Для чего предназначены компьютерные сети

1.2. Понятие компьютерной сети

Компьютерная сеть — это совокупность компьютеров, взаимо­связанных через каналы передачи данных для обеспечения обмена информацией и коллективного доступа пользователей к аппаратным, программным и информационным ресурсам сети.

В общем случае для создания компьютерных сетей требуется наличие линии связи между компьютерами (канала передачи дан­ных), специального аппаратного обеспечения (сетевого оборудова­ния) и специального программного обеспечения (сетевых программ­ных средств).

Компьютерные сети предназначены:

• для обмена данными между ПК;

• для совместного использования вычислительных ресурсов. Ресурсы бывают трех типов:

• аппаратные (принтер, емкости жестких дисков);

Когда все участники небольшой компьютерной сети пользуют­ся общим принтером, то они разделяют общий аппаратный ресурс. В сети может находиться один компьютер с увеличенной емкостью жесткого диска (файл-сервер), на котором участники сети хранят свои архивы и результаты работы. В этом случае аппаратным ресур­сом является внешняя память сетевого компьютера. Другой распро­страненный пример: предоставление услуг хостинга — возможности размещенияweb-страниц и других пользовательских файлов на сер­вере в Интернет.

Пример совместного использования программных ресурсов: для выполнения очень сложных и продолжительных расчетов воз­можно подключение к удаленной большой ЭВМ, при этом сущест­вует возможность отправить на нее вычислительное задание, а по окончании расчетов точно так же получить результат обратно.

Информационные ресурсы образуют данные (текст, графиче­ские изображения, аудио- и видеоинформация), хранящиеся на уда­ленных компьютерах. Пример: Интернет воспринимается как ги­гантская информационно-справочная система.

Различают следующие виды компьютерных сетей:

• локальные, которые используются для обмена информацией между ПК, расположенными на ограниченной территории (уда­ленными на небольшие расстояния) в пределах одного здания или в рамках одной организации. При этом, как правило, используются проводные линии связи;

• региональные, связывающие компьютеры отдельной страны или экономического региона;

• глобальные, используемые для связи компьютеров разных стран, континентов.

Глобальная сеть Интернет — это всемирное объединение раз­личных региональных и корпоративных компьютерных сетей, обра­зующих единое информационное пространство благодаря использо­ванию общих стандартных протоколов передачи данных.

Основной стандартный протокол в Интернете – TCP/IP(TransmissionControlProtocol-InternetProtocol).

Протокол — совокупность правил и соглашений, регламенти­рующих формат и процедуру передачи данных между двумя или не­сколькими независимыми устройствами или процессами. Выбор протокола ТСРЛР был обусловлен исторически.

1.3. История развития и структура Интернета

Причиной создания глобальной сети Интернет послужила не­обходимость доступа к файлам удаленных пользователей, вне зави­симости от типа компьютера.

В развитии Интернета можно выделить следующие основные этапы.

70-е гг. — в сети АRPANЕТ Министерства обороны США впер­вые использованы протоколы семейства ТСР/IР.

80-е гг. — процесс объединения сетей, использующих ТСР/IР, становление сети Интернет под эгидой Национально­го научного фонда США. Распространение сети, объединяющей компьютеры университетских исследовательских центров и воен­ных объектов, на Канаду и Западную Европу.

90-е гг. — бурный рост Интернета, увеличение в геометриче­ской прогрессии:

— числа подключенных к сети компьютеров;

— сетевых информационных систем;

— количества доступных документов;

— постоянный рост объема передаваемой информации.

Сеть АRPANЕТ предназначалась первоначально для изучения методов обеспечения надежной связи между компьютерами различ­ных типов. Тогда же были разработаны и протоколы передачи дан­ных в сети ТСР/IР.

В 1983 г. вышел первый стандарт для протоколов ТСР/IР, во­шедший в военные стандарты, и все, кто работал в сети, обязаны были перейти к этим новым прото­колам. Для облегчения этого перехода протоколы ТСР/IР были вне­дрены в операционную системуUNIX. Спустя некоторое время ТСР/IР был адаптирован в общедос­тупный стандарт.

