Методическое пособие по курсу «информатика»
| Вид материала | Методическое пособие |
- Методическое пособие по курсу «Информатика» для студентов, обучающихся по всем направлениям, 1648.11kb.
- С. В. Тимченко информатика 4 Учебно-методическое пособие, 268.2kb.
- Методическое пособие по курсу "Моделирование" для студентов, обучающихся по направлению, 512.51kb.
- Учебно-методическое пособие по курсу «Информационные технологии» для студентов Института, 1419.29kb.
- Учебно-методическое пособие по курсу Геоинформационное картографирование, 606.48kb.
- Методическое пособие для практических занятий красноярск 2002, 894.08kb.
- Методическое пособие по курсу: «История и философия науки», 337.53kb.
- Практикум по курсу "Информатика", 153.44kb.
- Темы рефератов по курсу «Информатика», 10.55kb.
- Современной Гуманитарной Академии (С) современная гуманитарная академия, 2011 методическое, 218.52kb.
КОММУНИКАЦИОННАЯ СРЕДА И ПЕРЕДАЧА ДАННЫХ
В эпоху централизованного использования ЭВМ с пакетной обработкой информации пользователи вычислительной техники предпочитали приобретать компьютеры, на которых можно было бы решать почти все классы задач. Однако, сложность решаемых задач обратно пропорциональна их количеству, и это приводило к неэффективному использованию вычислительной мощности ЭВМ при значительных материальных затратах. Кроме того, доступ к компьютерным ресурсам был затруднен из-за политики централизации вычислительных средств в одном месте.
Принцип централизованной обработки данных не отвечал высоким требованиям к надежности процесса обработки, затруднял развитие систем и не мог обеспечить необходимые временные параметры при диалоговой обработке данных в многопользовательском режиме.
Появление малых ЭВМ, микроЭВМ, и, наконец, ПК потребовало нового подхода к организации систем обработки данных, к созданию новых ИТ — произошел переход от использования отдельных ЭВМ в системах централизованной обработки данных к распределенной обработке данных.
Распределенная обработка данных — обработка данных, выполняемая на независимых, но связанных между собой компьютерах, представляющих распределенную систему.
Для реализации распределенной обработки данных были созданы многомашинные ассоциации, структура которых разрабатывается по одному из следующих направлений:
- многомашинные вычислительные комплексы;
- компьютерные (вычислительные) сети
Многомашинные вычислительные комплексы (МВК) — группа установленных рядом вычислительных машин, объединенных с помощью специальных средств сопряжения и выполняющих совместно единый информационно-вычислительный процесс.
Многомашинные вычислительные комплексы могут быть:
локальными при условии установки компьютеров в одном помещении, не требующих для взаимосвязи специального оборудования и каналов связи;
дистанционными, если некоторые компьютеры комплекса установлены на значительном расстоянии от центральной ЭВМ и для передачи данных используются телефонные каналы связи.
Компьютерная (вычислительная) сеть — совокупность компьютеров и терминалов, соединенных с помощью каналов связи в единую систему, удовлетворяющую требованиям распределенной обработки данных.
Компьютерные сети — высшая форма многомашинных ассоциаций.
Основные отличия КС от МВК:
- размерность (МВК –2 или 3, КС — десятки или сотни, и далеко отстоящих друг от друга);
- разделение функций между ЭВМ (функций обработки данных, передачи данных и управления системой в МВК могут быть реализованы в одной ЭВМ, в вычислительных сетях эти функции распределены между различными ЭВМ);
- необходимость решения в сети задачи маршрутизации сообщений (в зависимости от состояния каналов связи сообщение от одной ЭВМ к другой может быть передано по разным каналам).
Абоненты сети — объекты, генерирующие или потребляющие информацию в сети (это могут быть отдельные ЭВМ, комплексы, терминалы, роботы, станки с ЧПУ и т.д.) Любой абонент сети подключается к станции.
Станция — аппаратура, которая выполняет функции, связанные с приемом и передачей 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 котором распространяются электрические сигналы, и аппаратура передачи данных.
