Машинная программа. 9 Классификация вычислительных устройств. 11 Основные устройства компьютера, его архитектура. 13

Вид материала

Программа

Содержание 5. Вычислителььные сети и распределенная обработка данных. 5.1. Назначение и преимущества сетей. 5.2.Основные понятия и сетевая терминология.

Подобный материал:

• Тест «Основные устройства икт» 1 вариант Вкакой строке перечислен минимальный набор, 31.4kb.
• Лекция Внешние устройства компьютера, 309.96kb.
• Назипов Рамиль Хайретдинович Назначение и устройство компьютера урок, 165.22kb.
• Архитектура персонального компьютера, 124.05kb.
• «Архитектура ЭВМ учитель информатики Юдина Наталия Сергеевна Тема: «Устройства персонального, 111.25kb.
• Оболочка Norton Commander. Windows и программа, 26.31kb.
• Лекция 12. Архитектура компьютера, 124.05kb.
• 1. Функциональная схема компьютера. Основные устройства компьютера, их назначение, 132.15kb.
• «Цифровые устройства и микропроцессоры», 23.44kb.
• Классификация и основные параметры, 145.52kb.

5. Вычислителььные сети и распределенная обработка данных.

5.1. Назначение и преимущества сетей.

Компьютерной сетью называется группа компьютеров, объединенных линиями передачи данных и способных обмениваться информацией между собой. Такое объединение позволяет многократно расширить возможности пользователей компьютеров, позволяя им иметь доступ к информации, распределенной в различных географических точках, различных фирмах, в различных компьютерах. Всемирная тенденция к объ­единению компьютеров в сети обусловлена рядом важных объективных причин, таких как глобализация экономики, повышение уровня управления предпринимательскими и государственными структурами, появление новых видов информационных услуг. Пользователи, подключенные к компьютерной сети, получают возможность получать и передавать сообщения по факсу или электронной почте, получать доступ к любой информации из лю­бой точки земного шара, а также пользоваться программным обеспечением различных фирм.

Компьютерные сети подразделяются на локальные, региональные и глобальные.

Локальные вычислительные сети (ЛВС, англ. LAN – Local Area Network) объединяют компьютеры, расположенные не более, чем в нескольких стах метрах друг от друга, в пределах одной территориальной единицы. Как правило, линии связи локальной сети принадлежат предприятию или учреждению, для которого предназначена сеть.

Региональные вычислительные сети с (РВС, англ. WAN – Wide Area Network) остоят их нескольких ЛВС, объединеных по территориальному или ведомственному признаку. К таким сетям относятся сети, обслуживающие крупные корпорации (корпоративные сети), сети, объединяющие университеты , или ведомственные сети (например, сеть органов внутренних дел). Линии связи принадлежат корпорации или ведомству или арендуются у специализирующихся на связи компаний.

Глобальные вычислительные сети (ГВС, англ. GAN – Global Area Nework) объединяют компьютеры разных стран и разных континентов, принадлежащих фирмам самого различного профиля или частным лицам.

На основе компьютерных сетей строятся информационные системы, предназначенные для управления предприятием. Смысл использования сетей заключается в следующем. Во-первых, все управляющие действия на рабочих местах выполняются, как правило, одной программой, по единым правилам и похожими средствами. Во-вторых, использование сетей позволяет расположить все данные системы на одном (реже нескольких компьютерах), обеспечивая доступ к ним со всех рабочих мест. Это позволяет не только сэкономить дисковое пространство, но и имеет ряд преимуществ, главным из которых является возможность обеспечить пользователям информационной системы доступ к информации в режиме реального времени. Под доступом в режиме реального времени имеется в виду то, что информация, введенная в систему одним пользователем, сразу же становится доступной всем остальным пользователям. Здесь подразумевается, что пользователи работают с данными одновременно. Работа в сети всегда многопользовательская, и в этом третье преимущество сети. В-четвертых, сети позволяют пользователям сообща использовать периферийные устройства. Чаще всего пользуются общими печатающими устройствами и общими магнитными дисками.

