Компьютерные сети. 12

             

                                                  Содержание

 

                                                                                                                  Стр.

 

Введение                                                                                                      3

1.    Компьютерные  сети                                                                         4-6

2.    Классификация  компьютерных  сетей                                           6-7

3.    Каналы передачи  данных компьютерных сетей                           7-10

4.    Информационные  технологии передачи данных 

       в компьютерных  сетях                                                                     10-19

Заключение                                                                                               20

Список использованных источников                                                     21

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                             Введение

 

    Компьютеры могут  эффективно использоваться и  при автономной работе, но еще  большие результаты могут быть  достигнуты при их объединении  в сеть. Под компьютерной сетью  в широком смысле слова понимают  любое множество машин, связанных  между собой каналами передачи  данных (каналами связи, линиями  связи).

  Существует ряд веских  причин для такого объединения. Во-первых, совместное использование  ресурсов позволяет нескольким  ЭВМ или другим устройствам  осуществлять совместный доступ  к жестким дискам, дисководам, стримеру, принтерам и другому оборудованию, что заметно снижает затраты  в расчете на одного пользователя.

  Во-вторых, сетевые версии  прикладного ПО также нередко  позволяют экономить удельные  затраты на покупку и сопровождение  программ.

  В-третьих, компьютерные  сети обеспечивают широкие возможности  взаимодействия пользователей.

  В-четвертых, появляется  возможность использовать каналы  связи компьютерной сети как  основу общей коммуникационной  инфраструктуры (для непосредственного  общения людей, передачи текстовых, звуковых и видеоданных и т.д.). Особое значение при этом имеет  организация распределенной обработки  и хранения данных.

   Современные информационные  системы продолжают возникшую  в конце 70-хгг. тенденцию распределенной  обработки  данных.  Начальным  этапом  развития таких систем  явились многомашинные ассоциации  – совокупность  вычислительных  машин  различной  производительности,  объединенных  в  систему  с   помощью каналов  связи.  Высшей  стадией  систем  распределенной  обработки   данных являются  компьютерные  (вычислительные)  сети  различных   уровней   –   от локальных до глобальных.

 

                               1.Компьютерные сети

 

    Компьютерные сети  отнюдь  не  являются  единственным  видом  сетей,

созданным человеческой цивилизацией. Даже водопроводы  Древнего  Рима  можно рассматривать как один  из  наиболее  древних  примеров  сетей,  покрывающих большие территории и обслуживающих многочисленных  клиентов.  Другой,  менее экзотический пример — электрические  сети.  В  них  легко  можно  найти  все компоненты любой территориальной сети: источники ресурсов —  электростанции, магистрали  —  высоковольтные   линии   электропередач,   сеть   доступа   - трансформаторные  подстанции,  клиентское  оборудование   - осветительные  и бытовые электроприборы.

    Компьютерные сети,  называемые  также  вычислительными  сетями,  или сетями  передачи  данных,  являются  логическим  результатом  эволюции  двух важнейших   научно-технических   отраслей    современной    цивилизации    —  компьютерных  и  телекоммуникационных  технологий.  С  одной  стороны,  сети представляют собой частный случай распределенных  вычислительных  систем,  в которых группа  компьютеров  согласованно  выполняет  набор  взаимосвязанных задач, обмениваясь  данными  в  автоматическом  режиме.  С  другой  стороны, компьютерные сети могут рассматриваться как средство передачи информации  на большие  расстояния,  для  чего  в  них  применяются  методы  кодирования  и мультиплексирования    данных,    получившие    развитие     в     различных телекоммуникационных системах.

       Компьютерная (вычислительная)  сеть  –  совокупность  компьютеров  и терминалов,  соединённых  с  помощью  каналов  связи   в   единую   систему,

удовлетворяющую требованиям распределённой обработки данных.

     Основное  назначение  любой  компьютерной  сети   —   предоставление информационных и вычислительных ресурсов подключенным к ней пользователям.

    Компьютерные сети являются высшей формой  многомашинных  ассоциаций. Выделим   основные   отличия    компьютерной    сети    от    многомашинного вычислительного комплекса.

