компьютер. Лекция 10. Компьютерные сети

• Название: Лекция 10. Компьютерные сети
• Анкор: компьютер
• Дата: 11.09.2022
• Размер: 1.98 Mb.
• Имя файла: Comput_Network_Lec.pdf
• Тип: Лекция; #671243
• страница: 1 из 4

Лекция № 10.
Компьютерные сети
Понятие компьютерных сетей. Назначение и показатели качества. Локальные и глобальные сети ЭВМ. Функциональные элементы компьютерных сетей. Передающие среды. Топология сети (шина, звезда, кольцо). Особенности передачи данных в каждой из топологий. Методы доступа к среде.
Протоколы передачи данных.
Структура сети Интернет. Протоколы TCP/IP.
IP-адреса. Основные услуги интернет. Всемирная паутина WWW. Основные компоненты технологии WWW. Протокол HTTP. Язык HTML. URL-адреса.
1. Компьютерные сети как средство разделения ресурсов
«Именно ограниченность ресурсов компью- тера (памяти, вычислительной мощности, программного обеспечения, необходимых данных и т.д.) заставляет создавать вычисли- тельные сети, которые позволяют почти не- ограниченно расширять ресурсы, необходи- мые пользователю.»
Л. А. Растригин
1
Развитие отрасли информационных технологий создало ряд предпосылок для создания и использования вычислительных сетей:

повсеместное распространение персональных компьютеров – относительно не- дорогой и высокопроизводительной техники, с помощью которой решаются зада- чи различной сложности;

потребность пользователей обмениваться информацией, совместно используя общие информационные, аппаратные и программные ресурсы;

появление широкого спектра аппаратных и программных коммуникационных
средств, позволяющих легко объединять отдельные персональные компьютеры в сети.
Компьютерная (вычислительная) сеть (Computer NetWork
2
) – это совокупность компьютеров и различных устройств, соединенных с помощью каналов связи в единую систему, которая обеспечивает разделение ресурсов и обмен информацией между ком- пьютерами.
Объекты, генерирующие или потребляющие информацию в сети, называются або-
нентами сети. Информация в сети передается в виде электрических сигналов или элек- тромагнитных волн.
Линии связи или пространство, в котором распространяются сигналы и волны, а также аппаратура передачи данных называется физической передающей средой.
Устройство, непосредственно подключенное к передающей среде, называется узлом. На базе физической передающей среды строится коммуникационная сеть, которая обеспечи- вает передачу информации между абонентами сети.
Наличие компьютерной сети предоставляет пользователям ряд преимуществ:
1
Растригин Л.А. С компьютером наедине. — М.: Радио и связь, 1990. — 224 с.
2
Net – сеть, work – работа.

Лекция № 10. Компьютерные сети
2

разделение данных – дает пользователям, нуждающимся в информации, возмож- ность доступа к базам данных и управления ими со своих рабочих мест;

разделение технических ресурсов - позволяет более экономно использовать отно- сительно дорогие ресурсы, например, печатать на цветном лазерном или крупно- форматном принтере;

разделение программных ресурсов – позволяет одновременно использовать цен- трализованно установленные программные средства;