Н
а базе физической передающей среды строится коммуникационная сеть, которая обеспечивает передачу информации между абонентскими системами. Таким образом, любую компьютерную сеть можно рассматривать как совокупность абонентских систем и коммуникационной сети.Классификация вычислительных сетей
В зависимости от территориального расположения абонентских систем ВС разделяют на три основных класса:
Локальная ВС (LAN — Local Area Network) объединяет абонентов, расположенных в пределах небольшой территории. Это сети отдельных предприятий, фирм, банков, офисов и т.п. (протяженности < 2-2,5 км). В локальных вычислительных сетях для объединения компьютеров используют различные виды кабеля (коаксиальные, оптоволоконные, типа «витая пара») с соответствующими платами расширения. С учетом стоимости кабеля имеются существенные ограничения по пространственному размещению такой вычислительной сети («локализована» в нескольких соседних помещениях, в одном или нескольких недалеко стоящих друг от друга зданиях), что и дало основание для ее названия.
Региональная ВС (MAN — Metropolitan Area Network) связывает абонентов, расположенных на значительном расстоянии друг от друга (внутри города, региона, страны). Расстояние между абонентами — десятки-сотни километров.
Глобальная ВС (WAN — Wide Area Network) объединяет абонентов, расположенных в различных странах, на различных континентах. Взаимодействие между абонентами такой сети может осуществляться на базе телефонных линий связи, региональных и межрегиональных кабельных систем общего назначения, радиосвязи и систем спутниковой связи. Именно глобальность используемых средств коммуникаций и дала основание для названия такого рода вычислительных сетей. Глобальные вычислительные сети позволят решить проблему объединения информационных ресурсов всего человечества и организации доступа к этим ресурсам.
Объединение глобальных, региональных и локальных ВС позволяет создавать многосетевые иерархии. Они обеспечивают мощные, экономически целесообразные средства обработки огромных сетевых массивов и доступ к неограниченным информационным ресурсам.
Чтобы обеспечить передачу информации из ЭВМ в коммуникационную среду, необходимо согласовывать сигналы внутреннего интерфейса ЭВМ с параметрами сигналов, передаваемых по каналам связи. При этом должно быть как физическое согласование (форма, амплитуда и длительность сигнала), так и кодовое.
Технические устройства, выполняющие такое согласование, называют адаптерами или сетевыми адаптерами. Один адаптер обеспечивает сопряжение с ЭВМ одного канала связи.
Кроме одноканальных адаптеров используются и многоканальные устройства — мультиплексоры передачи данных или просто мультиплексоры.
Для подсоединения компьютеров к глобальной вычислительной сети с использованием каналов телефонной связи необходим так называемый модем (модулятор–демодулятор), который осуществляет преобразование сигналов из цифровой формы (компьютерной) в аналоговую (характерную при передачи по телефонному каналу) и обратно.
Основные характеристики коммуникационной сети:
- скорость передачи данных по каналу связи (измеряется количеством битов в единицу времени, для асинхронных модемов и телефонного канала — 300-9600 бит/сек, для синхронных — 1200-19200 бит/сек; волоконно-оптическая связь и технологии спектрального уплотнения каналов дали качественно-новый уровень — сейчас в одном канале передаются потоки 10 Гбит/с и более — до 100 Гбит, а поскольку в оптоволоконном световоде каналов можно «нарезать» более сотни, то можно говорить о переходе с терабитным системам цифровой связи)
- пропускная способность канала связи (количество знаков в секунду, включая служебные символы), измеряется количеством знаков в секунду);
- достоверность передачи информации (единица измерения — количество ошибок на знак, обычно в пределах 10-6 — 10-7 ошибок на знак)
- надежность канала связи и модемов (определяется либо долей времени исправного состояния в общем времени работы, либо средним временем безотказной работы, отсюда единица измерения — среднее время безотказной работы — в часах; для ВС оно должно составлять, как минимум, несколько тысяч часов).
Функциональные группы устройств в сети
Основное назначение любой компьютерной сети — предоставление информационных и вычислительных ресурсов подключенным к ней пользователям.
С этой точки зрения ЛВС можно рассматривать как совокупность серверов и рабочих станций.
Сервер — компьютер, подключенный к сети и обеспечивающий ее пользователей определенными услугами.
Серверы могут осуществлять хранение данных, управление базами данных, удаленную обработку заданий, печать заданий и ряд других функций. Сервер — источник ресурсов сети.
Рабочая станция — персональный компьютер, подключенный к сети, через который пользователь получает доступ к ее ресурсам.
Рабочая станция функционирует как в сетевом, так и в локальном режимах. Она может быть оснащена собственной операционной системой.
Файл-сервер хранит данные пользователей сети и обеспечивает им доступ к этим данным. Это компьютер с большой емкостью оперативной памяти, жесткими дисками большой емкости и дополнительными накопителями на магнитной ленте (стримерами). Файл-сервер выполняет следующие функции: хранение данных, архивирование данных, синхронизацию изменений данных различными пользователями, передачу данных. Он работает под управлением специальной операционной системы, которая обеспечивает одновременный доступ пользователей сети к расположенным на нем данным.
