Поршкевич_Реализация информ.технологий. Реализация информационных технологий в системах управления
 Скачать 1.2 Mb.
|
|
Монитор – устройство визуального представления данных. Основные параметры монитора: • размер экрана по диагонали – 15-, 17-, 19-, 21-дюймовые и бо- лее; • разрешающая способность – плотность отображаемого на экра- не изображения (640 × 480, 1024 × 728, 1280 × 1024 пикселей); 58 • наличие сенсорных технологий (tuch pud screen); • угол обзора – угол, при котором ухудшается контрастность, а также искажается цветопередача; • частота регенерации – скорость, с которой происходит воспро- изведение кадра на экране: чем выше частота, тем меньше мер- цание экрана. Минимально допустимая – 72гц; • время отклика – разница во времени между движением мыши и курсором на экране (2 мкс, 5 мкс). Клавиатура – клавишное устройство управления персональным компьютером. Служит для ввода алфавитно-цифровых (знаковых) данных, а также команд управления. Комбинация монитора и клавиа- туры обеспечивает простейший интерфейс пользователя. С помощью клавиатуры управляют компьютерной системой, а с помощью мони- тора получают от нее отклик. Мышь – устройство управления манипуляторного типа. Пере- мещение мыши по плоской поверхности синхронизировано с переме- щением курсора на экране монитора. Периферийные устройства персонального компьютера под- ключаются к его интерфейсам и предназначены для выполнения вспомогательных операций. Благодаря периферийным устройствам компьютерная система приобретает гибкость и универсальность. По назначению периферийные устройства можно разделить на следую- щие: • устройства ввода данных; • устройства вывода данных; • устройства хранения данных; • устройства обмена данными. К устройствам ввода графических данныхотносятся сканеры, графические планшеты (дигитайзеры) и цифровые фотокамеры. С по- мощью сканеров можно вводить и знаковую информацию. В этом случае исходный материал вводится в графическом виде, после чего обрабатывается специальными программными средствами (програм- мами распознавания образов). Различаются сканеры: • ручные сканеры; • барабанные сканеры; • сканеры форм; • штрих-сканеры; • планшетные сканеры. К устройствам ввода относят также Web-камеру. 59 В качестве устройств вывода данных, дополнительных к мони- тору, используют принтеры, позволяющие получать копии докумен- тов на бумаге или прозрачном носителе. По принципу действия прин- теры различают на матричные, лазерные, светодиодные, струйные. 1.5.2. Компьютерные сети Компьютерная сеть – система обмена информацией между ком- пьютерами. В сети необходимо наличие трех компонент: • это каналы передачи данных и средства коммуникации; • компьютеры, взаимосвязанные сетью передачи данных; • сетевое программное обеспечение. Сеть – это доступ к удаленным базам данных, передача и прием информации с любых расстояний, это использование сетевых и ин- формационных ресурсов. По степени географического распростране- ния компьютерные сети бывают: • Local Area NetWork (LAN) – локальные, соединяют различные сегменты сети в пределах помещения, нескольких зданий, на территории предприятия; • World Area NetWork (WAN) – широкомасштабные, соединяют различные сегменты сети на уровне государств, отличаются от локальной сети более протяженными коммуникациями (спутни- ковыми, кабельными и др.); • Metropolitan Area NetWork (MAN) – городская сеть, которая об- служивает информационные потребности большого города; • Global Area NetWork (GAN) – глобальные, соединяют различ- ные сегменты сети на мировом уровне. Компьютерные сети бывают проводными и беспроводными. Проводные компьютерные сети строятся на основе мощного компью- тера, называемого сервером, среды передачи данных (кабель ««витая пара»», коаксиальный кабель, волоконно-оптический кабель), межсе- тевого оборудования (хабы, мосты, шлюзы и т. д.). Беспроводные компьютерные сети будут рассмотрены далее. Сети могут быть с вы- деленным сервером и без выделенного сервера (одноранговые). В се- тях с выделенным сервером на одном компьютере должна быть запу- щена специальная сетевая операционная система. Одна из основных задач сетевой операционной системы заключается в предоставлении пользователям сетевых ресурсов. В данной группе сетей пользователи взаимодействуют с сервером, но не между собой. В одноранговых се- тях нет компьютеров, специально