Содержание.

I. Введение                                                                                                 1

II. Понятие компьютерных сетей  

2.1 Многотерминальные  системы - прообраз сети                           4

2.2 Два корня сетей передачи данных                                                 5  

III Виды сетей                                                                                      7

IV Локальные и глобальные сети

4.1 Локальные сети                                                                                   10

4.2 Глобальные сети                                                                                 21

V Заключение                                                                                     28 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1

I. Введение.

        Сеть передачи  данных - совокупность оконечных устройств (терминалов) связи, объединенных каналами передачи данных и коммутирующими устройствами (узлами сети), обеспечивающими обмен сообщениями между всеми оконечными устройствами.

     Благодаря возникновению и развитию сетей  передачи данных появился новый, высокоэффективный  способ взаимодействия между людьми. Первоначально сети использовались главным образом для научных  исследований, но затем они стали  проникать буквально во все области человеческой деятельности. При этом большинство сетей существовало совершенно независимо друг от друга, решая конкретные задачи для конкретных групп пользователей. В соответствии с этими задачами выбирались те или иные сетевые технологии и аппаратное обеспечение. Построить универсальную физическую сеть мирового масштаба из однотипной аппаратуры просто невозможно, поскольку такая сеть не могла бы удовлетворять потребности всех ее потенциальных пользователей. Одним нужна высокоскоростная сеть для соединения машин в пределах здания, а другим - надежные коммуникации между компьютерами, разнесенными на сотни километров. Тогда возникла идея объединить множество физических сетей в единую глобальную сеть, в которой использовались бы как соединения на физическом уровне, так и новый набор специальных "соглашений" или протоколов. Эта технология, получившая название internet, должна была позволить компьютерам "общаться" друг с другом независимо от того, к какой сети и каким образом они подсоединены.

     Осознав важность идеи internet, несколько правительственных организаций в США стали работать над ее реализацией. И наибольшего успеха в этом добилось агентство Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), создавшее стек протоколов TCP/IP. Возникший в конце 60-х гг. как проект объединения сетей нескольких крупных исследовательских организаций, в наше время TCP/IP стал одним из наиболее популярных протоколов сетевого взаимодействия и стандартом de facto для реализации глобальных сетевых соединений. Сеть Internet - это одна из реализаций технологии internet, которая объединяет около 10 млн. компьютеров по всему миру, которые взаимодействуют друг с другом с помощью стека протоколов TCP/IP. Серия протоколов TCP/IP - яркий пример открытой системы в том смысле, что, в отличие от протоколов, используемых в коммуникационных системах разных поставщиков, все спецификации этого стека протоколов и многие из его реализаций

     2

     общедоступны (предоставляются бесплатно или  за символическую цену). Это позволяет  любому разработчику создавать свое программное обеспечение, необходимое для взаимодействия по Internet. TCP/IP привлекает своей масштабируемостью, предоставляя одинаковые возможности глобальным и локальным сетям. По мере совершенствования средств вычислительной техники появились сети передачи и обработки данных сначала с использованием типовых каналов и трактов телефонных и телеграфных сетей, а затем с помощью специализированных сетей передачи данных. Первая попытка создания сети с пакетной коммутацией была сделана в Национальной физической лаборатории в Великобритании в 1966 г., а в 1968 г. в США была начата разработка сети с пакетной коммутацией Arpanet, ставшей предтечей Internet.

     Работа  над созданием технологии internet была начата в DARPA в середине 70-х годов. А в 1977-1979 гг. архитектура и протоколы TCP/IP приобрели современный вид. К этому времени агентство DARPA уже стало одним из лидеров в исследовании и разработке сетей с коммутацией пакетов и реализовало немало новых идей в этой области в своей сети ARPANET. Бурное развитие разнообразных сетевых технологий, в том числе беспроводных радиосетей и спутниковых каналов связи, стимулировало активность DARPA в исследовании проблем межсетевого взаимодействия и реализации принципов internet в ARPANET. Начало 80-х гг. - время зарождения реальной сети Internet. В эти годы DARPA инициировало перевод машин, подсоединенных к его исследовательским сетям, на использование стека TCP/IP. ARPANET стала магистральной сетью Internet и активно использовалась для многочисленных экспериментов с TCP/IP. Окончательный переход к технологии internet произошел в январе 1983 г. В это же время сеть ARPANET была разбита на две независимые части. Одна из них предназначалась для исследовательских целей, и за ней было оставлено название ARPANET; вторая, несколько большая по масштабу сеть MILNET, должна была отвечать за военные коммуникации. Сетевые коммуникации становятся критически важной составляющей научных исследований. Осознав этот факт, National Science Foundation приняла активное участие в расширении Internet с целью сделать стек TCP/IP доступным максимальному числу исследовательских организаций. С

1985 г. NSF реализовывала  программу создания сетей вокруг  шести своих суперкомпьютерных  центров. В 1986 г. была создана  магистральная сеть NSFNET, которая  в конце концов, объединила все эти центры и связала их с ARPANET.