Перечисленные функции называт разделением программ, разделением данных и разделением ресурсов. Кроме того, сети могут обеспечивать разделение ресурсов процессора, что делает возможным использование вы­числительных мощностей одного компьютера для обработки данных вместо другого, менее мощного компьютера.

Даже если на предприятии или в фирме не функционирует единая интегрированная информационная система, все равно использование сети может дать существенную экономию за счет разделения ресурсов (имеются в виду периферийные устройства и дисковое пространство). Существенным также оказывается сокращение бумажных потоков за счет организации обмена информации в электронном виде (здесь есть проблемы как программного, так и организационного характера). Кроме того, централизованное размещение данных позволяет эффективно решать задачи дифференциации доступа к информации.

Всеобщее распространение сетей способствовало появлению новых видов информационных услуг. Прежде всего это касается глобальных сетей и услуг, связанных с сетью Internet. Наиболее популярна среди сетевых услуг электронная почта. Однако не менее важны и такие сетевые услуги, как передача данных по сети, доступ к удаленным базам данных и программам, проведение видеоконференций, служба телефонных звонков через Internet. Наконец, Internet как социальное явление оказывает громадное влияние на весь уклад жизни в современном обществе (не меньшее, чем телевидение).

5.2.Основные понятия и сетевая терминология.

Внимательное рассмотрение даже в самом первом приближении процесса передачи информации по сети позволяет сформулировать ряд основных положений.

Во-первых, при установлении связи между компьютерами необходимо наличие физического соединения между компьютерами. Данные в сети могут передаваться с помощью специального кабеля, по телефону или по радио. При передаче информации происходит физическое преобразование сигнала, так как сетевой кабель или телефонный провод имеет другие характеристики, чем шина компьютера. Необходимо обеспечить правильное преобразование информации. Для этого в компьютере используется сетевой адаптер (в случае кабеля) или модем (в случае соединения по телефону).

Сетевой адаптер запрограммирован на выполнение некоторых элементарных функций, связанных с передачей данных. Сетевой адаптер управляется процессором при помощи своих входов, котрые идентифицируются с портами компьютера. Сетевой адаптер управляется командами, присылаемыми в порты, и далее он сам формирует управляющие сообщения, передаваемые по каналам связи, например, запрос к серверу. Сетевой адаптер принимает все сообщения, передаваемые по присоединенному каналу связи, и отбирает из них только те, которые адресованы данной рабочей станции. Полученное сообщение хранится в буфере сетевого адаптера до тех пор, пока станция не примет это сообщение. Если сообщение должно быть послано рабочей станцией, оно задерживается в буфере, пока не образуется перерыв в передаче данных по сети, после чего отправляется по каналу связи. Также сетевой адаптер обеспечивает проверку правильности передачи сообщения по сети и в случае неудачи повторяет сообщение.

Отдельные компьютеры вычислительной сети называются узлами сети, а линии передачи данных – каналами связи. Более точно, узлом сети называется место входа канала связи в компьютер или в другое устройство. Поскольку в месте входа всегда стоит сетевой адаптер, обычно узел сети отождествляется с сетевым адаптером. Если к компьютеру подсоединено несколько сетевых адаптеров, этот компьютеру соответствует несколько узлов сети.

Отдельные узлы локальной сети могут играть разную роль в этой сети. Часто сеть строится в форме центрального узла большей мощности и быстродействия, на котором хранится большинство данных, и менее мощных рядовых компьютеров, которые обращаются к центральному узлу за информацией. При подобной организации сети центральный компьютер называется сервером, а остальные компьютеры – рабочими станциями. Рабочие станции общаются только с сервером и не могут непосредственно обмениваться информацией между собой.

