История развития компьютерных сетей

СОДЕРЖАНИЕ 

Введение…………………………………………………………………………...3

1. Принципы  построения компьютерных сетей………………………………...5

1.1. Общие  сведения о компьютерных сетях…………………………………....5

1.2. Классификация  компьютерных сетей………………………………………7

1.3. Основные протоколы обмена в компьютерных сетях……………………15

2. Техническое  обеспечение компьютерных сетей……………………………19

2.1. Классификация объектов технического обеспечения компьютерных сетей………………………………………………………………………………19

2.2.Характеристика объектов технического обеспечения компьютерных сетей........................................................................................................................20

Глоссарий………………………………………………………………………...28

Заключение……………………………………………………………………….30

Список  использованных источников…………………………………………...32

Приложение………………………………………………………………………34 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ 

     Актуальность  темы курсовой работы заключается в  том, что вхождение России в мировое информационное пространство влечет за собой широчайшее использование новейших информационных технологий, и в первую очередь, компьютерных сетей. При этом резко возрастают и качественно видоизменяются возможности пользователя как в деле оказания услуг своим клиентам, так и при решении собственных организационно-экономических задач.

     Уместно отметить, что современные компьютерные сети являются системой, возможности  и характеристики которой, в целом существенно превышают соответствующие показатели простой суммы составляющих элементов сети персональных компьютеров при отсутствии взаимодействия между ними.

     Достоинства компьютерных сетей обусловили их широкое  распространение в информационных системах кредитно-финансовой сферы, органов  государственного управления и местного самоуправления, предприятий и организаций.

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

     Компьютерные  сети и сетевые технологии обработки  информации стали основой для  построения современных информационных систем. Компьютер ныне следует рассматривать не как отдельное устройство обработки, а как «окно» в компьютерные сети, средство коммуникаций с сетевыми ресурсами и другими пользователями сетей.

     За  последние годы глобальная сеть Интернет превратилась в явление мирового масштаба. Сеть, которая до недавнего времени использовалась ограниченным кругом ученых, государственных служащих и работников образовательных учреждений в их профессиональной деятельности, стала доступной для больших и малых корпораций и даже для индивидуальных пользователей.

     Цель  данной курсовой работы – изучить  историю развития компьютерных сетей, а так же техническое обеспечение  необходимое для эксплуатации компьютерных сетей.

     В соответствии с поставленной целью  были поставлены и решены следующие задачи:

     - рассмотреть принципы построения компьютерных сетей;

     - изучить общие сведения о компьютерных сетях;

     - проанализировать классификацию компьютерных сетей;

     - выявить основные протоколы обмена в компьютерных сетях;

     - охарактеризовать техническое обеспечение компьютерных сетей;

     - исследовать классификацию объектов технического обеспечения компьютерных сетей;

     - рассмотреть характеристику объектов технического обеспечения компьютерных сетей.

      Объектом  курсовой работы являются компьютерные сети.

      Предметом курсовой работы является рассмотрение отдельных вопросов сформулированных в качестве задач данной курсовой работы.

      Теоретической основой исследования являются работы ученых К.В. Балдин, Ю.С. Избачков, Л.В. Коуров, Н.В. Макарова, И.А. Милютина, В.Г. Олифер, Н.А. Олифер и др. 

      В курсовой работе использовались следующие  методы: диалектический метод, метод теоретического анализа и синтеза различных источников литературы, системный метод, метод описания, а также метод обобщения полученных сведений и материалов.

      Курсовая  работа состоит из введения, двух глав, включающих в себя параграфы, заключения и списка использованных источников. 
 

1. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ 

1.1. Общие сведения о компьютерных сетях 

      Предпосылки создания компьютерных сетей 

      С момента появления ЭВМ возник вопрос о передаче данных между отдельными компьютерами и рациональном распределении  ресурсов ЭВМ.

      Первые  ЭВМ были очень сложны в эксплуатации и имели дорогостоящие аппаратные компоненты, отсутствовали единые стандарты построения ЭВМ. С развитием аппаратной и программной базы компьютеров, совершенствовались и сетевые технологии. Сначала были созданы системы передачи данных первоначально в коммерческих, военных и научных целях, затем сфера применения сетей расширилась.

      В настоящее время использование  компьютерных сетей является неотъемлемой частью нашей жизни, область их применения охватывает все сферы человеческой деятельности¹.

      Под компьютерной сетью мы будем понимать любое множество ЭВМ, связанных между собой средствами передачи данных (средствами телекоммуникаций). 

