1 История развития компьютерных сетей. Назначение компьютерных сетей. Основные проблемы и перспективы развития компьютерных сетей
 Скачать 127.86 Kb.
|
|
1)История развития компьютерных сетей. Назначение компьютерных сетей. Основные проблемы и перспективы развития компьютерных сетей. Первая сеть была разработана в 1969 году в связи с тем, что США посчитали, что нужна надёжная среда передачи данных. В разработке участвовали 4 университета: Калифорнийский университет, Стэндфордский исследовательский центр, университет Юты, Университет штата Калифорния в Санта-Барбаре. Первая КС была названа ARPANET, и в 1969 году объединила эти 4 университета. Основное назначение компьютерных сетей - обеспечить совместный доступ пользователей к информации (базам данных, документам и т. д.) и ресурсам (жесткие диски, принтеры, накопители CD-ROM, модемы, выход в глобальную сеть и т. д.). Одной из наиболее перспективных на данный момент областей исследования является разработка так называемых нейрокомпьютеров, основанных на молекулах ДНК, способных хранить большие объёмы информации относительно современного ПК при минимальных размерах самих носителей информации. Большой успех в последнее время получили так называемые виртуозные технологии, которые позволяют с большой точностью моделировать физические явления, процессы, предметы, а так же их взаимодействие. Такие технологии используются в различных областях деятельности человека. В настоящее время большинство организаций хранит и совместно использует в сетевой среде огромные объёмы жизненно важных данных. Вот почему сети сейчас так необходимы, как еще совсем недавно были необходимы пишущие машинки и картотеки. Плоскость данных Начнем с того, что основная задача сети-перенос данных с одного подключенного хоста на другой. Это может показаться простым на первый взгляд, но на самом деле это чревато проблемами. Коммутация каналов - Первое большое обсуждение в мире компьютерных сетей было то, должны ли сети быть с коммутацией каналов или с коммутацией пакетов. Основное различие между этими двумя понятиями заключается в концепции схемы: нужно ли передатчику и приемнику «видеть» сеть как один провод или соединение, предварительно сконфигурированное (или настроенное) с определенным набором свойств прежде чем они начнут общаться? Или они «видят» сеть как общий ресурс, где информация просто генерируется и передается «по желанию»? Первый считается с коммутацией каналов, а второй считается с коммутацией пакетов. Коммутация каналов имеет тенденцию обеспечивать больший поток трафика и гарантии доставки, в то время как коммутация пакетов обеспечивает доставку данных при гораздо меньших затратах - первый из многих компромиссов, с которыми вы столкнетесь при проектировании сетей. Коммутация пакетов В начале-середине 1960-х годов коммутация пакетов находилась в состоянии «in the air». Много людей переосмысливали то, как сети были построены, и рассматривали альтернативы парадигме коммутации каналов. Paul Baran, работавший в RAND Corporation, предложил сеть с коммутацией пакетов в качестве решения для обеспечения живучести; примерно в то же время Donald Davies в Великобритании предложил такой же тип системы. Эти идеи попали в Lawrence Livermore Laboratory, что привело к созданию первой сети с коммутацией пакетов (названной Octopus), введенной в эксплуатацию в 1968 году. ARPANET, экспериментальная сеть с коммутацией пакетов, начала функционировать вскоре после этого, в 1970 году. 2)Принципы централизованной и распределенной обработки данных. Системы «терминал-хост». Обобщенная структура компьютерной сети. СМОТРЕТЬ В ТЕТРАДИ – ВТОРАЯ ТЕМА (или третья) СИСТЕМЫ ТЕРМИНАЛ—ХОСТ Первые системы совместной эксплуатации информационных и вычислительных ресурсов (системы коллективного пользования) появляются в 1960—1970-е гг. и относятся к вычислительным системам с разделением времени. Первоначально операционные системы ЭВМ (ОС) были рассчитаны на пакетную обработку информации, затем с созданием интерактивных терминальных устройств появляется возможность совместной работы пользователей в реальном масштабе времени. Основные этапы развития систем доступа к информационным ресурсам включают следующие схемы. 1. Взаимодействие терминала (конечный пользователь, источник запросов и заданий) и хоста (центральная ЭВМ, держатель всех информационных и вычислительных ресурсов). Может осуществляться как в локальном, так и в удаленном режиме, во втором случае, как правило, некоторая совокупность пользователей (дисплейный класс) размещается в так называемом абонентском пункте — комплексе, снабженном контроллером (устройством управления), принтером, концентратором и обеспечивающим параллельную работу пользователей с удаленным хостом. Связь между хостом и абонентским пунктом в этом случае осуществлялась с помощью модемов, по телефонным каналам. 