Файл: Тема Общие вопросы.pdf

1
Тема 4. Технология работы в компьютерных сетях
Тема 4.1. Общие вопросы
ВОПРОСЫ
1. Компьютерные сети: общая характеристика, назначение и классификация.
2. История развития компьютерных сетей.
3. Топология компьютерных сетей.
4. Передача информации.
1. Компьютерные сети: общая характеристика, назначение
и классификация
В настоящее время в мире существует более 250 миллионов компьютеров и более 80 % из них объединены в различные информационно-вычислительные сети. Всемирная тенденция к объединению компьютеров в сети обусловлена рядом важных причин. Среди них - ускорение передачи сообщений, возмож- ность быстрого обмена информацией между пользователями, получение и пе- редача сообщений (файлов, факсов, e-mail писем и прочего) непосредственно на рабочем месте, возможность мгновенного получения любой информации из любой точки земного шара, а также обмен информацией между компьютерами, работающими под управлением разного программного обеспечения.
Компьютерная сеть
(вычислительная сеть, сеть передачи данных) – си- стема связи компьютеров и/или компьютерного оборудования. Для передачи информации могут быть использованы различные физические явления (раз- личные виды электрических сигналов, световых сигналов или электромагнит- ного излучения). Компьютер, входящий в сеть, называется хостом.
Информационно-вычислительная сеть
– два или более компьютеров, соединѐнных посредством каналов передачи данных (линий проводной или ра- диосвязи, линий оптической связи) с целью обеспечения совместного исполь- зования аппаратных и программных ресурсов и обеспечения совместного до- ступа к ресурсам данных.
Наиболее значительным преимуществом компьютерной сети является возможность виртуальной работы с любой информацией. При этом сама ин- формация может храниться в одной или разных точках сети, а доступ к ней может осуществляться с любого рабочего места сотрудника. Можно хранить, получать или модифицировать текстовую информацию (например, письма или контракты), аудиоинформацию (звуковые письма), графическую информацию

2
(например, факсы, фотографии, медицинские флюорограммы) и даже видео- фильмы.
Таким образом, основное назначение компьютерных сетей – совместное использование ресурсов и осуществление интерактивной связи как внутри од- ной фирмы, так и за ее пределами. Ресурсы – это файлы данных, приложения и периферийные устройства: дисководы, принтеры, модемы и др.
Компьютерные сети можно
классифицировать
по различным признакам:
 по характеру выполняемых функций;
 по территориальной распространенности.
 по принципам управления,
 по составу вычислительных средств;
 по скорости передачи данных,
 по типу среды передачи;
 по типу организации передачи данных.
По характеру выполняемых функций компьютерные сети подразделя- ются:
 на вычислительные,
 на информационные,
 на смешанные.
Вычислительные
сети предназначены главным образом для решения за- даний пользователей с обменом данными между абонентами.
Информационные сети ориентированы в основном на предоставление информационных услуг пользователям.
Смешанные
сети совмещают функции первых двух.
По признаку территориальной распространенности компьютерные сети подразделяются:
 на локальные (LAN – Local Area Network);
 на региональные (MAN – Metropolitan Area Network);
 на глобальные (WAN – Wide Area Network).
В соответствии с этим признаком существуют различные разновидности сетей:
PAN (Personal Area Network) – персональная сеть, предназначенная для взаи- модействия различных устройств, принадлежащих одному владельцу;

3
LAN (Local Area Network) – локальные сети, имеющие замкнутую инфраструк- туру до выхода на поставщиков услуг (сети закрытого типа, доступ к ним раз- решен только ограниченному кругу пользователей);
CAN (Campus Area Network – кампусная сеть) – объединяет локальные сети близко расположенных зданий;
MAN (Metropolitan Area Network) – городские сети между учреждениями в пределах одного или нескольких городов, связывающие много локальных вы- числительных сетей;
WAN (Wide Area Network) – глобальная сеть, покрывающая большие геогра- фические регионы, включающая в себя как локальные сети, так и прочие теле- коммуникационные сети и устройства. Глобальные сети являются открытыми, они ориентированы на обслуживание любых пользователей.
Локальная вычислительная сеть
(ЛВС)– это система взаимосвязан- ных и распределенных на фиксированной территории средств передачи и об- работки информации, ориентированных на коллективное использование об- щесетевых ресурсов — аппаратных, информационных, программных.
ЛВС охватывает небольшую территорию (диаметром до 10 км) внутри учреждений, НИИ, вузов, банков, офисов и т. д. Еѐ можно рассматривать как коммуникационную систему
1
, которая поддерживает в пределах одного здания или некоторой ограниченной территории один или несколько высокоскорост- ных каналов передачи информации, предоставляемых подключенным абонент- ским системам. Все участники локальной сети могут совместно использовать одно общее устройство печати (сетевой принтер) или, например, ресурсы жестких дисков одного выделенного компьютера (файлового сервера).
Как ни странно, методы, которые теперь ассоциируются с локальными се- тями, впервые были использованы в широкомасштабной сети, для которой стоимость и трудоемкость прокладывания обычного соединительного кабеля были непомерно высоки. Это была сеть ALOHA, созданная на Гавайских ост- ровах для обеспечения простого доступа большого количества пользователей с терминалов к центральным вычислительным средствам. Наибольший вклад в развитие ЛВС внесли Исследовательский центр фирмы Xerox в Пало-Альто, кембриджский университет, фирмы Mitre и Hasler.
Если в сети имеется специальный компьютер, выделенный для совмест- ного использования участниками сети, он называется
файловым сервером
Группы сотрудников, работающих над одним проектом в рамках локальной се-
1
Методы пакетной коммутации приобрели огромное значение после их реализации в начале 70-х в исследовательской сети ARPA (США) и сети Национальной физиче- ской лаборатории (Великобритания).

