Содержание
Лекция 1. Эволюция компьютерных систем 2
Лекция 2. Сетевая модель OSI 5
Лекция 3. Линии связи. 7
Лекция 4. Физическая передача цифровой информации. 14
Лекция 5. Коммутация каналов и пакетов. 22
Лекция 6. Топологии связей. Сетевые адаптеры и концентраторы. 31
Лекция 7. Технологии Ethernet, Fast Ethernet, 100VG-AnyLAN, GigabitEthernet. 42
Лекция 8. Технологии Token Ring, FDDI. 57
Лекция 9. Беспроводные технологии 802.11. 66
Лекция 10. Структуризация сетей с помощью мостов и коммутаторов. 84
Лекция 1.Эволюция компьютерных систем
Прообраз сети – система мэйнфрейма и терминалов
Первые компьютеры были громоздкими и дорогими. Они предназначались для небольшого числа избранных пользователей.
Первые системы строились на базе мощного и надежного компьютера – мэйнфрейма, который выполнял все необходимые вычислительные операции. При этом пользователи были лишены интерактивного режима работы, при котором можно оперативно руководить процессом обработки данных. Они записывались в очередь для получения времени работы за комп’ютером.
Для одновременной работы нескольких пользователей с большим компьютером появились многотерминальные системы. Каждый пользователь получал в свое распоряжение терминал, с помощью которого он мог вести диалог с мэйнфреймом. Пользователь мог получить доступ к общим файлам и периферийным устройствам мэйнфрейма, при этом у него создавалась иллюзия полного владения компьютером. На самом деле все вычисления выполнял мэйнфрейм, а терминал только вводил и выводил информацию пользователю.
Рис
1. Соединение Мэйнфрейма с терминалами
Вскоре появились удаленные связи двух мэйнфреймов, которые получили возможность обмениваться данными в автоматическом режиме, что и является базовым механизмом любой вычислительной сети. Таким образом, компьютерная сеть – это взаимосвязь нескольких самостоятельных компьютеров. Этим она отличается от системы мэйнфрейм – терминалы.
В начале 70-х годов стоимость компьютеров значительно уменьшилась, а функциональные возможности возросли. Использование системы на базе некоторого количества мини-компьютеров стало эффективнее, чем системы на базе мэйнфрейма. Потребность пользователей вычислительной техники в возможности обмена данными с другими близко расположенными компьютерами привела к появлению первых локальных вычислительных сетей.
Телекоммуникационные сети
Большую роль в появлении компьютерных сетей играют телекоммуникационные сети: это телефонные, телевизионные и радиосети. Развитие этих сетей в большой степени способствовало развитию компьютерных сетей.
Следует отметить, что и компьютерные технологии повлияли на развитие телекоммуникационных сетей. Поэтому сегодня наблюдается тенденция сближения этих сетей.
Изначально в телекоммуникационных сетях передача сигналов была аналоговой ( сигнал плавно изменялся согласно изменению тембра и громкости голоса). На рис 2 можно это изобразить в виде кривой линии, где высота всплесков соответствует громкости, а частота колебаний – тембру:
Рис 2. Кривая аналогового сигнала
Однако, в компьютерных сетях как правило информация не передается сплошным потоком ( как песня) а передается порциями с перерывами ( передан файл и пауза, затем следующий файл …). Кроме того, компьютерные данные в компьютере представлены в двоичном коде и состоят из 1 и 0. Поэтому, для передачи компьютерных данных используется не аналоговая, а цифровая передача данных. Такая передача состоит всего лишь из двух разных сигналов ( один соответствует 1, а другой 0). В упрощенном виде линию такой передачи можно представить в виде:
Рис 3. Кривая цифрового сигнала.
Цифровая передача оказалась более эффективной по многим параметрам и сегодня в телекоммуникационных сетях она все больше вытесняет аналоговую.
Первые глобальные сети (WAN - Wide Area Network)
К появлению первых глобальных вычислительных сетей привела задача доступа к компьютеру с удаленного терминала. Терминалы соединялись с компьютером через телефонные сети. Позднее соединять через телефонные линии связи стали и мэйнфреймы, а это уже были первые глобальные сети.
В первых глобальных сетях в основном передавались файлы и электронная почта. Это ограничение было из-за низкой скорости передачи через аналоговые телефонные линии.
Т.к. телефонные линии были низкого качества (они не были рассчитаны на большие потоки цифровой информации), то при передаче данных происходили искажения данных и сбои из-за различных помех в линии. Поэтому для этих линий были разработаны сложные программы контроля каества переданных данных ( канальные протоколы).
Для работы компьютеров в сети необходимо было «научить» этому операционные системы. Появились новые версии ОС со встроенными модулями для работы с сетью. Такие ОС получили название «Сетевые ОС».
В 1969 г. по инициативе министерства обороны США была разработана единая сеть, объединяющая оборонные и исследовательские центры, ARPANET . Эта сеть в дальнейшем распространилась по всему миру и получила название INTERNET.