Компьютерные сети реализуют распределенную обработку данных, которая в данном случае распределяется между клиентом и сервером.
Клиент — задача, рабочая станция или пользователь компьютерной сети.
Типы архитектуры ЛВС:
- Одноранговая сеть, в ней нет единого центра управления взаимодействием рабочих станций и нет единого устройства для хранения данных. Сетевая операционная система распределена по всем рабочим станциям (достоинства: низкая стоимость, высокая надежность; недостатки: зависимость эффективности от количества станций, сложность управления, сложность обеспечения защиты информации, трудности обновления и изменения программного обеспечения станций); Примеры — LANtastic, NetWare Lite
- Сеть с выделенным сервером (достоинства: надежная система защиты информации, высокое быстродействие, отсутствие ограничений на число рабочих станций, простота управления; недостатки: высокая стоимость из-за выделения одного компьютера под сервер; зависимость быстродействия и надежности от сервера; меньшая гибкость по сравнению с одноранговой). Примеры: LANServer, WindowsNTServer, NetWare (Novell).
Основные топологии ЛВС: кольцевая, шинная, звездообразная.
В реальных вычислительных сетях могут использоваться более сложные топологии, представляющие в некоторых случаях сочетания рассмотренных.
ГЛОБАЛЬНАЯ СЕТЬ INTERNET
Internet представляет собой глобальную компьютерную сеть («между сетей»). Это сеть, соединяющая отдельные сети. Логическая структура Internet представляет собой некое виртуальное объединение, имеющее свое собственное информационное пространство. Internet обеспечивает обмен информацией между всеми компьютерами, которые входят в сети, подключенные к ней. Тип компьютера и используемая им операционная система значения не имеют. Соединение сетей обладает громадными возможностями.
Родина Internet — США. Internet — плод развития военных технологий. Прародительницей Internet выступила сеть ARPAnet (Advanced Research Project Agency net — сеть управления перспективных исследований), разработанная и развернутая еще в 1969 году по заказу Министерства обороны США. Будучи экспериментальной, ARPAnet создавалась для поддержки научных исследований в военно-промышленной сфере. В частности, изучались методы построения сетей, которые были бы устойчивы к частичным повреждениям, например, при бомбардировке авиацией, — и сохраняли бы способность нормально функционировать в столь экстремальных условиях.
Модель ARPAnet предусматривала постоянную связь между компьютером-источником и компьютером-приемником. По условиям предполагалось, что любая часть сети может исчезнуть в любой момент. Не только на сеть в целом, но и на отдельные компьютеры возлагалась задача налаживания и поддержки связи. Основной принцип состоял в том, что любой компьютер может связаться как равный с равным с любым другим компьютером, подключенным к сети.
По мере роста ARPAnet развивались и другие сети, для связи между которыми задействовали так называемые шлюзы, которые позволяли информации беспрепятственно попадать из одной сети в другую.
Стандарт, согласно которому могла развиваться сеть Internet, установили в 1983 году. И с этого момента стало возможным подсоединять к ней новые сети, в то время как первоначальное звено оставалось неизменным. Большинство аналитиков полагают, что именно 1983 год — настоящая дата возникновения Internet, когда изначальная ARPAnet была разделена на сеть MILnet, предназначавшуюся для использования в военных целях, и собственно ARPAnet, ориентированную на продолжение исследований в сетевой области. Сама ARPAnet прекратила свое существование в июне 1990 года, а ее функции постепенно
Основные ячейки Internet — локальные вычислительные сети. Существуют также компьютеры, самостоятельно подключенные к интернет. Их называют хост-компьютерами. Каждый подключенный к сети компьютер имеет адрес, по которому его может найти абонент из любой точки света.
Способы организации передачи информации:
- Электронная почта
- World-wide-web (всемирная информационная сеть) — одна из самых популярных информационных служб Интернет. Две основные особенности: использование гипертекста и возможность клиентов взаимодействовать с другими приложениями Интернет.
- Служба Gopher, выполняет функции, аналогичные интернет, информация — в виде иерархической системы меню.
- Телеконференции Usenet. Эта система была разработана для перемещения новостей между компьютерами по всему миру, позднее полностью интегрировалась в Internet. Серверы Usenet имеют средства для разделения телеконференций по темам.
- Передача файлов с помощью протокола FTP.
- Взаимодействие с другим компьютером (Telnet)