Обобщенная структура компьютерной сети

Компьютерные сети являются высшей формой многомашинных ассоциаций. Выделим основные отличия компьютерной сети от многомашинного вычислительного комплекса.

Первое отличие - размерность. В состав многомашинного вычислительного комплекса входят обычно две, максимум три ЭВМ, расположенные преимущественно в одном помещении. Вычислительная сеть может состоять из десятков и даже сотен ЭВМ, расположенных на расстоянии друг от друга от нескольких метров до десятков, сотен и даже тысяч километров,

Второе отличие - разделение функций между ЭВМ. Если в многомашинном вычислительном комплексе функции обработки данных, передачи данных и управления системой могут быть реализованы в одной ЭВМ, то в вычислительных сетях эти функции
распределены между различными ЭВМ.

Третье отличие - необходимость решения в сети задачи маршрутизации сообщений. Сообщение от одной ЭВМ к другой в сети может быть передано по различным маршрутам в зависимости от состояния каналов связи, соединяющих ЭВМ друг с другом.

Объединение в один комплекс средств вычислительной техники, аппаратуры связи и
каналов передачи данных предъявляет специфические требования со стороны каждого элемента многомашинной ассоциации, а также требует формирования специальной терминологии.

Абоненты сети - объекты, генерирующие или потребляющие информацию в сети.

Абонентами сети могут быть отдельные ЭВМ, комплексы ЭВМ, терминалы, промышленные роботы, станки с числовым программным управлением и т.д. Любой абонент сети подключается к станции.

Станция - аппаратура, которая выполняет функции, связанные с передачей и приемом информации.

Совокупность абонента и станции принято называть абонентской системой. Для организации взаимодействия абонентов необходима физическая передающая среда.

Физическая передающая среда - линии связи или пространство, в котором распространяются электрические сигналы, и аппаратура передачи данных.

На базе физической передающей среды строится коммуникационная сеть
которая обеспечивает передачу информации между абонентскими системами.

Такой подход позволяет рассматривать любую компьютерную сеть как совокупность
абонентских систем и коммуникационной сети. Обобщенная структура компьютерной сети
приведена на рис.6.3.

Рис. 63. Обобщенная структура
компьютерной сети

Прикладная информатика – совокупность информационных технологий применяемых для обработки информации относящейся к практической деятельности. Технология – деятельность связанная с применением результатов научных исследований для создания и использования материальных и духовных ценностей. Информатизация общества – процесс создания оптимальных условий для удовлетворения информационных потребностей граждан и организаций на основе применения информационных технологий. Компьютер – универсальное устройство для обработки информации.

Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск

Современное человечество практически не представляет свою жизнь без компьютеров, а ведь они появились не так уж давно. За последние двадцать лет компьютеры стали неотъемлемой частью всех сфер деятельности: от офисных нужд до образовательных, тем самым создав необходимость развивать возможности и разрабатывать сопутствующее программное обеспечение.

Объединение компьютеров в сеть позволило не только повысить но и снизить затраты на их содержание, а также сократить время Другими словами, компьютерные сети преследуют две цели: совместное использование программного обеспечения и аппаратуры, а также обеспечение открытого доступа к ресурсам данных.

Построение компьютерных сетей происходит по принципу «клиент-сервер». При этом клиент - это архитектурный компонент, который с помощью логина и пароля пользуется возможностями сервера. Сервер же, в свою очередь, предоставляет свои ресурсы остальным участникам сети. Это может быть хранение, создание общей базы данных, использование средств ввода-вывода и т.д.

Компьютерные сети бывают нескольких видов:

Локальные;

Региональные;

Глобальные.

Здесь справедливо будет отметить, на каких принципах строятся различные

Организация локальных компьютерных сетей

Обычно такие сети объединяют людей, находящихся на близком расстоянии, поэтому используются чаще всего в офисах и на предприятиях для хранения и обработки данных, передачи её результатов остальным участникам.

Существует такое понятие, как «топология сети». Проще говоря, это геометрическая схема объединения компьютеров в сеть. Таких схем существуют десятки, однако мы рассмотрим лишь базовые: шина, кольцо и звезда.

