ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 31.03.2021
Просмотров: 6852
Скачиваний: 51
451
Машиностроение, 1989.
26.
Частиков А. П.
История компьютера. - М.: Журнал «Информатика и образование»,
1996.
27.
Эндерлайн Р.
Микроэлектроника для всех. - М.: Мир, 1979.
28.
Ямпольский В. С.
Основы автоматики и электронно-вычислительной техники. -М.: Про-
свещение, 1991.
ГЛАВА 5
КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ
ВВЕДЕНИЕ
Компьютерная сеть - объединение нескольких ЭВМ для совместного решения информаци-
онных, вычислительных, учебных и других задач.
Одна из первых возникших при развитии вычислительной техники задач, потребовавшая
создания сети хотя бы из двух ЭВМ - обеспечение многократно большей, чем могла дать в то вре-
мя одна машина, надежности при управлении ответственным процессом в режиме реального вре-
мени. Так, при запуске космического аппарата необходимые темпы реакции на внешние события
превосходят возможности человека, и выход из строя управляющего компьютера грозит непопра-
вимыми последствиями. В простейшей схеме работу этого компьютера дублирует второй такой
же, и при сбое активной машины содержимое ее процессора и ОЗУ очень быстро перебрасывается
на вторую, которая подхватывает управление (в реальных системах все, конечно, происходит су-
щественно сложнее).
Вот примеры других, очень разнородных, ситуации, в которых объединение нескольких
ЭВМ необходимо.
А. В простейшем, самом дешевом учебном компьютерном классе, лишь одна
из
ЭВМ - ра-
бочее место преподавателя - имеет дисковод, позволяющий сохранять на диске программы и дан-
ные всего класса, и принтер, с помощью которого можно распечатывать тексты. Для обмена ин-
формацией между рабочим местом преподавателя и рабочими местами учеников нужна сеть.
Б. Для продажи железнодорожных или авиационных билетов, в которой одновременно уча-
ствуют сотни кассиров по всей стране, нужна сеть, связывающая сотни ЭВМ и выносных терми-
налов на пунктах продажи билетов.
В. Сегодня существует множество компьютерных баз и банков данных по самым разным
аспектам человеческой деятельности. Для доступа
к хранимой в них информации нужна компью-
терная сеть.
Сети ЭВМ врываются в жизнь людей - как в профессиональную деятельность, так и в быт -
самым неожиданным и массовым образом. Знания о сетях и навыки работы в них становятся не-
обходимыми множеству людей.
Сети ЭВМ породили существенно новые технологии обработки информации -сетевые тех-
нологии. В простейшем случае сетевые технологии позволяют совместно использовать ресурсы -
накопители большой емкости, печатающие устройства, доступ в Internet, базы и банки данных.
Наиболее современные и перспективные подходы к сетям связаны с использованием коллективно-
го разделения труда при совместной работе с информацией - разработке различных документов и
проектов, управлении учреждением или предприятием и т.д.
Простейшим видом сети является, так называемая, одноранговая сеть, обеспечивающая
связь персональных компьютеров конечных пользователей и позволяющая совместно использо-
вать дисководы, принтеры, файлы.
Более развитые сети помимо компьютеров конечных пользователей -
рабочих
станций -
включают специальные выделенные компьютеры - серверы. Сервер - это ЭВМ. выполняющая в
сети особые функции обслуживания остальных компьютеров сети - рабочих станций. Есть разные
виды серверов: файловые, телекоммуникационные серверы, серверы для проведения математиче-
ских расчетов, серверы баз данных.