   Первое   отличие   —   размерность.    В    состав    многомашинного вычислительного   комплекса   входят   обычно   две,   максимум   три   ЭВМ, расположенные преимущественно в одном помещении. Вычислительная  сеть  может состоять из десятков и даже сотен ЭВМ, расположенных на расстоянии  друг  от друга от нескольких метров до десятков, сотен и даже тысяч километров.

    Второе отличие  — разделение функций между  ЭВМ. Если в  многомашинном вычислительном  комплексе  функции  обработки  данных,  передачи  данных   и управления системой могут  быть реализованы в одной ЭВМ, то в  вычислительных сетях  эти функции распределены между  различными ЭВМ.

     Третье отличие  — необходимость решения в  сети  задачи  маршрутизации

сообщений. Сообщение от одной ЭВМ к другой в сети  может  быть  передано  по различным маршрутам в зависимости от состояния  каналов  связи,  соединяющих ЭВМ друг с другом.

      Объединение  в  один  комплекс   средств   вычислительной   техники, аппаратуры  связи  и  каналов  передачи  данных  предъявляет   специфические  требования со стороны каждого  элемента  многомашинной  ассоциации,  а  также требует формирования  специальной терминологии.

       Абоненты  сети – объекты, генерирующие  или потребляющие информацию  в сети. Ими могут быть отдельные  ЭВМ, комплексы ЭВМ,  терминалы,  промышленные роботы, станки с  числовым программным управлением  и т.д. Любой абонент  сети подключается  к станции.

       Станция  – это аппаратура, которая выполняет  функции, связанные с передачей  и приёмом информации.

       Совокупность  абонента и станции принято  называть абонентской системой. Для организации взаимодействия  абонентов необходима физическая  передающая среда. На базе физической  передающей среды строится коммуникационная  сеть, которая обеспечивает передачу  информации между абонентскими  системами.

       Такой  подход позволяет рассматривать  любую  компьютерную  сеть  как

совокупность  абонентских  систем  и   коммуникационной   сети.  

 

                        2. Классификация компьютерных сетей

       В зависимости  от территориального расположения  абонентских систем вычислительные  сети можно разделить на три  основных класса:

глобальные сети (WAN — Wide Area Network);

региональные (городские) сети (MAN — Metropolitan Area Network);

локальные сети (LAN — Local Area Network).

       Глобальная вычислительная сеть объединяет абонентов, расположенных в различных  странах,   на   различных   континентах.   Взаимодействие   между абонентами такой сети может осуществляться на базе телефонных  линий  связи, радиосвязи  и  систем  спутниковой  связи.  Глобальные  вычислительные  сети позволят  решить  проблему   объединения   информационных   ресурсов   всего человечества и организации доступа к этим ресурсам.

       Региональная  вычислительная сеть связывает  абонентов,  расположенных на  значительном расстоянии друг  от  друга.  Она  может  включать  абонентов внутри большого города, экономического  региона,  отдельной  страны.  Обычно расстояние между  абонентами  региональной  вычислительной  сети  составляет десятки —  сотни километров.

       Локальная  вычислительная сеть объединяет  абонентов, расположенных  в пределах  небольшой  территории.  В  настоящее  время  не  существует  четких  ограничений на территориальный  разброс  абонентов  локальной  вычислительной сети. Обычно такая  сеть привязана к конкретному  месту.  К  классу  локальных  вычислительных сетей относятся  сети  отдельных  предприятий,  фирм,  банков, офисов и т.д. Протяженность  такой сети можно ограничить  пределами  2  -  2,5 км.

   Объединение  глобальных,  региональных  и  локальных  вычислительных

сетей позволяет создавать многосетевые иерархии.  Они  обеспечивают  мощные, экономически  целесообразные  средства  обработки  огромных   информационных массивов и доступ к неограниченным  информационным  ресурсам. 

  Локальные вычислительные  сети могут  входить  как  компоненты  в  состав  региональной сети,  региональные  сети  —  объединяться  в  составе  глобальной  сети  и, наконец, глобальные сети могут  также образовывать сложные структуры.