     К началу 90-х гг. Internet объединяла уже  сотни отдельных сетей в США  и Европе. К мировой Сети помимо научных институтов и 

3

университетов стали подключаться компьютерные компании и большие корпорации нефтяной, автомобильной и электронной индустрии, а также телефонные компании. Кроме того, многие организации использовали TCP/IP для создания своих корпоративных сетей, которые не являются компонентами большой Internet. В наши же дни Internet проникает буквально во все сферы человеческой жизни, и сейчас уже всерьез говорят о влиянии мировой сети на наше мировоззрение и мировосприятие.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4

II. Понятие компьютерных сетей

2.1. Многотерминальные системы — прообраз сети

       Терминалы, выйдя за пределы вычислительного центра, рассредоточились по всему предприятию. Многотерминальный режим использовался не только в системах разделения времени, но и в системах пакетной обработки. При этом не только оператор, но и все пользователи получали возможность формировать свои задания и управлять их выполнением со своего терминала. Такие операционные системы получили название систем удаленного ввода заданий.

         Терминальные комплексы могли  располагаться на большом расстоянии  от процессорных стоек, соединяясь с ними с помощью различных глобальных связей — модемных соединений телефонных сетей или выделенных каналов. Для поддержки удаленной работы терминалов в операционных системах появились специальные программные модули, реализующие различные (в то время, как правило, нестандартные) протоколы связи. Такие вычислительные системы с удаленными терминалами сохраняя централизованный характер обработки данных, в какой-то степени являлись прообразом современных компьютерных сетей (рис. 3), а соответствующее системное программное обеспечение — прообразом сетевых операционных систем.

Рис. 3.  Многотерминальная система — прообраз вычислительной сети. 

5

      Многотерминальные централизованные системы уже имели все внешние признаки локальных вычислительных сетей, однако по существу ими не являлись, так как сохраняли сущность централизованной обработки данных автономно работающего компьютера.

        Действительно, рядовой пользователь  работу за терминалом мэйнфрейма воспринимал примерно так же, как сейчас воспринимает работу за подключенным к сети персональным компьютером. Пользователь мог получить доступ к общим файлам и периферийным устройствам, при этом у него создавалась полная иллюзия единоличного владения компьютером, так как он мог запустить нужную ему программу в любой момент и почти сразу же получить результат. (Некоторые далекие от вычислительной техники пользователи даже были уверены, что все вычисления выполняются внутри их дисплея.)

2.2Два корня сетей передачи данных

 История любой  отрасли науки или техники  позволяет не только удовлетворить  естественное любопытство, но  и глубже понять сущность основных  достижений в этой отрасли,  а также выявить тенденции и правильно оценить перспективность тех или иных направлений развития.

         Сети передачи данных, называемые также вычислительными или компьютерными сетями, являются результатом эволюции двух важнейших научно-технических отраслей современной цивилизации — компьютерных и телекоммуникационных технологий (рис. 1.):

1. С одной стороны, сети передачи данных представляют собой частный случай распределенных вычислительных систем, в которых группа компьютеров согласованно выполняет набор взаимосвязанных задач, обмениваясь данными в автоматическом режиме.
2. 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.

6

3.  
   Рис. 1.  Эволюция компьютерных сетей на стыке вычислительной техники и телекоммуникационных технологий.

Итак,

• компьютерная сеть — это набор компьютеров, связанных коммуникационной системой и снабженных соответствующим программным обеспечением, которое предоставляет пользователям сети доступ к ресурсам этого набора компьютеров;
• сеть могут образовывать компьютеры разных типов — небольшие микропроцессоры, рабочие станции, мини-компьютеры, персональные компьютеры или суперкомпьютеры;
• передачу сообщений между любой парой компьютеров сети обеспечивает коммуникационная система, которая может включать кабели, повторители, коммутаторы, маршрутизаторы и другие устройства;
• компьютерная сеть позволяет пользователю работать со своим компьютером, как с автономным, и добавляет к этому возможность доступа к информационным и аппаратным ресурсам других компьютеров сети.

7

III. Виды сетей

Структура действующих  сетей и характер предоставляемых ими услуг зависят от их назначения, определенного владельцами информационных центров и хостовых систем. Можно предложить следующую классификацию типов владельцев сетей и сетевых ресурсов.