разделение вычислительных ресурсов – позволяет использовать существующие вычислительные мощности для обработки больших объемов данных другими си- стемами, входящими в сеть.
Таким образом, вычислительные сети создаются для обеспечения возможности доступа пользователей сети к любому ее ресурсу в целях удовлетворения своих информацион- ных потребностей.
Перечислим основные требования, которые предъявляются к современным компьютер- ным сетям:
 производительность – определяется такими показателями, как время реакции си-
стемы (время, которое затрачивается с момента формирования запроса до момен- та получения ответа на него) и пропускная скорость сети (количество информа- ции, переданной через сеть в единицу времени, определяется в битах в секунду);
 надежность – определяется надежностью работы всех компонентов сети, а также обеспечением сохранности информации;
 Управляемость. При работе компьютерной сети, которая объединяет отдельные компьютеры в единое целое, необходимы средства не только для наблюдения за работой сети, сбора разнообразной информации о функционировании сети, но и средства управления сетью. В общем случае система управления сетью должна предоставлять возможность воздействовать на работу любого элемента сети.
Должна быть обеспечена возможность осуществлять мероприятия по управлению с любого элемента сети. Управлением сетью занимается администратор сети или пользователь, которому поручены эти функции. Обычный пользователь, как правило, не имеет административных прав. Другими характеристиками управляе- мости являются возможность определения проблем в работе компьютерной сети или отдельных ее сегментов, выработка управленческих действий для решения выявленных проблем и возможность автоматизации этих процессов при решении похожих проблем в будущем;
 Расширяемость и масштабируемость – означает возможность подключения дополнительных ЭВМ, линий связи и т.д. без изменения технических и про- граммных средств существующей сети;
 интегрируемость – означает возможность подключения к сети разнообразного и разнотипного оборудования, программного обеспечения от разных производите- лей;
 гибкость – означает сохранение работоспособности сети при изменении ее струк- туры либо при выходе из строя ЭВМ или линии связи;
 прозрачность – предполагает скрытие особенностей сети от конечных пользова- телей, возможность распараллеливания работы между разными элементами сети;
 эффективность – означает обеспечение требуемого качества обслуживания пользователей при минимальных затратах.

Лекция № 10. Компьютерные сети
3
2. Классификация компьютерных сетей
Современные сети можно классифицировать по различным признакам: по охватываемой ими территории (или по удаленности компьютеров), топологии, назначению, перечню предоставляемых услуг, принципам управления, методам коммуникации, видам среды пе- редачи и т.д. Рассмотрим некоторые из них.
По охватываемой территории
Вычислительные сети в зависимости от территориального расположения входящих в них
ЭВМ можно разделить на три основные класса:
 Локальные сети (Local Area Network – LAN). Зона охвата сетей невелика (зару- бежные источники дают оценку — около шести миль (10 км) в радиусе). Они обес- печивают передачу данных в одном помещении, здании или комплексе зданий.
Термин «LAN» может описывать и маленькую офисную сеть, и сеть уровня боль- шого завода, занимающего несколько сотен гектаров. Локальные сети являются се- тями закрытого типа, доступ к ним разрешён только ограниченному кругу пользо- вателей, для которых работа в такой сети непосредственно связана с их профессио- нальной деятельностью.
 Региональные сети (Metropolitan Area Network – MAN). Занимают промежуточ- ное положение между глобальными и локальными, используются для передачи данных на средние расстояния, масштаба города, района, региона.
 Глобальные сети (Global Area Network – GAN или Wide Area Network - WAN).
Покрывают огромные географические пространства. Объединяют абонентов, рас- положенных в разных странах, на различных континентах. Для них могут требо- ваться права на пересечение чужой территории. Взаимодействие между абонента- ми осуществляется на базе телефонных и кабельных линий, систем спутниковой и радиосвязи. Такие сети позволяют решить проблему объединения информацион- ных ресурсов всего человечества и организации доступа к ним.
Основное различие между LAN, MAN и GAN (WAN) – географические масштабы сети.
Объединение глобальных, региональных и локальных вычислительных сетей позволяет создавать многоуровневые иерархии, которые могут быть использованы для обработки информации. Самым большим объединением компьютерных сетей в настоящее время яв- ляется «сеть сетей» — Интернет.
По типу среды для передачи данных
Сети делятся на проводные (коаксиальный кабель, витая пара, оптическое волокно и т.д.) и беспроводные (радиоканалы, передача данных в инфракрасном диапазоне и т.д.).
По скорости передачи данных
По скорости передачи информации сети можно разделить на низко- (до 10 Мбит/с),
средне- (до 100 Мбит/с) и высокоскоростные (свыше 100 Мбит/с).
По способу передачи данных
По способу передачи данных можно выделить:

сети коммутации каналов;