   Существуют и другие  классификационные признаки компьютерных  сетей. Так, по сфере функционирования  они могут быть разделены на  банковские сети, сети научных  учреждений и университетские  сети.

  По форме функционирования можно выделить коммерческие и бесплатные сети, корпоративные сети и сети общего пользования.

  По характеру  реализуемых функций они подразделяются на вычислительные, информационные и смешанные,  в которых реализуются как вычислительные, так и информационные функции.

 

         3.     Каналы передачи данных компьютерных сетей

 

   Для связи компьютеров  в сети нужна физическая среда  передачи данных. С этой целью  используются:

- аналоговые телефонные  каналы общего назначения;

- цифровые каналы;

- узкополосные и широкополосные  кабельные каналы;

- радиоканалы и спутниковые  каналы связи;

- оптоволоконные каналы.

  Аналоговые каналы  связи первыми начали применяться  в компьютерных сетях; это было  удобно, поскольку позволяло использовать  традиционные телефонные сети. Передача  данных в этом случае может  выполняться двояко. При первом  способе телефонные каналы (одна  или две пары проводов) через  телефонную станцию физически  соединяют два коммуникационных  устройства (обычно это модемы) с  подключенными к ним компьютерами. Такое соединение называют выделенной  линией или непосредственным  соединением.  Второй способ предполагает  установку соединения с помощью  набора телефонного номера (по  коммутируемой линии).

  Качество передачи  данных по выделенным каналам  гораздо выше и соединение  устанавливается быстрее. Параллельно  с налоговыми телефонными сетями  для межкомпьютерного взаимодействия  стали использовать методы передачи  данных в дискретной (цифровой)  форме по ненагруженным телефонным  каналам – так называемым цифровым  каналам.

   Наиболее высокие  скорости передачи данных на  небольших расстояниях могут  быть получены при использовании  особым образом скрученной пары  проводников – так называемой  витой пары.

   Коаксиальные кабельные  каналы  представляют собой два  цилиндрических соосных проводника, разделенные диэлектрическим покрытием.  Один тип коаксиального кабеля  используется  для передачи узкополосных  цифровых сигналов, другой для  передачи широкополосных аналоговых  и цифровых сигналов. Следует  отметить, что на небольших расстояниях  кабельные каналы все больше  вытесняются витой парой, а на  больших расстояниях – оптоволоконными  каналами.

   Использование в  компьютерных сетях в качестве  передающей среды радиоволн различной  частоты является экономически  эффективным либо для связи  на больших и сверхбольших  расстояниях (с использованием спутников), либо для связи  с труднодоступными, подвижными либо временными объектами.

   Обмен данными  на радиоканалах может вестись  с помощью как аналоговых, так  и цифровых методов передачи. Новый импульс к развитию радиосетей  дало массовое распространением  мобильной телефонной связи и  соответствующей инфраструктуры.

  В оптоволоконных  каналах находит применение известный  физический феномен полного внутреннего  отражения света; внутри оптоволоконного  кабеля световые импульсы передаются  на  большие расстояния практически  без потерь. Такие каналы связи, несмотря на относительно высокую  стоимость, получают все большее  распространение.

  В компьютерных сетях  для передачи данных между  узлами сети применяют три  технологии: коммутацию каналов, коммутацию  сообщений и коммутацию пакетов.

   Коммутация каналов (обеспечиваемая телефонной сетью  общего пользования) позволяет с  помощью коммутаторов установить  прямое соединение между узлами  сети.

   При коммутации  сообщений устройства, называемые  коммутаторами (выполнение на базе  универсальных или специализированных  компьютеров), позволяют накапливать  сообщения и посылать их в  соответствии с заданной системой  приоритетности и принципами  маршрутизации другим узлам сети.

  Такой подход может  замедлять доставку сообщений (по  сравнению с коммутацией каналов), однако при этом сглаживаются   пиковые нагрузки в сети, и  повышается ее устойчивость.