1. Шина - это канал для связи, который объединяет узлы в сеть. Каждый из узлов может принимать информацию в любой удобный момент, а передавать - только если шина свободна.
2. Кольцо. При такой топологии рабочие узлы связаны последовательно по кругу, то есть первая станция связана со второй и так далее, а последняя связывается с первой, тем самым замыкая кольцо. Основной недостаток такой архитектуры состоит в том, что при сбое работы хотя бы одного элемента парализуется вся сеть.
3. Звезда - соединение, при котором узлы лучами соединяются с центром. Эта модель соединения пошла с тех далёких времён, когда ЭВМ были довольно большими и только головная машина получала и

Что касается глобальных сетей, то тут всё гораздо сложнее. На сегодняшний день их существует более 200. Самая известная из них - Интернет.

Основное их отличие от локальных - отсутствие основного управленческого центра.

Такие компьютерные сети осуществляют работу по двум принципам:

Программы-серверы, размещённые на узлах сети, которые занимаются обслуживание пользователей;

Программы-клиенты, размещённые на пользовательских ПК и пользующиеся услугами сервера.

Глобальные сети дают пользователям доступ к различным услугам. Подключиться к таким сетям можно двумя способами: через коммутируемую телефонную линию и по выделенному каналу.

• Компьютерная сеть – это способ электронного взаимодействия двух и более компьютеров через среду передачу данных с целью приема и передачи информации.

• Ее назначение – обеспечение совместного доступа к общим ресурсам: аппаратным, программным и информационным.

Основные понятия

• Компьютер, имеющий доступ к совместно используемым ресурсам, называется клиентом .

• Рабочая группа – это несколько компьютеров, работающих над одним проектом в рамках локальной сети, в число которых включен выделенный сервер.

• Сервер (host-компьютер) – достаточно мощный компьютер, на котором располагаются все совместно используемые ресурсы и специальное программное обеспечение для управления доступом ко всей сети.

• Разделение компьютерных сетей по признаку территориального размещения :

• LAN - локальные сети (Local Area Networks);

• MAN - городские сети (Metropolitan Area Networks);

• WAN - глобальные сети (Wide Area Networks);

1) Локальные сети

• Локальная сеть (ЛС) - несколько компьютеров, подключенных друг к другу и сосредоточенных на небольшом пространстве (комната, помещение, здание, группа зданий).

• В качестве передающей среды используются коаксиальные кабели. Высокая скорость обмена - от 1 Мбит/с до 100 Мбит/с.

2) Городские сети

• Городские сети охватывают группу зданий и реализуются на оптоволоконных или широкополосных кабелях. По своим характеристикам они являются промежуточными между локальными и глобальными сетями.

3) Глобальные сети

• Глобальные сети - сеть компьютеров, удаленных на значительные расстояния (например, сеть Internet).

• В качестве передающей среды используются аналоговые или цифровые проводные каналы, а также спутниковые каналы связи (обычно для связи между континентами).

• Ограничения по скорости передачи (до 28,8 Кбит/с на аналоговых каналах и до 64 Кбит/с - на пользовательских участках цифровых каналов).

Классификация компьютерных сетей

• Разделение по модели взаимодействия сетевых устройств:

• Одноранговые (одноуровневые) сети

• Иерархические (сети с выделенным сервером)

• по сфере функционирования (банковские сети, сети научных учреждений, университетские сети);

• по форме функционирования (коммерческие сети и бесплатные сети, корпоративные и сети общего пользования);

• по характеру реализуемых функций (вычислительные, информационные, смешанные);

Другие классификационные признаки компьютерных сетей

• по способу управления (сети с децентрализованным, централизованным и смешанным управлением);

• по совместимости программного обеспечения бывают сети однородными или гомогенными (состоящие из программно-совместимых компьютеров) и неоднородными или гетерогенными (компьютеры, входящие в сеть, программно несовместимы).

Топология сети

• Топология определяет геометрическое размещение (конфигурацию) узлов сети и способ соединений между ними в среде передачи данных.

• 3 базовых вида топологии сети:

• «шина», «звезда», «кольцо».

Шинная топология

• В шинной (линейной) топологии все компьютеры подключены к одному общему кабелю, называемому шиной или магистралью.