2. На следующем этапе формируются сети передачи данных (из существующих общих и специальных цифровых каналов), позволяющие как осуществлять более тесное взаимодействие терминал—хост, так и обмен хост—хост для реализации распределенных баз данных и децентрализации процессов обработки информации. 3. Появление и массовое распространение персональных компьютеров выводит на первый план (для массового пользователя) проблему связи ПК— ПК для быстрого резервирования и копирования информации (в том числе с использованием модемов) и локальные сети — для совместной эксплуатации баз данных (файл—сервер) и дорогостоящего оборудования. В дальнейшем локальные сети потеряли самостоятельное значение вследствие интеграции с глобальными в двухуровневые сети, строящиеся по единому принципу в рамках Internet. В последующем перечисленные конфигурации не претерпели существенных изменений, однако понятия хост и терминал из чисто аппаратурных трансформировались в аппаратурно-программные и даже сугубо программные (например, эмуляторы терминала и эмуляторы хоста на однотипных ПК. Кроме того, в 80-е гг. в обиход входит понятие интеллектуального терминала (smart terminal) — сателлитной машины, которая берет на себя часть функций по обработке информации пользователя (например, синтаксический анализ запроса или программы). Системы коллективной человеческой деятельности, опирающиеся на телекоммуникационные технологии, делятся на две группы: 1)Системы с разделением времени – в них каждый участник как бы пользуется собственной ЭВМ и основной задачей администраторов и разработчиков является защита данных от несанкционированного доступа и взаимная изоляция участников; 2) Системы обеспечения групповых решений – обеспечивают взаимодействие пользователей в процессе принятия решений. Первые системы совместной эксплуатации информационных и вычислительных ресурсов были рассчитаны на пакетную обработку информации, затем с созданием интерактивных терминальных устройств, появилась возможность совместной работы пользователей в реальном масштабе времени. Основные этапы развития систем доступа к информационным ресурсам: 1. Взаимодействие терминалов (конечных пользователей, источников запросов и заданий) и хоста (центральной ЭВМ, держателя всех информационных и вычислительных ресурсов. 3. С появлением и массовым распространением персональных компьютеров возникает проблема связи «ПК-ПК» Схема а: быстрое резервирование и копирование информации, в том числе с использованием модемов. Схема б: совместная эксплуатация баз данных (файл-сервер). Обобщенная структура компьютерной сети Компьютерные сети являются высшей формой многомашинных ассоциаций. Выделим ос¬новные отличия компьютерной сети от многомашинного вычислительного комплекса. Первое отличие — размерность. В состав многомашинного вычислительного ком¬плекса входят обычно две, максимум три ЭВМ, расположенные преимущественно в одном помещении. Вычислительная сеть может состоять из десятков и даже сотен ЭВМ, располо¬женных на расстоянии друг от друга от нескольких метров до десятков, сотен и даже тысяч километров. Второе отличие — разделение функций между ЭВМ. Если в многомашинном вы¬числительном комплексе функции обработки данных, передачи данных и управления систе¬мой могут быть реализованы в одной ЭВМ, то в вычислительных сетях эти функции распределены между различными ЭВМ. Третье отличие — необходимость решения в сети задачи маршрутизации сообще¬ний. Сообщение от одной ЭВМ к другой в сети может быть передано по различным ма¬ршрутам 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 эле¬мента многомашинной ассоциации, а также требует формирования специальной терминоло¬гии. Абоненты сети — объекты, генерирующие или потребляющие информа¬цию в сети.Абонентами сети могут быть отдельные ЭВМ, комплексы ЭВМ, терминалы, про¬мышленные роботы, станки с числовым программным управлением и т.д. Любой абонент сети подключается к станции. Станция — аппаратура, которая выполняет функции, связанные с переда¬чей и приемом информации. Совокупность абонента и станции принято называть абонентской системой. Для организации взаимодействия абонентов необходима физическая передающая среда. Физическая передающая среда — линии связи или пространство, в кото¬ром распространяются электрические сигналы, и аппаратура передачи дан¬ных. 