      История возникновения и развития компьютерных сетей 

      Развитие  компьютерных сетей связано как  с развитием собственно ЭВМ, входящих в состав сети, так и с развитием средств телекоммуникаций.

      Работы  по созданию компьютерных сетей начались ещё в 60-х годах ХХ века. Прообразом компьютерных сетей явились системы  телеобработки данных (СТД), построенные  на базе больших (а позже и миниЭВМ).

      В качестве средств передачи данных использовалась существующая телефонная сеть. Основными элементами СТД являются модемы, абонентские пункты и устройства коммутации. Система СТД оперировала только аналоговыми сигналами.

      Основным  недостатком СТД является невысокое быстродействие (9600 бит/с, реально 2400 бит/с). Поэтому одним из направлений совершенствования СТД явилась разработка цифровых телефонных коммутаторов.

      Вторым  существенным недостатком СТД является возможность передачи данных по каналу связи в один и тот же момент времени только с одной скоростью. Этот недостаток был преодолен использованием впервые в 70-х годах в США коммуникаций кабельного телевидения, позволяющих вести широкополосную передачу (ШП).

      Третьим направлением перехода к сетям была разработка высокоскоростных шин для обеспечения взаимодействия нескольких больших ЭВМ.

      Четвёртым направлением развития сетей была реализация распределённой обработки данных.

      К середине 80-х годов, с появлением ПЭВМ все отмеченные тенденции развития сетей стали сближаться, что привело к разработке современных компьютерных сетей.  

      Преимущества  использования компьютерных сетей 

      Рассмотрим  преимущества, получаемые при сетевом  объединении персональных компьютеров.

      Разделение  ресурсов

      Разделение  ресурсов позволяет экономно использовать ресурсы, например, управлять периферийными устройствами, такими как лазерные печатающие устройства, со всех присоединенных рабочих станций.

      Разделение  данных

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

      Разделение  программных средств

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

      Разделение  ресурсов процессора

      При разделение ресурсов процессора возможно использование вычислительных мощностей для обработки данных другими системами, входящими в сеть. Предоставляемая возможность заключается в том, что на имеющиеся ресурсы не «набрасываются» моментально, а только лишь через специальный процессор, доступный каждой рабочей станции².

      Многопользовательский режим

      Многопользовательские свойства системы содействуют одновременному использованию централизованных прикладных программных средств, ранее установленных  и управляемых, например, если пользователь системы работает с другим заданием, то текущая выполняемая работа отодвигается на задний план. 

1.2. Классификация компьютерных  сетей 

      Искусственные и реальные сети 

      По  способу организации сети подразделяются на реальные и искусственные.

      Искусственные сети (псевдосети) позволяют связывать  компьютеры вместе через последовательные или параллельные порты и не нуждаются  в дополнительных устройствах. Иногда связь в такой сети называют связью по нуль-модему (не используется модем). Само соединение называют нуль-модемным. Искусственные сети используются когда необходимо перекачать информацию с одного компьютера на другой. MS-DOS и windows снабжены специальными программами для реализации нуль-модемного соединения.

      Основной  недостаток - низкая скорость передачи данных и возможность соединения только двух компьютеров.

      Реальные  сети позволяют связывать компьютеры с помощью специальных устройств  коммутации и физической среда передачи данных.

      Основной  недостаток - необходимость в дополнительных устройствах.

      В дальнейшем употребляя термин компьютерная сеть будем иметь в ввиду реальные сети.

      Все многообразие компьютерных сетей можно  классифицировать по группе признаков:

      - территориальная распространенность;

      - ведомственная принадлежность;

      - скорость передачи информации;

      - тип среды передачи;

      - топология;

      - организация взаимодействия компьютеров. 

      Территориальная распространенность 

      По  территориальной распространенности сети могут быть локальными, глобальными, и региональными.

      Локальные - это сети, перекрывающие территорию не более 10 м²

      Региональные - расположенные на территории города или области

      Глобальные  на территории государства или группы государств, например, всемирная сеть Internet.

      В классификации сетей существует два основных термина: LAN и wAN.

      LAN (Local Area Network) - локальные сети, имеющие  замкнутую инфраструктуру до  выхода на поставщиков услуг.  Термин "LAN" может описывать  и маленькую офисную сеть, и  сеть уровня большого завода, занимающего несколько сотен  гектаров. Зарубежные источники дают даже близкую оценку - около шести миль (10 км) в радиусе; использование высокоскоростных каналов.

      wAN (wide Area Network) - глобальная сеть, покрывающая  большие географические регионы,  включающие в себя как локальные  сети, так и прочие телекоммуникационные сети и устройства. Пример wAN - сети с коммутацией пакетов (Frame relay), через которую могут «разговаривать» между собой различные компьютерные сети³.