• Вид 1. Сети передачи данных общего пользования (иначе - ⌠общественные или ⌠Public сети). Эти сети обычно имеют собственные мощные хостовые системы для предоставления клиентам сети базовых услуг, включающих электронную почту, базы данных, пересылку файлов и телеконференции, а также шлюзы, обеспечивающие "выход" в другие сети.
• Вид 2. Информационные центры широкого использования. К сетям подключено много ресурсов, которые не принадлежат администрациям сетей, но предназначены для массового использования. Например, в сетях широко представлены различные базы данных, принадлежащие организациям, производящим или перепродающим информацию. Такие организации имеют с администрациями сетей договоры, регламентирующие финансовые и другие условия доступа абонентов сетей к интересующей их информации. Технически базы данных этого типа иногда размещаются на хост-компьютерах, принадлежащих администрациям сетей передачи данных, однако чаще владельцы баз данных устанавливают собственные хост-системы и подключают их по протоколу Х.25 (по выделенным линиям) к сетям.
• Вид 3. Региональные сети передачи данных. Вследствие организационных или экономических причин развитие сетей передачи данных на местах часто имеет характер создания региональных сетей, например, областной или краевой сети. Логически региональные сети могут строиться как подсети больших (федеральных) сетей общего пользования с единым адресным пространством и управлением из единого центра управления сетью. Однако администрация региональной сети может самостоятельно решать все вопросы эксплуатации сети на своей территории, включая определение цен на телекоммуникационные услуги. Экономическая целесообразность создания региональной сети заключается в том, что большой объем информации замыкается внутри

8

региона, достигая 70% от всей циркулирующей в региональной сети информации. Очевидно, что весь доход от предоставления услуг по внутрирегиональной коммуникации остается у региональной сети. При этом все вопросы межрегионального, а также зарубежного обмена данными остаются за администрацией федеральной сети, что существенно упрощает взаимодействие региона с внешним миром.

• Вид 4. Информационные системы ограниченного доступа. В общественных сетях передачи данных имеются хостовые системы, доступ к которым жестко ограничен. Примерами таких систем являются банковские системы, ориентированные на обслуживание клиентов банка (системы клиент-банк), банковские системы верификации кредитных карточек, биржевые системы. Число пользователей таких систем, как правило, бывает большим (несколько тысяч), география их размещения может быть обширной и трудно планируемой, хотя объем информации, передаваемой каждым пользователем, может быть невелик. Для таких систем часто бывает целесообразным использование общественных сетей передачи данных для обеспечения широкого доступа к их хост-ЭВМ. Однако сами ресурсные хост-ЭВМ таких систем всегда являются собственностью соответствующих организаций (банков, бирж) и находятся на их территории. Часто у этих организаций возникает необходимость подключения рабочих станций их локальных сетей к средствам электронной почты, базам данных и другим ресурсам глобальных сетей передачи данных. Предпринимаются значительные усилия для обеспечения безопасности этих систем. С увеличением масштабов таких систем они имеют тенденцию преобразовываться в системы следующего 5-го типа.
• Вид 5. Частные сети. Наиболее закрытым типом информационных систем являются частные информационные центры или частные сети передачи данных. Примером таких систем может быть телекоммуникационная система крупного банка, предназначенная для внутрибанковского обмена информацией между центральным офисом банка и его отделениями в пределах одного города, а также между центральным офисом и филиалами банка в других городах, регионах, странах. Еще одним примером этого типа может быть сеть передачи данных МВД. Типичной частной сетью является сеть отрасли промышленности или крупного куста промышленных предприятий (например, в топливно-энергетическом комплексе, в машиностроении, в космической

9

промышленности  и т.д.). Как и для региональных сетей, для частных сетей характерны не только владение техническими средствами своих информационных хостовых систем, но и ориентация на использование собственных выделенных каналов и собственного телекоммуникационного оборудования. Это не исключает использование частными сетями средств передачи данных сетей общего пользования, с которыми частные сети имеют шлюзы для доступа к другим информационным системам, к зарубежным сетям передачи данных или для связи с некоторыми собственными удаленными структурами. Обычно частные сети, владеющие собственным телекоммуникационным оборудованием, строятся как подсети больших сетей общего пользования с единым адресным пространством и управлением из единого центра управления сетью. Последнее никак не отражается на том факте, что это закрытые сети с замкнутым (хотя и большим) кругом пользователей. Для этих сетей характерны: большой объем информации, циркулирующей внутри сети; высокие требования к защите информации; использование специфических сетевых приложений (распределенные базы данных, распределенные системы автоматизированного проектирования, необходимость связи крупных локальных сетей и пр.).