До 1995 г. сеть Интернет контролировалась Национальным на­учным фондом США и имела строго иерархическую трехуровневую структуру. На первом, верхнем уровне этой структуры, находилась базовая высокоскоростная магистраль, к которой подключались сети второго уровня, являющиеся региональными поставщиками услуг доступа к Интернету. К сетям второго уровня подключались локаль­ные сети предприятий, научных учреждений, учебных заведений.

С появлением в середине 90-х гт. гипертекстовой системы WWWнаблюдается резкий рост количества подключенных к ней компьюте­ров и объемов передаваемой информации. Возникает тенденция к коммерциализации сети. Она рассматривается как недорогое средство проведения различных деловых операций и распространения инфор­мации. В самом деле, использование инфраструктуры Интернета для международной связи обходится значительно дешевле прямой ком­пьютерной связи через спутниковый канал или через телефон.

Значительное расширение сети Интернет привело к потере чет­кой трехуровневой структуры. В настоящее время Интернет пред­ставляет собой совокупность взаимосвязанных коммуникационных центров, к которым подключаются региональные поставщики сете­вых услуг. Между этими центрами устанавливаются договорные от­ношения о передаче информации и поддержании высокоскоростной связи. Совокупность коммуникационных центров образует подсеть связи, поддерживаемую рядом мощных компаний. Таким образом, Интернет имеет типичную для глобальных сетей структуру, назы­ваемую узловой.

Основные компоненты сети Интернет— это серверы, обычные компьютеры (клиенты) и сети.Серверы, или хосты (hosts), — это се­тевые компьютеры, предоставляющие свои услуги другим. Они обеспечивают доступ пользователей к информации на удаленных компьютерах и другим ресурсам сети. Потребители этих услуг на­зываютсяклиентами. Серверы подключаются к глобальной сети чаще всего через поставщиков услуг доступа к сети— провайдеров.

Ядро глобальной сети составляет подсеть связи, состоящая из коммуникационных узлов и каналов передачи данных.Коммуникационные узлы предназначены для быстрой передачи информации, по сети, для выбора оптимального маршрута передачи информации, для коммутации пакетов передаваемой информации. Коммуникаци­онный узел может представлять собой специальное аппаратное, уст­ройство либо компьютер, выполняющий заданные функции с помо­щью соответствующего программного обеспечения. Эти узлы обес­печивают эффективность функционирования сети связи в целом.

В качестве каналов передачи данных используются практиче­ски все известные линии связи: коммутируемые телефонные линии, выделенные линии, высокоскоростные цифровые каналы, микро­волновые и спутниковые каналы связи.

Главное достоинство Интернета — независимость от конкрет­ной платформы. Это значит, что для работы в Интернете можно ис­пользовать компьютеры разных типов и с разными операционными системами (ОС). Это свойство обеспечено использованием общего стандартного протокола передачи данных ТСР/IР. Таким образом, протокол ТСР/IР является определяющим признаком Интернета, од­нако он может использоваться не только в глобальной сети. Корпо­ративная сеть, построенная на основе ТСР/IР, получила название Интранет (Intranet).

Можно сказать, что Интернет — это все сети, которые, взаимо­действуя с помощью протокола ТСР/IР, образуют «бесшовную» сеть для своих коллективных пользователей. Существует возможность подсоединения к Интернету сетей, не использующих ТСР/IР (на­пример, локальных сетейNetWаге). Для этого разработаны специ­альные методы подключения «чужих» сетей, названныешлюзами. Первоначально шлюзы предназначались только для пересылки элек­тронной почты между двумя сетями, но некоторые из них выросли до возможности обеспечения и других услуг на межсетевой основе.

Определение и назначение компьютерных сетей

Сети передачи данных или компьютерные сети появились в результате конвергенции компьютерных и телекоммуникационных технологий.

Компьютерная сеть – это набор компьютеров, связанных коммуникационной системой и снабженных соответствующим программным обеспечением (сетевая операционная система), которое позволяет пользователям сети работать автономно или получать доступ к информационным и аппаратным ресурсам сети. Сеть могут образовывать компьютеры различных типов и разной производительности – суперкомпьютеры, мейнфреймы, персональные компьютеры, и т.д. Коммуникационная система включает в себя каналы связи, образованные через различные физические среды передачи, и сетевые устройства – маршрутизаторы, коммутаторы, мосты, повторители и пр.

