Lektsia_informatika_8

10

© Лекции доцента Черкезова С.Е. по учебному курсу “Информатика”

Лекция №8

Компьютерные сети

Основные вопросы лекции:

1. Развитие компьютерных сетей.

2. Информационное обоснование компьютерных сетей.

3. Основные виды телекоммуникационных услуг.

Компьютерная сеть – это совокупность компьютеров и различных устройств, обеспечивающих информационный обмен между компьютерами в сети без использования каких-либо промежуточных носителей информации.

Развитие компьютерных сетей

Прообразом современной сети были многотерминальные системы. Удешевление процессоров в начале 60-х годов привело к появлению новых способов организации вычислительного процесса. С развитием интерактивных многотерминальных систем каждый пользователь получал в свое распоряжение терминал, с помощью которого мог вести диалог с компьютером. Затем терминалы вышли за пределы вычислительного центра и, хотя вычислительная мощность оставалась централизованной, такие функции, как ввод и вывод данных, стали распределенными. Пользователь имел возможность доступа к общим файлам и периферийным устройствам, мог запустить нужную программу в любой момент и почти сразу же получить результат. Таким образом, многотерминальные системы, работающие в режиме разделения времени, стали первым шагом на пути создания локальных вычислительных сетей.

Со временем назрела потребность в соединении компьютеров, находящихся на большом расстоянии. Первой задачей был доступ к компьютеру с терминалов, удаленных от него на тысячи километров. Терминалы соединялись с компьютерами через телефонные сети с помощью модемов, что позволяло пользователям иметь удаленный доступ к разделяемым ресурсам нескольких мощных компьютеров класса суперЭВМ. Затем появились системы, в которых наряду с соединениями типа терминал-компьютер были реализованы и удаленные связи типа компьютер-компьютер. При этом компьютеры смогли обмениваться данными в автоматическом режиме, что и является базовым механизмом вычислительной сети. Используя этот механизм, в первых сетях были реализованы службы обмена файлами, синхронизации баз данных, электронной почты и т.д. Таким образом, хронологически первыми появились глобальные вычислительные сети.

В начале 70-х годов, произошел технологический прорыв в области производства компьютерных компонентов, – появились интегральные схемы, которые стоили относительно недорого. Даже небольшие предприятия получили возможность покупать для себя компьютеры, а пользователям хотелось получить возможность обмена данными с другими близко расположенными компьютерами. Реализуя эту потребность, предприятия стали соединять свои мини-компьютеры и разрабатывать программное обеспечение для их взаимодействия. В результате появились первые локальные вычислительные сети. Причем, на первых порах для соединения компьютеров использовались самые разнообразные нестандартные устройства со своим способом представления данных на линиях связи, своими типами кабелей и т.д. Эти устройства могли соединять только те типы компьютеров, для которых были разработаны.

В середине 80-х годов, утвердились стандартные технологии объединения компьютеров в сеть – Ethernet, Arcnet, Token Ring. Мощным стимулом для их развития послужили персональные компьютеры, поскольку, с одной стороны, они были достаточно мощными для работы сетевого программного обеспечения, а с другой – нуждались в объединении своей вычислительной мощности для решения сложных задач.

Использование в гражданских целях военной сети Arpanet привело к появлению протоколов TCP/IP, что позволило осуществлять проектирование компьютерных сетей независимо от типа подключаемых компьютеров.

Применение модема расширило рамки таких сетей: с его помощью стало возможным подключать по телефонному каналу удаленный персональный компьютер как к отдельному компьютеру, так и ко всей его локальной сети.

Модем (МОдулятор/ДЕМодулятор) предназначен для модуляции (преобразования) сигналов на выходе компьютера в сигналы, которые могут передаваться по телефонной сети, и демодуляции при приеме информации на компьютер.