4 ти, называются
рабочими группами
. В рамках одной локальной сети могут ра- ботать несколько рабочих групп. У участников рабочих групп могут быть раз- ные права для доступа к общим ресурсам сети.
Региональные
вычислительныесети охватывают абонентов, находящих- ся на значительном расстоянии друг от друга. Такая сеть может связывать або- нентов внутри большого города, экономического района, отдельной страны.
Обычно расстояние между абонентами региональной сети составляет десятки сотни километров.
Глобальная
вычислительная сеть – это распределенная сеть мирового масштаба, охватывающая обширные территории (страны и континенты). Взаи- модействие между абонентами такой сети может осуществляться на базе теле- фонных линий связи, радиосвязи и систем спутниковой связи. Глобальные сети позволяют решить проблему объединения информационных ресурсов всего че- ловечества и организации доступа к этим ресурсам.
Глобальная компьютерная сеть объединяет большое количество локаль- ных сетей (см. тему 4.2). Каждая локальная сеть называется узлом или сайтом, а юридическое лицо, обеспечивающее работу сайта – провайдером. Сайт со- стоит из нескольких компьютеров – серверов, каждый из которых предназна- чен для хранения информации в определенном формате. Для подключения к глобальной сети пользователь должен заключить контракт на обслуживание с одним из провайдеров в своем регионе.
Если говорить об отличиях локальных и глобальных сетей, то в послед- нее время они становятся все менее заметными, однако, теоретически можно выделить основные позиции, по которым можно сравнивать LAN и WAN:
Протяженность, качество и способ прокладки линий связи
. Класс ло- кальных вычислительных сетей по определению отличается от класса глобаль- ных сетей небольшим расстоянием между узлами сети. Это в принципе делает возможным использование в локальных сетях качественных линий связи: коак- сиального кабеля, витой пары, оптоволоконного кабеля, которые не всегда до- ступны (из-за экономических ограничений) на больших расстояниях, свой- ственных глобальным сетям. В глобальных сетях часто применяются уже су- ществующие линии связи (телеграфные или телефонные), а в локальных сетях они прокладываются заново.
Скорость обмена данными.
Одним из главных отличий локальных сетей от глобальных является наличие высокоскоростных каналов обмена данными между компьютерами, скорость которых сравнима со скоростями работы устройств и узлов компьютера – дисков, внутренних шин обмена данными и

5 т.п. За счет этого у пользователя локальной сети, подключенного к удаленному разделяемому ресурсу (например, диску сервера), складывается впечатление, что он пользуется этим диском, как «своим». Для глобальных сетей типичны гораздо более низкие скорости передачи данных.
Разнообразие услуг
. Локальные сети предоставляют, как правило, широ- кий набор услуг – это различные виды услуг файловой службы, печати, служ- бы передачи факсимильных сообщений, баз данных, электронная почта и дру- гие. Глобальные сети в основном предоставляют почтовые услуги и иногда файловые услуги с ограниченными возможностями – передачу файлов из пуб- личных архивов удаленных серверов без предварительного просмотра их со- держания.
Оперативность выполнения запросов
. Время прохождения пакета через локальную сеть обычно составляет несколько миллисекунд, время же его пере- дачи через глобальную сеть может достигать нескольких секунд. Низкая ско- рость передачи данных в глобальных сетях затрудняет реализацию служб для режима on-line, который является обычным для локальных сетей.
Разделение каналов
. В локальных сетях каналы связи используются, как правило, совместно сразу несколькими узлами сети, а в глобальных сетях – ин- дивидуально.
Использование метода коммутации пакетов
. Важной особенностью ло- кальных сетей является неравномерное распределение нагрузки. Отношение пиковой нагрузки к средней может составлять 100:1 и даже выше. Такой гра- фик обычно называют пульсирующим. Из-за этой особенности графика в ло- кальных сетях для связи узлов применяется метод коммутации пакетов, кото- рый для пульсирующего графика оказывается гораздо более эффективным, чем традиционный для глобальных сетей метод коммутации каналов. Эффектив- ность метода коммутации пакетов состоит в том, что сеть в целом передает в единицу времени больше данных своих абонентов. В глобальных сетях метод коммутации пакетов также используется, но наряду с ним часто применяется и метод коммутации каналов, а также некоммутируемые каналы – как унаследо- ванные технологии некомпьютерных сетей.
По принципам управления компьютерные сети можно разделить:
 на одноранговые,
 на многоранговые.
В
одноранговой
сети все компьютеры равноправны, каждый функциони- рует и как клиент, и как сервер, т. е. нет отдельного компьютера, ответственно-