выделенных для работы в качестве файл-сервера. Пользователь любой рабочей станции легко может пре- 60 вратить свой компьютер в сервер, обеспечив доступ к его ресурсам для других пользователей. Одноранговые сети удобны в тех случаях, когда пользователи в процессе работы интенсивно обмениваются дан- ными. Одноранговая локальная сеть позволяет организовать совмест- ную работу пользователей над одним проектом. Для соединения устройств в сети используется оборудование: • сетевые кабели (коаксиальные, оптоволоконные кабели; кабели на витых парах); • коннекторы (соединители) для подключения кабелей к компью- теру, разъемы для соединения отрезков кабеля; • сетевые карты, которые вставляются в свободный слот расши- рения на материнской плате и оборудованы собственным про- цессором и памятью, а для подключения к сети имеется разъем. Cетевые карты разных стандартов имеют скорость передачи 10, 100, 1000 мб/с (Ethernet, Fast Ethernet); http://www.acorp.ru/products/net/nic/acorp_l-1000s/ • трансиверы повышают уровень качества передачи данных по кабелю, отвечают за прием сигналов, обнаружение конфликтов; • концентратор (hub) расширяет топологические, функциональ- ные и скоростные возможности компьютерных сетей. Hub с на- бором разнотипных портов позволяет объединить сегменты се- тей с различными кабельными системами; • повторители (repeater) усиливают сигналы, передаваемые по ка- белю при его большой длине. Cетевое оборудование может быть активным (АСО) и пассив- ным. Активное – это оборудование, за которым следует некоторая «интеллектуальная» особенность. Например, коммутатор (switch), маршрутизатор (router) являются активным сетевым оборудованием. Повторитель (Repeater) и концентратор (Hub) не являются АСО, так как просто повторяют электрический сигнал для увеличения расстоя- ния соединения или разветвления сети. Скорость передачи данных в сетях зависит от среды передачи данных. Кабель «витая паpа» состоит из паp пpоводов, закpученных вокpуг дpуг дpуга и одновpеменно закpученных вокpуг дpугих паp в пpеделах одной оболочки. Согласно стандартам провод делится на не- сколько категорий по скорости передачи данных: • Cat.2 – до 4 мб/с (Mbps); • Cat.3 – до 10 мб/с (сети 10Base-T); • Cat.4 – до 16 мб/с (сети Token Ring); • Cat.5 – до 100 мб/с (сети 100Base-TX и др). 61 Коаксиальные компьютерные сети изначально создавались для кабельного телевидения и передачи видеосигнала. Благодаря тому, что эти системы являются широкополосными, разрабатывалась техно- логия, которая позволила бы использовать данное преимущество для высокоскоростной передачи данных, в основном для организации доступа в Internet частных пользователей. Коаксиальный кабель имеет более широкую полосу пропускания, чем обычная «витая пара», но меньшую, чем волоконно-оптический кабель. Он состоит из одного медного проводника, находящегося в центральной оси кабеля, кото- рый отделен от внешнего проводника изолятором из вспененного ма- териала или другого диэлектрика. Благодаря такой конструкции коак- сиальный кабель имеет широкую полосу пропускания, достаточную для передачи сигналов десятков телевизионных каналов Использова- ние коаксиальных кабелей имеет определенные ограничения: • каждый конец кабеля должен быть подключен на согласован- ную нагрузку; • с кабелем при монтаже необходимо обращаться осторожно, чтобы при изгибе не повредить изоляцию между проводниками кабеля и не изменить его электрические характеристики. Волоконно-оптические кабели можно считать наилучшим носи- телем для высокоскоростной передачи данных. Большие непрерывные длины (> 1000 м), отсутствие электромагнитной интерференции, вы- сокая механическая прочность на разрыв выгодно отличают их от ко- аксиального кабеля. К тому же волоконно-оптические кабели могут использовать частоты на порядки выше, чем другие. Проложить воло- конно-оптический кабель дороже, чем медный кабель. Если пересчи- тать эту стоимость относительно возможностей кабеля (полоса частот, скорость передачи данных, количество передаваемых каналов – теле- фонных, телевизионных и др.), то оптическое волокно находится вне конкуренции. Сетевое программное обеспечение (Windows NT Server) необхо- димо для функционирования компьютера в сети, обеспечивает пере- дачу данных в любом направлении между любыми компьютерами се- ти. Компьютеры используются также для создания, хранения и