Локальные вычислительные сети (ЛВС) и глобальные вычислительные сети

Челябинский институт экономики  и права 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

По дисциплине «Информатика» 

Тема: Локальные вычислительные сети (ЛВС) и глобальные вычислительные сети 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил: Азнабаева А.В., студент группы ЮЗ-322

Проверил: Серажева М.П. 
 
 
 
 
 
 
 
 

Челябинск

2004  
Оглавление

с.

Введение

          Компьютеры появились в жизни  человека не так уж давно,  но почти любой человек может  с твердой уверенностью сказать,  что будущее - за компьютерными  технологиями. 

          Процесс развития персонального  компьютера движется с постоянно  увеличивающимся ускорением, в связи  с чем в ближайшем будущем  компьютеры станут обязательным  и незаменимым атрибутом любого  предприятия, офиса и большинства  квартир. 

           Причиной столь интенсивного развития информационных технологий является все возрастающая потребность в быстрой и качественной обработки информации, потоки которой с развитием общества растут как снежный ком.

          Одной из наиболее перспективных  на данный момент областей исследования является разработка так называемых нейрокомпьютеров, основанных на молекулах ДНК определенного вида водорослей, и способных хранить громадные объёмы информации относительно современного ПК при минимальных размерах самих носителей информации.

          Большой успех в последнее  время получили так называемые  виртуальные технологии, которые  позволяют с большой точностью  моделировать физические явления,  процессы, предметы, а так же их  взаимодействие в совокупности. Такие технологии используются в различных областях деятельности человека.

          Компьютеры уже прочно вошли  в современный мир, во все  сферы человеческой деятельности  и науки, тем самым создавая  необходимость в обеспечении  их различным программным обеспечением.

          Объединение компьютеров в сети  позволило значительно повысить  производительность труда. Компьютеры  используются как для производственных (или офисных) нужд, так и для  обучения.

    В настоящее время локальные вычислительные сети (ЛВС) получили очень широкое распространение.

    Интернет  – глобальная компьютерная сеть, охватывающая весь мир. По разным данным доступ в  Интернет имеют от 15 до 30 миллионов  людей в более чем 150 странах  мира. Ежемесячно размер сети увеличивается  на 7 – 10 процентов. Интернет образует как бы ядро, обеспечивающее связь различных информационных сетей, принадлежащих различным учреждениям во всем мире, одна с другой. Если ранее сеть использовалась исключительно в качестве среды передачи файлов и сообщений электронной почты, то сегодня решаются более сложные задачи распределения доступа к ресурсам. Интернет, служивший когда-то исключительно исследовательским и учебным группам, чьи интересы простирались вплоть до доступа к суперкомпьютерам, становится все больше популярной в деловом мире. Компании соблазняют быстрота, дешевизна, удобство для проведения совместных работ, доступные программы, уникальная база данных сети Интернет. При низкой стоимости услуг пользователи могут получить доступ к коммерческим и не коммерческим информационным службам США, Канады, Австралии и многих европейских стран. В архивах свободного доступа сети Интернет можно найти информацию по любым сферам деятельности человека, начиная с новых научных открытий до прогноза погоды на завтра. Предметом исследования контрольной работы является история компьютерных сетей. Цель работы – самостоятельное изучение и рассмотрение в ходе выполнения работы теоретико-методологической сущности компьютерных сетей.

Глава 1. История  вычислительных сетей

1.1. Понятие вычислительной  сети

Вычислительная  сеть - ВС [network] – это совокупность ЭВМ, объединённых средствами передачи данных. Средства передачи данных в ВС в общем случае состоят из следующих элементов:                                                

• связных ЭВМ,
• каналов связи (спутниковых, телефонных, волоконно-оптических)
• коммутирующей аппаратуры и др.

В зависимости  от удалённости ЭВМ, входящих в ВС, сети условно разделяют на локальные  и глобальные.

           Локальная сеть - ЛВС [local area network - LAN] – это группа связанных друг с другом ЭВМ, расположенных в ограниченной территории, например, в здании. Расстояния между ЭВМ в локальной сети может достигать нескольких километров. Локальные сети развёртываются обычно в рамках некоторой организации, поэтому их называют также корпоративными сетями.

