Компьютерные сети и телекоммуникации

КОМПОНЕНТЫ СЕТЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Понятия сети предпосылки возникновения

Вычислительной сетью называется система, состоящая из двух или более удаленных ЭВМ, соединенных с помощью специальной аппаратуры и взаимодействующих между собой по каналам передачи данных.

Цель существования компьютерной сети – объединение нескольких вычислительных систем для совместного решения информационных, вычислительных, учебных и других задач.

Главная причина возникновения сети – требование обеспечения многократно большей, чем при одной вычислительной машине, надежности при управлении ответственными процессами, особенно в режиме реального времени (RTW):

(Наприме, запуск космических аппаратов – время реакции на события при управлении не отвечают возможностям человека, а выход из строя компьютеров приводит к непоправимым последствиям)

Области применения сетей:

обучающие системы;
диспетчерские системы;
финансовые, банковские системы;
экспертные системы;
доступ к базам данных, базам знаний в информационных системах;
электронная почта и т.д.

Сетевые технологии и ресурсы

Сетевые технологии – это новые технологии обработки информации, позволяющие обеспечивать доступ к совместно используемым ресурсам: внешним устройствам, накопителям данных большой емкости, технологическому и экспериментальному оборудованию, связанное с коллективным разделением труда и совместной работой с информацией.

Ресурсы сети – представляют собой данные (в т. ч. корпоративные базы данных и знаний), приложение (в т. ч. различные сетевые программы), а также периферийные устройства, такие как принтер, сканер, модем и т. д.

Простейший вид сети – одноранговая сеть – обеспечивает связь персональных компьютеров, позволяет совместно использовать накопители, файлы, принтеры и т.д.

Самая простая сеть (network) состоит из нескольких ПК, соединенных между собой сетевым кабелем. При этом в каждом ПК устанавливается специальная плата сетевого адаптера (NIC), осуществляющая связь между системной шиной компьютера и сетевым кабелем.

Более развитые сети включают специально выделенные компьютеры – СЕРВЕРЫ.

СЕРВЕР – это вычислительная машина, выполняющая в сети особые функции обслуживания остальных компьютеров сети.

Виды серверов:

файловые;
телекоммуникационные;
вычислительные;
серверы баз данных.

Технология «клиент – сервер» - это методология обработки информации в сети, предполагающая глубокое разделение функций и прав компьютеров в сети.

Функции «клиента» (не путать с понятием «терминал»):

предоставление пользователю интерфейса, ориентированного на определенные производственные обязанности и полномочия пользователя;
формирование запросов к серверу (часто без оповещения об этом пользователя);
анализ ответов сервера и предъявление их пользователю.

Основные функции и характеристики сервера:

выполнение специальных действий по запросу клиента (решение, поиск, соединение …);
сам сервер не инициализирует взаимодействие с клиентом;
если у сервера не хватает ресурсов для решения задачи, то, в идеале, сервер сам находит более мощный сервер и передает ему задачу, при этом сам становится клиентом.

Локальные и глобальные сети

Локальные сети - ЛВС (LAN – Local Area Network) объединяют находящиеся недалеко друг от друга (в соседней комнате или здании) компьютеры. Иногда компьютеры могут находиться на расстоянии нескольких миль и все равно принадлежать локальной сети.

Глобальные сети – ГВС (WAN – Wide Area Network) компьютеры глобальной сети могут находиться в других городах или даже странах. Информация проделывает длинный путь, перемещаясь в данной сети. Интернет состоит из тысячи компьютерных сетей, разбросанных по всему миру. Однако, пользователь должен рассматривать Интернет как единую глобальную сеть.

Основные характеристики вычислительных сетей

Основными характеристиками ВС являются:

операционные возможности сети;
временные характеристики;
надежность;
производительность;
стоимость.

Характеристики операционных возможностей сети:

предоставление доступа к прикладным программным средствам, БД, БЗ, и т. д.;
удаленный ввод заданий;
передача файлов между узлами сети;
доступы к удаленным файлам;
выдача справок об информационных и программных ресурсах;
распределенная обработка данных на нескольких ЭВМ и т. д.

Временные характеристики сети определяют продолжительность обслуживания запросов пользователей:

среднее время доступа, которое зависит от размеров сети, удаленности пользователей, загрузки и пропускной способности каналов связи и т. д.;
среднее время обслуживания.

Надежностные характеризуют надежность как отдельных элементов сети, так и сеть в целом.

ЛОКАЛЬНЫЕ СЕТИ

Назначение локальных сетей

Локальная сеть (локальная вычислительная сеть, ЛВС) - это группа из нескольких компьютеров, соединенных между собой посредством кабелей (иногда также телефонных линий или радиоканалов), используемых для передачи информации между компьютерами.

Локальные сети (ЛС) объединяют относительно небольшое количество (от 10 до 100, иногда более) компьютеров в пределах одного помещения, здания, учреждения с длиной линии до 300 метров.