Одной из важнейших характеристик модема является скорость передачи данных. Скорость передачи данных определяет, какое количество информации (бит) модем может передавать/принимать за единицу времени (секунду). Наиболее распространенные модемы имеют скорости в 14 400 бит/с, 28 800 бит/с 56 Кбит/с. Чем выше скорость передачи данных, тем меньше времени потребуется модему на передачу или прием информации. Например, при пересылке файла размером 500 Кб модему со скоростью передачи данных 2400 бит/с понадобится около 36 минут, модему на 9600 бит/с – около 9 минут, модему на 14 400 бит/с – около 6 минут.

Для создания сети достаточно было присоединить сетевые адаптеры соответствующего стандарта, например Ethernet, к кабелю стандартными разъемами и установить на компьютер одну из сетевых ОS, например NetWare. После этого присоединение каждого нового компьютера к сети не вызывало никаких проблем – если на нем был установлен сетевой адаптер той же технологии. Базовые сетевые ОS позволяли копировать файлы с одного компьютера сети на другой, с одного компьютера сети обрабатывать данные, размещенные на другом, и т.п.

Локальные сети по сравнению с глобальными внесли много нового в способы организации работы пользователей: доступ к разделяемым ресурсам стал гораздо удобнее – пользователь мог просто просматривать списки имеющихся ресурсов, не запоминая их имена. Кроме того, можно было работать с удаленным ресурсом посредством уже знакомых пользователю команд по работе с локальными ресурсами. В результате разработки качественных кабельных линий связи даже сетевые адаптеры первого поколения обеспечивали скорость передачи данных в локальных сетях до 10 Мбит/с. Разработчикам же глобальных сетей приходилось пользоваться телефонными каналами связи, т.к. прокладка новых кабельных систем для вычислительных сетей протяженностью в тысячи километров потребовала бы больших капитальных вложений.

Говоря о современных тенденциях развития информационных сетей, следует отметить, что разрыв между локальными и глобальными сетями постоянно сокращается из-за появления высокоскоростных каналов связи, не уступающих по качеству кабельным каналам локальных сетей. В глобальных сетях появились удобные службы доступа к ресурсам.

Internet – всемирная кооперативно управляемая совокупность компьютерных сетей, обменивающихся информацией с помощью протоколов TCP/IP.

Протокол – набор правил для взаимодействия компьютера с сетью. Большинство компьютеров связано по протоколам TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol). Каждый компьютер в сети TCP/IP идентифицируется при помощи уникального IP-адреса.

Сервером называют специальный компьютер, выполняющий основные сервисные функции: управление сетью, сбор, обработку, хранение и предоставление информации абонентам сети. В связи с большим числом сервисных функций серверы разделяют по функциональному назначению: файл-сервер, сервер доступа и т.п.

Таким образом, телекоммуникационная сеть состоит из компьютеров-серверов, передающих между собой информацию по определенным правилам (протоколам), а также отвечающих на обращения компьютеров-абонентов. Серверы организуют использование так называемых сетевых ресурсов (т.е. общей памяти компьютеров сети и каналов связи). Для связи серверов сети между собой может использоваться:

• беспроводная спутниковая связь,

• специально выделенные телефонные линии (служат для прямого соединения абонентов друг с другом, набора номера не требуется),

• обычные коммутируемые телефонные линии (обеспечивают соединение с тем абонентом, номер которого набран).

Для связи абонента с сервером сети, как правило, используется обычная коммутируемая телефонная линия.

Сервер сети, отвечая на телефонный звонок компьютера абонента, работает в одном из двух режимов: on-line  (оператор на линии) или off-line  (без оператора).

Абонент, используя специальную коммуникационную программу и связываясь через свой компьютер с сервером, работающем в режиме on-line  получает возможность во время сеанса связи давать серверу определенные команды:

• просмотр разделов сервера,

• получение файлов с сервера на компьютер абонента,

• передача файлов с компьютера абонента на сервер.

Связываясь с сервером, работающим в режимe  off-line  , абонент не имеет возможности непосредственно работать с сервером: коммуникационная программа абонента автоматически производит обмен информацией с сервером и прекращает сеанс связи. Иначе говоря, процесс ознакомления с полученной информацией в режиме off-line происходит уже тогда, когда связь с сервером уже прекращена. При обмене информацией между собой серверы сети используют режим off-line .