В процессе обмена информацией между компьютерами в сети пересылаются короткие сообщения строго определенного формата, которые называются пакетами (или кадрами).

Компьютер – это совокупность аппаратных средств (hardware), способная выполнять определенную последовательность операций, предписанных встроенным программным обеспечением (firmware) и загружаемым программным обеспечением (software).

Общее руководство всеми действиями в компьютере осуществляет операционная система (ОС). ОС – это базовое программное обеспечение, которое руководит распределением и использованием всех аппаратных и программных ресурсов компьютера, то есть обеспечивает взаимодействие и функционирование всех его компонентов.

Сетевая операционная система дополнительно обеспечивает обработку, хранение и передачу данных в компьютерной (информационной) сети. В ее функции входит обеспечение адресации объектов, функционирование сетевых служб, обеспечение безопасности данных, управление сетью.

Буфер – это устройство для промежуточного хранения данных. Обычно используется для компенсации разницы в скорости обработки информации.

Приложение или Прикладной процесс пользователя – это различные процедуры ввода, хранения, обработки и выдачи информации, выполняемые в интересах пользователей и описываемые прикладными программами.

Компьютерная сеть организации выполняет следующие задачи:

• обеспечивает совместноеиспользование аппаратных и информационных ресурсов (принтеры, сканеры, базы данных) любыми (авторизованными) пользователями сети, независимо от физического расположения ресурса или пользователя.

• создает коммуникационную среду для работников предприятия: общение при помощи электронной почты e-mail, создание совместных документов в режиме on-line, проведение видеоконференций.
• обеспечивает возможность интернет-коммерции, которая является перспективной и быстро развивающейся областью.

Взаимодействие процессов в компьютерных сетях выполняется в соответствии с моделью «клиент—сервер». Серверы – это мощные вычислительные машины, управляющие определенным видом ресурсов сети. Этот же термин используется для обозначения программного обеспечения (soft, софт), установленного на этой машине. Различают файл-серверы, серверы приложений, факс-серверы, почтовые серверы, WEB-серверы и др. Часто сервер располагается в отдельном помещении и обслуживается системным администратором. Менее мощные компьютеры пользователей идентифицируются в сети, как клиенты. Они могут размещаться в пределах офиса или иметь удаленный доступ к информации и программам, хранящимся на сервере. Клиентскую машину часто называют рабочей станцией.Рабочиестанции – это ЭВМ, которые используются профессиональными пользователями для работы с сетевыми ресурсами. Этот термин отделяет их от персональных компьютеров, обеспечивающих работу основной массы непрофессиональных пользователей, и которые обычно работают в автономном режиме. Модель «клиент-сервер» В соответствии с этой моделью в работе сети выделяют два процесса: серверный и клиентский. Программа-клиент посылает запрос серверу через сеть и ожидает ответ. При принятии запроса программа-сервер выполняет определенные вычисления или ищет запрашиваемые данные, и затем отсылает ответ. Эта же модель используется, когда пользователь получает доступ к Интернет-сайту. При этом WEB-сервер играет роль серверной машины, а пользовательский компьютер – роль клиентской машины. Для подключения к среде передачисетевогоустройства – компьютера пользователя, рабочей станции, сетевого сервера – используется сетевойадаптер (сетевая интерфейсная карта, network interface card — NIC) и внешниеинтерфейсы (разъемы, порты). К основным функциям адаптера относятся:

1. Гальваническая развязка со средой передачи – кабелем.
2. Кодирование и декодирование сигналов.
3. Идентификация своего физического адреса в принимаемом пакете. Физический адрес адаптера хранится в специальном регистре или прошит в постоянной памяти ППЗУ (PROM).
4. Преобразование параллельного кода в последовательный код при передаче и обратное преобразование при приеме.
5. Промежуточное хранение данных и служебной информации в буфере. Согласование скорости пересылки данных между компьютером и адаптером и скорости передачи в сети.
6. Выявление конфликтных ситуаций в сети и контроль состояния сети. Эта функция наиболее важна в сети с топологией «шина» и со случайным методом доступа к среде передачи. Возможные конфликты адаптер должен разрешать самостоятельно.
7. Подсчет контрольной суммы, которая используется для обнаружения ошибок в принятом блоке данных.