  При пакетной коммутации  данные пользователя разбиваются  на мелкие порции – пакеты, каждый из которых содержит  служебные поля и поле данных. Далее применяют два основных  способа передачи данных: виртуальный  канал, когда между узлами устанавливается  и поддерживается соединение  как бы по выделенному каналу  и режим дейтаграмм, когда каждый  пакет из набора, содержащего  данные пользователя, передается  между узлами независимо друг  от друга. Первый способ соединения  называют также контактным режимом , второй – бесконтактным.

  К техническим средствам  коммуникации в компьютерных  сетях относятся кабели (экранированная  и неэкранированная витая пара, коаксиальный, оптоволоконный), коннекторы  и терминаторы, сетевые адаптеры, повторители, разветвлители, мосты, маршрутизаторы, шлюзы, а также модемы, позволяющие  использовать различные протоколы  передачи данных и топологии  в единой неоднородной системе.

 

            4.     Информационные технологии  передачи данных в 

                                компьютерных сетях.

       Компьютерная  сеть Internet является наиболее  популярной  глобальной

сетью. В ее состав  входит  множество  свободно  соединенных  сетей.  Внутри каждой сети, входящей в Internet, существуют конкретная  структура  связи  и определенная дисциплина  управления.  Внутри  Internet  структура  и  методы соединений между различными сетями для  конкретного  пользователя  не  имеют никакого значения.

       Персональные  компьютеры,  ставшие  в  настоящее  время  непременным элементом  любой системы  управления,  привели  к  буму  в  области  создания  локальных вычислительных сетей. Это, в свою очередь,  вызвало  необходимость в разработке новых  информационных технологий.

       Практика  применения персональных компьютеров  в  различных  отраслях науки, техники и производства  показала,  что  наибольшую  эффективность  от внедрения вычислительной  техники обеспечивают не отдельные  автономные ПК,  а локальные  вычислительные сети.

                                          Глобальные сети

       А вот  потребность в соединении компьютеров, находящихся  на  большом расстоянии  друг от друга, к этому времени  вполне  назрела.  Началось  все  с решения более простой задачи  — доступа к компьютеру с  терминалов,  удаленных от него  на многие сотни, а то и тысячи  километров. Терминалы  соединялись  с компьютерами через телефонные  сети с помощью модемов. Такие  сети  позволяли многочисленным  пользователям  получать  удаленный  доступ   к   разделяемым  ресурсам нескольких мощных  компьютеров  класса  суперЭВМ.  Затем  появились  системы, в которых наряду с  удаленными соединениями типа  терминал-компьютер были реализованы  и  удаленные  связи  типа  компьютер-компьютер.  Компьютеры

получили возможность обмениваться  данными  в  автоматическом  режиме,  что, собственно, и является базовым  механизмом  любой  вычислительной  сети.  На основе этого  механизма  в  первых  сетях  были  реализованы  службы  обмена файлами, синхронизации баз  данных,  электронной  почты  и  другие,  ставшие теперь традиционными сетевые службы.

       Таким  образом,  хронологически  первыми  появились  глобальные  сети

(Wide  Area  Networks,  WAN),  то  есть  сети,  объединяющие  территориально  рассредоточенные компьютеры, возможно  находящиеся  в  различных  городах  и странах. Именно при построении глобальных сетей были  впервые  предложены  и отработаны многие  основные  идеи  и  концепции  современных  вычислительных сетей.  Такие,  например,  как  многоуровневое  построение  коммуникационных протоколов,  технология  коммутации   пакетов,   маршрутизация   пакетов   в составных сетях.

       Глобальные  компьютерные сети очень многое  унаследовали  от  других,

гораздо более старых  и  распространенных  глобальных  сетей  —  телефонных. Главным результатом создания первых глобальных компьютерных сетей был  отказ от принципа коммутации каналов, на протяжении многих  десятков  лет  успешно использовавшегося в телефонных сетях.

       Выделяемый  на все время сеанса связи  составной  канал  с  постоянной  скоростью   не   мог   эффективно   использоваться   пульсирующим   трафиком компьютерных данных, у  которого периоды  интенсивного  обмена  чередуются  с продолжительными   паузами.   Натурные   эксперименты    и    математическое моделирование  показали,  что  пульсирующий  и  в  значительной  степени  не чувствительный  к  задержкам   компьютерный   трафик   гораздо   эффективней передается сетями, использующими принцип коммутации  пакетов,  когда  данные разделяются  на  небольшие  порции  —  пакеты,  —   которые   самостоятельно  перемещаются по сети за счет  встраивания адреса конечного  узла  в  заголовок пакета.