      Термин  «корпоративная сеть» также используется в литературе для обозначения объединения нескольких сетей, каждая из которых может быть построена на различных технических, программных и информационных принципах.

      Локальные сети являются сетями закрытого типа, доступ к ним разрешен только ограниченному  кругу пользователей, для которых  работа в такой сети непосредственно связана с их профессиональной деятельностью. Глобальные сети являются открытыми и ориентированы на обслуживание любых пользователей. 

      Ведомственная принадлежность 

      По  принадлежности различают ведомственные  и государственные сети.

      Ведомственные принадлежат одной организации и располагаются на ее территории.

      Государственные сети - сети, используемые в государственных  структурах.  

      Скорость  передачи информации 

      По  скорости передачи информации компьютерные сети делятся на низко-, средне- и высокоскоростные.

      - низкоскоростные (до 10 Мбит/с);

      - среднескоростные (до 100 Мбит/с);

      - высокоскоростные (свыше 100 Мбит/с).

      Для определения скорости передачи данных в сети широко используется бод.

      Бод (Baud) – единица скорости передачи сигнала, измеряемая числом дискретных переходов или событий в секунду. Если каждое событие представляет собой один бит, бод эквивалентен бит/сек (в реальных коммуникациях это зачастую не выполняется).  

      Тип среды передачи информации 

      По  типу среды передачи сети разделяются на:

      - проводные коаксиальные, на витой паре, оптоволоконные;

      - беспроводные с передачей информации по радиоканалам, в инфракрасном диапазоне.  

      Топология компьютерных сетей 

      Введем  определения.

      Узел  сети представляет собой компьютер, либо коммутирующее устройство сети.

      Ветвь сети - это путь, соединяющий два  смежных узла.

      Узлы  сети бывают трёх типов:

      - оконечный узел - расположен в конце только одной ветви;

      - промежуточный узел - расположен на концах более чем одной ветви;

      - смежный узел - такие узлы соединены по крайней мере одним путём, не содержащим никаких других узлов.

      Способ  соединения компьютеров в сеть называется её топологией.

      Наиболее  распространенные виды топологий сетей: 

      Линейная  сеть

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

      Кольцевая сеть

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

      Звездообразная  сеть

      Сеть, в которой имеется только один промежуточный узел. 

      Общая шина

      В этом случае подключение и обмен данными производится через общий канал связи, называемый общей шиной. 

      Древовидная сеть

      Сеть, которая содержит более двух оконечных  узлов и по крайней мере два  промежуточных узла, и в которой  между двумя узлами имеется только один путь⁴. 

      Ячеистая  сеть

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

      Полносвязная  сеть

      Сеть, в которой имеется ветвь между  любыми двумя узлами. 

      Одноранговые  и иерархические сети 

      С точки зрения организации взаимодействия компьютеров, сети делят на одноранговые (Peer-to-Peer Network) и с выделенным сервером (Dedicated Server Network).

      Одноранговые  сети

      Все компьютеры одноранговой сети равноправны. Любой пользователь сети может получить доступ к данным, хранящимся на любом  компьютере.

      Одноранговые  сети могут быть организованы с помощью  таких операционных систем, как LANtastic, windows'3.11, Novell Netware Lite. Указанные программы работают как с DOS, так и с windows. Одноранговые сети могут быть организованы также на базе всех современных 32-разрядных операционных систем - windows 9x\ME\2k, windows NT workstation версии, OS/2) и некоторых других.

      Достоинства одноранговых сетей:

      Наиболее  просты в установке и эксплуатации.

      Операционные  системы DOS и windows обладают всеми необходимыми функциями, позволяющими строить одноранговую сеть.

      Недостатки:

      В условиях одноранговых сетей затруднено решение вопросов защиты информации. Поэтому такой способ организации сети используется для сетей с небольшим количеством компьютеров и там, где вопрос защиты данных не является принципиальным.

      Иерархические сети

      В иерархической сети при установке сети заранее выделяются один или несколько компьютеров, управляющих обменом данных по сети и распределением ресурсов. Такой компьютер называют сервером.

      Любой компьютер, имеющий доступ к услугам  сервера называют клиентом сети или  рабочей станцией.

      Сервер  в иерархических сетях - это постоянное хранилище разделяемых ресурсов. Сам сервер может быть клиентом только сервера более высокого уровня иерархии. Поэтому иерархические сети иногда называются сетями с выделенным сервером.