Системы 3, 4 и 5-го типов  можно считать корпоративными информационными  системами или корпоративными сетями, для которых характерны следующие  признаки:

• информационные услуги абонентам предоставляются центрами (хостами), являющимися собственностью организаций, которые их используют; центры располагаются на территориях этих организаций и управляются (характер информации, условия доступа и т.п.) их персоналом;
• центры имеют собственные средства для подключения абонентов (например, телефонные и/или телеграфные линии), используемые в основном для работы местных абонентов, например в пределах одного города;
• центры корпоративной сети подключены к магистральным каналам одной или нескольких сетей передачи данных общего пользования, что обеспечивает взаимодействие абонентов корпоративной сети с абонентами других сетей, а также доступ собственных и внешних абонентов к ресурсам корпоративной сети из удаленных точек. Если подключение всех абонентов и обмен данными между хостами можно осуществить, используя

10

исключительно собственные  линии связи, то корпоративная сеть может быть полностью изолированной.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

11

IV. Локальные и глобальные сети

4.1 Локальные сети

          Связь на небольшие расстояния  в компьютерной технике существовала  еще задолго до появления первых  персональных компьютеров.

          К большим компьютерам (mainframes), присоединялись многочисленные  терминалы (или "интеллектуальные дисплеи"). Правда, интеллекта в этих терминалах было очень мало, практически никакой обработки информации они не делали, и основная цель организации связи состояла в том, чтобы разделить интеллект ("машинное время") большого мощного и дорогого компьютера между пользователями, работающими за этими терминалами. Это называлось режимом разделения времени, так как большой компьютер последовательно во времени решал задачи множества пользователей. В данном случае достигалось совместное использование самых дорогих в то время ресурсов - вычислительных (рис 5.).

               Затем были созданы микропроцессоры и первые микрокомпьютеры. Появилась возможность разместить компьютер на столе у каждого пользователя, так как вычислительные, интеллектуальные ресурсы подешевели. Но зато все остальные ресурсы оставались еще довольно дорогими. А что значит голый интеллект без средств хранения информации и ее документирования? Не будешь же каждый раз после включения питания заново набирать выполняемую программу или хранить ее в маловместительной постоянной памяти. На помощь снова пришли средства связи. Объединив несколько микрокомпьютеров, можно было организовать совместное использование ими компьютерной периферии (магнитных дисков, магнитной ленты, принтеров). При этом вся обработка информации проводилась на месте, но ее результаты передавались на

12

централизованные ресурсы. Здесь опять же совместно использовалось самое дорогое, что есть в системе, но уже совершенно по-новому. Такой режим получил название режима обратного разделения времени (рис. 6). Как и в первом случае, средства связи снижали стоимость компьютерной системы в целом.

          Затем появились персональные  компьютеры, которые отличались  от первых микрокомпьютеров тем, что имели полный комплект достаточно развитой для полностью автономной работы периферии: магнитные диски, принтеры, не говоря уже о более совершенных средствах интерфейса пользователя (мониторы, клавиатуры, мыши и т.д.). Периферия подешевела и стала по цене вполне сравнимой с компьютером. Казалось бы, зачем теперь соединять персональные компьютеры (рис. 7)? Что им разделять, когда и так уже все разделено и находится на столе у каждого пользователя? Интеллекта на месте хватает, периферии тоже. Что же может дать сеть в этом случае?

            Самое главное — это опять  же совместное использование ресурса. То самое обратное разделение времени, но уже на принципиально другом уровне. Здесь уже оно применяется не для снижения стоимости системы, а с целью более эффективного использования ресурсов имеющихся в распоряжении компьютеров. Например, сеть позволяет объединить объем дисков всех компьютеров, обеспечив доступ каждого из них к дискам всех остальных как к собственным.

              Но нагляднее всего преимущества  сети проявляются, в том случае, когда все пользователи активно  работают с единой базой данных, запрашивая информацию из нее и занося в нее новую (например, в банке, в магазине, на складе). Никакими дискетами тут уже не обойдешься: пришлось бы целыми днями переносить данные с

13

каждого компьютера на все остальные, содержать целый штат курьеров. А с сетью все очень просто: любые изменения данных, произведенные с любого компьютера, тут же становятся видными и доступными всем. В этом случае особой обработки на месте обычно не требуется, и в принципе можно было бы обойтись более дешевыми терминалами (вернуться к первой рассмотренной ситуации), но персональные компьютеры имеют несравнимо более удобный интерфейс пользователя, облегчающий работу персонала. К тому же возможность сложной обработки информации на месте часто может заметно уменьшить объем передаваемых данных.