В общем случае в комплексе аппаратно-программных средств, подключаемых к среде передачи можно выделить:

• DTE (data terminal equipment) – оконечное оборудование данных, выполняющее функции ввода/вывода, обработки и хранения данных. Обычно это компьютер, где работает приложение.
• DCE (data circuit-terminating equipment) – аппаратура передачи данных (сетевой адаптер рабочей станции в локальной сети, модем).

На DCE возлагаются функции преобразования сигнала в вид, подходящий для передачи по линии связи (формат среды передачи). Фактически DCE служит интерфейсом между компьютером и средой передачи (например, между компьютером и оптоволокном, или между компьютером и телефонной линией). Модем – это специальный тип DCE-устройства, применяемый для передачи данных от DTE в среду, эквивалентную полосовому фильтру, с ограничением полосы пропускания сверху и снизу (например, от компьютера в телефонную линию или от компьютера микроволновому передатчику). Модем модулирует сигнал аналоговой несущей последовательностью данных и выполняет обратное преобразование. В сетях передачи данных используется узкополосная и широкополосная передача: Узкополосная система (baseband) использует цифровой способ передачи сигнала. Передача ведется в исходной полосе частот, не происходит переноса спектра сигнала в другие частотные области. Именно в этом смысле система называется узкополосной. Цифровой сигнал имеет широкий спектр и теоретически занимает бесконечную полосу частот. На практике ширина спектра передаваемого сигнала определяется частотами его основныхгармоник, которые дают основной энергетический вклад в формирование сигнала. Сигнал занимает практически всю полосу пропускания линии. Узкополосная передача используется в сетях с технологией Ethernet (более 95% всех существующих локальных сетей). Широкополосная система (broadband) использует для передачи данных аналоговые несущие и разделяет полосу пропускания линии связи на отдельные подканалы. Широкополосная система обеспечивает передачу мультимедийной информации — передачу данных на скорости 128 Кбит/с и более, голоса, видео. Примером являются сети xDSL-доступа в Интернет. Режимы взаимодействия устройств в сети (3 режима): — Симплексная передача (simplex) – передача данных по линии связи только в одну сторону; — Полудуплексная передача (half duplex) – передача данных устройствами в обе стороны поочередно; — Дуплексная передача (full duplex) – одновременная передача взаимодействующими устройствами. В современных высокоскоростных системах используется полудуплексная и дуплексная передача. Синхронная и асинхронная передача С точки зрения организации синхронизации передачи данных различают: асинхронную и синхронную передачу. Асинхронный режим подразумевает поддержку синхронизации в течение приема одного символа (байта). Синхронный режим обеспечивает синхронную работу в течение приема определенного блока данных. Для примера рассмотрим кратко два физических интерфейса, которые используются ля обмена данными между компьютером и периферийными устройствами. Асинхронный режим — Передача данных через интерфейсRS-232 RS-232 — это стандартный электрический интерфейс для последовательнойипосимвольнойпередачи данных междуDTEиDCE, разработанный в 1969 годуElectronic Industries Association («EIA»). Наиболее часто встречаемая разновидность — RS-232C представляет уровень логической единицы —mark bit(on) как напряжение между -3V и -12V, и уровень логического нуля —space bit(off) как напряжение между +3V и +12V. Спецификация RS-232C говорит, что эти сигналы могут распространяться на расстояние до 25 футов (8 метров) с максимальной скоростью 115 Кбит/с. Взаимодействие сетевых устройств осуществляется в режиме «точка – точка,point-to-point». В асинхронном режиме линия последовательной передачи данных остается в состоянии mark“1”, пока нет передачи. Чтобы сообщить подсоединенному устройству о том, что начинается передача байта, перед передачей первого бита контроллер формирует стартовый сигнал (1 бит – состояниеspace“0”), а после передачи последнего бита в передаваемой кодовой комбинации – стоповый сигнал (1 или 2 бита “1”).Эти сигналы синхронизируют передачу байта. Кроме информационных бит, контроллер может передавать бит контроля четности (или нечетности) числа единиц в байте –parity, для контроля возможных ошибок при приеме. Контроллер в принимающем устройстве:

• обнаруживает на линии соответствующий стартовый бит (стартстопный переход – это сигнал, обозначающий момент начала приема комбинации бит);
• начинает регистрировать через определенные интервалы времени поступающие информационные биты;
• формирует байт в приемном буфере, выполняет проверку правильности приема.