При более сложной организации локальной сети она может содержать несколько серверов, которые могут выполнять как сходные, так и различные функции. В зависимости от функции сервер может иметь разное название. Например, сервер телекоммуникаций обеспечивает связь данной локальной сети с внешним миром. Вычислительный сервер дает возможность производить вычисления, которые невозможно выполнить на рабочих станциях из-за их небольшой мощности. Дисковый сервер обладает расширенными ресурсами внешней памяти и предоставляет их в пользование рабочим станциям и, возможно, другим серверам. Файловый сервер предназначен для хранения файлов для всех рабочих станций. Если в сети функционирует информационная система, содержащая базу данных, и эта база содержится на сервере, то этот сервер называется сервером баз данных.

Сообщения, передаваемые по сети, состоят из блоков содержательных данных и служебной информации. Прежде, чем они физически будут переданы по каналу связи, эти сообщения подвергаются многократной обработке. На разных этапах обработки они могут называться по-разному: датаграммы, пакеты, кадры, сообщения. В компьютерных сетях циркулирует цифровая информация, поэтому на логическом уровне каждый блок информации представляет собой последовательность нулей и единиц.

При получении и расшифровке сообщения первой задачей является определение начала и конца информационного блока (эта операция называется синхронизацией пакетов). Всего возможны три способа организации этого механизма: посылать блоки фиксированной длины, задавать длину блока в его начале или специфицировать конец блока специальным маркером. На практике используются все три способа. Однако в любом случае получатель информации должен знать, какой способ использовал отправитель сообщения. Поэтому необходимо наличие заранее утвержденных соглашений о способах оформления блоков данных, передаваемых по сети.

Эти соглашения носят название протоколов. Используемых протоколов очень много. Многие протоколы описывают разные уровни обслуживания процесса передачи данных и выполняют разные функции. Однако существуют разные протоколы для выполнения сходных функций, однако они делают это по-разному. Формально протокол включает описание полей служебной информации, которые добавляются к отправляемому пакету для выполнения различных функций обслуживания передачи данных, и алгоритмов заполнения этих полей. Поэтому часто под протоколом понимают как собственно соглашения о структуре передаваемого пакета, так и программы, которые осуществляют обработку информации согласно тому или иному протоколу.

В качестве средств коммуникации в сети используются специальный провод (витая пара), коаксиальный кабель или оптоволоконный кабель. При выборе типа кабеля учитывают такие показатели, как стоимость монтажа и обслуживания, скорость передачи информации, ограничения на величину расстояния передачи информации (без дополни­тельных усилителей-повторителей), безопасность передачи данных.

Наиболее дешевым кабельным соединением является витое двух­жильное или трехжильное про­водное соединение часто называемое "витой парой". Она позволяет пе­редавать информацию со скоростью до 10 Мбит/с, легко наращивается, однако явля­ется помехонезащищенной. Длина кабеля не может превышать 1000 м при скорости передачи 1 Мбит/с. Преимущест­вами являются низкая цена и беспроблемная уста­новка. Для повышения помехозащищенности информации часто используют экраниро­ванную ви­тую пару, т.е. витую пару, помещенную в экранирующую оболочку, подобно экрану коаксиального кабеля. Это увеличивает стоимость витой пары и при­ближает ее цену к цене коаксиального кабеля.

Коаксиальный кабель имеет среднюю цену, хорошо помехозащитен и применя­ется для связи на большие расстояния (несколько километров). Скорость передачи информации от 1 до 10 Мбит/с, а в некоторых случаях может достигать 50 Мбит/с. Ко­аксиальный кабель используется для основ­ной и широкополосной передачи инфор­мации.

Широкополосный коаксиальный кабель невосприимчив к помехам, легко на­ращива­ется, но цена его высокая. Скорость передачи информации равна 500 Мбит/с. При пе­редачи информации в базисной полосе частот на рас­стояние более 1,5 км требуется усилитель, или так называемый репитер (повторитель). Поэтому суммарное расстоя­ние при передаче информации увеличивается до 10 км. Для вычислительных сетей с топологией шина или дерево коаксиальный кабель должен иметь на конце согласую­щий резистор (терминатор).