          Развитие локальных вычислительных  сетей вызвано несколькими причинами: 

объединение компьютеров в сеть позволяет  значительно экономить денежные средства за счет уменьшения затрат на содержание компьютеров (достаточно иметь определенное дисковое пространство на файл-сервере (главном компьютере сети) с установленными на нем программными продуктами, используемыми несколькими рабочими станциями);

локальные сети позволяют использовать почтовый ящик для передачи сообщений на другие компьютеры, что позволяет в наиболее короткий срок передавать документы с одного компьютера на другой;

локальные сети, при наличии специального программного обеспечения, служат для организации  совместного использования файлов (к примеру, бухгалтеры на нескольких машинах могут обрабатывать проводки одной и той же бухгалтерской книги).

          Кроме всего прочего, в некоторых  сферах деятельности просто невозможно  обойтись без ЛВС. К таким  сферам относятся: банковское  дело, складские операции крупных компаний, электронные архивы библиотек и др. В этих сферах каждая отдельно взятая рабочая станция в принципе не может хранить всей информации (в основном, по причине слишком большого ее объема). Сеть позволяет зарегистрированным на файл-сервере пользователям получать доступ к той информации, к которой их допускает оператор сети.  

Основные  области применения локальных сетей

• Автоматизация административной управленческой деятельности, организация «электронных офисов», в которых вместо бумажного документооборота используется электронная почта;
• Автоматизация производства – автоматизация технологических процессов, информационное обеспечение  оперативного управления производством, планово-экономическое управление производством;
• Автоматизация научных исследований и разработок;
• Автоматизация обучения, подготовки и переподготовки кадров;
• Автоматизация учрежденческой деятельности.

1.2. До первой ЛВС

       Трудно в настоящее время не  признать, что основной   движущей  силой развития локальных вычислительных  сетей в мире является международный Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектроники (IEEE).

        История его начинается в девятнадцатом  столетии, в 1884 г., когда был основан  Американский институт инженеров  по электротехнике (AIEE). Следующий  шаг был сделан в 1912-м, и снова в США: Институт радиоинженеров (The Institute of Radio Engineers) создал свой комитет стандартов. В 1958 г. сначала объединились комитеты стандартов Американского института инженеров по электротехнике и Института радиоинженеров, а затем в 1963 г. и сами эти институты, породив IEEE.

      Когда 4 октября 1956 г. в СССР был запущен  первый искусственный спутник Земли, президент США Эйзенхауэр созвал американских ученых, чтобы они объяснили  Белому дому, как обеспечить превосходство  США в науке и техническом развитии. Ученые предложили создать новую структуру внутри Министерства обороны, которая стала бы финансировать перспективные научные проекты. Понимая, что необходимо решить проблему сотрудничества ученых и Министерства обороны США, министр Нейл Мак-Элрой организовал новое агентство - Advanced Research Projects Agency (ARPA). Перед ним была поставлена задача заниматься космической проблематикой. Это агентство и стало генератором идей, приведших через десятилетие с лишним к созданию сети ARPANET, а затем ко всему последующему сетевому буму.

          ARPA функционировало как государственная  исследовательская организация,  не имевшая собственных лабораторий:  оно финансировало исследования, проводившиеся в государственных  и частных институтах и предполагавших использование в будущих военных приложениях. Компьютерные науки, только начавшие становление в это время, получили покровительство ARPA. В 1962 г. ARPA создало новый департамент технологий обработки информации (Information Processing Techniques Office, IPTO), которому было поручено изучить технологии контроля и управления. Этот департамент и руководил работами в области компьютерных наук. Первым директором IPTO был психолог, специалист по поведению человека, сотрудник Массачусетского технологического института по имени Джозеф Карл Ликлайдер (Joseph Carl Licklider). Под его руководством IPTO финансировал исследования в нескольких внезапно возникших областях компьютерных наук, в том числе в компьютерных сетях. Эти работы и привели к созданию ARPANET в 1969 г., когда IPTO возглавлял уже новый директор Роберт Тейлор (Robert Taylor).

          В 1961 г. работу, посвященную коммутации  пакетов и послужившую темой  для будущей диссертации опубликовал  в Массачусетском технологическом  институте Леонард Клейнрок (Leonard Kleinrock); это было первое упоминание о коммутации пакетов. Смысл этой технологии заключался в том, что при передаче информации на неопределенно большое расстояние в течение неопределенно большого времени через неопределенное количество промежуточных узлов блок передаваемого сообщения должен быть заключен в капсулу, содержащую все необходимые сведения о сообщении, чтобы любой промежуточный узел мог определить его дальнейшее направление, а приемный узел - принять и проверить целостность.

          В 1963 г. в США был создан Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (IEEE) - ставший впоследствии главным разработчиком массовых стандартов в области ЛВС. Тогда же защитил диссертацию Леонард Клейнрок, будущий создатель Интернета и главный теоретик.