Условно такую передачу можно записать, как START-SYMBOL-PARITY-STOP Для представления символов может использоваться кодASCIIилиEBCDIC.ASCII – American Standard Code for Information Interchange – Американский стандартный код для обмена информацией, разработан ANSI. Изначально использовалась семибитовая кодировка для получения 128 кодовых комбинаций для представления букв латинского алфавита, цифр, специальных символов и команд управления. В настоящее время используется расширенный 8-битовый код, кодовая таблица которого состоит из двух частей: символы исходного семибитового кода имеют номера 0-127; комбинации с номерами 128-255 используются для представления символов нелатинского алфавита (национальные расширения). Используется в персональных компьютерах. EBCDIC – Extended Binary Coded Decimal Interchange Code – расширенный двоично-десятичный код обмена информацией, стандартный 8-битный код, разработанный компанией IBM для использования на мейнфреймах собственного производства и совместимых с ними компьютерах. Синхронный режим – передача через интерфейсUSB В настоящее время интерфейс RS-232 практически вытеснен USB (Universal Serial Bus – Универсальнаяпоследовательнаяшина). Интерфейс USB был утвержден ISO (Международная организация по стандартизации) в 1996 году. В его разработке участвовали 7 крупнейших компьютерных и телекоммуникационных корпораций: Intel, IBM, Microsoft, DEC, NEC, и др. Требовалось создать высокоскоростной интерфейс подключения периферийных устройств к компьютеру по системе Plug&Play. Скорости передачи через интерфейс USB – 1,5; 12; 480 Мбит/с. К шине может быть подключено до 127 устройств. Инициатором всех транзакций на шине является хост—контроллер, который встраивается в материнскую плату компьютера. Взаимодействие осуществляется в режиме «точка – многоточка, point-to-multipoint». Передача данных по шине осуществляется сериями пакетов. Синхронизация выполняется путем передачи небольшого заголовка «образец синхронизации», который предшествует передаче блока данных. Данный заголовок представляет собой прямоугольные импульсы (010101), за ними передаются два 0, а затем данные. Условно такую передачу можно записать, как SYNC – DATA — END. Режимы передачи по шинеUSB: 1. Режим прерываний – хост-контроллер (встроен в материнскую плату) осуществляет периодический опрос устройства на предмет готовности к передаче данных (работа клавиатуры, мышка). 2. Блочная передача – передача массивов информации с контролем правильной доставки каждого пакета (работа принтера). 3. Изохронная передача – передача потоковых данных без гарантии целостности доставки, но с гарантией фиксированной скорости передачи (воспроизведение звука). ПУ – периферийное устройство

15.Понятие и назначение компьютерной сети. Классификация компьютерных сетей.

Компьютерная сеть — совокупность компьютеров, объединенных средствами передачи данных.

Основное назначение – обеспечение эффективного представления различных компьютерных услуг пользователям сети путем организации их доступа к ресурсам, распределенным в этой сети.

Для решения многих задач, нуждающихся в централизованных общих данных при удаленном доступе к базам данных, передача данных на расстоянии и для распределенной обработки этих данных используются компьютерные сети. Примером использования компьютерных сетей являются компьютерные сети в банковских функциях, коммерческих системах, в системах социального обеспечения, в налоговых службах, в больницах, транспортной связи (жд-вокзал, автовокзал), библиотеки.

При работе с вычислительными сетями важным является:

1. Разработка единых правил обмена информацией по системе кодирования и по формату данных, названные протоколами;

2. Стандартное оборудование.

Классификация компьютерных сетей по назначению:

вычислительные компьютерные сети – решают задания всех пользователей, по вопросам обмена данных между абонентами;

информационные сети – предоставляют информационные услуги пользователям;

смешанные сети – совмещают в себе обе функции.

Для классификации используются разные признаки. Их выбор заключается в выделении из существующего многообразия тех признаков (которые важны для ит аутсорсинга), которые позволят обеспечить данную классификационную систему обязательными качествами: возможность классификации всех компьютерных сетей; дифференциация разных сетей; однозначность классификации всех компьютерных сетей.