кол- лективного использования баз данных. Один из компьютеров является поставщиком ресурсов (программ, данных и т. д.), другой компьютер является пользователем этих ресурсов. Сервер – это высокопроизво- дительный компьютер с большим объемом внешней памяти, который обеспечивает обслуживание других компьютеров путем администри- рования работы сети и распределения ресурсов совместного пользо- вания. Клиент, или рабочая станция – это любой компьютер, имею- 62 щий доступ к услугам сервера. В некоторых случаях компьютер мо- жет быть одновременно и клиентом, и сервером. Клиентом также на- зывают прикладную программу, которая от имени пользователя полу- чает услуги сервера. В локальной сети можно выделить компьютеры для так называемых файл-серверов. Диски файл-сервера обычно име- ют большую емкость. Локальная сеть позволяет организовать переда- чу сообщений между пользователями рабочих станций при помощи электронной почты (e-mail). Почтовыми программами являются про- граммы Microsoft Outlook, Microsoft Exchange. Один из компьютеров сети выполняет роль почтового сервера: он принимает письма, скла- дывает их в почтовые ящики пользователей-адресатов, выдает эти письма получателю на руки по специальному запросу, а также зани- мается рассылкой почты в другие сети. Можно также организовать коллективную работу с факс-модемом. Существует и другая область использования локальных сетей – видеоконференция. Для организа- ции видеоконференции каждый компьютер оснащается видеокамерой и микрофоном. Специальные программы (Skype) обеспечивают пере- дачу изображения и звука между рабочими станциями. Таким образом пользователи могут обмениваться информацией в режиме реального времени. 1.5.3. Топологии соединения компьютеров в сети Области применения локальных и глобальных сетей различны. Одной из них является совместное использование ресурсов. Возмож- ны различные варианты подключения нескольких компьютеров к од- ному принтеру, во-первых, при помощи специального переключателя, который подключается с одной стороны к принтеру, а с другой – к не- скольким компьютерам (рис. 9). Рис.9. Подключение принтера через переключатель Такое решение пригодно в простых случаях, когда все компью- теры находятся в одной комнате и здесь же установлен принтер. 63 Во-вторых, если имеется локальная компьютерная сеть, а прин- тер в наличии один, то соединение (рис. 10) позволяет также пользо- ваться одним сетевым принтером. Рис.10. Подключение принтера в локальной сети компьютеров Подключение компьютера к локальной сети выполняется при помощи сетевой карты. Существуют различные модели сетевых карт. Все схемы соединения компьютеров в сети можно разделить на три группы согласно топологии (схемы соединения). Простейшая локаль- ная сеть имеет шинную (рис. 11), звездообразную (рис. 12) или коль- цевую топологию. Шинная топология предполагает использование одного кабеля длиной до нескольких сотен метров, в разрыв которого включаются сетевые адаптеры рабочих станций. Архитектура с шинной топологи- ей означает, что любой абонент сети имеет одинаковые права на пере- дачу пакета. Если в процессе работы передающий узел обнаруживает коллизию (столкновение с работой другого передатчика), то абонент прекращает передачу до следующей попытки ее возобновления. Оче- видными недостатками такого решения являются увеличение числа коллизий при возрастании числа активных узлов в сегменте, а также выход из строя сети при обрыве кабеля. Рис.11. Шинная топология 64 Звездообразная топология предполагает подключение каждого компьютера своим кабелем к разветвителю (концентратору) или про- граммируемому переключателю (switch), выполненному в виде от- дельного устройства и снабженного собственным блоком питания. Если один из кабелей будет оборван, это не скажется на работе всей сети, вред от повреждения будет меньше, чем при шинной топологии. Кольцевая топология сети Token-Ring больше похожа на топологию звезды, чем на топологию кольца. При соединении друг с другом ра- бочие станции не образовывают кольцо, рабочие станции Token-Ring подключаются радиально к концентратору. Концентраторов может быть несколько, и в этом случае концентраторы действительно объе- диняются в кольцо через специальные разъемы. Если используется только один концентратор, то объединяющие разъемы можно не за- кольцовывать. Скорость передачи данных в сети Token-Ring может достигать 4 или 16 Мбит в секунду, однако стоимость сетевого обору- дования выше, чем для сети Ethernet. Сети топологии Token-Ring не рассчитаны на большие расстояния. Рис.12. Звездообразная топология Возможны и более сложные, гибридные варианты топологии се- ти. Например, сеть может состоять из нескольких сегментов с шинной топологией и нескольких звездообразных ответвлений. Корпоратив- ная компьютерная сеть крупного предприятия имеет протяженность до нескольких десятков километров и гибридную структуру. 