           Без сети также невозможно обойтись в том случае, когда необходимо обеспечить согласованную работу нескольких компьютеров. Эта ситуация чаще всего встречается, когда эти компьютеры используются не для вычислений и работы с базами данных, а в задачах управления, измерения, контроля, там, где компьютер сопрягается с теми или иными внешними устройствами (рис. 8). Примерами могут служить различные производственные технологические системы, а также системы управления научными установками и комплексами. Здесь сеть позволяет синхронизовать действия компьютеров, распараллелить и соответственно ускорить процесс обработки данных, то есть сложить уже не только периферийные ресурсы, но и интеллектуальную мощь.

         Именно указанные преимущества  локальных сетей и обеспечивают их популярность и все более широкое применение, несмотря на все неудобства, связанные с их установкой и эксплуатацией.

         14

 Способов  и средств обмена информацией за последнее время предложено множество: от простейшего переноса файлов с помощью дискеты до всемирной компьютерной сети Интернет, способной объединить все компьютеры мира. Какое же место в этой иерархии отводится локальным сетям?

         Чаще всего термин "локальные сети" или "локальные вычислительные сети"  понимают буквально, то есть это такие сети, которые имеют небольшие, локальные размеры, соединяют близко расположенные компьютеры. Однако достаточно посмотреть на характеристики некоторых современных локальных сетей, чтобы понять, что такое определение не точно. Например, некоторые локальные сети легко обеспечивают связь на расстоянии нескольких десятков километров. Это уже размеры не комнаты, не здания, не близко расположенных зданий, а, может быть, даже целого города. С другой стороны, по глобальной сети  вполне могут связываться компьютеры, находящиеся на соседних столах в одной комнате, но ее почему-то никто не называет локальной сетью. Близко расположенные компьютеры могут также связываться с помощью кабеля, соединяющего разъемы внешних интерфейсов или даже без кабеля по инфракрасному каналу. Но такая связь тоже почему-то не называется локальной.

            Неверно и довольно часто встречающееся  определение локальной сети как малой сети, которая объединяет небольшое количество компьютеров. Действительно, как правило, локальная сеть связывает от двух до нескольких десятков компьютеров. Но предельные возможности современных локальных сетей гораздо выше: максимальное число абонентов может достигать тысячи. Называть такую сеть малой неправильно.

           Некоторые авторы определяют  локальную сеть как "систему для непосредственного соединения многих компьютеров". При этом подразумевается, что информация передается от компьютера к компьютеру без каких-либо посредников и по единой среде передачи. Однако говорить о единой среде передачи в современной локальной сети не приходится. Например, в пределах одной сети могут использоваться как электрические кабели различных типов (витая пара, коаксиальный кабель), так и оптоволоконные кабели. Определение передачи "без посредников" также не корректно, ведь в современных локальных сетях используются репитеры, трансиверы, концентраторы, коммутаторы, маршрутизаторы, мосты, которые порой производят довольно сложную обработку передаваемой

15

информации. Не совсем понятно, можно ли считать их посредниками или нет, можно ли считать подобную сеть локальной.

                 Наверное, наиболее точно было  бы определить как локальную  такую сеть, которая позволяет пользователям не замечать связи. Еще можно сказать, что локальная сеть должна обеспечивать прозрачную связь. По сути, компьютеры, связанные локальной сетью, объединяются, в один виртуальный компьютер, ресурсы которого могут быть доступны всем пользователям, причем этот доступ не менее удобен, чем к ресурсам, входящим непосредственно в каждый отдельный компьютер. Под удобством в данном случае понимается высокая реальная скорость доступа, скорость обмена информацией между приложениями, практически незаметная для пользователя. При таком определении становится понятно, что ни медленные глобальные сети, ни медленная связь через последовательный или параллельный порты не подпадают под понятие локальной сети.

           Из данного определения следует,  что скорость передачи по локальной сети обязательно должна расти по мере роста быстродействия наиболее распространенных компьютеров. Именно это и наблюдается: если еще десять лет назад вполне приемлемой считалась скорость обмена в 10 Мбит/с, то сейчас уже среднескоростной считается сеть, имеющая пропускную способность 100 Мбит/с, активно разрабатываются, а кое-где используются средства для скорости 1000 Мбит/с и даже больше. Без этого уже нельзя, иначе связь станет слишком узким местом, будет чрезмерно замедлять работу объединенного сетью виртуального компьютера, снижать удобство доступа к сетевым ресурсам.