• (+) распространенность и популярность, низкая стоимость, высокая гибкость и скорость передачи данных, легкость расширения сети;

• (–) уязвимость в отношении физических повреждений кабеля, т.к. место неисправности трудно обнаружить.

Кольцевая топология

• кольцевая, когда все узлы сети подключаются к одному замкнутому кольцевому каналу. Информация по кольцу может передаваться только в одном направлении и все подключенные ЭВМ могут участвовать в ее приеме и передаче.

• (+) простота реализации

• устройств,

• (–) низкая надежность

Топология «звезда»

• звездообразная , когда все узлы сети подключаются к одному центральному узлу, называемому хостом или хабом.

• (+) высокий уровень защиты данных в центральном узле, упрощение поиска по локализации неисправности.

• (–) значительное потребление кабеля

Характеристика канала связи

• Пропускная способность канала связи- это скорость передачи информации по сети, определяемая типом используемых сетевых адаптеров и кабелей. Измеряется в бодах (бит/секунду).

• дальние каналы (спутниковые, оптоволоконные) имеют пропускную способность 2 млн. бод или выше.

• выделенная линия (обычная медная пара телефонного провода, идущая без коммутаторов от машины к машине) может передать, в зависимости от длины (не более нескольких километров), от 64 до 256 Кбод.

• коммутируемые (обычные телефонные линии) имеют разную пропускную способность, а также линии мобильных телефонов позволяют работать модему на скорости не выше 9600 бод.

Уровни взаимодействия компьютеров (OSI)

1 - Физический уровень

• Физический уровень (Physical Layer) -уровень управления передающей средой. Средой может быть “витая пара”, оптоволокно, коаксиальный кабель, радиоканал, аналоговый телефонный канал и т.д., каждая такая среда определяет свои правила общения с ней.

2 - Канальный уровень

• Канальный уровень (Data Link Layer) управляет передачей данных по каналу связи.

• Основные функции :

• разбиение передаваемых данных на порции, называемые кадрами,

• выделение данных из потока бит, передаваемых на физическом уровне, для обработки на сетевом уровне,

• обнаружение ошибок передачи;

• восстановление неправильно переданных данных.

3 - Сетевой уровень

• Сетевой уровень (Network Layer) управляет сетью, связью в сети между машинами, здесь решается проблема адресации и маршрутизации данных.

4 - Транспортный уровень

• Транспортный уровень (Transport Layer) обеспечивает надежную передачу (транспортировку) данных между компьютерными системами сети для вышележащих уровней. Здесь решаются проблемы управлением передачи данных и связанные с этим задачи: локализации и обработки ошибок, и непосредственно передачи данных.

5 - Сеансовый уровень

• Сеансовый уровень (Session Layer) обеспечивает взаимодействие программ. При этом решаются проблемы синхронизации передачи данных, подтверждение/установка паролей и т.д.

6 – Представительский уровень

• Уровень представления данных (Presentation Layer) решает проблему с представлением данных.

• Основные функции :

• преобразование кодов данных,

• их шифровка/расшифровка,

• сжатие передаваемых данных.

7 - Прикладной уровень

• Прикладной уровень (Application Level) решает проблемы стандартизации взаимодействия с прикладными системами.

• Основные функции :

• управление сетью;

• синхронизация взаимодействующих прикладных задач;

• выполнение системных прикладных задач (электронной почты, обмена файлами).

Протокол передачи данных

• Протокол – это совокупность определений (соглашений, правил), регламентирующих формат и процедуры обмена информацией между двумя или несколькими независимыми устройствами или процессами.

Семейство протоколов Internet

• принято делить на:

• Низкоуровневые (описывающие технические детали представления и передачи информации), например : 2 протокола TCP/IP

• Высокоуровневые (описывающие содержательную интерпретацию этой информации в разных ОС).

Протоколы более высокого уровня

• FTP - протокол передачи файлов

• Клиент посылает серверу запросы, напоминающие команды работы с файловой структурой OC (каталогами и файлами). Сервер выполняет эти команды (переход из каталога в каталог, просмотр содержимого каталогов, копирование файлов из каталога на машине сервера в текущий каталог на машине клиента и обратно).