Серверы сети обмениваются информацией между собой, поэтому абонент, подключенный к какому-либо одному серверу сети, имеет возможность обмениваться информацией с любым другим абонентом, подключенным к сети. Так как большинство сетей имеют между собой шлюзы (средства обмена информацией между серверами различных сетей) и тем самым входят в мировое содружество сетей, абонент одной какой-либо сети, в принципе получает возможность обмениваться информацией с любым другим абонентом, подключенным к любой другой сети.

Информационное обоснование компьютерных сетей

Как и все сложные системы, компьютерные сети характеризуются определенными принципами организации, широко используется многоуровневый принцип структурной организации, по уровневое распределение сетевых функций.

Основными функциями компьютеров, входящих в сеть, являются: организация доступа к сети; управление передачей информации; предоставление вычислительных ресурсов и услуг абонентам сети.

Компьютерные сети классифицируют по территориальному признаку, т. к. отличия технологий локальных и глобальных сетей значительны, несмотря на их постоянное сближение.

К локальным сетям – Local Area Networks (LAN) – относят компьютерные сети, сосредоточенные на небольшой территории (в радиусе не более 1-2 км). Поэтому в LAN используются дорогие высококачественных линий связи, позволяющие достигать высоких скоростей обмена данными (100 Мбит/с). Поэтому услуги, предоставляемые LAN, отличаются широким разнообразием и обычно реализуются в режиме on-line.

Глобальные сети – Wide Area Networks (WAN) – объединяют территориально рассредоточенные компьютеры, которые могут находиться в различных городах и странах. Из-за больших расстояний многие глобальные сети строятся на основе телефонных и телеграфных каналов общего назначения, что существенно снижает скорость передачи данных в WAN (десятки килобит в секунду). Сеть, связывающая наиболее крупные информационные сайты мира, называется опорной (backbone) и обладает сверхскоростными характеристиками (America On Line, MS Network, Internet).

Городские сети (сети мегаполисов) – Metropolitan Area Networks (MAN) –предназначены для обслуживания территории крупного города и занимают промежуточное положение между локальными и глобальными сетями. Они используют цифровые магистральные, оптоволоконные линии связи, предназначенные для связи локальных сетей в масштабах города и соединения локальных сетей с глобальными. Эти сети поддерживают видеоконференции и интегральную передачу голоса и текста.

Перечисленные сети называют сетью передачи данных. Ее основными элементами являются каналы передачи данных и узлы коммутации. По своей структуре каналы передачи данных состоят из каналов связи и аппаратуры передачи данных. Узлы коммутации во многом определяют архитектуру компьютерной сети и характер ее функционирования. организуется составной канал передачи данных. Одним из наиболее распространенных средств объединения компьютерных сетей является специальное межсетевое устройство – шлюз. Главный вход в локальную сеть представляют собой маршрутизаторы.

Выделяют следующие основные отличия локальных сетей от глобальных:

• Протяженность, качество и способ прокладки линий связи. Поскольку класс LAN отличается по определению от класса WAN небольшим расстоянием между узлами сети, то это делает возможным использование в локальных сетях качественных линий связи: коаксиального кабеля, витой пары, оптоволоконного кабеля, которые не всегда доступны (из-за экономических ограничений) на больших расстояниях. В глобальных сетях часто применяются уже существующие линии связи (телефонные), а в локальных – они прокладываются заново.

• Сложность методов передачи и оборудования. В глобальных сетях применяются более сложные методы передачи данных, такие как модуляция, асинхронные методы, сложные методы контрольного суммирования, квитирование и повторные передачи искаженных кадров.

• Скорость обмена данными. Одно из главных отличий локальных сетей от глобальных – наличие высокоскоростных каналов обмена данными между компьютерами, скорость которых сравнима со скоростями работы устройств и узлов компьютера – дисков, внутренних шин обмена данными и т.п. Для глобальных сетей типичны гораздо более низкие скорости передачи данных.