Весьма популярная сегодня и чрезвычайно перспективная технология обработки информа-
452
ции в сети называется «клиент - сервер». В методологии «клиент - сервер» предполагается глубо-
кое разделение функций компьютеров в сети. При этом в функции «клиента» (под котором пони-
мается ЭВМ с соответствующим программным обеспечением) входит
• предоставление пользовательского интерфейса, ориентированного на определенные про-
изводственные обязанности и полномочия пользователя;
• формирование запросов к серверу, причем не обязательно информируя об этом пользова-
теля; в идеале пользователь вообще не вникает в технологию общения ЭВМ, за которой он рабо-
тает, с сервером;
• анализ ответов сервера на запросы и предъявление их пользователю. Основная функция
сервера - выполнение специфических действий по запросам клиента (например, решение сложной
математической задачи, поиск данных в базе, соединение клиента с другим клиентом и т.д.); при
этом сам сервер не инициирует никаких взаимодействий с клиентом. Если сервер, к которому об-
ратился клиент, не в состоянии решить задачу из-за нехватки ресурсов, то в идеале он сам находит
другой, более мощный, сервер и передает задачу ему, становясь, в свою очередь, клиентом, но не
информируя об этом без нужды начального клиента. Обратим внимание, что «клиент» вовсе не
есть выносной терминал сервера. Клиентом может быть весьма мощный компьютер, который в
силу своих возможностей решает задачи самостоятельно.
Компьютерные сети и сетевые технологии обработки информации стали основой для по-
строения современных информационных систем. Компьютер ныне следует рассматривать не как
отдельное устройство обработки, а как «окно» в компьютерные сети, средство коммуникаций с
сетевыми ресурсами и другими пользователями сетей.
§ 1. ЛОКАЛЬНЫЕ СЕТИ
1.1. АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА
Локальные сети (ЛС ЭВМ) объединяют относительно небольшое число компьютеров
(обычно от 10 до 100, хотя изредка встречаются и гораздо большие) в пределах одного помещения
(учебный компьютерный класс), здания или учреждения (например, университета). Традиционное
название - локальная вычислительная сеть (ЛВС) - скорее дань тем временам, когда сети в основ-
ном использовались для решения вычислительных задач; сегодня же в 99% случаев речь идет ис-
ключительно об обмене информацией в виде текстов, графических и видео-образов, числовых
массивов. Полезность ЛС объясняется тем, что от 60% до 90% необходимой учреждению инфор-
мации циркулирует внутри него, не нуждаясь в выходе наружу.
Большое влияние на развитие ЛС оказало создание автоматизированных систем управления
предприятиями (АСУ). АСУ включают несколько автоматизированных рабочих мест (АРМ), из-
мерительных комплексов, пунктов управления. Другое важнейшее поле деятельности, в котором
ЛС доказали свою эффективность -создание классов учебной вычислительной техники (КУВТ).
Благодаря относительно небольшим длинам линий связи (как правило, не более 300 мет-
ров), по ЛС можно передавать информацию в цифровом виде с высокой скоростью передачи. На
больших расстояниях такой способ передачи неприемлем из-за неизбежного затухания высокочас-
тотных сигналов, в этих случаях приходятся прибегать к дополнительным техническим (цифро-
аналоговым преобразованиям) и программным (протоколам коррекции ошибок и др.) решениям.
Характерная особенность ЛС - наличие связывающего всех абонентов высокоскоростного
канала связи для передачи информации в цифровом виде. Существуют проводные и беспроводные
(радио) каналы. Каждый из них характеризуется определенными значениями существенных с точ-
ки зрения организации ЛС параметров:
• скорости передачи данных;
• максимальной длины линии;
• помехозащищенности;
• механической прочности;
• удобства и простоты монтажа;
• стоимости.
В настоящее время
обычно применяют четыре типа сетевых кабелей:
• коаксиальный кабель;
453
• незащищенная витая пара;
• защищенная витая пара;
• волоконно-оптический кабель.
Первые три типа кабелей передают электрический сигнал по медным проводникам. Воло-
конно-оптические кабели передают свет по стеклянному волокну.
Большинство сетей допускает несколько вариантов кабельных соединений.
Коаксиальные кабели состоят из двух проводников, окруженных изолирующими слоями.
Первый слой изоляции окружает центральный медный провод. Этот слой оплетен снаружи внеш-
ним экранирующим проводником. Наиболее распространенными коаксиальными кабелями явля-
ются толстый и тонкий кабели «Ethernet». Такая конструкция обеспечивает хорошую помехоза-
щищенность и малое затухание сигнала на расстояниях.
Различают толстый (около 10 мм в диаметре) и тонкий (около 4 мм) коаксиальные кабели.