Эффективность ЛС объясняется теми фактами, что:

От 60% до 90% информации циркулирует внутри учреждения.
Необходимость создания автоматизированных систем управления (АСУ) оборудованием и процессами. Создание автоматизированных рабочих мест.

Локальные сети позволяют обеспечить:

коллективную обработку данных пользователями подключенных в сеть компьютеров и обмен данными между этими пользователями;
совместное использование программ;
совместное использование принтеров, модемов и других устройств.

Достоинства ЛС

короткие линии связи, следовательно, возможность организации скоростных каналов цифровой передачи информации (возможность использования высокой частоты сигнала);
не большая сложность;
не высокая стоимость организации.

Примечание: при больших расстояниях происходит затухание высокочастотного сигнала.

Характерная особенность ЛС – наличие связывающего всех абонентов высокоскоростного канала связи для передачи информации в цифровом виде.

Область применения ЛС

при автоматизации коммерческой, банковской деятельности,
для создания распределенных, управляющих и информационно-справочных систем.

ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ ЛС

Два основных типа ЛВС:

одноранговые (peer-to-peer) ЛВС;
ЛВС на основе сервера (server based).

Одноранговая сеть – простейшая сеть, организуемая, как правило, для небольшого числа компьютеров полностью равноправных. Обеспечивает передачу данных от любого компьютера к любому в целях коллективной работы над информацией. Каждый компьютер может выполнять роль сервера по обеспечению доступа к своим данным.

Сервер – это специально выделенный компьютер в более крупных сетях с особыми функциями и работающий под управлением специальной операционной системы.

– это аппаратно-программный комплекс, который исполняет функ-ции управления распределением сетевых ресурсов общего доступа.

Рабочие станции – это компьютеры, осуществляющие доступ к сетевым ресурсам, предоставляемым сервером.

Физическая среда передачи данных (сетевой кабель) – это коаксиальные и оптоволоконные кабели, витые пары проводов, а также беспроводные каналы связи (инфракрасное излучение, лазеры, радиопередача).

Сетевой адаптер (сетевая плата) – это устройство, обеспечивающее контроль над доступом к ресурсам ЛС. Реализует различные методы в зависимости от типа.

Критерии выбора типа ЛВС для учреждения, предприятия:

размеры предприятия;
необходимый уровень безопасности;
объем сетевого трафика;
финансовые затраты;
уровень доступности сетевой административной поддержки.

Типовые задачи сетевого администрирования:

управление работой пользователей и защитой данных;
обеспечение доступа к ресурсам;
поддержка приложений и данных;
установка и модернизация прикладного ПО.

Физическая среда передачи данных (каналы связи):

проводные или кабельные каналы связи:
коаксиальный кабель;
незащищенная витая пара;
защищенная витая пара;
оптоволоконный кабель.
беспроводные каналы связи:
инфракрасное излучение;
лазерное излучение;
радиопередача.

Параметры каналов связи:

скорость передачи данных;
максимальная возможная длина линии;
помехозащищенность;
механическая прочность;
удобство и технологичность монтажа;
стоимость.

Характеристики оптоволоконных соединений:

передают данные в виде световых импульсов по стеклянным волокнам;
обеспечивают наивысшую скорость передачи;
более надежны, не подвержены потере информации из-за электромагнитных помех;
достаточно тонкие и гибкие, удобные в прокладывании;
только их пропускная способность пригодна в перспективе развития сетей;
трудоемок в монтаже законцовок и в соединениях;
высокая стоимость.

Области применения беспроводной связи в ЛС:

большие помещения (ангары, павильоны);
соединение сегментов сетей, удаленных друг от друга на 3-5 км (иногда более) при условии прямой видимости.

ПЕРЕДАЧА ДАННЫХ ПО СЕТИ

Схема передачи информационного сообщения

Компьютер-источник - любой компьютер, подключенный к сети.

Протокол – это правила передачи данных в сети, поддерживаемые аппаратно (адаптер сети) и программно (сетевая операционная система).

Блок протокола – программно-аппаратный комплекс (микросхемы сетевого интерфейса и программный драйвер), отвечающий за логику передачи данных по сети. Организует данные в пакет передачи.

Передатчик – посылает электрический сигнал через физическую топологическую схему.

Приемник – принимает, направляет его для распознавания и обработки в блок протокола адресата.

Компьютер-адресат – обрабатывает информацию и посылает источнику результаты.

ГЛОБАЛЬНЫЕ СЕТИ

Общие принципы организации

Глобальные информационные сети - главный атрибут построения информационного общества, определяют возможность оперативного общения на огромных расстояниях.

Принципиальное изменение деятельности в областях:

образование;
финансирование, движение капиталов;
управление энергоресурсами.

Разновидности глобальных сетей по масштабам:

отраслевые;
региональные;
национальные;
межнациональные.

INTERNET – объединение сетей различного ранга, средствами согласованной системы адресов и протоколов передачи данных.

Два режима информационного обмена в глобальных сетях:

On-line – диалоговый режим, режим реального времени. Пользователь, получая информацию, может немедленно реагировать, подавать новую команду и т.п.