• Разнообразие услуг. LAN предоставляют широкий набор услуг – это разные виды услуг файловой службы, услуги печати, услуги службы передачи факсимильных сообщений, услуги баз данных, электронная почта и другие, в то время как глобальные сети в основном предоставляют почтовые и файловые услуги.

• Оперативность выполнения запросов. Время прохождения пакета через локальную сеть обычно составляет несколько миллисекунд, в глобальных же сетях оно может достигать нескольких секунд.

• Разделение каналов. В локальных сетях каналы связи используются, как правило, совместно сразу несколькими узлами сети, а в глобальных сетях – индивидуально.

• Использование метода коммутации пакетов. Важной особенностью LAN является неравномерное распределение нагрузки. Отношение пиковой нагрузки к средней может составлять 100:1 – такой трафик называют пульсирующим. Из-за этой особенности трафика в LAN для связи узлов применяется метод коммутации пакетов, эффективность которого состоит в том, что сеть в целом передает в единицу времени больше данных своих абонентов. В глобальных сетях метод коммутации пакетов применяется наряду с методом коммутации каналов.

• Масштабируемость. При использовании многих базовых топологий, определяющих способ подключения станций и длину линии, характеристики локальных сетей резко ухудшаются при достижении определенного предела по количеству узлов или протяженности линий связи. Глобальным сетям присуща хорошая масштабируемость, т.к. они изначально разрабатывались в расчете на работу с произвольными топологиями.

В настоящее время существует большое разнообразие компьютерных сетей, различающихся по функциональному назначению, составу оборудования и программному обеспечению.

По функциональному назначению выделяют вычислительные, информационные и смешанные сети. Вычислительные сети предназначены главным образом для решения задач пользователей с обменом данными между ее абонентами. Информационные сети ориентированы в основном на предоставление информационного обслуживания по запросам пользователей. Смешанные сети объединяют функции информационных и вычислительных сетей. Кроме того, различают компьютерные сети общего пользования и специализированные сети. К последним относятся сети управления производством и учрежденческие сети.

По типу используемых компьютеров различают гомогенные компьютерные сети, содержащие программно-совместимые компьютеры, и гетерогенные, включающие программно-несовместимые компьютеры.

Программные средства, обеспечивающие подключение к удаленному компьютеру или сети, называются удаленным доступом (Dial-Up Networking). ОS Windows (95, NT, 98 и т.д.) обеспечивают удаленный доступ средствами самой ОS. Однако при этом невозможно выполнять программы, размещенные на “чужих” компьютерах. Подобные действия обеспечиваются средствами удаленного управления например, pcAnywhere (Symantec), Carbon Copy (Microcom), CoSection (Triton Technologies).

Как говорилось выше, одним из средств подключения является модем, который через обычную телефонную линию связывает с модемом, установленным на компьютере поставщика сетевых услуг (связь по коммутируемым линиям). Глобальные сети и конкретные провайдеры обеспечивают возможность доступа абонента к информации и предоставляют многочисленные информационные услуги за определенную плату. Стоимость услуг провайдера зависит от ряда факторов: качества каналов, набора предоставляемых услуг и т.д. Альтернативой связи через модем является связь по выделенному каналу, соединяющего компьютеры посредством оптического кабеля с высокой пропускной способностью и надежностью передачи информации.

Очередной революционный этап информатизации общества в середине 90-х годов вызвал необыкновенный рост использования глобальных компьютерных сетей. Открытость, доступность, интерактивность, способность удовлетворения индивидуальных потребностей людей делают Internet принципиально новым глобальным средством массовой информации.

Основные виды телекоммуникационных услуг

WWW – World Wide Web – самый популярный и интересный сервис Internet сегодня, на долю которого приходится больше половины потока данных сети в гипертекстовом формате представления информации HTML.

Электронная почта (e-mail) – наиболее распространенная сетевая служба, позволяющая пользователям принимать и отправлять сообщения за несколько минут.

Электронное письмо – обычный текстовый файл, снабженный несколькими служебными строками (конвертом).

Электронная почта позволяет пересылать не только тексты, но при необходимости программы, картинки и другую информацию. Электронная почта – быстрый и достаточно дешевый вид связи.