         В августе 1964 г. Пауль Баран  (Paul Baran), сотрудник корпорации RAND, опубликовал  меморандум "On Distributed Communications: IX Security, Secrecy, and Tamper-Free Considerations", где впервые  высказал идею построения распределенной  сети передачи данных, не имеющей управляющего центра. Работы выполнялись по заказу ВВС США. Однако практическую реализацию идеи независимо от него осуществил три года спустя в Великобритании Дональд Дэвис.

          Через год агентство ARPA Министерства  обороны США финансировало изучение работы компьютеров в общей сети в режиме разделения времени.

1.3. Первые ЛВС

          Первую в мире ЛВС создал  в 1967 г. Дональд Дэвис (Donald Davies) в Национальной физической лаборатории  Великобритании (British National Physics Laboratory). До этого он принимал участие в экспериментах по созданию цифровых компьютеров и даже возглавлял группу, которая собирала переведенные с русского на английский научные статьи по компьютерной тематике.

          К началу 70-х сеть работала  с пиковой скоростью 0,25 Мбит/с, обслуживая около 200 пользователей. В дальнейшем Дональд Дэвис стал известным специалистом в области защиты информации. В частности, в 1989 г. он издал монографию "Security for Computer Networks".

          В США в 1968 г. в Лаборатории Белла исследователь В. Чу (W. W. Chu) вводит термин "Asynchronous Time Division Multiplexing" - так зарождается технология ATM. В том же году Министерство обороны США одобрило черновой вариант стандарта MIL-STD-1553 - это был первый в мире стандарт на ЛВС. А в Швеции Олаф Содерблюм из IBM разработал сеть Token Ring.

          В 1969-м исследования, финансировавшиеся  IPTO, директором которого в это  время был Роберт Тейлор, привели  к тому, что в Калифорнийском  университете в Лос-Анджелесе  Леонард Клейнрок создал ARPANET - первый узел будущего Интернета. Его создатели были разбиты на две группы. Первая работала в университетах и частных компаниях и отвечала за развитие сетевых технологий, необходимых для функционирования ARPANET. Вторая группа состояла из исследователей в IPTO, выполнявших роль административных директоров. Отдельные лица в эту группу попадали из исследовательских институтов, и их работа была ограничена руководством и распределением финансов.

          Спустя год, в 1970-м, на Гавайских островах Норман Абрамсон (Norman Abramson) создал сеть ALOHA - прообраз будущих и Ethernet, и IEEE 802.11. Это была первая в мире пакетная радиосеть, использовавшая удивительно простой метод доступа к среде передачи: пакеты передавались в эфир, когда в этом возникала необходимость. Если через какое-то время возвращалось посланное таким же простым методом подтверждение получения, то сообщение считалось доставленным. Если подтверждение не приходило, следовала повторная попытка передачи.

1.4. Хронология развития Ethernet

      В 1977 г. в японские ученые  М. Токоро (Mario Tokoro - в последующем  вице-президент компании Sony) и К.  Тамару (Kiichirou Tamaru) разработали способ  использования Ethernet в радиоканале  (Acknowledging Ethernet). В процессе передачи по радиоканалу невозможно осуществить прием информации, а значит, невозможно и установить, имела ли место коллизия. Авторы предложили по окончании приема информационного блока сообщения посылать в ответ небольшой пакет подтверждения. Отсутствие такого подтверждения и должно было говорить о коллизии. Эта работа стала первой ступенькой к современным радио ЛВС IEEE 802.11 и IEEE 802.15.

          Ровно через год Международная  организация стандартизации разработала  семиуровневую модель открытой  сетевой архитектуры, ставшую своеобразным "переводчиком" для разнородных сетевых разработок: стало ясно, как они соотносятся друг с другом. В том же 1978 г. появился первый вариант стандарта ARINC-429, до настоящего времени исправно служащий в авиации. Топология ЛВС в соответствии с этим стандартом была очень проста: практически точка - точка, поскольку на витой паре шины лишь одно устройство имело право передавать, остальные (а их могло быть несколько) должны были только слушать. Если требовался двунаправленный обмен, прокладывали второй канал ЛВС. Столь же просто осуществлялось и кодирование сигналов: положительный импульс означал передачу единицы, отрицательный - нуля.