Off-line – пакетный режим. Пользователь передает (или получает) информацию в коротком сеансе связи, затем отключается от связи на время обработки информации (время может быть длительным).

Структура сети включает:

абонентские пункты;
узлы связи.

Хост машина – головная машина специальных компьютерных узлов связи, функционирующая круглосуточно;

– хост машины связанны между собой постоянно и обмениваются информацией в автоматическом режиме;

– хост-машина, имеющая на хранении банки информации носит название – сервер.

Примечание: Термин «СЕРВЕР» - имеет несколько толкований в зависимости от контекста его употребления.

– данные для абонента хранятся на хост-машине до тех пор, пока абонент их не заберет, или некоторое ограниченное время.

Структура глобальной сети:

Абонентский пункт – компьютер, обслуживающий конечного пользователя. Подавляющее большинство компьютеров в сети – абонентские пункты.

Функции компьютера в роли абонентского пункта:

хранение информации;
обработка информации;
подготовка к передаче информации;
печать (при необходимости);
управление процессом передачи информации.

Транспортная основа глобальных сетей

Транспортная основа глобальных сетей – коммутируемые и выделенные телефонные линии, каналы (медные (обычные), оптоволоконные, спутниковые).

Коммутируемые линии – обеспечивают связь с помощью стандартного оборудования телефонных станций (коммутаторы) при наборе телефонных номеров. Медленные, не очень надежные.

Выделенные каналы – соединены постоянно, используются при организации элементов сетей, работающих в режиме on-line режиме, что особенно важно при соединении серверов, находящихся на больших расстояниях.

Модем – (МОдулятор-ДЕМодулятор) устройство преобразования цифровых сигналов в аналоговые и наоборот, используется при соединении посредством телефонных линий общего назначения.

Основные характеристики модема:

максимальная скорость передачи данных в пределах
1200 75800 BPS (бит/сек.);
поддерживаемый сетевой протокол;
протокол коррекции ошибок.

В среднем в России скорость передачи данных в сетях - 2400-14400 BPS.

Разновидности модемов по функциональным возможностям:

Модем (Modem) – обмен данных между компьютерами;
Факс-модем (Fax-modem) – передача данных, прием и передача факсов;
Факс-голос-модем (Fax-voice-modem) – передача данных, прием и передача факсов, голосовые сообщения.

Способы группирования данных для передачи:

Асинхронная – данные передаются последовательным потоком, познаковая передача, более дешевая организация, программная верификация;
Синхронная – согласованная работа приема и передачи, поблочная передача информации (кадры), более эффективная передача, аппаратная верификация.

Модем – интеллектуальное устройство, которое отслеживает сбои и, либо повторяет передачу информации до успешного конца, либо прерывает передачу.

УСЛУГИ, ПРЕДОСТАВЛЯЕМЫЕ СЕТЬЮ

Практически все услуги сети построены на принципе клиент-сервер.

Две группы услуг:

услуги связи – обмен информацией между абонентами сети;
услуги доступа к информации – использование баз данных сети.

Услуги связи между абонентами:

Удаленный доступ. Дает возможность абоненту работать на любой ЭВМ в сети как на собственной (Telnet).
Передача файлов. Возможность обмениваться двоичными, текстовыми файлами с любым компьютером сети (протокол передачи файлов FTP - File Transfer Protocol).
Распределенная файловая система. Дает возможность абоненту пользоваться файловой системой удаленного компьютера, как собственной (NFS - Network File System).
Электронная почта (E-mail). Обмен почтовыми сообщениями с любым абонентом сети.
Новости. Получение сетевых новостей, электронные доски объявлений (News).
Сетевая печать. Отправка файла на печать на удаленном (сетевом) принтере (Lpr). Просмотр файлов очереди на печать на сетевом принтере (Lpq).
Открытие «разговоров» с пользователем удаленной машины. Одновременный вывод на экраны текста и ответа (Talk);
Адресная книга сети Internet. Получение информации о принадлежности удаленного компьютера, о пользователях (Whois).
Факс-сервис отправление сообщений по факсимильной связи, пользуясь факс-сервером сети.
Электронный переводчик - производит перевод присланного на него текста с одного языка на другой. Обращение к электронным переводчикам происходит посредством электронной почты.
Шлюзы. Возможность абоненту отправлять сообщения в сети, не работающие с протоколами TCP\IP (Fido, Goldnet, AT50).
Доступ к серверу ЛВС NetWare с которым нет непосредственной связи по ЛВС, а имеется лишь связь по сети Internet (Iptunnel).

Rsh (Remote Shell) - удаленный доступ. Аналог Telnet, но работает только в том случае, если на удаленном компьютере стоит ОС UNIX.
Rexec (Remote Execution) - выполнение одной команды на удаленной UNIX-машине.
Ping - проверка доступности удаленной ЭВМ по сети.
Finger - получение информации о пользователях удаленного компьютера.
Webster - сетевая версия толкового словаря английского языка.

Blog

Компьютерные сети и телекоммуникации

Содержание