Лекция № 10. Компьютерные сети
4

сети коммутации пакетов.
В сетях коммутации каналов предполагается, что между источником и приемником существует выделенный маршрут, типичным примером является телефонная сеть. Такая сеть является неэффективной, так как канал резервируется на все время соединения, до- стоинством этой технологии служит ее прозрачность, так как канал устанавливается на все время соединения.
В сетях коммутации пакетов длинные сообщения разбиваются на короткие пакеты.
Каждый пакет перемещается от отправителя к получателю через промежуточные узлы се- ти. Основным преимуществом является гибкость, совместное использование одних кана- лов связи, возможность менять приоритет передаваемой информации, недостатком — не- возможность гарантировать своевременную доставку пакетов.
3. Классификация локальных вычислительных сетей
Локальная вычислительная сеть – это два или большее число компьютеров (серверов, рабочих станций, терминалов), которые, будучи совместно подключенными к единому каналу передачи данных, могут связываться друг с другом для обмена информацией.
Обычно такая сеть объединяет компьютеры, компактно расположенные в одном или не- скольких зданиях (размер локальной сети не превышает нескольких километров).
Интранет (корпоративная сеть) – это локальная сеть компании, функционирование ко- торой основано на семействе протоколов TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet- work Protocol – протокол управления передачей данных/межсетевой протокол), использу- емых в сети Интернет. Большинство таких сетей размещается внутри одного офисного здания и основано на модели «клиент-сервер», в которой используется центральный спе- циализированный сервер, принимающий и обслуживающий запросы всех клиентов.
В мире построено огромное количество локальных сетей, что обусловлено рядом особен- ностей их функционирования:
 Наличие единого для всех абонентов сети высокоскоростного канала связи, спо- собного передавать самую разнообразную информацию;
 Отсутствие значительных помех, а поэтому достаточно большая достоверность пе- редаваемой информации;
 Возможность включения в состав сети разнообразных и независимых устройств;
 Достаточно простая возможность изменения конфигурации сети и среды передачи.
Огромное количество построенных локальных сетей привело к необходимости их класси- фикации, которая может быть проведена по различным признакам.
По назначению

Сети обработки информации;

Информационно-поисковые сети;

Сети, управляющие различными процессами (административными, технологиче- скими и др.);

Информационно-расчетные сети.
По типам используемых в сети ЭВМ:

Однородные сети, включающие однотипное оборудование и абонентские средства;

Лекция № 10. Компьютерные сети
5

Неоднородные сети, содержащие различные классы и модели устройств.
По способу организации управления:

Однородные сети с централизованным управлением, которые имеют центральную
ЭВМ, управляющую их работой, и характеризуются простотой обеспечения взаи- модействия между абонентами сети. Их применение целесообразно при небольшом числе абонентских систем;

Однородные с децентрализованным (распределенным) управлением, в которых функции управления распределены между ЭВМ сети. Их применение целесообраз- но при большом числе абонентских систем.
По организации передачи данных:

Сети с маршрутизацией информации, в которых абонентские системы могут взаи- модействовать по различным маршрутам передачи блоков данных;

Сети с селекцией информации, в которых взаимодействие абонентов сети произво- дится выбором (селекцией) адресованных им данных.
По используемой топологии:

сети на базе «шины»;

сети на базе звезды»;

сети на базе «кольца»;

смешанные.
По используемой технологии:

сети на базе Ethernet;

сети на базе Token Ring.
4. Функциональные элементы компьютерных сетей
Все устройства, подключаемые к сети, можно разделить на следующие функциональные группы с точки зрения их отношения к ресурсам сети:
Сервер (server)
Это специально выделенный высокопроизводительный компьютер, управляющий работой сети и/или предоставляющий другим компьютерам сети свои ресурсы (программное обес- печение, сервисы, файлы, устройства) и отвечающий на запросы клиентов. Различают:

Файловые серверы (file server) – компьютеры с большой емкостью памяти, предна- значенные для хранения данных пользователей сети и обеспечения доступа к ним;

Серверы баз данных (database server) – компьютеры со специальным программным обеспечением (СУБД), предназначенные для хранения и обработки огромных мас- сивов данных;

Сервер прикладных программ (application server) - обеспечивает выполнение при- кладных программ для пользователей, работающих на своих рабочих станциях;

Сервер резервного копирования данных (backup server) - обеспечивает создание, хранение и восстановление копий данных, расположенных на файловых серверах и рабочих станциях;

Серверы печати (print server) – компьютеры со специальным программным обес- печением, предназначенные для организации процесса печати);