• HTTP - протокол передачи HTML-файлов

• протокол реализует сервис WWW (World Wide Web - "Всемирная паутина"). HTML (HyperText Markup Language) означает "язык гипертекстовой разметки".

Internet

Internet – это объединение транснациональных компьютерных сетей, работающих по различным протоколам, связывающих всевозможные типы компьютеров, физически передающих данные по всем доступным типам линий – от витой пары и телефонных проводов до оптоволокна и спутниковых каналов. Можно сказать, что Internet – это сеть сетей, опутывающая весь земной шар.

Адресация в сети

• IP-адрес , который состоит из четырех чисел от 0 до 255.

• Например , 128.250.33.190

• Самое правое число обозначает номер конкретного компьютера. Остальные числа в зависимости от класса адреса соответствуют номерам сетей и локальных подсетей. По первому числу IP-адреса компьютера определяют его принадлежность к сети того или иного класса:

• адреса класса А - число от 0 до 127;

• адреса класса В - число от 128 до 191;

• адреса класса С - число от 192 до 223.

Адресация в сети

• DNS (domain name system) - система доменных имен.

• Например , win.smtp.dol.ru

• Самым первым слева в имени стоит имя реального компьютера, имеющего IP-адрес, далее следует имя группы, присвоившей имя этому компьютеру, затем имя более крупной группы и т.д. Доменная система имен имеет иерархическую структуру.

• Домены верхнего уровня бывают двух типов:

• географические (двухбуквенные)

• административные (трех-, четырехбуквенные)

Универсальный указатель ресурсов (URL)

• URL (Universal Resource Locator) - адрес веб-страницы включает в себя протокол доступа к документу, доменное имя или IP-адрес сервера, на котором находится документ, а также путь к файлу и собственно имя файла: protocol://domain name/path/filename.

• Например, http://schools.keldysh.ru/info2000/index.htm

Службы Интернета

• Служба – это пара программ, взаимодействующих между собой согласно определенным правилам, называемым протоколами. Одна из программ этой пары называется сервером, а другая – клиентом. Соответствующая технология называется «клиент-сервер ».

1. Электронная почта (e-mail)

• Предусматривает передачу сообщений от одного пользователя, имеющего определенный компьютерный адрес, к другому.

• Адрес электронной почты состоит из двух частей, разделенных символом @: username@servername.

• Почтовая служба основана на двух протоколах:

• SMTP – происходит отправка корреспонденции с компьютера на сервер,

• POP3 – прием поступивших сообщений.

• Программы для работы с электронной почтой – Microsoft Outlook Express, Netscape Messenger, The Bat! Почтовый сервис на Яндекс, Рамблер, Мейл.

2. World Wide Web (WWW)

• Служба WWW – это единое информационное пространство, состоящее из сотен миллионов взаимосвязанных электронных документов, хранящихся на веб-серверах. Отдельные документы, называются веб-страницами . Группы тематически объединенных веб-страниц называют веб-сайтами . Целенаправленное перемещение между веб-документами называют веб-навигацией.

• Программы для просмотра веб-страниц называют браузерами . Основная функция веб-браузера – отображение гипертекста. Гипертекст позволяет структурировать документ путем выделения в нем слов-ссылок (гиперссылок).

• Примеры браузеров – Internet Explorer, Opera, Netscape Navigator, Safari, FireFox.

3. Файловые архивы

• Служба FTP занимается приемом и передачей файлов больших объемов. Она имеет свои серверы в мировой сети, на которых хранятся архивы данных. Эти архивы могут быть коммерческого или ограниченного доступа, либо могут быть общедоступными.

• Файлы становятся доступными для работы (чтение, исполнение) только после копирования на собственный компьютер.

• Серверы файловых архивов: freeware.ru, www.freesoft.ru, www.download.ru

4. Телеконференции (Usenet)

• Usenet – это всемирный дискуссионный клуб. Он состоит из набора конференций, имена которых организованы иерархически в соответствии с обсуждаемыми темами.

• Сообщения посылаются в эти конференции пользователями посредством специального ПО. После посылки сообщения рассылаются на серверы новостей и становятся доступными для прочтения другими пользователями.

• Для прочтения и отправки сообщений используются программы чтения новостей: Netscape News или Internet News.