                                        Локальные сети

       Локальные  сети  (Local  Area  Networks,  LAN)  —  это   объединение компьютеров, сосредоточенных на небольшой  территории, обычно  в  радиусе  не более 1-2 км, хотя в отдельных  случаях локальная сеть может  иметь  и  более протяженные  размеры, например  в  несколько  десятков  километров.  В  общем  случае  локальная  сеть   представляет   собой   коммуникационную   систему, принадлежащую одной организации.

       На  первых  порах  для  соединения   компьютеров   друг   с   другом использовались  нестандартные программно-аппаратные  средства.  Разнообразные устройства  сопряжения, использующие свой  собственный  способ  представления данных  на линиях связи, свои типы  кабелей и т. п.,  могли  соединять  только те конкретные модели  компьютеров, для которых  были  разработаны,  например, мини-компьютеры PDP-11 с  мэйнфреймом  IBM  360  или  компьютеры  «Наири»  с компьютерами  «Днепр».

       В  середине  80-х  годов  положение  дел  в  локальных  сетях  стало кардинально  меняться.  Утвердились   стандартные   технологии   объединения компьютеров  в сеть -Ethernet,  Arc net,  Token  Ring,  Token  Bus,  несколько позже — FDDI.  Мощным  стимулом  для  их  появления  послужили  персональные компьютеры.  Эти  массовые  продукты  явились  идеальными   элементами   для построения сетей — с одной стороны, они были достаточно мощными  для  работы сетевого  программного  обеспечения,  а  с  другой  —   явно   нуждались   в объединении своей вычислительной  мощности  для  решения  сложных  задач,  а также  разделения  дорогих  периферийных  устройств  и  дисковых   массивов.

Поэтому персональные компьютеры стали преобладать в локальных сетях,  причем не только в  качестве  клиентских  компьютеров,  но  и  в  качестве  центров хранения и обработки данных, то  есть  сетевых  серверов,  потеснив  с  этих привычных ролей мини-компьютеры и мэйнфреймы.

       Все  стандартные технологии  локальных  сетей  опирались  на  тот  же  принцип  коммутации,  который  был  с  успехом  опробован  и  доказал   свои преимущества  при передаче трафика данных  в глобальных компьютерных  сетях  — принцип коммутации пакетов.

       Стандартные  сетевые  технологии   превратили   процесс   построения локальной  сети из искусства в рутинную  работу. Для создания сети  достаточно  было  приобрести  сетевые  адаптеры  соответствующего  стандарта,   например Ethernet, стандартный кабель, присоединить адаптеры  к  кабелю  стандартными разъемами и установить  на компьютер одну из популярных  сетевых  операционных систем, например Novell  NetWare.  После  этого  сеть  начинала  работать  и последующее  присоединение каждого  нового  компьютера  не  вызывало  никаких  проблем — естественно, если на  нем был установлен  сетевой  адаптер  той  же технологии.

       Разработчики  локальных сетей привнесли много  нового  в  организацию работы  пользователей. Так, намного проще  и удобнее стало получать  доступ  к совместно  используемым  сетевым  ресурсам  —  в  отличие  от  глобальной  в локальной   сети   пользователь   освобождается   от   запоминания   сложных  идентификаторов разделяемых ресурсов. Для этих целей  система  предоставляет  ему список  ресурсов  в  удобной  для  восприятия  форме,  например  в  виде древовидной графической  структуры  («дерева»  ресурсов).  Еще  один  прием, рационализирующий  работу пользователя в локальной  сети, состоит в  том,  что после  соединения с  удаленным  ресурсом  пользователь  получает  возможность  обращаться к нему с помощью  тех  же  команд,  которые  он  использовал  при работе с локальными  ресурсами. Последствием и  одновременно  движущей  силой такого  прогресса  стало  появление   огромного   числа   непрофессиональных пользователей,  освобожденных  от  необходимости  изучать   специальные   (и  достаточно сложные) команды для  сетевой работы.