1.5.4. Сетевое оборудование компьютерных сетей Корпоративными называются структурированные сети, объеди- няющие различные сегменты сети как на уровне одного здания, так и на уровне нескольких зданий или предприятия и использующие сете- вое оборудование. Первоначально несколько компьютеров с сетевыми адаптерами (картами) соединялись между собой последовательно при 65 помощи коаксиального кабеля. С ростом размера сети параллельная работа компьютеров на одну шину (кабель) стала практически невоз- можной. Поэтому дальнейшее развитие сети происходило по принци- пу структурирования. В этом случае каждая сеть складывается из набора взаимосвязанных участков – сегментов. Каждая структура представляет собой несколько компьютеров с сетевыми картами, соединенных проводом «витая пара» с коммутатором. При необхо- димости развития сети просто добавляют новую структуру. Струк- турированная сеть дороже традиционной сети за счет значительной избыточности при проектировании, но она обеспечивает эксплуата- цию и модернизацию в течение многих лет за счет подсоединения но- вых сегментов. Для сетей, построенных по этому принципу, необходимо специ- альное сетевое оборудование – Hub (концентратор) или коммутацион- ный элемент сети. Каждый Hub имеет от 8 до 32 разъемов для под- ключения другого компьютера либо концентратора. Помимо усиления сигнала Hub восстанавливает преамбулу пакета, устраняет шумовые помехи. В концентраторе существует индикация состояния портов. Концентратор(Hub) работает как «повторитель», передавая сигнал, поступивший на один из портов, без изменения на остальные порты. Концентраторы не решают проблему увеличения полосы пропускания сети: с ростом количества компьютеров увеличивается и количество коллизий (наложений пакетов один на другой), что ведет к замедле- нию работы сети. Многосегментные концентраторы помогают устра- нить узкие места, расщепляя сеть на сегменты. Рабочие станции в рамках одного сегмента конкурируют между собой за общую среду передачи данных, не мешая станциям в другом сегменте. Таким обра- зом, общая пропускная способность сети увеличивается практически кратно числу сегментов. Сервер (Server) – это компьютер в сети, предоставляющий свои услуги другим, т. е. выполняющий определенные функции по запро- сам других пользователей. Сервером называется также программа се- тевого компьютера, обслуживающая множество клиентов в сети. Объ- единение сетей осуществляется через мосты и межсетевые шлюзы. Мост (Bridge) – это аппаратно-программный блок, который обеспечивает объединение нескольких однородных локальных сетей в расширенную сеть либо нескольких сегментов локальной сети, имеющих различные протоколы передачи данных. Сетевой мост рабо- тает на канальном уровне модели OSI, обеспечивая ограничение домена коллизий (в случае сети Ethernet). Мосты направляют фреймы данных в соответствии с MAC-адресами фреймов. Формальное описа- 66 ние сетевого моста приведено в стандарте IEEE 802.1D. Мост переда- ет данные между сетями в пакетном виде, не производя в них никаких изменений. Мосты могут фильтровать пакеты, охраняя всю сеть от локальных потоков данных и пропуская наружу только те данные, ко- торые предназначены для других сегментов сети. В общем случае программируемый переключатель (Switch) и мост аналогичны по функциональности, разница заключается во внутреннем устройстве: мосты обрабатывают трафик, используя центральный процессор, программируемый переключатель исполь- зует коммутационную матрицу (аппаратную схему для коммутации пакетов). Шлюз (Gate) – это аппаратно-программный блок, который обеспечивает передачу информации между несовместимыми сегмен- тами сети или приложениями в рамках одной сети. С помощью меж- сетевого шлюза связываются между собой различные сегменты сети, не являющиеся однородными. Однородными являются сети, содер- жащие