          В 1979 г. в США три фирмы  - Xerox, DEC и Intel - объединили свои  усилия, чтобы стандартизовать Ethernet. Произошло это при посредничестве Боба Меткалфа, который считает это объединение даже более важной своей заслугой, чем изобретение самой Ethernet. Аргументы, "добившие" конкурирующие стороны, были просты: объединение усилий для стандартизации многократно увеличивало общий сбыт изделий и повышало прибыль каждой компании.

          4 июля того же 1979 г. Боб Меткалф  с помощью фирмы DEC основал  компанию 3Com (тройная аббревиатура  от COMputer COMmunications COMpability - совместимость  компьютерных коммуникаций). В задачу компании входило производство сетевого оборудования, соответствующего будущему стандарту Ethernet.

          В сентябре 1979 г. была опубликована  работа, посвященная приоритетно-кодовым  методам доступа к шине ЛВС,  явившая собой одну из первых попыток радикального избавления от коллизий в Ethernet (J. Capetanakis, "Tree Algorithms for Packet Broadcast Channels"). Совместный труд DEC, Intel и Xerox завершился 30 сентября 1980 г. опубликованием работы по стандартизации Ethernet, первого варианта этого стандарта.

          Далее развитие Ethernet шло «семимильными  шагами»:

• март 1981 - фирмой 3com представлен Ethernet - трансивер.
• сентябрь 1982 - первый сетевой адаптер для персонального компьютера.
• 1983 - появление спецификации IEEE 802.3, определена шинная топология сети 10base5 (толстый Ethernet) и 10base2 (тонкий Ethernet). Скорость передачи 10 Мбит/сек. Определено предельное расстояние между точками одного сегмента - 2, 5 км.

Типы сетей Ethernet

1.5. Региональные компьютерные  сети и Интернет

     В настоящее время любая компьютерная сеть, обеспечивающая взаимодействие с другими компьютерными сетями в мире по протоколу TCP/IP, сама является частью Интернет. В нашей стране существует и успешно работает несколько  региональных компьютерных сетей. Можно назвать такие сети, как Relcom, Sprint, Glasnet, Rosnet и другие. Выбор той или иной сети может зависеть от многих причин: близости узла связи, сроков появления услуг в конкретном населенном пункте, просто знакомством со специалистами данной организации. Различаются и услуги, оказываемые этими сетями. Но в большинстве сетей организован обмен информацией с другими компьютерными сетями по протоколу TCP/IP, эта сеть сама становится частью Интернет.

Глава 2. Глобальная сеть Интернет

2.1. Некоторые термины глобальных компьютерных сетей

Доменная  организация сети

         Каждый компьютер, подключенный  к Интернет, должен быть уникально  описан в глобальной сети. Эта  структура подобна структуре  каталогов в компьютере: есть  домены самого верхнего уровня, есть вложенные в них домены, которые, в свою очередь, могут содержать другие домены. Имена доменов самого верхнего уровня строго распределены. Существует два типа таких имен: по типу организации и по стране. Имена по типу организации (com – коммерческая организация, edu – учебная, gov – правительственная и т.д.), были исторически первыми, сейчас практически не присваиваются и, в основном характерны для организаций в США. Обычно адрес, присваиваемый компьютеру, будет включать в себя в качестве имени самого “ верхнего” домена символы, определяющие страну пребывания. Российские компьютеры имеют адреса, заканчивающиеся на ru или su. Далее, уже в рамках данной страны, провайдеры регистрируют свои группы имен – домены. Имя каждого домена  отделяется при написании от другого имени точкой, причем имя домена верхнего уровня пишется справа. Так, адрес сервера газеты "Уральский рабочий” – это ur.etel.ru. В этом адресе ru – обозначение страны, etel – домен, зарегистрированный провайдером (Екатеринбургским телеграфом), ur – имя компьютера в газете. Если предоставление услуг осуществляется через несколько организаций, то имя компьютера может состоять из большего числа групп символов, хотя на практике редко встретишь имена, включающие в себя больше пяти групп. Доменное имя в компьютере уникально. Но оно еще ничего не говорит о местонахождении компьютера. Вы можете зарегистрировать на себя новый домен и в дальнейшем, при переезде из города в город сохранять за собой эти имена. Будет меняться только организации, которые осуществляют ваш выход в Интернет, регистрируя эти имена в глобальной сети.