Первые локальные сети (LAN – Local Area Network)
В начале 70-х гг. с появлением микросхем появились различные модели микрокомпьютеров. Их стоимость была значительно меньше стоимости мэйнфреймов. Появление большого числа микрокомпьютеров на одном предприятии и на его филиалах потребовало устанавливать связь между ними. Т.к. расстояния между компьютерами одного предриятия, как правило, были небольшими ( в пределах одного здания), то возникли кабельные системы связи компьютеров, которые не были привязаны к старым телефонным линиям и позволяли достичь очень высоких скоростей ( 4 – 10 Мбит/сек). Для такой связи потребовалось создать новое оборудование, что обусловило появление первых технологий локальных компьютерных сетей.
Технология – это согласованный набор программ ( драйверов), аппаратуры( сетевые адаптеры) и линий связи ( кабели, радиосвязь …)
Однако следует отметить, что каждая из этих технологий создавалась не как стандарт, а как индивидуальная разработка отдельной фирмы. Это создавало много трудностей для пользователей: если нужно было соединить две подсети с разными технологиями, то приходилось либо заказывать разработку специальных программ сопряжения или заменять оборудование одной технологии на другую.
Поэтому в середине 80-х гг.появились первые стандарты на локальные сети: Ethernet, Arcnet, TokenRing. Лидером из этих технологий стала технология Ethernet, которая распространилась по всему миру.
Большим достижением глобальных сетей стало создание в 1991 г. WEB - технологий
Сближение локальных и глобальных сетей.
В 70 – 80 гг различия между локальными и глобальными сетями были очень заметными:
Глобальные сети действовали на больших расстояниях, а локальные в основном в пределах 1 здания.
Глобальные сети были очень медленными т.к. линиями связи в основном были старые аналоговые телефонные каналы ( со скоростями 2,4 – 10 Кбит/сек). Локальные сети наоборот, были более скоростными т.к. в них использовалась хорошо защищенная от помех кабельная система, позволяющая достигать высоких скоростей ( 4 – 10 Мбит/сек).
Разнообразие услуг в глобальных сетях из-за низких скоростей было также огрваничено в основном передачей файлов и электронной почты. А локальные сети кроме того позволяли делать совместный доступ к разным ресурсам в сети ( папкам, файлам, факсам …), передавать звуковую и видео информацию и.др.
Однако, с развитием телекоммуникационных технологий, которые позволяли на протяженных каналах связи достигать все больших и больших скоростей и улучшили качество передачи сигнала, различие глобальных и локальных сетей стало все больше уменьшаться:
локальные сети стали соединять одну с другой с помощью техноологий глобальных сетей.- такая объединенная сеть как бы становилась локальной,но с глобальными соединениями.
Появились новые кабельные технологии – оптоволокно, которое позволяло на больших расстояниях достигать скоростей локальных сетей.
Т.к. улучшилось качество передачи сигнала в глобальных сетях, то упростились протоколы глобальных сетей и стали похожими на протоколы локальных . А такой протокол как TCP/IP стал единым сетевым протоколом и для глобальных и для локальных сетей.
Количество услуг, предоставляемых пользователям глобальной сети почти сравнялось с количеством услуг локальных сетей ( в глобальных сетях стала доступна и видеопередача и голосовая и совместный доступ к различным ресурсам как и в локальных)
Раньше локальные сети были обособлены друг от друга и вопросы несанкционированного доступа извне к их ресурсам не рассматривались. Сегодня практически все локальные сети имеют выход в глобальную сеть и вопрос защиты в них стал таким же актуальным как и в глобальных сетях.
Появились единые технологии для локальных и глобальных сетей – ATM
Появились смешанные сети: городские, корпоративные в которых технологии локальных и глобальных сетей тесно смешались друг с другом.
Сближение телекоммуникационных и компьютерных сетей.
Сближение глобальных и локальных сетей было обусловлено во многом сближением компьютерных и телекоммуникацилонных сетей по следующим причинам:
создание в 1969г. единой мультисервисной сети Internet, которая базировалась как на компьютерных так и телекоммуникационных технологиях.
Достижения компьютерных сетей заставили разработчиков телекоммуникационных сетей пересмотреть многие их принципы действия: внедрялась система коммутации пакетов вместо коммутации каналов, аналоговые сигналы стали заменяться цифровыми
В телекоммуникационных сетях появились почти компьютерные услуги: перенаправление телефонного номера, конференцсвязь, телеголосование и др.
Вместо обычной телефонной связи появилась IP-телефония, которая основана на компьютерной передаче данных, а не на прямой передаче голоса.
И наоборот: достижения телекоммуникационных сетей внедрялись в компьютерные сети: создание системы мультиплексирования данных в телефонных каналах стало использоваться для глобальных каналов компьютерных сетей …
Вопросы самостоятельной работы:
Чем отличалась система Мэйнфрейм – терминалов от компьютерной сети. Как обозначаются локальные и глобальные сети, чем они различались на первом этапе их создания. Какие из этих сетей появились раньше?
По каким характеристикам происходит сближение локальных и глобальных сетей. Что такое технология.