Обладая преимуществами по помехозащищенности, прочности, длине линий, толстый коаксиаль-
ный кабель дороже и сложнее в монтаже (его сложнее протягивать по кабельным каналам), чем
тонкий. До последнего времени тонкий коаксиальный кабель представлял собой разумный ком-
промисс между основными параметрами линий связи ЛВС и в российских условиях наиболее час-
то использовался для организации крупных ЛС предприятий и учреждений. Однако более дорогие
толстые кабели обеспечивают лучшую передачу данных на большее расстояние и менее чувстви-
тельны к электромагнитным помехам.
Витые пары представляют собой два повода, скрученных вместе шестью оборотами на
дюйм для обеспечения защиты от электромагнитных помех и согласования импеданса или элек-
трического сопротивления. Другим наименованием, обычно употребляемым для такого провода,
является «IBM тип-3». В США такие кабели прокладываются при постройке зданий для обеспече-
ния телефонной связи. Однако использование телефонного провода, особенно когда он уже раз-
мещен в здании, может создать большие проблемы. Во-первых, незащищенные витые пары чувст-
вительны к электромагнитным помехам, например электрическим шумам, создаваемым люминес-
центными светильниками и движущимися лифтами. Помехи могут создавать также сигналы, пере-
даваемые по замкнутому контуру в телефонных линиях, проходящих вдоль кабеля локальной сети.
Кроме того, витые пары плохого качества могут иметь переменное число
витков на дюйм, что ис-
кажает расчетное электрическое сопротивление.
Важно также заметить, что телефонные провода не всегда проложены по прямой линии.
Кабель, соединяющий два рядом расположенных помещения, может на самом деле обойти поло-
вину здания. Недооценка длины кабеля в этом случае может привести к тому, что фактически она
превысит максимально допустимую длину.
Защищенные витые пары схожи с незащищенными, за исключением того, что они исполь-
зуют более толстые провода и защищены от внешнего воздействия слоем изолятора. Наиболее
распространенный тип такого кабеля, применяемого в локальных сетях, «IBM тип-1» представляет
собой защищенный кабель с двумя витыми парами непрерывного провода. В новых зданиях луч-
шим вариантом может быть кабель «тип-2», так как он включает помимо линии передачи данных
четыре незащищенные пары непрерывного провода для передачи телефонных переговоров. Таким
образом, «тип-2» позволяет использовать один кабель для передачи
как
телефонных переговоров,
так и данных по локальной сети.
Защита и тщательное соблюдение числа повивов на дюйм делают защищенный кабель с ви-
тыми парами надежным альтернативным кабельным соединением. Однако эта надежность приво-
дит к увеличению стоимости.
Волоконно-оптические кабели передают данные в виде световых импульсов по стеклянным
«проводам». Большинство систем локальных сетей в настоящее время поддерживает волоконно-
оптическое кабельное соединение. Волоконно-оптический кабель обладает существенными пре-
имуществами по сравнению с любыми вариантами медного кабеля. Волоконно-оптические кабели
обеспечивают наивысшую скорость передачи; они более надежны, так как не подвержены потерям
информационных пакетов из-за электромагнитных помех. Оптический кабель очень тонок и гибок,
что делает его транспортировку более удобной по сравнению с более тяжелым медным кабелем.
Однако наиболее важно то, что только оптический кабель имеет достаточную пропускную спо-
собность, которая в будущем потребуется для более быстрых сетей.
Пока еще цена волоконно-оптического кабеля значительно выше медного.
По
сравнению с
454
медным кабелем монтаж оптического кабеля более трудоемок, поскольку концы его должны быть
тщательно отполированы и выровнены для обеспечения надежного соединения. Однако ныне про-
исходит переход на оптоволоконные линии, абсолютно неподверженные помехам и находящиеся
вне конкуренции по пропускной способности. Стоимость таких линий неуклонно снижается, тех-
нологические трудности стыковки оптических волокон успешно преодолеваются.
Беспроводная связь на радиоволнах СВЧ диапазона может использоваться для организации
сетей в пределах больших помещений типа ангаров или павильонов, там где использование обыч-
ных линий связи затруднено или нецелесообразно. Кроме того, беспроводные линии могут связы-
вать удаленные сегменты локальных сетей на расстояниях 3 - 5 км (с антенной типа волновой ка-
нал) и 25 км (с направг ленной параболической антенной) при условии прямой видимости.