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. Обобщенная структура компьютерной сети приведена на рис.13.3. Классификация вычислительных сетей В зависимости от территориального расположения абонентских систем вычислительные сети можно разделить на три основных класса: глобальные сети (WAN — Wide Area Network); региональные сети (MAN — Metropolitan Area Network); локальные сети (LAN — Local Area Network). 3)Классификация компьютерных сетей. Функциональные типы компьютерных сетей: локальные, глобальные, корпоративные. Типы глобальных сетей. Классификация сетей Компьютерные сети классифицируются по двум признакам: общие (пользовательские) и специальные (профессиональные). Общие (пользовательские) признаки: •по архитектуре; •по масштабу администрирования; •по уровню однородности; •по территориальному признаку; •по скорости передачи; •по способу подключения; •по пpедоставляемому сеpвису (службам). Классификация сетей по архитектуре: •LAN – Local Area Network ( ЛВС ) – Локальные вычислительные сети: Ethernet, FastEthernet, ARCnet, TokenRing , LokalTalk (Apple) , WLAN, FDDI*. •WAN – Wide Area Network ( РВС ) – Региональные и глобальные вычислительные сети: FDDI*, ATM, FrameRelay. •MAN – Metropolian Area Network ( TВС ) – Городские (территориальные) вычислительные сети.. Это понятие в настоящее вpемя уже не используется. Оно вытеснено понятием WAN. •GAN – Global Area Network ( ГВС ) – Глобальные вычислительные сети.Это понятие в настоящее вpемя уже не используется. Оно вытеснено понятием WAN. Классификация по масштабу администрирования: •Офисные сети (сети отделов). •Учрежденческие сети (сети кампусов). •Корпоративные сети. •Сети общего доступа (Internet). Классификация по уровню однородности: •Одноранговые. •«Клиент-сервер» – Клиент – объект (компьютер или программа), запрашивающий некоторые услуги. – Сервер – объект (компьютер или программа), предоставляющий некоторые услуги. •Гибридные. •Гетерогенные, гомогенные. Классификация по скорости передачи данных (единицы измерения скорости передачи ( боды, бит/c, bps, cps, Мб/с , МБ/с): •коммуникационные модемные каналы: 1200, 2400, 4800, 9600, 14400, 19200, 33600, 56000 bps; •физическая скорость на коммутируемых телефонных каналах = ( 1200-3000 bod); •цифровые модемы 64Кб/с, 128 Кб/с, 256Кб/с, 1,0Мб/с, 5Мб/.с, 10Мб/с; •среднескоростные сети 1, 2, 8, 10, 16, 20 Мб/с; •скоростные сети 100 Мб/с, 1.5 Гб/с. Классификация по типу передающей cреды: •проводная (коаксиал, витая паpа, оптоволокно); •беспроводная (радиоканал, ИК каналы, микроволновые каналы). Специальные (профессиональные) признаки: •по топологии сети; •по способу управления; •по типу передающей cреды; •по назначению. Классификация по топологии сети: •сети с топологией «Общая шина»; •сети с топологией «Звезда»; •сети с топологией «Кольцо»; •сети с древовидной топологией; •сети со смешанной топологией. Типы глобальных сетей Глобальная вычислительная сеть работает в наиболее подходящем для компьютерного трафика режиме - режиме коммутации пакетов. Оптимальность этого режима для связи локальных сетей доказывают не только данные о суммарном трафике, передаваемом сетью в единицу времени, но и стоимость услуг такой территориальной сети. Обычно при равенстве предоставляемой скорости доступа сеть с коммутацией пакетов оказывается в 2-3 раза дешевле, чем сеть с коммутацией каналов, то есть публичная телефонная сеть. Поэтому при создании корпоративной сети необходимо стремиться к построению или использованию услуг территориальной сети с распределенными коммутаторами пакетов. Однако часто такая вычислительная глобальная сеть по разным причинам оказывается недоступной в том или ином географическом пункте. В то же время гораздо более распространены и доступны услуги, предоставляемые телефонными сетями или первичными сетями, поддерживающими услуги выделенных каналов. Поэтому при построении корпоративной сети можно дополнить недостающие компоненты услугами и оборудованием, арендуемыми у владельцев первичной или телефонной сети. В зависимости от того, какие компоненты приходится брать в аренду, принято различать корпоративные сети, построенные с использованием: выделенных каналов; коммутации каналов; коммутации пакетов. +Последний случай соответствует наиболее благоприятному случаю, когда сеть с коммутацией пакетов доступна во всех географических точках, которые нужно объединить в общую корпоративную сеть. Первые два случая требуют проведения дополнительных работ, чтобы на основании взятых в аренду средств построить сеть с коммутацией пакетов. 