      Серверы обычно представляют собой высокопроизводительные компьютеры, возможно, с несколькими параллельно работающими процессорами, с винчестерами большой емкости, с высокоскоростной сетевой картой (100 Мбит/с и более).

      Иерархическая модель сети является наиболее предпочтительной, так как позволяет создать наиболее устойчивую структуру сети и более рационально распределить ресурсы.

      Также достоинством иерархической сети является более высокий уровень защиты данных.

      К недостаткам иерархической сети, по сравнению с одноранговыми сетями, относятся:

      Необходимость дополнительной ОС для сервера.

      Более высокая сложность установки  и модернизации сети.

      Необходимость выделения отдельного компьютера в  качестве сервера.

      Две технологии использования сервера

      Различают две технологии использования сервера: технологию файл-сервера и архитектуру клиент-сервер.

      В первой модели используется файловый сервер, на котором хранится большинство  программ и данных. По требованию пользователя ему пересылаются необходимая программа  и данные. Обработка информации выполняется на рабочей станции⁵.

      В системах с архитектурой клиент-сервер обмен данными осуществляется между  приложением-клиентом (front-end) и приложением-сервером (back-end). Хранение данных и их обработка  производится на мощном сервере, который выполняет также контроль за доступом к ресурсам и данным. Рабочая станция получает только результаты запроса. Разработчики приложений по обработке информации обычно используют эту технологию.

      Использование больших по объему и сложных приложений привело к развитию многоуровневой, в первую очередь трехуровневой архитектуры с размещением данных на отдельном сервере базы данных (БД). Все обращения к базе данных идут через сервер приложений, где они объединяются. 

1.3. Основные протоколы  обмена в компьютерных сетях 

      Для обеспечения согласованной работы в сетях передачи данных используются различные коммуникационные протоколы  передачи данных – наборы правил, которых  должны придерживаться передающая и  принимающая стороны для согласованного обмена данными. Протоколы – это наборы правил и процедур, регулирующих порядок осуществления некоторой связи. Протоколы – это правила и технические процедуры, позволяющие нескольким компьютерам при объединении в сеть общаться друг с другом.

      Существует  множество протоколов. И хотя все они участвуют в реализации связи, каждый протокол имеет различные цели, выполняет различные задачи, обладает своими преимуществами и ограничениями.

      Протоколы работают на разных уровнях модели взаимодействия открытых систем OSI/ISO (Рис. 1). Функции протоколов определяются  уровнем, на котором он работает. Несколько протоколов могут работать совместно. Это так называемый стек, или набор, протоколов.

      Рис. 1 Модель взаимодействия открытых систем ISO/OSI 

      Как сетевые функции распределены по всем уровням модели OSI, так и протоколы совместно работают на различных уровнях стека протоколов. Уровни в стеке протоколов соответствуют уровням модели OSI. В совокупности протоколы дают полную характеристику функций и возможностей стека.

      Передача  данных по сети, с технической точки  зрения, должна состоять из последовательных шагов, каждому из которых соответствуют  свои процедуры или протокол. Таким  образом, сохраняется строгая очередность  в выполнении определенных действий⁶.

      Кроме того, все эти действия должны быть выполнены в одной и той же последовательности на каждом сетевом компьютере. На компьютере-отправителе действия выполняются в направлении сверху вниз, а на компьютере-получателе снизу вверх.

      Компьютер-отправитель  в соответствии с протоколом выполняет следующие действия: Разбивает данные на небольшие блоки, называемыми пакетами, с которыми может работать протокол, добавляет к пакетам адресную информацию, чтобы компьютер-получатель мог определить, что эти данные предназначены именно ему, подготавливает данные к передаче через плату сетевого адаптера и далее – по сетевому кабелю.

      Компьютер-получатель в соответствии с протоколом выполняет  те же действия, но только в обратном порядке: принимает пакеты данных из сетевого кабеля; через плату сетевого адаптера передает данные в компьютер; удаляет из пакета всю служебную информацию, добавленную компьютером-отправителем, копирует данные из пакета в буфер – для их объединения в исходный блок, передает приложению этот блок данных в формате, который оно использует.

      И компьютеру-отправителю, и компьютеру-получателю необходимо выполнить каждое действие одинаковым способом, с тем чтобы  пришедшие по сети данные совпадали  с отправленными.

      Если, например, два протокола будут  по-разному разбивать данные на пакеты и добавлять информацию (о последовательности пакетов, синхронизации и для проверки ошибок), тогда компьютер, использующий один из этих протоколов, не сможет успешно связаться с компьютером, на котором работает другой протокол.