Орга-
низация
беспроводной сети существенно дороже, чем обычной.
Для организации учебных ЛС чаще всего используется витая пара, как самая дешевая, по-
скольку требования к скорости передачи данных и длине линий не являются критическими.
Для связи компьютеров с помощью линий связи ЛС требуются адаптеры сети (или, как их
иногда называют, сетевые платы). Самыми известными являются адаптеры следующих трех ти-
пов: • ArcNet; • Token Ring; • Ethernet.
Из них последние получили в России подавляющее распространение. Адаптер сети встав-
ляется непосредственно в свободный слот материнской платы персонального компьютера и к нему
на задней панели системного блока подстыковывается линия связи ЛС. Адаптер, в зависимости от
своего типа, реализует ту или иную стратегию доступа от одного компьютера к другому.
1.2. КОНФИГУРАЦИИ ЛОКАЛЬНЫХ СЕТЕЙ
И ОРГАНИЗАЦИЯ ОБМЕНА ИНФОРМАЦИЕЙ
В простейших сетях с небольшим числом компьютеров они могут быть полностью равно-
правными; сеть в этом случае обеспечивает передачу данных от любого компьютера к любому
другому для коллективной работы над информацией. Такая сеть называется одноранговой.
Однако в крупных сетях с большим числом компьютеров оказывается целесообразным вы-
делять один (или несколько) мощных компьютеров для обслуживания потребностей сети (хране-
ние и передачу данных, печать на сетевом принтере). Такие выделенные компьютеры называют
серверами; они работают под управлением сетевой операционной системы. В качестве сервера
обычно используется высокопроизводительный компьютер с большим ОЗУ и винчестером (или
даже несколькими винчестерами) большой емкости. Клавиатура и дисплей для сервера сети не
обязательны, поскольку они используются очень редко (для настройки сетевой ОС).
Все остальные компьютеры называются рабочими станциями. Рабочие станции могут не
иметь винчестерских дисков или даже дисководов вовсе. Такие рабочие станции называют без-
дисковыми. Первичная загрузка ОС на бездисковые рабочие станции происходит по локальной
сети с использованием специально устанавливаемых на сетевые адаптеры рабочих станций микро-
схем ПЗУ, хранящих программу начальной загрузки.
ЛС в зависимости от назначения и технических решений могут иметь различные конфигу-
рации (или, как еще говорят, архитектуру, или топологию), изображенные на рис. 5.1.
В
кольцевой
ЛС информация передается по замкнутому каналу. Каждый абонент непосред-
ственно связан с двумя ближайшими соседями, хотя в принципе способен связаться с любым або-
нентом сети.
В
звездообразной (радиальной)
ЛС в центре находится центральный управляющий компью-
тер, последовательно связывающийся с абонентами и связывающий их друг с другом.
В
шинной
конфигурации компьютеры подключены к общему для
них каналу (шине), через
который могут обмениваться сообщениями.
В
древовидной -
существует «главный» компьютер, которому подчинены компьютеры сле-
дующего уровня, и т.д.
Кроме того, возможны конфигурации без отчетливого характера связей; пределом является
полносвязная
конфигурация, когда каждый компьютер в сети непосредственно связан с любым
другим компьютером.
В крупных ЛС предприятий и учреждений чаще всего используется шинная (линейная) то-
пология, соответствующая архитектуре многих административных зданий, имеющих длинные ко-
455
ридоры и кабинеты сотрудников вдоль них. Для учебных целей в КУВТ чаще всего используют
кольцевые и звездообразные ЛС.
Рис. 5.1,0.
Кольцевая топология - локальной сети
Рис. 5.1,6.
Радиальная топология локальной сети
Рис. 5.1,в.
Шинная топология локальной сети
Рис. 5.1.г.
Древовидная топология локальной сети
В любой физической конфигурации поддержка доступа от одного компьютера к другому,
наличие или отсутствие выделенного компьютера (в составе КУВТ его называют «учительским», а
остальные - «ученическими»), выполняется программой
-
сетевой операционной системой, кото-