Для каждого абонента сети на одном из компьютеров выделяется область памяти, так называемый электронный почтовый ящик. Все письма, поступающие на определенный почтовый адрес, записываются в соответствующий почтовый ящик. Чтобы использовать этот почтовый ящик (получать из него информацию), абонент должен передать на сетевой компьютер свой почтовый адрес и определенный пароль, обеспечивающий доступ к информации только тому пользователю, который знает этот пароль.

Для того чтобы электронное письмо дошло до адресата, необходимо, чтобы оно было оформлено в соответствии с международным стандартом и имело почтовый электронный адрес.

По аналогии с почтовым адресом электронный адрес содержит два основных компонента:

•идентификатор абонента (аналогично строке КОМУ: на почтовом конверте);

•координаты абонента, указывающие его местонахождение (аналогично строке КУДА: дом, улица, город, страна).

Для того чтобы отделить идентификатор абонента от его почтовых координат, используется значок @. Например: [e-mail] где

- kuz - идентификатор абонента, отражающий обычно начальные буквы его фамилии или имени.

- далее справа от знака @ указываются почтовые координаты абонента, которые описывают его местонахождение. Эти координаты называют доменом.

Составные части домена разделяются точками. Крайне правая часть домена, как правило, обозначает код страны адресата. Код страны определяется международным стандартом ISO (где ru - код России).

Вторая часть домена обозначает имя машины (aport), которой пользуется данный абонент.

FTP – File Transfer Protocol – передача файлов между компьютерами, работающими в сетях TCP/IP. Это сервис прямого доступа, требующий полноценного подключения к Internet.

BBS - Использование компьютерных телекоммуникаций дает возможность не просто передавать сообщения абонентам сети, но еще и записывать, хранить и читать информацию, ранее оставленную там другим абонентом. Эти возможности привели к появлению так называемых электронных досок объявлений. Они получили такое название по аналогии их функций с обычными «досками объявлений» на стене школы, учреждения, в журнале или газете.

Gopher – система, предназначенная для поиска текстовых и программных файлов на базе меню. Gopher не обладает такими потрясающими мультимедийными возможностями, как WWW. Это сервис прямого доступа.

IRC – Internet Relay Chat – способ общения в Internet в режиме on-line, позволяющий поддерживать разговор с клавиатуры с людьми по всему миру.

Telnet – программа непосредственной связи с другими компьютерами, подключенными к Internet.

UseNet – телеконференция – сеть пользователей для обмена информацией на самую различную тематику.

Сообщение, посвященное определенной теме, попадает ко всем абонентам, подключенным к данной конференции. Существует огромное количество телеконференций, посвященных совершенно разнообразным темам: образованию, музыке, искусству, программированию, бизнесу и т.д.

WAIS – (Wide Area Information Service) – система поиска информации в базах данных по определенной теме на базе ключевых слов.

Благодаря совмещению технологий баз данных и компьютерных телекоммуникаций стало возможным использовать так называемые распределенные базы данных. Огромные массивы информации, накопленные человечеством, распределены по различным регионам, странам, городам, где хранятся в библиотеках, архивах, информационных центрах. Обычно все крупные библиотеки, музеи, архивы и другие подобные организации имеют свои компьютерные базы данных, в которых сосредоточена хранимая в этих учреждениях информация. Компьютерные сети позволяют осуществить доступ к любой базе данных, которая подключена к сети. Это избавляет пользователей сети от необходимости держать у себя гигантскую библиотеку и дает возможность существенно повысить эффективность работы по поиску необходимой информации. Если вы являетесь пользователем компьютерной сети, то можете сделать запрос в соответствующие базы данных получить по сети электронную копию необходимой книги, статьи, архивного материала, увидеть какие картины и другие экспонаты находятся в данном музее и т.д. вы можете также послать свою информацию в любую базу данных.

Среди глобальных сетей особое место занимает сеть Fidonet (или FIDO), объединяющая различные BBS (доски объявлений) и ориентированная на обслуживание учебных и научно-исследовательских учреждений.