4)Характеристика процесса передачи данных. Режимы и коды передачи данных. Синхронная и асинхронная передача данных. Характеристика процесса передачи данных Характеристика процесса передачи данных Любая коммуникационная сеть должна включать следующие основные компоненты: передатчик, сообщение, средства передачи, приемник. Передатчик - устройство, являющееся источником данных. Приемник - устройство, принимающее данные. Приемником могут быть компьютер, терминал или какое-либо цифровое устройство. Сообщение - цифровые данные определенного формата, предназначенные для передачи. Это может быть файл базы данных, таблица, ответ на запрос, текст или изображение. Средства передачи - физическая передающая среда и специальная аппаратура, обеспечивающая передачу сообщений. Для передачи сообщений в вычислительных сетях используются различные типы каналов связи. Наиболее распространены выделенные телефонные каналы и специальные каналы для передачи цифровой информации. Применяются также радиоканалы и каналы спутниковой связи. Особняком в этом отношении стоят ЛБС, где в качестве передающей среды используются витая пара ПРОБОДОВ, коаксиальный кабель и оптоволоконный кабель. Для характеристики процесса обмена сообщениями в вычислительной сети по каналам связи используются следующие понятия: режим передачи, код передачи, тип синхронизации. Существуют три режима передачи: симплексный, полудуплексный и дуплексный. Симплексный режим - передача данных только в одном направлении. Примером симплексного режима передачи является система, в которой информация, собираемая с помощью датчиков, передается для обработки на ЭВМ. В вычислительных сетях симплексная передача практически не используется. Полудуплексный режим - попеременная передача информации, когда источник и приемник последовательно меняются местами. Яркий пример работы в полудуплексном режиме - разведчик, передающий в Центр информацию, а затем принимающий инструкции из Центра. Дуплексный режим - одновременные передача и прием сообщений. Дуплексный режим является наиболее скоростным режимом работы и позволяет эффективно использовать вычислительные возможности быстродействующих ЭВМ в сочетании с высокой скоростью передачи данных по каналам связи. Пример дуплексного режима - телефонный разговор. Процессы передачи или приема информации в вычислительных сетях могут быть привязаны к определенным временным отметкам, Т.е. один из процессов может начаться только после того, как получит полностью данные от другого процесса. Такие процессы называются синхронными. В то же время существуют процессы, в которых нет такой привязки и они могут выполняться независимо от степени полноты переданных данных. Такие процессы называются асинхронными. Синхронизация данных - согласование различных процессов во времени. В системах передачи данных используются два способа передачи данных: синхронный и асинхронный. При синхронной передаче информация передается блоками, которые обрамляются специальными управляющими символами. В состав блока включаются также специальные синхросимволы, обеспечивающие контроль состояния физической передающей среды, и символы, позволяющие обнаруживать ошибки при обмене информацией. В конце блока данных при синхронной передаче в канал связи выдается контрольная последовательность, сформированная по специальному алгоритму. По этому же алгоритму формируется контрольная последовательность при приеме информации из канала связи. Если обе последовательности совпадают - ошибок нет. Блок данных принят. Если же последовательности не совпадают - ошибка. Передача повторяется до положительного результата проверки. Если повторные передачи не дают положительного результата, то фиксируется состояние аварии. Синхронная передача - высокоскоростная и почти безошибочная. Она используется для обмена сообщениями между ЭВМ в вычислительных сетях. Синхронная передача требует дорогостоящего оборудования. При асинхронной передаче данные передаются в канал связи как последовательность битов, из которой при приеме необходимо выделить байты для последующей их обработки. для этого каждый байт ограничивается стартовым и стоповым битами, которые и позволяют про извести выделение их из потока передачи. Иногда в линиях связи с низкой надежностью используется несколько таких битов. Дополнительные стартовые и стоповые биты несколько снижают эффективную скорость передачи данных и соответственно пропускную способность канала связи. В то же время асинхронная передача не требует дорогостоящего оборудования и отвечает требованиям организации диалога в вычислительной сети при взаимодействии персональных ЭВМ. |