Компьютерные сети можно классифицировать по степени территориальной распределенности (глобальные, региональные и локальные сети).

Глобальные сети объединяют пользователей, расположенных по всему миру.

Региональные сети объединяют пользователей города, области, небольших стран.

Локальные сети стекла толщиной в волос, это — наиболее высокоскоростной, надежный, но и дорогостоящий кабель. Расстояния между компьютерами в локальной сети — до 10 км.

16. Понятие локальной сети. Программное обеспечение локальной сети. Сетевые операционные системы.

Локальные сети (от английского local — местный) — это сети, состоящие из близко расположенных компьютеров, чаще всего находящихся в одной комнате, в одном здании или в близко расположенных зданиях. Локальные компьютерные сети, охватывающие некое предприятие или фирму и объединяющие разнородные вычислительные ресурсы в единой среде, называют корпоративными (от английского corporate — корпоративный, общий). Примеры: банковская сеть, сеть учебного заведения.

Сетевые операционные системы — позволяют не только рассредоточить пользователей, но и организовать распределенное хранение и обработку данных между несколькими компьютерами сети. Любая сетевая операционная система, с одной стороны, выполняет все функции локальной операционной системы, а с другой стороны, обладает некоторыми дополнительными средствами, позволяющими ей взаимодействовать по сети с операционными системами других компьютеров. Сетевые ОС должны выполнять функции обычных ОС (доступ к диску, хранение файлов, использование памяти), а также функции защиты данных, размещенных на файловых серверах, от несанкционированного доступа и управлять правами пользователей

Сетевая операционная система — операционная система со встроенными возможностями для работы в компьютерных сетях. К таким возможностям можно отнести: (пример – винда, мак ос)

поддержку сетевого оборудования

поддержку сетевых протоколов

поддержку протоколов маршрутизации

поддержку фильтрации сетевого трафика

поддержку доступа к удалённым ресурсам, таким как принтеры, диски и т. п. по сети

поддержку сетевых протоколов авторизации

наличие в системе сетевых служб позволяющей удалённым пользователям использовать ресурсы компьютера

Основное назначение компьютерных сетей – обеспечение эффективного представления различных компьютерных услуг пользователям сети путем организации их доступа к ресурсам, распределенным в этой сети.Принципы построения и функционирования аппаратного и программного обеспечения элементов сети определяются архитектурой компьютерной сети.

Программное обеспечение компьютерных сетей отличается большим многообразием, как по своему составу, так и по выполняемым функциям. Оно автоматизирует процессы программирования задач обработки информации, осуществляет планирование и организацию коллективного доступа к телекоммуникационным, вычислительным и информационным ресурсам сети, динамическое распределение и перераспределение этих ресурсов с целью повышения оперативности и надежности удовлетворения запросов пользователей и т.д.

Она выполняет координирующие действия в области: взаимодействия прикладных процессов; форм представления данных; единообразного хранения данных; управления сетевыми ресурсами; безопасности данных и защиты информации; диагностики программ и технических средств.

Модель OSI имеет семь уровней взаимодействия узлов сети.

КОМПЬЮ́ТЕРНАЯ СЕТЬ

КОМПЬЮ́ТЕРНАЯ СЕТЬ (англ. network), сис­те­ма, со­стоя­щая из ком­пь­ю­те­ров и ком­пь­ю­тер­ных уст­ройств (принт-сер­ве­ров, сер­вер­ных веб-ка­мер и др.), ко­то­рые вза­и­мо­дей­ст­ву­ют по еди­ным пра­ви­лам, оп­ре­де­лён­ным се­те­вы­ми про­то­ко­ла­ми. К. с. пред­на­зна­че­на для со­вме­ст­но­го поль­зова­ния разл. сер­ви­са­ми ( элек­трон­ной по­чтой , по­ис­ко­вы­ми сис­те­ма­ми и др.), ин­фор­ма­ци­он­ны­ми ре­сур­са­ми , про­грам­ма­ми (напр., про­грам­ма­ми сер­ве­ров при­ло­же­ний) и ап­па­рат­ны­ми сред­ст­ва­ми (жё­ст­ки­ми дис­ка­ми, прин­те­ра­ми и др.).