IP адрес

     Второй  параметр, который будет уникально  определять ваш компьютер в мире – это IP адрес. IP адрес – это  четыре числа, каждое из которых может  принимать значение от 0 до 255. Например IP – адрес ftp-сервера фирмы Microsoft ( то есть сервера, с которого можно получить файлы по сети ) 189.105.232.1. Существуют специальные правила, которые определяют адрес, присваиваемый компьютеру. Не вдаваясь в ненужные подробности, отметим только, что этот цифровой адрес уникален, то есть в мире нет второго компьютера с таким же адресом. В чем причина существования двух типов адресов? Во-первых, человеку проще работать с символьным адресом, чем запоминать сочетания цифр. Обычно имена доменов даются по имени организаций, так что – даже не зная цифрового адреса фирмы – можно предположить о доменном адресе. Кроме того, сохранение «за собой» позволяет не беспокоиться, что в случае возможных переездов придется организовывать новую рекламу доменного адреса. Во-вторых, IP адреса обычно получают на себя фирмы, предоставляющие услуги выхода в Интернет.

     Эти адреса (один или несколько) они закрепляют за конкретным пользователем, который может иметь «свое», собственное доменное имя. После определенной процедуры регистрации пользователь может начинать работу в Интернет. Процедура полностью автоматизирована, но необходимо некоторое время (около суток), чтобы сервера во всем мире произвели нужные записи о пользователе. Программное обеспечение на компьютерах, предоставляющих услуги Internet, обеспечивает нахождение по IP-адресу имени компьютера и наоборот

     Заметим только, что не все компьютеры, имеющие IP-адрес, имеют зарегистрированное в глобальной сети свое доменное имя.

Маска сети

     Для правильного функционирования протокола IP необходимо определить, какой диапазон IP-адресов присвоен Вашей локальной сети. Для этих целей используется так называемая маска сети: четыре тройки цифр, имеющих значение от 0 до 255. Конечный пользователь обычно имеет маску 255.255.255.???, где вместо знаков вопроса стоят цифры, определяющие размер сети. Эти параметры должны быть сообщены Вам провайдером.

Gateway (шлюз)

     Для правильной работы в настройках должен быть указан IP-адрес устройства, которое  обеспечивает связь с внешней  сетью. Это так же может быть сделано явно или автоматически — в зависимости от установленного программного обеспечения.

DNS-сервер

     Для того, чтобы Вы могли указывать  не только цифровые IP-адреса, но и имена  компьютеров, нужно определить IP-адрес  компьютера, где установлено программа, обеспечивающая такое преобразование (domain name service).

Proxy

     Практика  показывает, что некоторая информация пользуется особой популярностью: ее запрашивают  многие пользователи, иногда даже не по одному разу за день. Чтобы снизить  нагрузку на сети, стали устанавливать так называемые proxy-сервера. На этом сервере автоматически сохраняется на некоторый срок вся информация, проходящая через него. Если будет обнаружен запрос информации, уже находящейся в копии на сервере, то именно эта копия и будет направлена пользователю. При необходимости информация на proxy-сервере может обновлена по запросу программы просмотра пользователя.

     Работа  через proxy-сервер не обязанность, а право. Proxy-сервер может быть указан в настройках программ, осуществляющих просмотр Интернет (например, MS Internet Explorer). На практике работа через прокси - сервер обычно существенно быстрее работы «напрямик».

«Зеркальный»  сервер (mirror)

     Информация  с наиболее интересных серверов дублируется  на серверах в других странах мира. Это позволяет снизить объем информации, передаваемой между странами, и ускорить работу пользователя с интересующими его страницами.

URL (Uniform Resource Locator)

     Так, обычно, называют адрес документа (или  сервера) в Интернет. Примеры URL:

     ftp://ur.etel.ru/distr/index.txt file //ur.etel.ru/distr/index.txt http //ur.etel.ru/default.htm news alt.hypertext telnet://dra.corn

     URL состоит из двух частей: слева  (до двоеточия) указывается способ  доступа к ресурсу (file и ftp —  доступ по протоколу FTP, http — документ необходимо просматривать программами типа MS Internet Explorer или Netscape Navigator, news указывает на принадлежность к телеконференциям, a telnet — на использование программы telnet).

     Справа  пишется адрес компьютера, на котором  находится ресурс, и каталоги (отделяются косыми черточками), в которых расположен документ. Если не указано имя документа, то Вы получите доступ к документу «по умолчанию», который назначен настройками соответствующего информационного сервера.

Кодировки символов в Интернет

     Проблема  существования различных кодировок  символов русского языка больше всего дает о себе знать именно при работе с глобальными компьютерными сетями. Наиболее распространены кодировки КОИ-8 и 1251. Иногда можно встретить и русские тексты, набранные латинскими буквами.