       Может  возникнуть вопрос  —  почему  все  эти  удобства  пользователи  получили только с приходом  локальных сетей? Главным образом, это  связано  с использованием  в локальных сетях  качественных  кабельных  линий  связи,  на  которых  даже  сетевые  адаптеры  первого  поколения  обеспечивали  скорость передачи данных до 10  Мбит/с.  При  небольшой  протяженности,  свойственной локальным  сетям,  стоимость  таких  линий  связи  была  вполне  приемлемой. Поэтому  экономное расходование пропускной  способности каналов, которое  было  одной из главных  целей  технологий  ранних  глобальных  сетей,  никогда  не выходило на первый план  при разработке протоколов локальных  сетей.  В  таких условиях  основным  механизмом  прозрачного  доступа  к   сетевым   ресурсам локальных  сетей стали периодические широковещательные  объявления серверов  о своих  ресурсах  и  услугах.  На  основании  таких   объявлений   клиентские  компьютеры составляли списки  имеющихся в сети ресурсов  и  предоставляли  их пользователю.

       Конец 90-х выявил явного лидера среди технологий локальных  сетей  —

семейство Ethernet, в которое  вошли  классическая  технология  Ethernet  10

Мбит/с, а также Fast Ethernet 100 Мбит/с и  Gigabit  Ethernet  1000  Мбит/с.

Простые  алгоритмы  работы  предопределили  низкую  стоимость   оборудования Ethernet. Широкий диапазон иерархии скоростей позволяет рационально  строить локальную сеть, применяя  ту  технологию  семейства,  которая  в  наибольшей степени отвечает задачам предприятия  и  потребностям  пользователей.  Важно также, что все технологии Ethernet очень близки друг к  другу  по  принципам работы, что упрощает обслуживание и интеграцию этих сетей.

       Ethernet —  это самый распространенный на  сегодняшний  день  стандарт

локальных сетей. Общее количество сетей, работающих по протоколу Ethernet  в настоящее время, оценивается в несколько миллионов.

       Когда  говорят  Ethernet,  то  под  этим  обычно  понимают  любой  из  вариантов этой технологии. В  более  узком  смысле  Ethernet  —  это  сетевой

стандарт, основанный на экспериментальной  сети  Ethernet  Network,  которую фирма Xerox разработала  и  реализовала  в  1975  году.  Метод  доступа  был опробован еще раньше: во второй половине 60-х годов в  радиосети  Гавайского университета использовались различные варианты случайного  доступа  к  общей радиосреде, получившие общее название Aloha. В 1980 году фирмы DEC, Intel  и Xerox совместно разработали и опубликовали стандарт Ethernet версии  II  для сети, построенной на  основе  коаксиального  кабеля.  Эту  последнюю  версию фирменного  стандарта  Ethernet  называют  стандартом  Ethernet   DIX,   или Ethernet П.

       На основе  стандарта Ethernet DIX был разработан  стандарт IEEE 802.3, который  во  многом  совпадает  со  своим  предшественником,  но   некоторые различия все  же имеются. В то время  как  в  стандарте  IEEE  802.3  функции  протокола разделены на уровни MAC и LLC, в оригинальном  стандарте  Ethernet они объединены в единый  канальный  уровень.  В  Ethernet  DIX  определяется протокол тестирования  конфигурации (Ethernet Configuration  Test  Protocol), который отсутствует в IEEE 802.3. Несколько  отличается и формат кадра,  хотя минимальные и максимальные  размеры  кадров  в  этих  стандартах  совпадают.

Часто для того, чтобы  отличить  стандарт  Ethernet,  определенный  IEEE,  и фирменный стандарт Ethernet DIX, первый называют  технологией  802.3,  а  за фирменным  стандартом  оставляют  название   Ethernet   без   дополнительных обозначений.

       В зависимости  от типа физической среды  стандарт  IEEE  802.3  имеет различные модификации - 10Base-5, 10Base-2, 10Base-T, 10Base-FL, lOBase-FB.