6 го за администрирование всей сети. Все пользователи самостоятельно решают, какие данные на своем компьютере сделать общедоступными по сети. Одно- ранговые сети называют также рабочими группами, чаще всего они содержат менее 10 компьютеров. Такие сети имеют относительно простое кабельное со- единение, обходятся обычно дешевле, но вопросы управления сетью и защиты конфиденциальной информации решаются с трудом. Если к сети подключено более 10 пользователей, то одноранговая сеть оказывается недостаточно про- изводительной. Поэтому большинство сетей используют выделенные серверы.
Многоранговая
сеть – это сеть, в состав которой входят один или не- сколько
выделенных
серверов. Остальные компьютеры такой сети (рабочие станции) выступают в роли клиентов.
Выделенным
называется такой компьютер, который функционирует только как сервер, исключая функции клиента или рабочей станции. Они спе- циально оптимизированы для быстрой обработки запросов от сетевых клиен- тов и для управления защитой файлов и каталогов. В одной сети могут быть несколько серверов, выполняющих разные задачи.
Администрирование и управление доступом к данным в сетях на основе сервера осуществляется централизованно. При этом обеспечивается высокая производительность и защита информации. Количество клиентов такой сети доходит до тысячи. Высокие требования предъявляются только к мощности компьютера-сервера, а рабочие станции клиентов могут обладать невысокими характеристиками.
По составу вычислительных средств компьютерные сети делятся:
 на однородные;
 на неоднородные.
По скорости передачи данных компьютерные сети подразделяются:
 на низкоскоростные (до 10 Мбит/с),
 на среднескоростные (до 100 Мбит/с),
 на высокоскоростные (свыше 100 Мбит/с).
По типу среды передачи компьютерные сети делятся:
 на проводные (телефонный провод, коаксиальный кабель, витая пара, воло- конно-оптический кабель),
 на беспроводные (передача информации по радиоволнам в определенном частотном диапазоне).
По типу организации передачи данных компьютерные сети делятся:

7
 на сети с коммутацией каналов;
 на сети с коммутацией сообщений;
 на сети с коммутацией пакетов.
Основные характеристики компьютерной сети
К основным характеристикам компьютерной сети относятся:
 скорость сети, т.е. с какой скоростью данные передаются по сети;
 стоимость сети – суммарная стоимость установки, конфигурации, поддер- жания работоспособности сети;
 безопасность сети;
 масштабируемость сети – возможность расширения сети, подключения но- вых компьютеров, новых участков сетей;
 надежность сети – надежность работы сетевых компонентов (кабеля, ком- мутаторов и пр.);
 топология сети – физическая (конфигурация соединения сетевых устройств) и логическая (путь прохождения данных по физической сети).
2. История развития компьютерных сетей
Первым шагом на пути создания локальных вычислительных сетей стали многотерминальные системы, работающие в режиме разделения времени.
Необходимо было решить задачу доступа к компьютеру с терминалов, удаленных от него на многие сотни, а то и тысячи километров. Терминалы со- единялись с компьютерами через телефонные сети с помощью модемов. Такие сети позволяли многочисленным пользователям получать удаленный доступ к разделяемым ресурсам нескольких мощных компьютеров. Затем появились си- стемы, в которых компьютеры получили возможность обмениваться данными в автоматическом режиме, что и является базовым механизмом любой вычис- лительной сети. Таким образом, первыми появились глобальные вычислитель- ные сети.
В начале 1970-х годов произошел технологический прорыв в области производства компьютерных компонентов – появились большие интегральные схемы. Их сравнительно невысокая стоимость и большие функциональные возможности привели к созданию мини-ЭВМ. С течением времени предприя- тия и организации стали соединять свои мини-компьютеры вместе и разраба- тывать программное обеспечение, необходимое для их взаимодействия. В ре-