5. Служба IRC

• IRC (Internet Relay Chat) - ретранслируемый интернет-чат, предназначен для прямого общения нескольких человек в режиме реального времени. Эту службу также называют чатом .

• Наиболее распространенные программы-клиенты: mIRC, Pirch, MS Сhat и Virc для Windows и Homer или Ircle для Macintosh.

6. Поиск во Всемирной паутине

• Поисковые серверы Интернета разделяются на две группы:

• поисковые системы общего назначения (базы данных, содержащие тематически сгруппированную информацию об информационных ресурсах Всемирной паутины. Такие поисковые системы позволяют находить веб-сайты или веб-страницы по ключевым словам в базе данных или путем поиска в иерархической системе каталогов);

• специализированные поисковые системы .

Структура работы поисковых систем

• 1 этап - сбор информации из WWW с помощью специальных программ, называемых пауками, краулерами или спайдерами ;

• 2 этап - индексация слов в виде специальной базы данных;

• 3 этап - обработка запроса клиента и выдача ему результатов поиска в виде списка гиперссылок.

Российские поисковые системы

• www.rambler.ru

• www.yandex.ru

• www.aport.ru

• www.google.ru

Зарубежные поисковые системы

• www.yahoo.com

Географические домены 1-ого уровня

ЛОКАЛЬНЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СЕТИ. ТОПОЛОГИЯ. ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ

Локальная вычислительная сеть объединяет абонентов, находящихся на небольшом расстоянии друг от друга (в пределах 10-15 км). Обычно такие сети строятся в пределах одного предприятия или организации.

Информационные системы, построенные на базе локальных вычислительных сетей, обеспечивают решение следующих задач:

• хранение данных;
• обработка данных;
• организация доступа пользователей к данным;
• передача данных и результатов их обработки пользователям.

Компьютерные сети реализуют распределенную обработку данных. Здесь обработка данных распределяется шежду двумя объектами: клиентом и сервером. В процессе обработки данных клиент формирует запрос к серверу на выполнение сложных процедур. Сервер выполняет запрос и результаты выполнения передает клиенту. Шервер обеспечивает хранение данных общего пользования, организует доступ к этим данным и передает данные клиенту. Подобная модель вычислительной сети получила название архитектуры клиент - сервер.

По признаку распределения функций локальные компьютерные сети делятся на одноранговые и двухранговые (иерархические сети или сети с выделенным сервером).

В одноранговой сети компьютеры равноправны по отношению друг к другу. Каждый пользователь в сети решает сам, какие ресурсы своего компьютера он предоставит в общее пользование. Таким образом, компьютер выступает и в роли клиента, и в роли сервера. Одноранговое разделение ресурсов является вполне приемлемым для малых офисов с 5-10 пользователями, объединяя их в рабочую группу.

Двухранговая сеть организуется на основе сервера, на котором регистрируются пользователи сети.

Для современных компьютерных сетей типичной является смешанная сеть, объединяющая рабочие станции и серверы, причем часть рабочих станций образует одноранговые сети, а другая часть принадлежит двухранговым сетям.

Геометрическая схема соединения (конфигурация физического подключения) узлов сети называется топологией сети. Существует большое количество вариантов сетевых топологий, базовыми из которых являются шина, кольцо, звезда.