Лекция № 10. Компьютерные сети
6

и др.
Надо заметить, что все перечисленные типы серверов могут функционировать на одном выделенном для этих целей компьютере.
Рабочая станция (клиентский компьютер, клиент)
Это компьютер рядового пользователя сети, получающий доступ к ресурсам сервера (сер- веров). Каждая рабочая станция обрабатывает свои локальные файлы и использует свою операционную систему.
Терминал
Устройство не предназначено для работы в автономном режиме (не имеет процессора для обработки команд), но выполняет операции по вводу команд пользователя, их передаче другому компьютеру и выдаче готового результата.
Коммуникационное оборудование
Технические средства компьютерных сетей включают в себя различные функциональные группы оборудования:

средства линий передачи данных (кабель "витая пара", оптоволоконный и пр.) - реализуют собственно перенос сигнала;

средства соединения линий передачи с сетевым оборудованием узлов (сетевые
платы) - реализуют ввод-вывод данных с оконечного оборудования в сеть;

средства увеличения дистанции передачи данных – репитеры (или повторители,
repeater), модемы и пр. - осуществляют усиление сигналов или преобразования в форму, удобную для дальнейшей передачи;

средства повышения емкости линий передачи (мультиплексирования) - позволяют реализовывать несколько логических каналов в рамках одного физического соеди- нения путем разделения частот передачи, чередования пакетов во времени и т.д.;

средства управления информационными потоками в сети (коммутации каналов,
коммутации пакетов, разветвления линий передачи) - осуществляют адресацию сообщений. Например, концентраторы
3
(hub), коммутаторы
4
(switch), мосты
5
(bridge
)
, маршрутизаторы
6
(router), шлюзы (gateway).
3
Концентратор (англ. Hub) - разветвлительное устройство, служащее центральным звеном в локальных сетях, имеющих топологию "звезда". Концентратор имеет несколько портов для подключения отдельных компьютеров и для соединения с другими хабами.
4
Коммутатор (англ. Switch) - в переводе с англ. означает переключатель. Это многопортовое устройство, обеспечивающее высокоскоростную коммутацию пакетов между портами. Встроенное в него программное обеспечение способно самостоятельно анализировать содержимое пересылаемых по сети блоков данных и обеспечивать прямую передачу информации между любыми двумя портами, независимо от всех остальных портов устройства.
5
Мост (англ.bridge) - устройство, соединяющее одинаковые сети, имеющие некоторые физические разли- чия (на физическом и канальном уровнях).
6
Маршрутизатор (англ. router) - устройство, соединяющее сети одного или разных типов по одному про- токолу обмена данными. Маршрутизатор анализирует адрес назначения и направляет данные по опти- мально выбранному маршруту.

Лекция № 10. Компьютерные сети
7
5. Среда для передачи данных
Физическое устройство сети определяется в первую очередь средой, которая будет ис- пользована для передачи данных.
В качестве среды для передачи данных может быть использована любая среда, по которой происходит распространение электрического сигнала или электромагнитных волн. Выделяют проводные и беспроводные технологии для передачи данных.
Проводные технологии
 «Витая пара» (twisted pair). Витая пара состоит из двух изолированных медных про- водов, свитых друг с другом, представляет собой один канал связи, несколько витых пар объединяются в кабель, обернутый в плотную защитную оболочку. Скручивание снижает перекрестные помехи от соседних проводов пары. Используется в телефонных сетях и для сетей внутри зданий. Подвержена помехам, поэтому чаще в сетях применя- ется экранирование с использованием металлической оплетки или оболочки (
STP, Shield- ed Twisted Pair)
, для телефонных линий — неэкранированная (
UTP, Unshielded Twisted Pair), рис. 1. Кабель "витая пара" позволяет передавать информацию со скоростью до 100
Мбит/с, легко наращивается, однако отличается слабой устойчивостью к помехам.
Длина кабеля не может превышать 1000 м при скорости передачи 10 Мбит/с.
Возника- ют серьезные ограничения на количество станций в сети на витой паре и на ее длину: максимальное расстояние между узлами составляет 100 м. Но самый распространенный тип кабеля для создания компьютерных сетей.
Рис. 1. Неэкранированная витая пара и экраннированная витая пара
