий одного предприятия, учреждения. Локальные сети могут иметь любую структуру, но чаще всего компьютеры в локальной сети связаны единым высокоскоростным каналом передачи данных. Расстояния между ЭВМ в локальной вычислительной сети небольшиедо 10 км.

Сетевое программное обеспечение

Программное обеспечение, предназначенное для работы в сети, должно быть ориентированным на одновременное использование многими пользователями. В настоящее время получили распространение две основные концепции построения такого программного обеспечения.

В первой концепции сетевое программное обеспечение ориентировано на предоставление многим пользователям ресурсов некоторого общедоступного главного компьютера сети, называемого файловым сервером. Это название он получил потому, что основным ресурсом главного компьютера являются файлы. Файловый серверсамый общий тип сервера. Очевидно, емкость дисков файлового сервера должна быть больше, чем на обычном компьютере. Сетевое программное обеспечение, управляющее ресурсами файлового сервера и предоставляющее к ним доступ многим пользователям сети, называетсясетевой операционной системой. Ее основная часть размещается на файловом сервере; нарабочих станциях(компьютерах пользователей) устанавливается только небольшая оболочка, выполняющая роль интерфейса между программами, обращающимися за ресурсами, и файловым сервером.

Программные системы, ориентированные на работу в рамках этой концепции, позволяют пользователю использовать ресурсы файлового сервера. Как правило, сами программные системы также могут храниться на файловом сервере и использоваться всеми пользователями одновременно, но для выполнения модули этих программ по мере необходимости переносятся на рабочую станцию и там выполняют работу, для которой они предназначены.

Во второй концепции, называемой архитектурой “клиент-сервер”, программное обеспечение ориентировано не только на коллективное использование ресурсов, но и на их обработку в месте размещения ресурса по запросам пользователя. Программные системы архитектуры “клиент-сервер” состоят из двух частей: программное обеспечение сервера и программное обеспечение пользователя-клиента. Работа этих систем организуется следующим образом: программы-клиенты выполняются на компьютере пользователя и посылают запросы к программе-серверу, которая работает на компьютере общего доступа. Основная обработка данных производится мощным сервером, а на компьютер пользователя посылаются только результаты выполнения запроса.

Преимущества работы в локальной сети

Перечислим основные преимущества работы в локальной сети с файловым сервером.

1. Возможность хранения данных персонального и общего пользования на дисках файлового сервера. Благодаря этому обеспечивается: одновременная работа нескольких пользователей с данными общего применения (просмотр и чтение текстов, электронных таблиц и баз данных), многоаспектная защита данных на уровне каталогов и файлов.

2. Возможность хранения программных средств, необходимым многим пользователям, в единственном экземпляре на дисках файлового сервера. Благодаря указанной возможности обеспечивается: рациональное использование внешней памяти за счет освобождения локальных дисков рабочих станций от хранения программных средств; обеспечение надежного хранения программных продуктов средствами защиты сетевой ОС.

3. Обмен информацией между всеми компьютерами сети. При этом обеспечивается диалог между пользователями сети, а также возможность организации электронной почты.

4. Одновременная печать всеми пользователями сети на общесетевых принтерах.

5. Возможность использования сетевой среды для методического усовершенствования учебного процесса за счет применения специальных программ обмена информацией между компьютерами учеников и компьютером преподавателя.

6. Обеспечение доступа пользователя с любого компьютера локальной сети к ресурсам глобальных сетей при наличии единственного коммуникационного узла глобальной связи.