1. Шина. Канал связи, объединяющий узлы в сеть, образует ломаную линию - шину. Любой узел может принимать информацию в любое время, а передавать - только тогда, когда шина свободна. Данные (сигналы) передаются компьютером на шину. Каждый компьютер проверяет их, определяя, кому адресована информация, и принимает данные, если они посланы ему, либо игнорирует. Если компьютеры расположены близко друг друга, то организация КС с шинной топологией недорога и проста - необходимо просто проложить кабель от одного компьютера к другому. Затухание сигнала с увеличением расстояния ограничивает длину шины и, следовательно, число компьютеров, подключенных к ней.
   Проблемы шинной топологи возникают, когда происходит разрыв (нарушение контактов) в любой точке страны; сетевой адаптер одного из компьютеров выходит из строя и начинает передавать на шину сигналы с помехами; необходимо подключить новый компьютер.
2. Кольцо. Узлы объединены в сеть замкнутой кривой. Передача данных осуществляется только в одном нийравлении. Каждый узел помимо всего прочего реализует функции ретранслятора. Он принимает и передает сообщения, а воспринимает только обращенные к нему. Используя кольцевую топологию, можно присоединить к сети большое количество узлов, решив проблемы помех и затухания сигнала средствами сетевой платы каждого узла.
   Недостатки кольцевой организации: разрыв в любом месте кольца прекращает работу всей сети; время пере-рачи сообщения определяется временем последовательного срабатывания каждого узла, находящегося между рггправителем и получателем сообщения; из-за прохождения данных через каждый узел существует возможность непреднамеренного искажения информации.
3. Звезда. Узлы сети объединены с центром лучами. Вся информация передается через центр, что позволяет относительно просто выполнять поиск неисправностей и добавлять новые узлы без прерывания работы сети. Однако расходы на организацию каналов связи здесь обычно выше, чем у шины и кольца.
   Комбинация базовых топологий - гибридная топология - обеспечивает получение широкого спектра решений, аккумулирующих достоинства и недостатки базовых.

Кроме проблем создания локальных вычислительных сетей имеется также проблема расширения (объединения) компьютерных сетей. Дело в том, что созданная на определенном этапе развития информационной системы вычислительная сеть со временем может перестать удовлетворять потребности всех пользователей. В то же время физические свойства сигнала, каналов передачи данных и конструктивные особенности сетевых компонент накладывают жесткие ограничения на количество узлов и геометрические размеры сети.

Для объединения локальных вычислительных сетей применяются следующие устройства.

1. Повторитель - устройство, обеспечивающее усиление и фильтрацию сигнала без изменения его информативности. По мере передвижения по линиям связи сигналы затухают. Для уменьшения влияния затухания используются повторители. Причем повторитель не только копирует или повторяет принимаемые сигналы, но и восстанавливает характеристики сигнала: усиливает сигнал и уменьшает помехи.

2. Мост - устройство, выполняющее функции повторителя для тех сигналов (сообщений), адреса которых удовлетворяют заранее наложенным ограничениям. Одной из проблем больших сетей является напряженный сетевой трафик (поток сообщений в сети). Эта проблема может решаться следующим образом. Компьютерная сеть делится на сегменты. Передача сообщений из сегмента в сегмент осуществляется только целенаправленно, если абонент одного сегмента передает сообщение абоненту другого сегмента. Мост является устройством, ограничивающим движение по сети и не позволяющим сообщениям попадать из одной сети в другую без подтверждения права на переход.

Мосты бывают локальные и удаленные.

Локальные мосты соединяют сети, расположенные на ограниченной территории в пределах уже существующей системы.

Удаленные мосты соединяют сети, разнесенные территориально, с использованием каналов связи и модемов.

Локальные мосты, в свою очередь, разделяются на внутренние и внешние.

Внутренние мосты обычно располагаются на одном компьютере и совмещают функцию моста с функцией абонентской ЭВМ. Расширение функций осуществляется путем установки дополнительной сетевой платы.

Внешние мосты предусматривают использование отдельного компьютера со специальным программным обесп ечением.

3. Маршрутизатор - это устройство, соединяющее сети разного типа, но использующие одну операционную систему. Это, по сути, тот же мост, но имеющий свой сетевой адрес. Используя возможности адресации маршрутизаторов, узлы в сети могут посылать маршрутизатору сообщения, предназначенные для другой сети. Для поиска лучшего маршрута к любому адресату в сети используются таблицы маршрутизации. Эти таблицы могут быть статическими и динамическими.

4. Шлюз - специальный аппаратно-программный комплекс, предназначенный для обеспечения совместимости между сетями, использующими различные протоколы взаимодействия. Шлюз преобразует форму представления и форматы данных при передачи их из одного сегмента в другой. Шлюз осуществляет свои функции на уровне выше сетевого. Он не зависит от используемой передающей сроеды, но зависит от используемых протоколов обмена данными. Обычно шлюз выполняет преобразования между протоколами.

С помошью шлюзов можно подключить локальную вычислительную сеть к главному компьютеру, а также к глобальной вычислительной сети.