Наиболее дорогими являются оптопроводники, называемые также стекловоло­конным кабелем. Скорость распространения информации по ним достигает нескольких гигабит в секунду. Допустимое удаление более 50 км. Внешнее воздействие помех практически отсутствует. На данный момент это наиболее дорогостоящее соединение для ЛВС. Применяются там, где возникают электромагнитные поля помех или требу­ется передача информа­ции на очень большие расстояния без использования повтори­телей. Они обладают противоподспушивающими свойствами, так как техника ответвле­ний в оптоволоконных кабелях очень сложна.

Показатели трех типовых сред для передачи приведены в таблице.

Показатели	Среда передачи данных
	Двухжильный кабель - витая пара	Коаксиальный кабель	Оптоволоконный кабель
Цена	Невысокая	Относительно высокая	Высокая
Наращивание	Очень простое	Проблематично	Простое
Защита от прослушивания	Незначительная	Хорошая	Высокая
Проблемы с заземлением	Нет	Возможны	Нет
Восприимчивость к помехам	Существует	Существует	Отсутствует

Для подключения нескольких рабочих станций к одному каналу связи возможно использовать специальное устройство – разветвитель. Он позволяет разветвить один канал на два или три. Если требуется продублировать сигнал более чем в трех экземплярах, его необходимо одновременно усилить. Соответствующее устройство называется повторитель (хаб, от англ. Hub). Иногда разветвитель и повторитель называют пассивным и активным концентратором. Пассивный концентратор может использоваться, если расстояние до рабочей станции не превышает несколь­ких десятков метров.

Сетевым драйвером называется программа, непосредственно взаимодействующая с сетевым адаптером. Сетевым модулем называется программа, которая осуществляет обработку пакетов согласно тому или иному протоколу.Сетевой модуль взаимодействует с сетевым драйвером, программами сетевой операционной системы или другими сетевыми модулями. Драйвер сетевого адаптера и, возможно, другие модули, специфичные для физической сети передачи данных, предоставляют сетевой интерфейс.

Мост – это узел сети, через который соединяются две сети, построенные по одной и той же технологии. Мост анализирует адресаты всех сообщений, проходящих по обеим сетям. Те из них, которые адресованы своей сети, он не трогает, а сообщения, адресованные другой сети, он запускает в этой второй сети. Мосты соединяют сети с различными протоколами, но одинаковыми технологиями.

Маршрутизатор (пакетный коммутатор) необходим, когда требуется соединить две или несколько сетей возможно с разной технологией. Он хранит таблицу адресов всей сетевой структуры. В отличие от моста он имеет свой адрес в сети и может использоваться для промежуточного хранения информации. Роль маршрутизатора исполняет один из компьютеров сети. Если мосты анализируют адреса сообщений и тратят много времени на их сортировку, то маршризаторы не способны анализировать сообщения. Зато они могут выбрать оптимальный маршрут выбора пути следования сообщения между сетями. Маршрутизаторы объединяют сети с одинаковыми протоколами, но различными технологиями.

Шлюз – это компьютерная система, которая позволяет связываться двум сетям с разными протоколами передачи данных и разными типами сетевого оборудования. Например, шлюз прикладного обеспечения может преобразовывать сообщения электроной почты из одного формата в другой.

Брандмауэром называется такой шлюз локальной сети, который который анализирует входящие и исходящие сообщения, защищая сеть от несанкционированного доступа и не давая возможности передавать вовне служебную информацию.

Траффиком сети называвется сам процесс прохождения сигналов по линиям связи. Иногда траффиком сети называют общий объем переданной по сети информации. Быстродействие сети – это максимальный объем, который может быть передан по каналу связи в единицу времени.

Шинный арбитраж – это алгоритм, задающий правила, по которым разрешаются конфликты в сети, связанные с одновременной передачей сообщений. Существует два метода шинного арбитража: метод прослушивания канала и передача маркера. При первом методе сетевой адаптер прослушивает канал и начинает передачу только тогда, когда по сети не идет сигнал. При втором методе признаком незанятости канала связи является сигнал специальной конфигурации – маркер. Когда компьютер хочет послать сообщение, он дожидается маркера, и посылает вместо маркера сообщение. После окончания передачи маркер снова посылается по сети.