компьютеры одного семейства (IBM). Межсетевые шлюзы со- гласуют различные протоколы передачи данных, несогласованные скорости передачи, управление мониторами и используемые коды. Таким образом, шлюзы не просто соединяют сети, а позволяют им ра- ботать как единая сеть. Сетевой шлюз – это точка сети, которая слу- жит выходом в другую сеть. Сетевой шлюз конвертирует протоколы одного типа физической среды в протоколы другой физической среды (сети). Например, при соединении локального компьютера с сетью Internet вы используете сетевой шлюз. Маршрутизаторы (Router) – сетевое устройство, которое на основании информации о топологии сети и определённых правил принимает решения о пересылке пакетов сетевого уровня (модели OSI) между различными сегментами сети. Работает на более высоком уровне, нежели коммутатор и сетевой мост. Маршрутизаторы объеди- няют сети с общим протоколом более эффективно, чем мост. Они по- зволяют расщеплять большие сообщения на мелкие куски, обеспечи- вая взаимодействие локальных сетей с разным размером пакета. Маршрутизаторы могут пересылать пакеты на конкретный адрес (мосты только отфильтровывают ненужные пакеты), выбирать луч- ший путь для прохождения пакета. Чем сложней и больше сеть, тем большая выгода от использования маршрутизатора. Маршрутизаторы снимают многие проблемы, связанные с использованием мостов, соз- давая иерархическое объединение сетей. Всё сетевое пространство де- лится на подсети (subnetworks), охватывающие в свою очередь сег- менты или группы сегментов, построенных на основе мостов. Мар- 67 шрутизаторы передают трафик между подсетями, обеспечивают трансляцию форматов пакетов, фильтрацию пакетов и усиливают за- щиту подсетей. Сетевой адрес имеет два раздела: адрес подсети и ад- рес конечной станции. Каждому сегменту сети или группе сегментов, объединённых мостом, приписан уникальный адрес подсети, а каждо- му устройству (компьютеру, маршрутизатору и т. д.) в составе подсе- ти – уникальный адрес устройства. Благодаря тому, что маршрутиза- торы работают на сетевом уровне, они могут выполнять и защитные функции (firewall), предупреждая «широковещание» МАС-адресов за пределы подсети. Кроме того, маршрутизаторы используют сетевую информацию в целях: • обеспечения безопасности (маршрутизаторы могут работать, выполняя правило: не пускать пакеты сети № 3 в сеть № 6); • управления каналом удалённого доступа («не передавать файлы по каналам в рабочее время»); • повышения качества обслуживания. Таблица маршрутизации содержит информацию, на основе ко- торой маршрутизатор принимает решение о дальнейшей пересылке пакетов. Таблица состоит из записей – маршрутов, в каждом из кото- рых содержится адрес сети получателя, адрес следующего узла, кото- рому следует передавать пакеты и некоторый вес записи (метрика). Метрики записей в таблице играют роль в вычислении кратчайших маршрутов к различным пользователям сети. В зависимости от моде- ли маршрутизатора и используемых протоколов маршрутизации в таблице может содержаться некоторая дополнительная служебная информация. Например: 192.168.64.0/16 [110/49] via 192.168.1.2, 00:34:34, FastEthernet0/0.1, где 192.168.64.0/16 – сеть назначения, 110/ – административное расстояние, /49 – метрика маршрута, 192.168.1.2 – адрес следующего маршрутизатора, которому сле- дует передавать пакеты для сети 192.168.64.0/16, 00:34:34 – время, в течение которого был известен этот маршрут, FastEthernet0/0.1 – интерфейс маршрутизатора, через который можно достичь «соседа» 192.168.1.2. Для объединения локальных сетей в расширенную сеть сущест- вуют и мостовые маршрутизаторы (Brouter) – это гибрид моста и маршрутизатора, который сначала пытается выполнить маршрутиза- цию, где только это возможно, а затем в случае неудачи переходит в режим моста. 68 1.5.5. Семиуровневая сетевая архитектура Для стандартизации работы компьютерных сетей Международ- ная организация стандартов (OSI) предложила семиуровневую сете- вую архитектуру: • уровень приложений (Application Layer); • уровень представления (Presentation Layer); • сеансовый уровень (Session Layer); • транспортный уровень (Transport Layer); • сетевой уровень (Network Layer); • уровень управления линией передачи данных (Data Link); • физический уровень (Physical Layer). Этот стандарт дает общее представление о взаимодействии от- дельных подсистем сети. |